早在90年代初期,國外陶瓷窯爐界就開始重視陶瓷窯爐中排出的NOx的污染這個問題,并企圖從燃燒方式著手解決這個問題。我國近年來也開始逐步重視,科技界已有人跟蹤國外,試圖用脈沖燃燒來解決它;但陶瓷窯爐NOx的嚴重排放,不僅僅是改進燃燒系統就可以得到解決的問題,我們也進行過測試,同一種窯型,燒成不同的產品,其煙氣中的NOx的含量就不同,窯內燒成氣氛(氧化或還原)其所排放的煙氣中NOx含量亦不同,故陶瓷窯爐中NOx的產生是一個系統工程。由此看來,研究陶瓷窯爐中NOx的生成與破壞機理,并在其基礎上提出經濟上、技術上可行的綜合治理方案已迫在眉睫。
燃燒礦物燃料如煤、原油、天然氣等;生成氮氧化物污染有三種;即熱力NOx,快速NOx,和燃料Nox[1~6]。
1. 熱力N0x
關于熱力NOx的生成機理是高溫下空氣的N2氧化形成NO;,其主成速度與燃燒溫度有很大關系,當燃燒溫度低于1400℃時熱力NOx生成速度較慢,當溫度高于1400℃反應明顯加快,根據阿累尼烏斯定律,反應速度按指數規(guī)律增加。這說明,在實際爐內溫度分別不均勻的情況下,局部高溫的地方會生成很多的NOx;并會對整個爐內的NOx生成量起決定性影響。熱力NOx的生成量則與空氣過剩系數有很大關系,氧濃度增加,NOx生成量也增加。當出現15%的過量空氣時,NOx生成量達到最大:當過量空氣超過15%時。由于NOx被稀釋,燃燒溫度下降,反而會導致NOx生成減少。熱力NOx的生成還與煙氣在高溫區(qū)的停留時間有關,停留時間越長,NOx越多。這是因為窯爐燃燒溫度下,NOx的生成反應還未達到平衡,因而NOx的生成量將隨煙氣在高溫區(qū)的停留時間增長而增加。至今認為研究得比較充分的是Zeldovick等人的生成理論,其主要反應如下:
2. 快速NOx
快速NOx是1971年Fenimore根據碳氫燃料預混火焰的軸向NOx分布實驗結果提出的,是燃料在燃燒過程中碳氫化合物分解的中間產物N2反應生成的氮氧化合物,其生成速度極快,主要在火焰面上形成,且生成量較小,一般在5%以下,其主要反應如下:
在溫度低于2000K(1727℃)時,NOx主成主要通過CH一N2反應;在不含氮的碳氫燃料低溫燃燒時,需重點考慮快速NOX的生成。
3.燃料NOx
“燃料”NOx是由化學地結合在燃料中的雜環(huán)氮化物熱分解,并與氧化合而生成的NOx,其生成量與燃料中氮的含量有很大關系,當燃燒中氮的含量超過0.1%時,結合在燃料的氮轉化為NOx的量占主要地位,如煤的含氮量一般為0.5~2.5%;燃料NOx的形成可占生成總量的60%以上,燃料氮轉化為NOx量主要取決于空氣過剩系數,空氣過剩系數降低,NOx的生成量也降低,這是因為在缺氧狀態(tài)下,燃料中揮發(fā)出來的氮與碳、氫競爭不足的氧,由于氮缺乏競爭能力,而減少了NOx的形成。其主要反應途徑如下。(1)氮化物大量轉化為HCN和NH3,(2)HCN和NH3被氧化。反應方程如下:
國際上開展NOx生成機理及其控制的研究已有一二十年了。不過,目前關于燃燒過程中NOx生成的研究主要是以實驗為主,還沒形成完善的理論,如在煤粉燃燒領域內,主要是通過對具體過程進行實驗研究與分析:希望找到一些規(guī)律,為解決實際問題提供依據、此外,從文獻中也可以看到所有的研究都是公式少、實驗曲線多、定量分析少而定性解釋多的情況,這反映出NOX生成機理和控制是一個比較復雜、困難的領域,也是一個需要進行大量工作和大有可為的領域。特別對于陶瓷窯爐的NOX生成機理研究的報道不多,由其引起的環(huán)境污染也還沒有引起足夠的重視。
脫硝即脫出煙氣中的氮氧化物,脫硝系統使用脫硝噴槍,噴射還原劑,還原氮氧化物為氮氣和水,減少對大氣的污染。
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