氮迁移转化对地下水硬度升高的影响
现 代 地 质第12卷 第3期1998年9月
GEOSCIENCE
Journal of Graduate School ,China University of G eosciences
Vol 112 No 13 Sep.1998
氮迁移转化对地下水硬度升高的影响
3
收稿日期:1997—07—09
3国家自然科学基金重点项目(项目号:49232040)资助。 第一作者简介:王东胜,男,1966年出生,高级工程师,水文地球化学专业。
王东胜
(中国水利水电科学研究院 北京 100044)
沈照理 钟佐焱木 陈
亮(环境科学系 北京 100083)
摘 要 城市地下水硬度升高是一个普遍的环境问题,研究表明地下水硬度高值区与硝酸盐污染在空间上的分布具有一致性。通过室内土柱试验和化学热力学模拟,讨论了污水入渗过程中氮迁移转化对水土系统钙镁迁移的影响。结果表明:在连续入渗条件下,阳离子交换作用是控制地下水硬度升高的主要过程;在间歇入渗条件下,硝化作用改变了土水系统的酸碱条件,使钙镁难溶盐溶解,导致地下水硬度升高。关键词 地下水硬度 阳离子交换 硝化作用 热力学模拟分类号 P64112
地下水硬度升高是城市地下水系统的重要环境问题,对其成因已有广泛而深入的研
究。一般认为城市地下水硬度升高主要是由于污水渗漏造成的,其形成的化学机理是在污水入渗过程中钙镁易溶盐和难溶盐的溶解以及阳离子交换作用,污水中有机物的分解是导致难溶盐岩溶解的动力[1]。近期的调查表明,城市地下水硬度的高值区与硝酸盐污染的分布在空间上具有一致性,如北京、石家庄等地区都有这种现象[2],但迄今为止并未对这种现象进行合理的解释。本文通过室内土柱试验和化学热力学模拟,分析了污水入渗过程中氮转化与硬度变化间的关系。
1 室内试验
通过试验旨在研究在不同入渗方式下土水系统中氮转化与硬度变化的内在联系。111 试验方法
试验共设立内径10cm 、长170cm 4个土柱(No 11、No 12、No 13、No 14),所有的土柱都按土的天然容重逐层回填,在下部130cm ,No 11、No 12土柱为中砂,No 13、No 14为亚砂,所有土柱的上部40cm 为耕作土。试验土体的物理化学参数如表1。试验污水取自中国地质大学(北京)生活区,污水的化学成分见表2。
试验采用间歇入渗和连续入渗两种方式对土柱进行淋滤。连续入渗(No 12、No 14)采用定水头方式进行了为期1年的淋滤,间歇入渗(No 11、No 13)每周灌水两次,间隔为3天或4天,每次700ml ,试验期为70天。试验前为消除土中化学组分对试验结果的影响,首先对易溶盐进行了清洗,试验过程对氮的组分形式和Ca 2+、Mg 2+、Cl -等常量组分的含量进行了监测。
表1 土样的主要物理、化学性质
T able1 Physical and chemical properties of soil samples
<0125mm 颗粒/%
容重
/g?cm-3
有机质/%NH42N NO22N NO32N ORG2N p H值
中砂3210611490106521100107014021008123
亚砂6013811560123821050112011521157191耕作土11382138121100113613051358121 注:除p H外,其余单位为mg/kg;p H是在土水比为1∶5的情况下测得的。
表2 城市污水中主要化学成分及含量
T able2 Chemical components and contents in municipal w astew ater Cl-HCO-3SO2-4Ca2+Mg2+Na+NH42N NO22N NO32N p H值741275671055811757111211145917976010201198120 注:表中数据系7次测定的平均值;硬度以CaCO3计,除p H值外,其余单位为mg/l。
112 试验结果和讨论
11211 不同入渗方式下氮迁移转化的差异
表3是间歇入渗条件下(No11、No13)渗出水中的NO32N及Cl-的变化情况。可见,原先污水中以N H42N为主,而在渗出水中以NO32N为主。
试验初期,由于试验前对易溶盐进行了清洗,而使土柱中保存了一部分冲洗水。最初渗出水组分的浓度反映了入渗污水与原冲洗水相混合的结果,因此Cl-的含量在初期低于污水中Cl-的浓度,待其浓度上升到与试验污水接近时,土柱中冲洗水已被完全驱替。由污水中以含N H42N为主到渗出液中以含NO32N为主,说明在间歇入渗情况下发生了硝化作用。污水中的N H42N首先被吸附到土层中,待落干后,由于空气进入土层的孔隙中,土壤剖面处于氧化状态,使被吸附的N H42N硝化为NO32N。
表3 间歇入渗土柱试验渗出水样中氮和氯离子含量
T able3 Nitrogen and chlorion contents in effluent under discontinuous inf iltration with w astew ater 时间/d
No11土柱No13土柱
NH42N NO22N NO32N Cl-NH42N NO22N NO32N Cl-30124013401781710201900109015417102
60119011101001210501130120514317102
100121010201001411801110100119519114
1301010104911815160010801241919836187
1701120117271104513801100118914873138
20012101161710073138010601063313978170
24012301123413576193011001112715876193
27015401112715876193010601133014876193
