气体再燃降低氮氧化物排放的实验研究(5)
研究气体再燃降低氮氧化物排放的可行性，能够如今能源紧缺的状态下，提供一个更好更有效的能源，并且符合我国的国情，节能减排，减少大气污染的排放，达到控制的目的。
2.2.2 实验原理
2.2.2.1 NOx的生成机理
1）NOx 生成机理
在煤燃烧的过程中，NOx的生成机理主要有三个方面：
（1）热力型NOx（Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。
（2）燃料型NOx（Fuel NOx），他是燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成NOx。
（3）快速型NOx（Prompt NOx），他是涌过燃料产生的CH原子撞击空气中的N2分子，生成HCN类化合物，再进一步被氧化而生成的NOx。
2）热力型NOx
其生成规理由前苏联科学家捷里多文奇（Zeldvich）于1964年提出，因此称为称为捷里多文奇机理，其机理可由一系列不分支链锁反应式来表达[14]。
在高温下生成NO和NO2的总反应式为：
（2.1）
（2.2）
其中，式（2-1）起主导作用，所以NOx的生成与氧原子的存在成正比，随温度的上升，氧原子浓度增大，总的反应速度增大。随着反应温度的升高，热力型NOx生成速度呈指数规律迅速增加。当燃烧温度低于1300℃时，几乎观察不到热力型NOx的生成，只有当温度高于1300℃时，热力型NOx的生成才明显起来。
燃煤产生的NOx中，热力型NOx占20％左右。影响热力型NOx生成量的主要因素是温度、氧浓度及高温区停留时间。因此控制热力NOx生成量的方法概括为：降低燃烧温度水平，避免局部高温；降低氧气浓度；燃烧在偏离理论空气量的条件下进行；缩短在高温区内的停留时间。
3）燃料型NOx
燃料中的氮含量一般在0.5%~2.5%左右，它们通常以原子状态与各种碳氢化合物相结合，形成环状化合物或链状化合物，如喹啉(C5H5N)x，芳香胺（C6H5NH2）等，与空气中的氮相比，其结合键内能量较小，在燃烧时很容易分解出来[15]。因此，从氮氧化物的观点出发，氧更容易产生第一NO x破坏即CN键与氮原子燃料型NOx。当煤燃烧的约75％到90％的氮氧化物是燃料型NOx的。
燃料NOx的形成机制非常复杂，形成和破坏，其机理尚不完全清楚。这是因为产生和燃料型NOx破坏的进程不仅煤和煤的结构，在氮和挥发性焦比，组成和分布的热分解的燃料，而且特性有大量的反应和燃烧条件下的诸如温度的各种组件和氧浓度密切相关。
在正常燃烧条件下，在燃料中的氮化合物被分解为第一热氢氰酸（HCN），氨（NH 3）和CN等中间产品，它与来自燃料的挥发性的沉淀一起，被称为挥发性ñ。焦炭的N组成的沉淀后残留的易挥发的氮化合物，称为焦炭N。在通常的煤燃烧温度下，燃料型NOx主要来自挥发分N，约占燃料型NOx的60％一80％[16]。
挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。挥发分N中的HCN被氧化的主要反应途径如图所示。HCN被氧化成NCO后，这取决于所遇到的反应条件下，可以有两个主要的反应途径。在氧化气氛中，NCO基进一步氧化成NO，例如在壳体的还原气氛中，NCO将NHF的反应。 NHF在氧化性气氛将被进一步氧化成NO，成为NO的产生源;在还原气氛中可以还原所生成的NO N2，NO成为还原剂。 2N NH 3在易失性主反应途径是在图中所示的氧化。根据此反应途径，NH 3可被用作NO产生源，还原剂也可能变得没有。
4）快速型NOx
快速型N仉是由费尼莫尔(Fenimore)于1971年通过试验发现的，即在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。费尼莫尔根据碳氢燃料预混火焰的轴向NO分布的试验结果，得到费尼莫尔反应机理，由此得出快速型NOx的生成途径如图。生成过程由(a)、(b)、(c)和(d)四组反应构成。在碳氢化合物燃烧时，特别是富燃料燃烧时，会分解出大量的CH、CH2、CH3和C2等离子团，它们会通过反应(a)破坏燃烧空气中N2分子的键而生成HCN、CN等。然后，HCN和CN通过反应(b)与在火焰中所产生的大量O、OH等原子团反应生成NCO。接着按照反应(c)，NCO被进一步氧化成NO。此外，研究还发现，在火焰中HCN浓度达到最高点转入下降阶段时。存在着大量的氨化物(NHf)，这些氨化物会通过反应(d)和氧原子等快速反应而被氧化成NO。