王 涛

(上海梅山钢铁股份有限公司冷轧厂,江苏 南京 210039)

目前钢铁企业带钢连续热处理炉加热段一般采用燃气辐射管进行加热,燃气与助燃空气在辐射管内燃烧,通过热辐射对带钢进行加热。燃气在燃烧过程中产生的NOx对环境危害大,又很难处理,还能形成光化学烟雾和酸雨,因此必须抑制燃烧过程中NOx的生成。NOx钢铁企业排放指标限值为300 mg/m3,而部分地区(如江苏省)实行超低排放标准为<200 mg/m3。

1 氮氧化物产生机理

NOx的产生主要有3种形式,具体如下:

(1)燃料型NOx:燃料中含氮有机物在燃烧中氧化而成,在600～800 ℃时就会产生燃料型NOx。

(2)快速型NOx:燃料挥发物中碳氢化合物和空气中氮气反应产生HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度产生NOx。

(3)热力型NOx:燃料燃烧时,空气中的氮在高温下发生氧化反应,>1 400 ℃时,每增加100 K,反应速率增大6～7倍。对于W型辐射管,距离烧嘴喷口0～1 000 mm范围是NOx生成的主要区域。在此区域辐射管内气体燃烧温度较高,并且分布较为集中。在空气系数大于l的火焰(燃料稀薄的火焰)中,NOx的生成主要是在火焰带的下游进行。NOx的生成速度可用式(1)计算,此式适用于空气过剩的预混合火焰[1]:

(1)

式中:c[O2]、c[N2]、c[NO]分别为O2、N2、NOx的摩尔浓度,mol/cm3;T为绝对温度,K;t为时间,s;R为通用气体常数,J/(mol·K)。

由式(1)可知,NOx的生成速度受以下因素影响:

(1)O2浓度:NOx的生成速度在空气系数等于1附近最大,远离1时,生成速度急剧下降。

(2)火焰温度:NOx的生成反应在燃烧温度低于1 500 ℃时几乎观测不到;在温度高于1 600 ℃时,这一反应才变得明显,并且随着温度升高,反应速度按指数规律迅速增加。