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[摘 要]讨论NOx产生机理，对三种类型NOx进行对比分析，富氧助燃技术结合烟气再循环，可降低NOx排放。
[关键词]燃烧、氮氧化物、产生机理、减排
中图分类号：C452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0282-01
据统计，人类活动产生的氮氧化物NOx每年约50×106t。这些NOx进入大气后形成硝酸型酸雨和烟雾，对人体、环境、生态的危害，以及对社会经济的破坏都很大。因此，在我国“十二五”期间，把NOx列为污染物减排约束性指标之一，目标是减少10%。化石燃料燃烧是产生NOx的一个主要来源，因此采取相应的措施来控制NOx形成及排放也变得非常重要。
1、NOx产生机理
燃料燃烧产生NOx有三种类型：燃料型、热力型、快速型。常用化石燃料在一般锅炉工况下产生的NOx比较如图1所示[1]。其生成机理及影响因素见表1。由于快速型生成量很少，所以NOx排放以燃料型和熱力型为主。
1.1 燃料型：
来源于燃料本身固有的氮，燃料燃烧时，含氮有机物在600-800℃热裂解产生中间产物基团，然后氧化成NOx[2]。其生成主要出现在挥发分析出与着火前期阶段，温度水平较低，且在初始阶段温度影响明显，在高于1400℃之后，即趋于稳定。
由图1可见，煤和重油中含氮量较高，产生的NOx以燃料型为主，而天然气中不含有机氮，故不产生燃料型NOx。在燃烧温度低于1500℃时，烟气中的NOx绝大多数属于燃料型的NOx。
1.2 热力型
参与燃烧的空气中N2与游离氧根[O]及氧分子O2在高温下反应生成热力型NOx。生成量主要取决于温度t，当t<1350℃时，几乎不生成；当t<1500℃时，热力型NOx生成量很小。当t>1500℃时，相同条件下NOx的生成反应速率按指数规律增加，t每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
燃用天然气、含氮量低的轻油时，以热力型NOx为主，对于煤的燃烧过程，通常热力型NOx不是主要的，可以不予考虑。
我国的能源结构目前还是以煤炭为主体，在相当长一段时间内不会改变，所以下面主要讨论燃煤产生NOx的情况。燃煤电厂燃料型NOx占NOx总量的60-80%，控制其产生即可有效减小NOx的排放量。
2.富氧助燃技术
工业制氧有低温法（深冷法和PSA法）和非低温法（膜分离法）两种，其中膜分离法适用于低浓度、小规模制氧，具有设备简单操作方便、启动快、投资少、用途广等优点。膜法富氧助燃技术，以含氧量28-40%的富氧替代空气，可提高燃烧强度、加快燃烧速度、获得较好的传热效率，同时可使NOx排放量比空气中燃烧所产生的要减少1/3到1/2之间[3]，其原因有以下几个：
1）.助燃空气中氧气量增加，理论空气量及烟气量得到大幅度降低，纯氧燃烧时烟气体积只有普通空气燃烧的1/4，虽然NOx的排放浓度增大，但单位转换后NOx的绝对排放量实际上是减少的。
2）. 燃煤电站按常规方式燃烧产生NOx中NO含量占90%以上，采用烟气再循环，富氧燃烧中NO总是处于饱和状态，高浓度CO2与煤或煤焦发生还原反应生成大量CO，CO在煤焦表面会发生NO/CO/Char反应，促进NO分解成N2。
3）.再循环气体中的NOx与燃料氮和碳燃烧释放出的CnHm发生分解反应，也降低了NOx的排放量。
3.应用情况
目前我国富氧燃烧装置及技术已成熟，其应用正在迅速增长。开发出了梯度燃烧、对称燃烧、α型燃烧、S型燃烧和四角燃烧等与炉窑、燃料及产品等匹配的高新技术[4]，应用在玻璃窑、水泥窑等工业窑炉上节能减排效果显著，58MW燃煤工业锅炉使用富氧助燃技术，NOx排放下降了14.6%[5]。相信不久的将来，富氧助燃技术在炉窑、工业锅炉领域的应用将取得更大的经济效益和社会效益
参考文献
[1] 段传和.选择性非催化还原法烟气脱硝.中国电力出版社.
[2] 陈强.燃烧过程NOx控制技术，工业加热第37卷2008年第4期.
[3] 刘彦.富氧燃烧技术研究现状及发展.能源工程.2013年第6期.
[4] 沈光林.国内局部增氧助燃技术研究及应用进展.应用技术第30卷第1期（2003年1月）.
