催化燃烧污染物排放机理

　　气体气体的主要成分是CH4，气体气体的燃烧反映了大气中污染物的产生，主要分为两大类：CO和由于CH4燃烧不足而引起的不完全燃烧的氮化合物；另一类是NOx。引起NOx的空气污染物中，NO的成分在90%上下，而NCh的含量仅为5%?10%24]。对催化反应燃烧反映的污染物排放原理进行科学研究，研究减少或抑制污染物产生和排放的方法。

　　2.3.1CO生成原则。

　　CO是正中间物质，所有烃类燃料中的氧原子进行氧化还原反应的第一步都会产生COoCO，产生COoCO的原理如下：

　　RH-R-RO2-RCOTCO(2-1)

　　公式中，R为烃类随机官能团。RCO通过氧化-还原反应或空气-氧化烃官能团R的两种方法生成COo。

　　传统燃烧反应中，甲烷分子中氧原子的离子键会与氧原子发生裂合，如果反应中的co2不充分，就会产生大量的CO不完全燃烧物质。由于CO是一种正中间物质，因此不能抑制其生成，但是如果燃料燃烧足够充分，CO可产生量就会减少。结果表明，在保证炉膛温度足够高，反应速度足够快，湍流度均匀，适宜的过剩气体指数等条件下，co的生成量将大幅降低阿。

　　a)反映温度。该窑炉的入口入口温度一般在850℃以上。炉内温度越低，燃料越不能完全燃烧。高温燃烧可以大大缩短燃烧时间，同时生成的物质可以完全溶解，不能完全燃烧的物质也会大大减少。然而，高炉炉膛温度过高则说明原料在炉壁上具有较高的耐高温、耐热性。要充分考虑到操作费用，炉膛温度应在可控范围之内。

　　㈡反应速度。反应引起的煤烟在炉膛中的等待时间特别重要，煤烟的等待时间会立即影响到生成物燃烧水平，一般情况下，为了确保燃料完全溶解，操作煤烟的等待时间要高于2s。

　　(3)混杂紊乱程度。必须保证氧原子与CO充分接触，接触量应为a?。混合湍流度是指在炉内各点温度保持均匀时，燃料与空气中氧原子的混合速率，当混合湍流度达到水平均匀时，燃料燃烧更加充分。

　　四是产能过剩气体指数。大气中氧的浓度值会立即影响到燃料是否能完全燃烧以及正中间物质的生成。保证炉内适宜的空气量，保证足够的co2接触燃料。高效操作不适合高炉过热，否则会造成?发热量大量被吸气而不能入炉，从而降低炉内温度，危害炉内工作效率。

　　产生2.3.2NOx的原因。

　　以NOx为核心的NOx类型包括三种，分别是供热NOx型、快速NOx型和燃料NOxo型，研究表明，NO在NOx燃烧所致NOxo类中占了绝大多数阴性。图2?4所示出氮氧化合物的生成与燃烧温度的关系。

　　图2-4氮氧化物与燃烧温度的关系。

　　Fig.2-5计算机编程

　　(1)加热型NOx。在高温条件下，空气中Ch分子结构与N2分子结构发生化学反应，生成NO。供热型NOx的生成原理在1964年由前苏联生物学家Zeldovich(Zeldovich)明确提出，当温度升高超过1500℃时，会产生下列链式反应阿：

　　O+N?-*NO+N(2-2)

　　n+qtNO+O(2-3)

　　形式(2-2)为核心反映，按此链式反应，反应方程式如下：

　　N2+O2^2(2-4)

　　no^-O2^-no2(2-5)

　　这反映为放热反应，所以?燃料的燃烧温度对生成NOx危害极大，温度升高有利于提高?NOx的生成速率，降低温度则抑制NOx的生成速率。从图2?4中可以看出，当燃烧温度低于1500°C上下时，供热型NOx生成很少；当温度高于1500°C上下时，大约每上升100°C，产生的供热型NOx的速度就会提高?6?7倍，如果在燃烧室内温度分布不均匀，出现高温的地方，就会产生更多的供热型NOB。由于催化反应燃烧的反应温度小于1500°C，所以?能合理抑制NOx供热源的生成。

　　1)快速型NOx。指空气中的N2与燃料中的烃类离子团(CH)反应生成的CN类物质，以及与氧气分子快速反应生成的NOx，通常是贫氧和富燃料标准下的产物。CH、CH2、C2H和C类离子团燃烧时与空气中的N2反应生成HCN、CN等正中间物质，这类中间物质非常不稳定，与火苗中产生的O、OH等功能团反应生成NOx等氮氧化合物。如图2?4所示，快速NOx产生的量并没有随着温度变化而变化。催化剂的燃烧反映出一种低氧燃料，因此在?基础上不产生快速NOx。

　　4)燃料型NOx。即含氮化合物的燃料在高温条件下溶解后与co2融合产生NOx[71]o燃料型NOx，如图2?4所示，当温度升高到600-700℃时，NOx的生成就会开始，除此之外，生成NOx的整个过程也与燃料类型、燃烧标准等有关。气基中无氮化合物，因此在整个燃烧过程中不易产生燃料型NOx。