31011101194111273138010601484417680147
35011501415810573134011201802910484102
42011801322918782124010801792616184102
49012301586119280147012801966119282124
56012301748310366105012121116010276193
63011911296812076193014921066716176193
700128017979147731386512473138 234现代地质———中国地质大学研究生院学报 1998年
渗出液中的NO 32N 随时间的变化呈现出在波动中逐渐升高的现象,反映了硝化作用由弱到强的过程。因为硝化作用是一个微生物反应过程,硝化杆菌和亚硝化杆菌的生长直接影响到N H 42N 转化为NO 32N 的量。试验初期,土柱中硝化杆菌和亚硝化杆菌不足以使土柱中N H 42N 充分硝化。随着试验期的延长,硝化反应的菌种得以充分生长,大量的N H 42N 被氧化生成NO 32N 。在试验后期,NO 32N 浓度基本上达到污水中总氮的含量。
在连续入渗条件下,No 12土柱在1年的淋滤期内,始终未见氮组分升高的现象,而是保持在1mg/l 以下。No 14土柱在163天时(灌水量为38l ),开始出现N H 42N 升高的现象,但到试验终期只达到1416ml/l ,NO 32N 、NO 22N 的含量很低。这是由于在连续入渗的情况下土水系统始终保持厌氧环境,氮只能以N H 42N 的形式存在,污水中的N H 42N 被土体吸附的结果。这将在进一步的研究中得到证实。11212 不同入渗方式下水硬度的变化
表4和表5显示了在污水连续入渗方式和间歇入渗方式下Ca 2+、Mg 2+和硬度的变化情况。在间歇入渗条件下(No 11、No 13土柱)渗出水的硬度明显高于连续入渗条件下(No 12、No 14土柱)渗出水的硬度。虽然No 11和No 12耕作土层之下均为亚砂土,但由
表4 污水连续入渗条件下C a 2+、Mg 2+及硬度变化
T able 4 C a 2+,Mg 2+and hardness in effluent under continuous inf iltration with w astew ater
时间/d
No 12土柱No 14土柱
Ca 2+
Mg 2+硬度
Ca 2+Mg 2+硬度
247213438127338101231253514745315358913841106392101311062313242310499213838139388101271862314541510567213448160380151151634414746110708712839134381101171033316643010112
89128
35147
36910
104181
37130
41510
注:组分含量Ca 2+、Mg 2+和硬度的单位均为mg/l 。
表5 污水间歇入渗条件下C a 2+、Mg 2+及硬度变化
T able 5 C a 2+,Mg 2+and hardness in effluent under discontinuous inf iltration with w astew ater
时间/d
No 11土柱
No 13土柱
Ca 2+
Mg 2+硬度
Ca 2+Mg 2+硬度
241661306911369915177120271095531535181176591776991520314140145674104916915449155626151781663717157615561571117011168015172154411196001070
154111
64151
65010
174115
35147
58015
注:组分含量Ca 2+、Mg 2+和硬度的单位均为mg/l 。
于入渗方式的不同,其渗出的水平均硬度相差297ml/l ;No 13与No 14耕作土层之下均为中砂,No 13渗出水的平均硬度比No 14的高160mg/l 。无论哪一种入渗方式,渗出水的硬度都高于入渗污水的硬度(230mg/l ),但间歇入渗条件下更易使地下水硬度升高。
在连续入渗条件下,Ca 2+、Mg 2+离子的变化主要是阳离子交换作用的结果。结合上
3
34第3期 王东胜等:氮迁移转化对地下水硬度升高的影响
434现代地质———中国地质大学研究生院学报 1998年面对N H42N变化的分析,在连续入渗条件下,氮主要以N H42N的形式存在,渗出水中N H42N的浓度远低于污水中的浓度,而渗出水中的Ca2+、Mg2+的浓度远高于污水中的浓度。这充分说明在入渗过程中发生了阳离子交换作用,N H42N被吸附,而Ca2+、Mg2+从土层中被交换出来,进入液相。
间歇入渗条件下,渗出水的硬度明显高于污水中的硬度,而且高于连续入渗方式下渗出液的硬度,其原因可能与硝化作用有关。在间歇入渗情况下,最显著的变化为污水中的N H42N在入渗过程中被氧化生成NO32N,即硝化作用。硝化作用在将N H42N转化为NO32N的过程中,同时释放出H+,使得系统中的p H值降低。其化学反应式为: N H+4+1186O2+1198HCO-3→0102C2H7NO2+1104H2O+0198NO-3+1188H2CO3
此式表示在硝化作用这个微生物反应过程中消耗了碳酸盐碱度,用以合成硝化反应中菌种的细胞,并形成NO32N,同时释放出H+。硝化作用的结果改变了系统中的酸碱条件,从而有利于Ca2+、Mg2+难溶盐的溶解。因此,渗出液中的Ca2+、Mg2+含量升高的现象也就成为必然。在间歇入渗的情况下,在硝化作用的同时,也发生了钙镁难溶盐的溶解,因而硝化作用是钙镁难溶盐溶解的动力。当然,在间歇入渗条件下同样存在着阳离子交换作用而使Ca2+、Mg2+离子升高的可能性,因为在污水入渗时首先发生N H42N的吸附过程,而在落干期时发生的是硝化作用。
