水泥窑炉NO_X形成机理及处理技术

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1、水泥窑炉NOX形成机理及处理技术崔素萍，叶文娟，兰明章，王亚丽（北京工业大学材料学院，北京100124）而生成的，煤中氮含量一般在0.5%～2.5%左右，以氮1前言原子的状态与各种碳氢化合物结合成氮的环状或链NOX在水泥窑炉污染气体中占有重要地位，其状，属于胺族（N-H和N-C链）或氰化物族（C=N链）危害性主要表现在环境酸化、人体健康损害和光化等，煤中的氮主要是有机氮。煤中氮有机化合物的C-学烟雾及温室效应等方面[1]。NOX（氮氧化物）包括一N结合键能比空气中氮分子N≡N键能小很多，氧容氧化氮N

2、O，二氧化氮NO2和一氧化二氮N2O（笑气）易首先破坏C-N键并与其中的氮原子生成NO，这种等，氮氧化物不仅是光化学烟雾的主要成分，也是形从燃料中的氮化合物经热分解和氧化反应而生成的成酸雨的重要物质，对农业、林业、全球气候、自然环NOX，称为燃料型NOX。境及人类身体健康都具有极大的危害。因此，研究水燃料型NOX的生成和分解过程不仅和煤种特泥窑炉氮氧化物形成机理及减排控制技术，对水泥性、煤的结构、燃料中的氮受热分解后在挥发分和焦工业节能减排具有重要意义[2]。炭中的比例、成分等有关，而且大量的反应过

3、程还和2水泥窑炉中NO的类型与形成机理燃烧条件如温度、氧及其它各种成分的浓度等密切相X关。燃料型NOX的生成过程，大致有以下规律：在水泥熟料煅烧过程中，NOX的产生主要源于高（1）燃料中氮有机化合物首先被热解成HCN、温燃料中的氮和原料中的氮化合物，德国水泥工业协NH3和CN等中间产物，它们随挥发分一起从燃料中会曾统计得出燃料中的氮含量范围，煤为0.5%~析出，称之为挥发分N。挥发分N析出后仍残留在焦2.0%，重油为0.2%~0.5%，替代燃料≤1%；原料中的炭中的氮化合物，称为焦炭N。煤粉受热后，

4、煤中的挥氮主要以NH+4形式存在于有机组分中，由天然原材发分首先热解析出，其中挥发分N比挥发分的其它料制备的生料中NH+4含量约为80~200g/t。根据德国成分析出得晚一些。燃料氮转化成挥发分N和焦炭N近30年的监测，水泥回转窑废气NOX的排放量约为的比例，与煤种、热解温度和煤粉加热速率等有关。当3300~2200mg/m（标况，干基），相当于每吨熟料排放煤种的挥发分增加、热解温度和加热速率提高时，挥0.8~2.5kg/t-熟料。发分N增加，焦炭N相应的减少。煤粉燃烧过程中所产生的NOX主要是NO

5、和（2）挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NO2，其中NO占90%以上，而NO2只占5%～10%，因NH3。两者所占比例大小，不仅取决于煤种及其挥发而在研究燃煤产生的NOX生成时，一般主要讨论NO分大小，而且与氮及煤中碳氢化合物的结合状态有的生成机理，从NO的生成机理来看，主要有热力型、关，同时还与燃烧工况有关。据研究，NH3向NOX的转燃料型和快速型三部分，而水泥窑燃煤过程中产生的化率较HCN少，因此，要对不同煤种，找出其中影响有害气体NOX的来源中最主要的有两个：燃料型NOXNOX的主要因素。

6、大致情况：和热力型NOx，燃料型NOX在煤粉炉中大约占全部①对于烟煤，HCN在挥发分N中的比例比NH3NOX的75%～95%，当燃烧温度高于1500℃时热力型大，而贫煤的挥发分N中以NH3为主，无烟煤的挥发则显著增加[3]NOX。分中HCN和NH3均较少。2.1燃料型NOX②在煤中，当燃料氮以芳香环结合（N-6）时，NOX是燃料中含有的氮化物在燃烧过程中氧化HCN是主要的热解产物；当燃料氮是以（N-S）形式存2010.5CHINACEMENT55TECHNOLOGY生产技术在时，则NH3是主要的热解

7、初始产物。提出的。按这一机理，NO的生成速度可用如下一组不③挥发分N中HCN和NH3的量随温度增加而分支链锁反应来说明：增加，但温度超过1100℃时，NH3含量达到饱和。N2＋O＝NO＋N（1）④随温度上升，燃料氮转化成HCN比例大于转N＋O2＝NO＋O（2）化成NH3的比例。式（1）是吸热反应，反应的活化能由式（1）和氧气（3）煤粉颗粒的细度对燃料氮转化成挥发分N离解反应的活化能组成，式（1）反应所需的活化能为和焦炭N的比例影响较大，煤粉越细，挥发分N与燃3286×10J/mol，氧气离解反应O2

8、＝O＋O，形成一个原子料N的比例越高。过量空气系数对挥发分N与燃料N氧O所需的活化能256×103J/mol。所以升温有利于比例没有影响，只是过量空气系数越大，NOX的生成NO的转化率，同样降温会使热力型NOX的形成受到浓度和转化率越高。弗尼摩尔提出燃料NO的反应过明显的抑制。程模式为：氮化物向NO的转化，取决于氮化物对NONO的生成反应，当燃烧温度低于1500℃时几乎的生成和分解反应的综合影响。氮化物在反应带分观测不到，热力型NOX的生成量极少；当燃烧温度高解，产生