工业炉窑减少氮氧化物排放的研究

工业炉窑减少氮氧化物排放的研究

张为民

宝泰隆新材料股份有限公司

摘要工业迅速发展，离不开工业炉窑的使用，氮氧化物排放不断增加，已经严重影响到环境与健康，那么，减少工业炉窑氮氧化物排放势在必行，通过对氮氧化物产生的原理，找到解决问题的办法，对降低氮氧化物排放意义重大。。

关键词：氮氧化物；工业炉窑；燃烧器。

20世纪末21世纪初，工业迅速发展，能源消耗迅速增长，工业污染物氮氧化物排放总量增大，环境恶化气候变暖，均与此息息相关。氮氧化物排放主要通过工业炉窑排放的，我国为了应对大气污染，制定了大气污染防治法，并制定了工业炉窑污染物排放标准，各地方也制定了地方排放标准，行业也出台了排放标准。

一、氮氧化物危害。

氮氧化物NOX在空气中形成硝酸、亚硝酸、及硝酸盐颗粒，加重空气污染，形成细颗粒物，加剧雾霾产生；直接沉降到地表也可随降雨进入地表被地表物体吸附或吸收。显然，氮氧化物浓度越高的区域形成气溶胶及酸雨现象越严重；与臭氧分子反应，破坏臭氧层，异致大气中臭氧含量降低，从而减弱对紫外线辐射的屏蔽作用，威胁人类健康与生存，据相关的研究结论氮氧化物NOX已成为消耗臭氧的最大元凶；与有机物产生光化学反应，产生二次污染物，影响人类健康。

二、氮氧化物产生的原理。

在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。大量实验结果表明，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占95%，而NO2仅占5%左右。一般燃料燃烧所生成的NO主要来自两个方面：一是燃烧所用空气（助燃空气）中氮的氧化；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化。在大多数燃烧装置中，前者是NO的主要来源，我们将此类NO称为"热反应NO"，后者称之为"燃料NO"，另外NO转变为NO2很少，可以忽略。

根据氮氧化物产生的机理，则可以通过改变燃烧方式和燃烧条件，即从燃料及氧化剂降低氮含量；以及，通过改变过剩空气系数降低火焰温度，缩短氮在火焰及高温区的停留时间，来减少氮氧化物生成。其主要途径如下：选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料；降低空气过剩系数，组织过浓燃烧，来降低燃料周围氧的浓度；在过剩空气少的情况下，降低温度峰值以减少"热反应NO"；减少NOx的形成和排放，目前通常运用低氮燃烧器的具体方法为：分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等。

三、有效控制氮氧化物排放的手段

对氮氧化物进行控制手段有三种，即燃烧前的处理、燃烧器燃烧技术的改进和燃烧后的处理。

1、燃烧前控制手段。主要是通过燃料及氧化剂控制。即采用脱氮或低含氮燃料，及采用氧气代替空气。

2、燃烧中的控制手段（即在燃烧器技术方面进步）。NOx的生成主要与燃烧火焰的温度、燃烧气体中氧的浓度、燃烧气体在高温下的滞留时间等因素有关。因此能通过燃烧技术控制NOx，主要有以下控制方法:

（1）、阶段燃烧器根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

（2）、浓淡型燃烧器其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，因而NOx都很低，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

（3）、分割火焰型燃烧器其原理是把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，使"热反应NO"有所下降。此外，火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间，对"热反应NO"和"燃料NO"都有明显的抑制作用。

（4）、低NOx预燃室燃烧器预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术，预燃室一般由一次风（或二次风）和燃料喷射系统等组成，燃料和一次风快速混合，在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，因此减少了NOx的生成。

（5）、混合促进型燃烧器烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一，改善燃烧与空气的混合，能够使火焰面的厚度减薄，在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短，因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

（6）、自身再循环燃烧器一种是利用助燃空气的压头，把部分燃烧烟气吸回，进入燃烧器，与空气混合燃烧。由于烟气再循环，燃烧烟气的热容量大，燃烧温度降低，NOx减少。另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环，并加入燃烧过程，此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

传统的天然气锅炉燃烧器通常的NOx排放在120~150mg/m³左右。而低氮燃烧器通常的NOx排放在30~80 mg/m³的左右。NOx排放在30 mg/m³以下的通常称为超低氮燃烧器。

从我国近些年的低氮控制经验来看，工业炉窑燃烧技术有了长足的发展，但是要实现真正持续可靠的低氮

排放，仅仅更换或改造燃烧器是不够的，还需要设计与燃烧器匹配的低氮工业炉窑，并对整体工业炉窑系统进行燃烧管控技术升级。

四、总结

随着现代工业的迅速发展，能源消耗不断快速增大，各种污染物排放也随之增多，尤其是氮氧化物排放，已经威胁到人类的健康与生存环境。通过有针对性的研究工业炉窑氮氧化物生成原理，通过改善燃烧方式及条件，来降低氮氧化物排放。从而减少工业炉窑工业污染物对环境的影响。