2 硝化作用对钙镁难溶盐溶解影响的平衡热力学模拟
为从理论上进一步讨论硝化作用对地下水硬度升高的影响,利用PHREEQ E软件[3],从平衡热力学模拟的角度,分析硝化作用对白云石和方解石溶解的影响。
211 模拟系统的描述
选取土柱试验污水为模拟对象,以方解石和白云石为难溶盐,以大气中的O2为反应的化学边界条件,也即选取方解石白云石O2污水为模拟系统。模拟温度为25℃, NO32N的生成、变化区间为015×10-3～5×10-3mol。
212 模拟结果及讨论
模拟结果如图1所示。由图可见随着硝化作用的进行,NO32N含量升高,Ca2+、Mg2+离子都呈升高的趋势,p H值从7121下降到6160,CO2分压从污水中的103144Pa上升到104112Pa。这一结果表明,由于硝化作用导致水岩作用酸碱环境的改变,使得固相的方解石和白云石发生溶解,而且也正是由于方解石和白云石的缓冲作用,阻止了硝化作用过程中p H值的进一步降低,但同时也导致水中Ca2+、Mg2+离子的含量升高。
模拟尽管是在非常理想的条件下进行的,但它从热力学理论上证实了硝化作用对地下水硬度升高的重要影响。地下水硬度升高的一个重要机理就是难溶盐的溶解。在以往的研究中一般认为主要是由于有机物的分解产生CO2使得难溶盐溶解,而在本次研究中我们发现硝化作用是导致难溶盐溶解的另一个重要机理。
3 结 语
通过污水连续入渗和间歇入渗条件下的土柱模拟试验认识到:硝化作用和阳离子交换作用是控制氮和Ca、Mg变化的主要机制。在连续入渗条件下,Ca2+、Mg2+被污水中的
图1 硝化过程硝酸盐含量与Ca 2+(a )、Mg 2+(b )、
p H (c )、log p CO 2(d )变化关系曲线图Fig 11 Relationship between NO 32N and Ca 2+(a ),NO 32N and Mg 2+(b ),NO 32N and p H (c ),
NO 32N and log p CO 2
(d )in nitrification process
N H 42N 从土体中交换出来使水硬度升高。在间歇入渗情况下,硝化作用使Ca 2+、Mg 2+难
溶盐溶解使地下水硬度升高。利用化学热力学平衡模拟硝化作用过程对白云石和方解石难溶解盐溶解以及对水岩作用酸碱环境的影响,从理论上解释了硝化作用对地下水硬度升高的影响。上述结果有助于解释北京、石家庄及其他一些城市地区地下水NO 32N 分布与硬度升高相一致的现象,这是本次研究的新认识。
参 考 文 献
1 林年丰,李昌静,钟佐 等1环境水文地质学1北京:地质出版社,1990196～992 王东胜1石家庄地区地下水化学环境演化及其水岩作用形成机制:
[博士学位论文]1北京:中国地质大学,
1995177～88
3 Parkhurst D L ,Thorstenson D C ,Plummer L N.PHREEQ E ———A computer program for geochemical https://www.360docs.net/doc/ba17753939.html, 2
GS Water Resour Invest Rept ,80～96.Astin :United States G eological Survey ,1990.210
5
34第3期 王东胜等:氮迁移转化对地下水硬度升高的影响
EFFECTS OF NITROGEN TRANSFORMATION ON HAR D NESS INCREMENT OF GROUN DWATER
Wang Dongsheng
(Institute of China Water and Hydropower,Beijing,100044)Shen Zhaoli Zhong Zuoxin Chen Liang (China University of Geo sciences,Beijing,100083)
Abstract
Hardness increment of groundwater is a widespread environmental problem in urban areas of China.Investigation results show that high hardness regions of groundwater are distributed in space with high nitrate.With the help of laboratory and thermodynamic simulation,the re2 lation of nitrogen transformation with calcium and magnesium variation during wastewater in2 filtration in soil water system is studied.The research results indicate that the nitrification makes the p H condition change and causes dissolution of some minerals bearing calcium and magnesium,like calcite and dolomite etc.in discontinuous infiltration condition and leads to the hardness increment of groundwater.And cation exchanges of calcium,magnesium and ammo2 nium control the hardness increment of groundwater in continuous infitration condition.