[5] 尹中升.局部增氧助燃技术应用新进展.化工进展.2012年第31卷增刊二.
[关键词]燃烧、氮氧化物、产生机理、减排
中图分类号：C452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0282-01
据统计，人类活动产生的氮氧化物NOx每年约50×106t。这些NOx进入大气后形成硝酸型酸雨和烟雾，对人体、环境、生态的危害，以及对社会经济的破坏都很大。因此，在我国“十二五”期间，把NOx列为污染物减排约束性指标之一，目标是减少10%。化石燃料燃烧是产生NOx的一个主要来源，因此采取相应的措施来控制NOx形成及排放也变得非常重要。
1、NOx产生机理
燃料燃烧产生NOx有三种类型：燃料型、热力型、快速型。常用化石燃料在一般锅炉工况下产生的NOx比较如图1所示[1]。其生成机理及影响因素见表1。由于快速型生成量很少，所以NOx排放以燃料型和熱力型为主。
1.1 燃料型：
来源于燃料本身固有的氮，燃料燃烧时，含氮有机物在600-800℃热裂解产生中间产物基团，然后氧化成NOx[2]。其生成主要出现在挥发分析出与着火前期阶段，温度水平较低，且在初始阶段温度影响明显，在高于1400℃之后，即趋于稳定。
由图1可见，煤和重油中含氮量较高，产生的NOx以燃料型为主，而天然气中不含有机氮，故不产生燃料型NOx。在燃烧温度低于1500℃时，烟气中的NOx绝大多数属于燃料型的NOx。
1.2 热力型
参与燃烧的空气中N2与游离氧根[O]及氧分子O2在高温下反应生成热力型NOx。生成量主要取决于温度t，当t<1350℃时，几乎不生成；当t<1500℃时，热力型NOx生成量很小。当t>1500℃时，相同条件下NOx的生成反应速率按指数规律增加，t每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
燃用天然气、含氮量低的轻油时，以热力型NOx为主，对于煤的燃烧过程，通常热力型NOx不是主要的，可以不予考虑。
我国的能源结构目前还是以煤炭为主体，在相当长一段时间内不会改变，所以下面主要讨论燃煤产生NOx的情况。燃煤电厂燃料型NOx占NOx总量的60-80%，控制其产生即可有效减小NOx的排放量。
2.富氧助燃技术
工业制氧有低温法（深冷法和PSA法）和非低温法（膜分离法）两种，其中膜分离法适用于低浓度、小规模制氧，具有设备简单操作方便、启动快、投资少、用途广等优点。膜法富氧助燃技术，以含氧量28-40%的富氧替代空气，可提高燃烧强度、加快燃烧速度、获得较好的传热效率，同时可使NOx排放量比空气中燃烧所产生的要减少1/3到1/2之间[3]，其原因有以下几个：
1）.助燃空气中氧气量增加，理论空气量及烟气量得到大幅度降低，纯氧燃烧时烟气体积只有普通空气燃烧的1/4，虽然NOx的排放浓度增大，但单位转换后NOx的绝对排放量实际上是减少的。
2）. 燃煤电站按常规方式燃烧产生NOx中NO含量占90%以上，采用烟气再循环，富氧燃烧中NO总是处于饱和状态，高浓度CO2与煤或煤焦发生还原反应生成大量CO，CO在煤焦表面会发生NO/CO/Char反应，促进NO分解成N2。
3）.再循环气体中的NOx与燃料氮和碳燃烧释放出的CnHm发生分解反应，也降低了NOx的排放量。
3.应用情况
目前我国富氧燃烧装置及技术已成熟，其应用正在迅速增长。开发出了梯度燃烧、对称燃烧、α型燃烧、S型燃烧和四角燃烧等与炉窑、燃料及产品等匹配的高新技术[4]，应用在玻璃窑、水泥窑等工业窑炉上节能减排效果显著，58MW燃煤工业锅炉使用富氧助燃技术，NOx排放下降了14.6%[5]。相信不久的将来，富氧助燃技术在炉窑、工业锅炉领域的应用将取得更大的经济效益和社会效益
参考文献
[1] 段传和.选择性非催化还原法烟气脱硝.中国电力出版社.
[2] 陈强.燃烧过程NOx控制技术，工业加热第37卷2008年第4期.
[3] 刘彦.富氧燃烧技术研究现状及发展.能源工程.2013年第6期.
[4] 沈光林.国内局部增氧助燃技术研究及应用进展.应用技术第30卷第1期（2003年1月）.
[5] 尹中升.局部增氧助燃技术应用新进展.化工进展.2012年第31卷增刊二.