热力型NOx的生成机理、影响因素及控制技术详解

热力型NOx的生成机理、影响因素及控制技术详解

热力型NOx

燃烧过程中，空气中的氮气（N2）在高温环境下被氧化所产生的氮氧化物，其形成机制由原苏联科学家捷里道维奇（Zeldovich）率先提出。

热力型NOx的生成与燃烧温度、气氛中氧气的浓度以及气体在高温区域的滞留时间密切相关。在理论空燃比条件下，系统温度达到最高，因此NOx浓度在略低于此值时呈现峰值。贫燃区中过量空气吸收部分热量，导致温度降低，而富燃区因氧气稀缺，平衡向左偏移，从而减少NOx生成。

氮氧化物排放后，对人类健康、农作物发育及大气环境均产生不利影响。

生成机理

燃烧过程中，NOx的生成途径主要包括三种：一是空气中氮气在高温下氧化形成，称为热力型NOx；二是燃料挥发物中的碳氮化合物快速分解产生CH自由基，与空气中氮气反应生成氢氰酸和N中间体，再与氧气作用迅速转化为NOx，称为瞬时型NOx；三是燃料自身含氮化合物氧化产生的NOx，称为燃料型NOx。本文聚焦于热力型NOx的生成机制。

热力型NOx的生成机理由Zeldovich于1964年确立，其过程涉及高温下氧原子撞击氮分子引发链式反应：

首步反应起主导作用，且该反应需温度超过1500°C，因此NOx生成与温度高度相关。依据此机理，空气中N2的氧化通过一系列非分支连锁反应进行，反应速率正比于氧原子浓度。温度上升时，氧原子浓度增加，总反应速率提升。由于整体反应

属于吸热反应，升温有利于提高NOx转化率，而降温则显著抑制热力型NOx形成。热力型NOx的生成速度强烈依赖于燃烧温度，故亦称为温度型NOx。影响其生成量的关键因素包括温度、氧气浓度和高温区停留时间，相应控制方法可总结为：降低燃烧温度水平，避免局部高温；减少氧气浓度；在偏离理论空燃比的条件下进行燃烧，并缩短高温滞留时间。

影响因素

热力型NOx的生成与温度呈强相关，在高温条件下，其占比可达NOx总量的30%。反应温度T升高时，生成速率按指数规律增长。当温度较低时，NOx生成量有限，但T每增加100°C，速率提高6-7倍。

热力型NOx的生成是一个相对缓慢的过程，涉及燃烧空气中N2与O、OH等活性基团及分子的反应。降低其生成的主要策略包括：

①控制燃烧温度，防止局部过热；

②降低氧气浓度；

③减少在高温区域的停留时间。

技术措施

NOx排放控制技术分为一次措施和二次措施：一次措施通过优化燃烧过程抑制NOx生成，涵盖运行改进和除燃料分级外的燃烧技术；二次措施则对已生成的NOx进行还原，包括选择性催化还原法（SCR）、非催化还原法（SNCR）以及后期出现的燃料分级燃烧技术。

参考文献

标签： 什么是热力机械 热力锅炉原理 热机理论值