K ey w ords:hardness of groundwater,cation exchange,nitrification,thermodynamic sim2 ulation
(上接第424页)
温时,薄膜受拉应力,基板受压应力以及Na+、Ti4+与氧的配位数相同,而同Si4+与氧的配位数不同造成的;阳离子向TiO2薄膜的扩散速度为:D Na>D Ca>D Mg,这是由阳离子与氧的单键强度差异造成的,即阳离子与氧的单键强度越大,与氧结合个数越多,越不容易向薄膜中扩散,此时阳离子半径的大小对阳离子向薄膜中的扩散不起决定作用。
5 金属基板上TiO22SiO2、Z rO22CeO2复合陶瓷涂层中间层及基板表层宏观残余应力的研究
对热处理温度及薄膜厚度与中间层及不锈钢基板表层宏观残余应力的研究结果表明:随热处理温度的升高,涂有TiO22SiO2薄膜的不锈钢基板表层的压应力减小,而涂有ZrO22CeO2薄膜不锈钢基板表层的压应力增大;随TiO22SiO2薄膜厚度的增加,中间层受拉应力增大,不锈钢基板表层受的压应力也增大。
6 溶胶凝胶浸涂工艺应用的研究
首次用Sol2gel法制备出具有优异装饰效果及良好耐久性的彩色不锈钢,这些彩色不锈钢在SH60B氙灯耐气候试验机上经250h老化试验不变色,无薄膜脱落现象,作为室内装饰材料,可用5年以上,具有很强的实用性;利用TiO2光催化原理制备出抗菌涂层,其杀菌率为3812%,是一种理想的环保及保健建材,可望在医院病房、居室厨房及卫生间等得到广泛应用;低成本制备出了具有优异抗紫外线及装饰效果的绿色保健材料———彩色抗紫外玻璃。这种彩色玻璃几乎不透紫外光,既可防止紫外线对人体的危害,又可起到优异的装饰效果,是受紫外线照射强烈地区理想的保健材料,今后将在航空、航海、汽车以及建筑等方面得到广泛应用;在玻璃基板上制备出了具有良好防Na+离子扩散的SiO2薄膜,并在此基础上制备出了A TO导电玻璃。
634现代地质———中国地质大学研究生院学报 1998年
062.湖泊氮磷赋存形态和分布研究进展
湖泊氮磷赋存形态和分布研究进展 许萌萌1，2张毅敏2高月香2彭福全2汪龙眠2吴晗2，3 (1.河海大学环境学院，南京210098，2.环境保护部南京环境科学研究所，南京210042，3. 常州大学环境与安全工程学院213164） 摘要：湖泊水体和沉积物中氮磷等营养盐的生物地球化学循环直接影响着湖泊的富营养化。所以全面了解氮磷等营养盐的含量分布特征及其来源，为湖泊富营养化的成因及氮磷迁移转化提供了科学的依据。目前，很多研究学者采用了野外采样、实验室分析和收集文献资料相结合的方法，研究了氮磷营养盐的形态含量及分布差异。 关键词：湖泊氮磷赋存形态分布特征 Advances in chemical speciation and distribution of nitrogen and phosphorus in lakes Xumeng Meng1,2Zhang Yimin2,Gao Yue Xiang2,Peng Fu Quan2,Wang Long Mian2,Wu Han2,3 Environment Department of Hohai University,Nanjing210098,2.Nanjing Institute of Environmental Sciences of,Ministry of Environmental Protection,Nanjing210042,3.Environmental and Safety Engineering Department of Changzhou University213164) Abstract:The biogeochemical cycles of nitrogen and phosphorus in the lake water and sediment directly affect the eutrophication of the lake.Therefore,a comprehensive understanding of the content distribution and source of nitrogen and phosphorus can provide a scientific basis for the cause of eutrophication and the migration and transformation of nitrogen and phosphorus.Currently,many researchers using a field sampling, laboratory analysis and the collection method of combining literature studied the content and distribution differences of morphology of nitrogen and phosphorus. Keywords:Lakes Nitrogen and phosphorus Chemical speciation Distribution characteristics 随着社会和经济发展，人为活动导致的湖泊污染已经成为当今世界面临的一个严重的环境问题，尤其是浅水湖泊的富营养化日益成为各国的主要环境问题。工农业废水大量排放，湖泊流域的水体及沉积物的污染问题日益突出，养殖水体尤为严重。水体氮磷营养盐含量过高易引发自身及外部水域的富营养化，严重时导致赤潮或水华频发。 沉积物承载着湖泊营养物质循环的中心环节，一方面对上覆水体起到净化水质的作用，另一方面又不断向上覆水释放营养盐发挥着营养源作用。沉积物氮磷主要来源于水体中颗粒有机物的沉降积累。水体中的氮磷进入沉积物都是要经过“沉降-降解-堆积”的3个阶段，自上而下呈现逐渐变小的趋势。但是由于各个地方物质来源组成、水动力环境、生物化学条件及生物种群等不同，使其含量在垂直分布变化上产生波动，从而反映出不同区环境的不同变化。上覆水的氮磷进入到沉积物中后，会发生明显的形态转化和再迁移作用，其“活性”取决于氮磷在沉积物中的形态[1]。当外源负荷受到控制后，沉积物作为内源污染源，其氮磷还可通过间隙水和上覆水进行物理、生物化学交换[2]。因此了解沉积物中的氮磷赋存和分布对防治富营养化，控制内负荷具有重要意义。养殖水域氮磷的赋存形态分布比较复杂，相关的研究很少。由于过量的污染物的排放，在低水位时期会超过洞庭湖湖自身净化的能力而对栖息于湖内的生物造成严重影响并危害到其生存[3]。 根据国内外调查研究的相关文献资料，湖泊流域的氮磷形态研究不仅仅局限在湖泊中，湖泊
焦炉加热燃烧时氮氧化物的形成机理分析解析
焦炉加热燃烧时氮氧化物的形成机理及控制 钟英飞 燃气在焦炉立火道燃烧时会产生氮氧化物(NO x )，氮氧化物通常多指NO 和NO 2 的混合物，大气中的氮氧化物破坏臭氧层，造成酸雨，污染环境。上世纪80代中期，发达国家就视其为有害气体，提出了控制排放标准。目前发达国家 控制标准基本上是氮氧化物（废气中O 2 含量折算至5％时），用焦炉煤气加热的 质量浓度以NO x 计不大于500mg/m3,用贫煤气（混合煤气）加热的质量浓度不大于 350mg/m3(170ppm) 。 随着我国经济的快速发展，对焦炉排放氮氧化物的危害也日益重视，并准备制订排放控制标准。本文将对氮氧化物在焦炉燃烧过程中的形成机理及控制 措施进行论述。研究表明，在燃烧生成的NO x 中，NO占95%, NO 2 为5％左右，在 大气中NO缓慢转化为NO 2，故在探讨NO x 形成机理时，主要研究NO的形成机理。 焦炉燃烧过程中生成氮氧化物的形成机理有3种类型：一是温度热力型NO;二是碳氢燃料快速型NO;三是含N组分燃料型NO。也有资料将前两种合称温度型NO。 1 温度热力型NO形成机理及控制 燃烧过程中，空气带入的氮被氧化为NO N 2+O 2 = 2NO NO的生成由如下一组链式反应来说明，其中原子氧主要来源于高温下O 2 的离解： O+N 2 = NO+N N+O 2 = NO+O 由于原子氧和氮分子反应，需要很大的活化能，所以在燃料燃烧前和燃烧火焰中不会生成大量的NO，只有在燃烧火焰的下游高温区（从理论上说，只有火焰的下游才积聚了全部的热焓而使该处温度最高，燃烧火焰前部与中部都不 是高温区），才能发生O 2 的离解，也才能生成NO。
