燃料型NOx的全面解析：生成机制、关键因素与减排方法

燃料型NOx的全面解析：生成机制、关键因素与减排方法

燃料型NOx

燃烧过程中产生的NOx主要源自燃料中的氮元素转化，被称为燃料型NOx，其中一氧化氮（NO）占比超过90%，仅有少量二氧化氮。燃料型NOx是人类活动中NOx排放的重要来源之一。其生成和分解受多种因素影响，包括过量空气系数、煤种特性以及燃烧温度等。

生成机理

煤炭中的氮以原子形式与各种碳氢化合物结合，形成氮的环状化合物或链状结构，例如啉（CHN）和芳香胺（CHNH）。煤中氮有机化合物的C－N键能[(25.3～63)×10J/摩尔]远低于空气中氮分子的N≡N键能（94.5×10J/mol），因此在燃烧时易于分解。从氮氧化物生成的角度，氧更易优先破坏C－N键，与氮原子结合形成NO。

燃料型NOx的生成机制极为复杂，尽管全球学者通过大量理论和实验研究进行了深入探索，但其完整过程尚未完全明晰。这是因为燃料型NOx的生成和破坏不仅涉及煤种特性、结构、氮在挥发分和焦炭中的分布，还紧密关联燃烧条件如温度、氧浓度及其他成分。基于近年研究，燃料型NOx的生成大致遵循以下规律。

影响因素

燃料型NOx由燃料中含氮化合物在氧化过程中产生，由于燃料氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，通常在600-800℃时即可生成，占煤粉燃烧NOx产物的60-80%。煤燃烧过程包括挥发分燃烧和焦炭燃烧两个阶段，因此燃料型NOx的形成也分为气相氮氧化（挥发分）和焦炭中剩余氮氧化（焦炭）两部分，其中挥发分NOx占据主导。

影响燃料型NOx生成的关键因素包括燃料的氮含量、挥发分比例、燃烧温度以及着火阶段的氧浓度。挥发分增加会提升NOx转化量，其转化率随氧浓度的平方增长；火焰温度升高也会导致NOx转换量增大。

基于这些因素，控制燃料型NOx生成的主要途径有：

（1）选用低氮燃料；

（2）采用富燃料燃烧条件；

（3）优化燃料与空气的混合方式。

控制措施

从燃料型NOx的生成和破坏机制出发，减少其排放不仅需抑制NOx生成，还需为已生成的NOx创造还原条件。在常规燃煤设备燃烧温度1200～1500℃下，燃料氮的70%～90%会转化为挥发分氮。研究显示，在α>1的贫燃料燃烧时，57%～61%的燃料型NOx来自挥发分氮；而在α<1的富燃料燃烧时，挥发分氮生成的NOx大幅减少。通过在某些燃烧阶段和区域建立α<1的富燃料区，可促使燃料氮在还原性气氛中转化为分子氮（N）。

对于已生成的NOx，可根据其破坏和还原机制，引入特定燃料作为还原剂，喷入炉膛合适部位以还原NOx。这衍生出NO再燃烧或燃料分级燃烧等低NOx技术。

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标签： 燃料排放 燃料降解 减少燃料的使用