脱硝基础：高温陶瓷窑炉内NOx的生成机理

早在90年代初期，国外陶瓷窑炉界就开始重视陶瓷窑炉中排出的NOx的污染这个问题，并企图从燃烧方式着手解决这个问题。我国近年来也开始逐步重视，科技界已有人跟踪国外，试图用脉冲燃烧来解决它；但陶瓷窑炉NOx的严重排放，不仅仅是改进燃烧系统就可以得到解决的问题，我们也进行过测试，同一种窑型，烧成不同的产品，其烟气中的NOx的含量就不同，窑内烧成气氛（氧化或还原）其所排放的烟气中NOx含量亦不同，故陶瓷窑炉中NOx的产生是一个系统工程。由此看来，研究陶瓷窑炉中NOx的生成与破坏机理，并在其基础上提出经济上、技术上可行的综合治理方案已迫在眉睫。

燃烧矿物燃料如煤、原油、天然气等；生成氮氧化物污染有三种；即热力NOx，快速NOx，和燃料Nox[1～6]。

1. 热力N0x

关于热力NOx的生成机理是高温下空气的N2氧化形成NO；，其主成速度与燃烧温度有很大关系，当燃烧温度低于1400℃时热力NOx生成速度较慢，当温度高于1400℃反应明显加快，根据阿累尼乌斯定律，反应速度按指数规律增加。这说明，在实际炉内温度分别不均匀的情况下，局部高温的地方会生成很多的NOx；并会对整个炉内的NOx生成量起决定性影响。热力NOx的生成量则与空气过剩系数有很大关系，氧浓度增加，NOx生成量也增加。当出现15％的过量空气时，NOx生成量达到最大：当过量空气超过15％时。由于NOx被稀释，燃烧温度下降，反而会导致NOx生成减少。热力NOx的生成还与烟气在高温区的停留时间有关，停留时间越长，NOx越多。这是因为窑炉燃烧温度下，NOx的生成反应还未达到平衡，因而NOx的生成量将随烟气在高温区的停留时间增长而增加。至今认为研究得比较充分的是Zeldovick等人的生成理论，其主要反应如下：

2. 快速NOx

快速NOx是1971年Fenimore根据碳氢燃料预混火焰的轴向NOx分布实验结果提出的，是燃料在燃烧过程中碳氢化合物分解的中间产物N2反应生成的氮氧化合物，其生成速度极快，主要在火焰面上形成，且生成量较小，一般在5％以下，其主要反应如下：

在温度低于2000K（1727℃）时，NOx主成主要通过CH一N2反应；在不含氮的碳氢燃料低温燃烧时，需重点考虑快速NOX的生成。

3.燃料NOx

“燃料”NOx是由化学地结合在燃料中的杂环氮化物热分解，并与氧化合而生成的NOx，其生成量与燃料中氮的含量有很大关系，当燃烧中氮的含量超过0.1％时，结合在燃料的氮转化为NOx的量占主要地位，如煤的含氮量一般为0.5～2.5％；燃料NOx的形成可占生成总量的60％以上，燃料氮转化为NOx量主要取决于空气过剩系数，空气过剩系数降低，NOx的生成量也降低，这是因为在缺氧状态下，燃料中挥发出来的氮与碳、氢竞争不足的氧，由于氮缺乏竞争能力，而减少了NOx的形成。其主要反应途径如下。（1）氮化物大量转化为HCN和NH3，（2）HCN和NH3被氧化。反应方程如下：

国际上开展NOx生成机理及其控制的研究已有一二十年了。不过，目前关于燃烧过程中NOx生成的研究主要是以实验为主，还没形成完善的理论，如在煤粉燃烧领域内，主要是通过对具体过程进行实验研究与分析：希望找到一些规律，为解决实际问题提供依据、此外，从文献中也可以看到所有的研究都是公式少、实验曲线多、定量分析少而定性解释多的情况，这反映出NOX生成机理和控制是一个比较复杂、困难的领域，也是一个需要进行大量工作和大有可为的领域。特别对于陶瓷窑炉的NOX生成机理研究的报道不多，由其引起的环境污染也还没有引起足够的重视。

脱硝即脱出烟气中的氮氧化物，脱硝系统使用脱硝喷枪，喷射还原剂，还原氮氧化物为氮气和水，减少对大气的污染。