NOX形成机理,如何控制NOX浓度
NOX形成机理,如何控制NOX浓度 1、NOx的危害： 氮氧化物（NOx）是重要的空气污染物质，其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合，以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。氮氧化物的环境危害有二种，在阳光的催化作用下，氮氧化物易与碳氢化物光化反应，造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。 2、NOx生成机理和特点 2.1 NOx生成机理 在NOx中，一氧化氮约占90％以上，二氧化氮占5％~10％，产生机理一般分为如下3种： （1）热力型NOx，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(ZELDOVICH)反应式表示，即 O2+N→2O+N, O+N2→NO+N, N+O2→NO+O 在高温下总生成式为 N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1 500 ℃时,NO的生成量很少,而当T>1 500 ℃时,T每增加100 ℃,反应速率增大6~7倍。 （2）快速型NOx，快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。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，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60 ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
（3）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物,在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600~800 ℃时就会生成燃料型NOx。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。 2.2 NOx生成特点 在这3种途径中,快速型NOx所占的比例不到5%，在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。由NOx的生成机理可以看出，NOx的生成及破坏与以下因素有关：⑴煤的燃烧方式、燃烧工况,其生成量依赖于燃烧温度水平；⑵煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量等； ⑶炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO和CHi的含量；⑷燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。 3、降低NOx的主要控制技术 降低NOx排放措施分为一级脱氮技术和二级脱氮技术。一级脱氮技术主要是采用低NOx 燃烧器以及通过燃烧优化调整，有效控制NOx的产生，从源头上减少NOx生成量；二级脱氮技术则是利用各种措施,尽可能减少已生成NOx的排放，属于烟气脱硝范畴，目前主要有两种成熟技术选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。 3.1、级脱氮技术 3.1.1、气分级 3.1.1.1、根据NOx的生成机理，燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1，燃烧区处于“缺氧燃烧”状态时,抑制NOx的生成量有明显效果[6]。根据这一原理，将燃料的燃烧过程分阶段完成，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃
读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》
读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》 作者——陈英旭梁新强 前言：本书是陈英旭教授领导的团队对太湖流域水环境近十年来持续研究的成果，从田间中观到区域宏观阐明农田土壤氮磷流失的发生机制和界面过程。估算了区域氮磷流失强度与通量，提出了利用新型硝化抑制剂，生态施肥和生态灌溉等方法圆头阻控氮磷流失的策略和措施建议。 国际上关于农田养分流失提出“最佳管理措施”（BMPs Best Management Practices ）1、农田最佳养分管理，2、农业水土保持技术及其配套措施，3、等高线条带种植技术，4、在水源保护区指定和执行限定性农业生产技术标准。 内容 农业面源污染：泛指污染物从非固定的地点，通过径流汇入受纳水体并引起水体富营养化或其他形式的污染。三大特征：发生具有随机性，排放途径和排放污染物具有不确定性，时空的差异性。研究的核心过程：降雨径流（代表有美国SCS 模型），土壤侵蚀（美国提出的通用土壤流失方程USLE及后来改进的RUSLE），地表溶质溶出（有效混合深度EDI），土壤溶质溶出四个过程。 农业面源研究常用模型：RUSLE CREAMS AGNPS ANSWERS WEPP SWAT 美国农业部农业研究局（US departent of agriculture and agriculture research service USDAARS）在1992年12月正式发行RUSLE（revised universal soil loss equation）RUSLE是一套完整软件，可以测出适用于不同地区不同作物和耕作方式及林地、草地灯土壤侵蚀速率的很小的变化。 农业面源污染主要调控技术：面临的问题，缺乏适合中国农村特色的施肥技术，不合理的田间耕作管理模式。 稻田淹水时期通过降雨径流及排水径流大量流失的氮磷已经成为影响水体环境的一个重要农业面源污染源。研究对杭嘉湖平原的杭州市，湖州市和嘉兴市调查水中典型水生植物浮萍与藻的数量及分布情况，同时以嘉兴双桥农场大田为例，进一步探讨浮萍密度，藻的数量及多样性以及叶绿素a含量对不同施肥量的响应状况。大量研究表明，藻类数量总量与叶绿素a之间有很好的直线正相关关系，可以作为藻类生物量的表征。而叶绿素a含量与浮萍密度之间呈显著的线性负相关，说明浮萍的生长抑制了田面水中藻类的生长于繁殖。 浮萍除了本身吸收大量氮磷外还影响水体硝化和反硝化及氨挥发等主要氮素转化过程,稻田中大量生找的浮萍可加快田面水尿素态氮的水解过程，浮萍可以起到降低氮素流失的潜能作用，浮萍层的存在可明显降低氨挥发损失，同时有利于提高氮素利用率。 硝化作用是在通气条件下由土壤微生物把氨气和某些胺化合物化为硝态氮化合物的过程。SWAT（soil and water assessment tools）主要是模拟和预测不同土地利用类型和多种农业管理措施对流域的水，泥沙，化学物质的长期影响。
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理.
