浅议低氮燃烧技术

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1、淺议低氮燃烧技术1水泥窑炉系统NOX形成机理大致介绍2现有低氮燃烧技术大致介绍3低氮燃烧技术的效果4改变燃料物化性能5提高生料易烧性6、新型干法水泥应对脱硝的相应措施1、水泥窑炉系统NOX形成机理大致介绍1.1NOX的生成机理窑炉内产生的NOX主要有三种形式，高温下N2与O2反应生成的热力型NOX、燃料中的固定氮生成的燃料型NOX、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NOX.1.2热力型NOX：由于是燃烧反应的高温使得空气中的N2与O2直接反应而产生的，以煤为主要燃料的系统中，热力型NOX为辅。Ø一般燃烧过程中N2的含量变

2、化不大，根据泽里多维奇机理，影响热力型NOX生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间。Ø热力型NOX产生过程是强的吸热反应，温度成为热力型NOX生成最显著影响因素。研究显示，温度在1500K以下时，NO生成速度很小，几乎不生成热力型NO，1800K以下时，NO生成量极少，大于1800K时，NO生成速度每100K约增加6-7倍。Ø温度在1500K以上时，NO2会快速分解为NO，在小于1500K时，NO将转变为NO2,一般废气中NO2占NOX的5-10%，排入大气中NO最终生成NO2，所以在计算环境影响量时，还是以NO2来计算。可

3、以说，窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NOX生成量的一个重要指标，也最终决定了热力型NOX的最大生成量。因此，在窑炉设计中，尽量降低窑炉内的温度并减少可能产生的高温区域，特别是流场变化等原因而产生的局部高温区。燃烧器设计中，要具备相对均匀的燃烧区域来保证燃料的燃烧，降低火焰的最高温度。这些都是有效降低热力型NOX的有效办法。Ø热力型NOX生成量与氧浓度的平方根成正比，氧含量也是影响热力型NOX生成量的重要指标。随O2浓度增加和空气预热温度的增加，NOX生成量上升，但会有一个最大值。O2浓度过高时，过量氧对火焰有冷却作

4、用。利用空气时，O2含量增加，过剩空气系数增加，并带入更多吸热的N2，降低火焰温度。NOX生成量因温度降低反而有所降低。Ø反应时间也是一个重要指标，热力型NOX生成是个缓慢过程，在高温区域，反应时间与NOX生成量呈线性关系。窑炉设计中，尽可能地减少燃料和介质在高温区域特别是高氧含量高温区域的停留时间，可有效降低热力型NOX的生成。在窑炉已成型时，在高温区域形成局部低氧或缺氧环境，在低温区域增氧，在保证燃烧充分条件下，也可有效降低热力型NOX的生成。1.3燃料型NOX：由燃料中N反应而生成，以煤为主要燃料的系统中，燃料型NOX约占

5、60%以上。Ø燃料型NOX主要在燃料燃烧初始阶段形成，主要是含氮有机化合物热解产生的中间产物N、CN、HCN等氧化生成NOX。燃料型NOX较热力型更易于生成。煤的氮含量约0.5-2.5%。Ø当煤热解脱去挥发份时，煤挥发份中的N，其一部分以胺类（RNH、NH3）、和氰类（RCN、HCN）等形式随挥发份析出，挥发份中N占煤中N的比例随煤种和热解温度不同而不同，其最主要的化合物是HCN和NH3。在1800K高温下，一般地煤挥发份N转为NO的比例约10%。ØHCN遇氧后生成NCO，继续氧化则生成NO。如被还原则生成NH，最终生成N2。已

6、经生成的NO，在还原气氛下也可被NH还原为N2。NH3在氧化气氛中会被依次氧化成NH2、NH，甚至被直接氧化成NO。在还原气氛中，NH3也可以将NO还原成N2。NH3可以是NO的生成源，也可以是NO的还原剂。可见，挥发份N燃烧时，在氧化气氛特别是在强氧化气氛下，其倾向于向NO转化，在强还原气氛下，其倾向于向N2转化。在实际生产中，燃烧过程大多数是在氧化气氛中进行的，由于反应和燃烧流场的复杂性，挥发份N不可能全部转化为NO,即使在强还原气氛中，也不可能全部转化为N2，取决于反应温度、氧含量、反应时间以及煤的特性。Ø焦碳N在燃烧时也

7、可能生成NOX，一般占燃料型NOX的20－40%。有认为焦碳N可直接在焦碳表面生成NOX。或者和挥发份N一样，以HCN和CN途径生成NO。研究表明，焦碳N转变为NOX是在火焰尾部焦碳燃烧区生成的，这一部位的氧含量比主燃烧区低，而且焦碳颗粒因温度较高发生熔结，使孔隙闭合，反应比表面积减少，相对挥发份N来说生成NOX量少些。即使在较强氧化气氛下，也会存在焦碳颗粒周围形成局部还原区域，同时碳和煤灰中的CaO催化还原NOX，限制了焦碳N转化为NOX。Ø影响燃料型NOX生成因素较多，与温度、氧含量、反应时间，及煤粉的物理和化学特性有关。。

8、温度Ø温度的升高对燃料型NOX生成量有促进作用。在1200℃以下时，其随温度升高显著增加，温度在1200℃以上时，增速平缓。对于燃料型NOX，燃料中N越高、氧浓度越高、反应停留时间越长，NOX生成量越大，与温度相关性越差。氧含量Ø氧含量的增加，可以形成或强化窑炉