煤燃烧过程中燃料型NOx生成及还原机理研究进展

龚 艳 艳

(1.煤科院节能技术有限公司，北京 100013； 2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013；3.国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013)

0 引 言

2020年我国煤炭消费28.3亿t标煤，占能源消费总量的56.8%[1]。煤炭燃烧利用量占煤炭消费总量的80%以上，煤燃烧过程中会产生大量的SO2、NOx和烟尘。其中，NOx易导致酸雨、光化学烟雾、温室效应、雾霾和臭氧层空洞，是综合型大气污染的罪魁祸首[2]。高温烟气中NOx以NO为主要的存在形式，其占比在95%以上；少量以NO2和N2O的形式存在，且NO2和N2O均由NO进一步反应生成[3-4]。根据氮的来源和生成途径的差异，将煤燃烧过程中产生的NOx分为燃料型NOx、热力型NOx和快速型NOx，其中燃料型NOx占比75%以上[3,5]。热力型NOx受温度影响很大，通常在1 500 ℃以上才考虑热力型NOx；快速性NOx生成量相对较少，通常可以忽略不计[3]。

抑制煤燃烧过程中燃料型NOx的形成是低氮燃烧技术的关键所在，深入研究煤燃烧过程中N的迁移转化规律，有助于抑制燃烧过程中NOx的形成。煤燃烧过程中NOx的形成涉及很多复杂的均相反应和异相反应，且影响因素繁多，不仅与煤的结构、颗粒尺寸、成分、氮含量等煤种自身性质有关[6-7]，还与氧气浓度、燃烧温度等燃烧条件有关[3,8]，其反应机理十分复杂。同时燃料型NOx的形成涉及燃料N的氧化和NOx的还原，通常实验条件下只能得到燃料NOx的净生成率，难以对燃料氮的氧化-还原过程进行研究。很多学者对煤燃烧过程中N的迁移转化机理进行大量理论和试验研究，已形成很多规律性的认识，但由于试验条件的差异，针对一些关键影响因素难以得到一致的结论。……