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理: 一、氮氧化物的产生机理 在氮氧化物中,NO占有90%以上,二氧化氮占5%-10%,产生机理一般分为如下三种: (a热力型 燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich反应式表示。 随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律。当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。 热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式 在高温下总生成式为 (b瞬时反应型(快速型 快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。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。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成,其形成时间只需要60ms,所生成的与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。 上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分,不是主要来源。 (c燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度,在600-800℃时就会生成燃料型,它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。
在生成燃料型NOx过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N,CN,HCN 和等中间产物基团,然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成,故燃料型的形成也由气相氮的氧化(挥发份和焦炭中剩余氮的氧化(焦炭两部分组成。 燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图 二、低NOx燃烧技术原理 对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说,也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。 1在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx,燃料中氮并非全部转变为NOx,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOx排放总量,可采取: (1减少燃烧的过量空气系数; (2控制燃料与空气的前期混合; (3提高入炉的局部燃料浓度。 2热力型NOx:是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx,产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增加化学活性;然后是高的氧浓度,要减少热力型NOX的生成,可采取: (1减小燃烧最高温度区域范围; (2降低锅炉燃烧的峰值温度; (3降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。 具体来说,就是在保证锅炉燃烧安全的前提下,采取以下措施来减少氮氧化物的生成:
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理
一、氮氧化物的产生机理 在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种： （a）热力型 燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。 热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式) 在高温下总生成式为 （b）瞬时反应型(快速型) 快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。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。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力次方成正比，与温度的关系不大。 上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。 （c）燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图 二、低NOx燃烧技术原理 对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。 1）在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NOx含量较多，快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx，燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，降低此转换率，控制NOx排放总量，可采取： （1）减少燃烧的过量空气系数； （2）控制燃料与空气的前期混合； （3）提高入炉的局部燃料浓度。 2）热力型NOx：是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx，产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增加化学活性；然后是高的氧浓度，要减少热力型NOX的生成，可采取：（1）减小燃烧最高温度区域范围; （2）降低锅炉燃烧的峰值温度; （3）降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。 具体来说，就是在保证锅炉燃烧安全的前提下，采取以下措施来减少氮氧化物的生成： 1、低过量空气燃烧 使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15~20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下)，会增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，使锅炉燃烧效率下降。因此，在锅炉运行时，应选取最合理的过量空气系数。 2、空气分级送入炉膛
NOx生成及控制措施
一概述 中国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤在一次能源中占75％，其中84％以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮氧化物(NOx)，是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面：氮氧化物(NOx)的主要危害： (1)NOx对人体的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；(2)NOx对植物的损害；(3)NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物；(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾；(5)NOx参与臭氧层的破坏。 (2)不同浓度的NO2对人体健康的影响 二、燃煤锅炉NOx生成机理 氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的NOx有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，其中NO 和NO2是重要的大气污染物，另外还有少量N2O。我国氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。
煤的燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx ）主要是一氧化氮（NO ）和二氧化氮（NO2），在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。燃烧形成的NOx 生成途径主要由以下三个：为燃料型、热力型和快速型3种。其中快速型NOx 生成量很少,可以忽略不计。 1. 热力型NOx 指空气中的氮气（N2）和氧(O2)燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的NO 和NO2的总和，其总反应式为： 2 2222NO O NO NO O N ?+?+ 当燃烧区域温度低于1000℃时，NO 的生成量较少，而温度在1300℃—1500℃时，NO 的浓度约为500—1000ppm ，而且随着温度的升高，NOx 的生成速度按指数规律增加，当温度足够高时热力型NOx 可达20%。因此，温度对热力型NOx 的生成具有绝对性的作用，过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx 的生成有很大影响。 根据热力型NOX 的生成过程，要控制其生成，就需要降低锅炉炉膛燃烧温度，并避免产生局部高温区，以降低热力型NOX 的生成。 2. 燃料型NOx 燃料型NOx 的生成是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx ，称为燃料型NOx 。燃煤电厂锅炉中产生的NOx 中大约75%～90%是燃料型NOx ，因此燃料型NOx 是燃煤电厂锅炉产生NOx 的主要途径。研究燃料型NOx 的生成和破坏机理，对于控制燃烧过程中NOx 的生成和排放，具有重要的意义。在燃料燃烧生成NOx 的过程中，
NOx的生成机理
随着我国实行可持续发展的战略，经济建设和环境的协调发展已成为可持续发展的一项重要内容，因此环境保护已成为当前和今后一项任重而道远的工作。在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物（NOx）因为对生态环境和人体健康的危害极大，且难以处理，所以成为重点控制排放的污染物之一。由于环保滞后，特别是治理资金的匮乏，我国对NOx的治理还很有限，因此通过燃烧调整来减少燃煤电厂污染物的排放，特别是NOx的排放，具有积极的意义。 1NOx的生成机理 NOx主要指NO和NO2，其次是N2O3，N2O，N2O4和N2O5。在发电厂锅炉的煤粉燃烧过程中，NOx的形成途径主要有两条：一是有机地结合在煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解，并进一步氧化而生成NOx；二是供燃烧用的空气中的氮在高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成NOx。在煤粉锅炉生成的NOx中，主要是NO，约占95%，而NO2仅占5%左右，N2O3，N2O，N2O4和N2O5的量很少。NOx的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关。 煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。 1.1热力型NOx的生成 热力型NOx是燃烧空气中的氮在高温下氧化而成的。其生成机理是由前苏联科学家捷里道维其（Zeldovich）提出的，按这一机理，热力型NOx的生成主要由以下链锁反应来描述： 式中：t——反应时间； T——反应温度； c(NO)——NO的浓度； c(O2)——O2的浓度； c(N2)——N2的浓度。 由上式可以看出，影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间，而且温度对热力型NOx的生成影响最大。实际上在1 350 ℃以下，热力型NOx 生成量很少，但随着温度的上升，热力型NOx生成量迅速增加，温度达1 600 ℃以上时，热力型NOx占NOx生成总量的25%～30%。 1.2燃料型NOx的生成 燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%～80%。一般认为，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的，同时还存在NO的还原反应。燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂，至今仍无法解析清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示：
氮氧化物的形成及控制
氮氧化物的形成及控制技术 孙铁朦 （中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083） 摘要：随着我国经济的快速发展和能源生产与消费量的急速增长，氮氧化物排放量也随之增加。有关研究表明，氮氧化物排放加剧了大气酸沉降、光化学烟雾和城市灰霾的污染。由于氮氧化物可以在大气层中长距离输送，引起的全球性或区域性污染问题也日渐突出。如果对此不加以控制，氮氧化物的持续增加将会明显抵消掉二氧化硫减排所取得的重大环境效益。我国氮氧化物排放控制还处于起步阶段，氮氧化物排放控制技术有待进一步普及，并提出氮氧化物排放治理的一些方法。 关键词：氮氧化物；危害；控制技术。 The formation of nitrogen oxide and control technology Sun tie meng (School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China) Abstract: With the rapid growth of China's rapid energy production and consumption,nitrogen oxide emissions have increased. The study showed that nitrogen oxide emissions contribute to atmospheric acid deposition,photochemical smog and urban haze pollution. Due tolong-range transport of nitrogen oxides in the atmosphere which caused by global or regional pollution problems have become increasingly prominent. If this is left unchecked, the continued increase of the nitrogen oxides will be significantly offset by the significant environmental benefits achieved by the sulfur dioxide emission reduction. Due to nitrogen oxides emission reduction program in china is still in its initial stages,nitrogen oxide control technology needs further popularization and provide some methods on nitrogen oxide emission control. Key words:nitrogen oxide;damage:control technology. 1前言 氮氧化物是大气中主要的气态污染物之一，包括多种化合物,如氧化亚氮(N O)、一氧化 2 )、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。其中氮(NO)、二氧化氮(NO 2 N2O3、N2O4、N2O5很不稳定,常温下很容易转化成NO和NO2。大气中含量较高的氮氧化物主O、NO和NO2。其中,NO和NO2是大气中主要的氮氧化物。 要包括N 2 自然界中的NOx主要来自雷电,森林草原火灾，氧化大气中的氮和土壤中微生物的消化作用，这些氮氧化物在大气系统中均匀分散,并参加在环境中的氮循环。人类活动产生的氮
氮氧化物产生与控制分析.
前言 能源与环境是当今社会发展的两大问题，如何文明用能、合理用能已经成为人们越来越关注的话题。在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%的SO2、68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，文明用能、合理用能，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术，降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。 循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。 1NOx的生成机制 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。 在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个： （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。 （2）燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。 （3）快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOx。其中燃料型NOx是最主要的，它占总生成量的60%~80%以上，热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，在温度足够高时，热力型NOx的生成量可占到总量的20%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。另外，N2O和NOx燃料型一样，也是从燃料的氮化合物转化生成的，它的生成过程和燃料型NOx的生成和破坏密切相关。 2 影响因素分析 在循环流化床锅炉中，一方面，氮在燃烧过程中被不断氧化生成NOx，另一方面在还原性气氛中NOx也会被不断还原生成N2，因此，影响氧化、还原反应的所有因素都将影响到NOx的浓度。 2．1燃料特性的影响 由于NOx主要来自于燃料中的氮，因此，从总体上看，燃料氮含量越高，则NOx的排放量也越高；同时，燃料中氮的存在形态不同，NOx的排放量也不一样，以胺的形态存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成NO，而以芳香环形式存在的燃料氮在挥发分燃烧过程中主要生成N2O。一般来说，褐煤、页岩等劣质燃料中燃料氮的主要存在形态是胺，故NOx 排放量较多，N2O很少；相反，烟煤、无烟煤中燃料氮的主要存在形态是芳香环，故NOx 排放量较少，而N2O很高。 煤，尤其是其挥发分中的各种元素比也会影响到NOx的排放量。显然，O/N比越大，NOx排放量较高。H/C比越高，则NO越难于被还原，故NOx排放量也越高。另外，S/N比会影响到各自的排放水平，因为S和N氧化时会相互竞争，故SO2排放量越高，NOx排放量越低。 2．2 过量空气系数的影响 当风不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧浓度，因而，对热力型NOx和燃料型NOx 的生成都有一定的控制作用，采用这种方法可使NOx排放量降低15%~20%，但是CO浓度会增加，燃烧效率会下降。
氮氧化物生成机理及控制技术
氮氧化物生成机理及控制技术 前言：能源与环境是当今社会发展的两大问题，如何文明用能、合理用能已经成为人们越来越关注的话题。在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%的SO2、68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，文明用能、合理用能，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术，降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。 循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx 排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。 1NOx的生成机制 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。 在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个： （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。 （2）燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。 （3）快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOx。其中燃料型NOx是最主要的，它占总生成量的
氮氧化物产生与控制分析
氮氧化物产生与控制分析
前言 能源与环境是当今社会发展的两大问题，如何文明用能、合理用能已经成为人们越来越关注的话题。在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%的SO2、68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，文明用能、合理用能，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术，降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。 循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧 技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。 1NOx的生成机制 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。 在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个： （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。
煤，尤其是其挥发分中的各种元素比也会影响到NOx的排放量。显然，O/N比越大，NOx排放量较高。H/C比越高，则NO 越难于被还原，故NOx排放量也越高。另外，S/N比会影响到各自的排放水平，因为S和N氧化时会相互竞争，故SO2排放量越高，NOx排放量越低。 2．2 过量空气系数的影响 当风不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧浓度，因而，对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有一定的控制作用，采用这种方法可使NOx排放量降低 15%~20%，但是CO浓度会增加，燃烧效率会下降。 当风分级时，可有效地降低NOx的排放量。一般情况下，二次风从床上一定距离送入较好，如果过低则对NOx的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二次风量的增加，N被氧化的速度下降，NOx排放量也随之下降，并在某一风量分配下达到最小值。 2．3 燃烧温度的影响 燃烧温度对NOx的排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx的排放量将升高，因此，可以通过降低床温来控制NOx的排放量。但是，床温的降低会带来两个不利的后果，一个是CO炉内浓度将增加，不完全燃烧热损失增大，从而使得燃烧效率下降；另一个是不利于N2O分解，从而使得N2O的排放浓度增加。 2．4 脱硫剂的影响
烟气中NOX形成机理
氮氧化物的产生机理 在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种： (a)热力型 燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用泽尔多维奇(Zeldovich)反应式表示。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。 热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)： O2+N-->2O+N O+N2-->NO+N N+O2-->NO+O 在高温下总生成式为： N2+O2-->2NO NO+(1/2)O2-->NO2 (b)瞬时反应型(快速型) 快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。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。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。 上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。 (c)燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60～80％。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。
NOx生产机理及降低的办法
NOx生成机理 在NOx中，一氧化氮约占90％以上，二氧化氮占5％~10％，产生机理一般分为如下3种： （1）热力型NOx，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(ZELDOVICH)反应式表示，即 O2+N→2O+N,O+N2→NO+N,N+O2→NO+O 在高温下总生成式为 N2+O2→2NO,NO+0.5O2→NO2 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6~7倍。 （2）快速型NOx，快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。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，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。 （3）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物,在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600~800℃时就会生成燃料型NOx。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段
组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。 NOx生成特点 在这3种途径中,快速型NOx所占的比例不到5%，在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。由NOx的生成机理可以看出，NOx的生成及破坏与以下因素有关[3]：⑴煤的燃烧方式、燃烧工况,其生成量依赖于燃烧温度水平；⑵煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量等；⑶炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO和CHi的含量；⑷燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。 根据NOx的生成机理，燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1，燃烧区处于“缺氧燃烧”状态时,抑制NOx的生成量有明显效果[6]。根据这一原理，将燃料的燃烧过程分阶段完成，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的80％左右，形成富燃区，从而降低了燃烧区的氧浓度，也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成，推迟燃烧过程，并将已生成的NOx分解还原，使燃料型NOx减少；由于此时火焰温度降低，使得热力型NOx的生成量也减少。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃烬风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，使燃料燃烧完全，成为燃烬区，从而完成整个燃烧过程。