질소 산화물

질소 산화물 (NOX) 프라이머

보일러의 NOX 형성

NOX (질소의 산화물)는 산화 질소 (NO), 이산화 질소 (NO2)의 누적 방출을 말합니다. 모든 화석 연료의 연소는 고온과 공기와 연료 모두에서 산소와 질소의 가용성으로 인해 어느 정도의 NOX를 생성합니다.

연소로 인한 NOX 배출량은 균형 NO2에서 일반적으로 90 ~ 95% NO입니다. 그러나 일단 연도 가스가 스택을 떠나면 대부분의 NO는 결국 대기에서 NO2로 산화됩니다. 발전소 스택 방전에서 때때로 볼 수있는 갈색 깃털에 기여하는 것은 연도 가스의 NO2입니다.

스팀 생성에는 NOX 형성의 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다 : 열 NOX 및 연료 NOX.

열 NOX

열 NOX는 연소 공기에서 발견되는 질소의 고온 산화를 통해 형성된 NOX를 나타냅니다. 형성 속도는 온도에서의 체류 시간뿐만 아니라 온도의 함수입니다. 상당한 수준의 NOX는 일반적으로 산화 조건 하에서 2200F (1204C) 이상으로 형성되며, 온도가 증가함에 따라 지수는 증가합니다. 이러한 고온에서 분자 질소 (N2) 및 산소 (O2)는 원자 상태에 분리되어 일련의 반응에 참여합니다. 이러한 반응의 한 산물은 아니오입니다. 완전한 연소 (고온, 긴 거주 시간 및 높은 난기류 또는 혼합)로 이어지는 전통적인 요인은 모두 열 NOX 형성 속도를 증가시키는 경향이 있기 때문에 효과적인 연소와 제어 된 NOX 형성 사이의 일부 타협이 필요합니다..

열 NOX 형성은 일반적으로 피크 및 평균 불꽃 온도를 줄임으로써 제어됩니다. 제어 혼합 버너를 사용하여 연소 과정을 늦추는 데 사용할 수 있습니다. 두 번째 접근법은 연소 공기의 일부만이 연료를 태우기 위해 첨가되는 연소 단계입니다. 나머지 공기는 과도한 공기 포트를 통해 별도로 추가되어 연소 과정을 완료합니다. 세 번째 방법은 연도 가스 재순환 (FGR)이라고하는 버너의 연소 공기와 연도 가스의 일부를 혼합하는 것입니다. 이것은 연료의 화학 에너지에 의해 가열되어야하는 가스 중량을 증가시켜 불꽃 온도를 줄입니다..

연료 nox

석탄 및 석유와 같은 질소 함유 연료로 인한 NOX 배출의 주요 공급원은 연소 중 연료 결합 질소를 NOX로 전환하는 것입니다. 실험실 연구에 따르면 연료 NOX는 잔류 오일을 발사 할 때 총 제어되지 않은 배출량의 약 50%, 석탄을 발사 할 때 약 75%를 기여합니다. 이 연료에서 발견되는 질소는 일반적으로 유기 화합물의 일부로 연료에 결합됩니다. 연소 동안, 질소는 궁극적으로 NO 또는 N2를 형성하기 위해 자유 라디칼로 방출됩니다. NOX 배출의 주요 요인이지만 연료 바운드 질소의 20-30%만이 No. 전환됩니다.

연료 바운드 질소로부터의 NOX 형성의 대부분은 완전히 이해되지 않은 일련의 반응을 통해 발생합니다. 그러나이 전환은 여기에 표시된 것처럼 두 개의 개별 경로에 의해 발생하는 것으로 보입니다.

연소 중 석탄에 함유 된 질소에서 NOX 형성

첫 번째 경로는 연소의 초기 단계 동안 휘발성 질소 종의 산화를 포함합니다.

방출 동안 및 휘발성 화합물의 산화 전, 질소는 반응하여 연료가 풍부한 화염 영역에서 여러 중간 화합물을 형성합니다. 이어서, 이들 중간 화합물은 전투 후 영역에서 NO로 산화되거나 N2로 감소된다. NO 또는 N2의 형성은 국소 연료 공기 화학량 론적 비율 (완전 연소가 발생하는 연료와 공기 사이의 비율)에 크게 의존한다. 이 휘발성 방출 메커니즘은 연료 NOX 기여의 60 ~ 90%를 차지하는 것으로 추정됩니다.

두 번째 경로는 연료의 숯 부분을 연소하는 동안 질소 라디칼의 방출을 포함합니다. 이러한 반응은 휘발성 종과 관련된 반응보다 훨씬 느리게 발생합니다.

NOX 로의 연료 결합 질소를 연료 공기 화학량 론에 크게 의존하지만 연소 영역 온도의 변화와는 상대적으로 독립적입니다. 따라서,이 전환은 연소의 초기 단계 동안 산소 이용 가능성을 줄임으로써 제어 될 수있다. 제어 된 연료 공기 혼합 및 단계화 된 연소와 같은 기술은 초기 Devolatilization Zone에서 화학량 론을 제어함으로써 NOX 배출량의 현저한 감소를 제공합니다..

NOX 감소 방법

보일러에서 NOX를 제어하는 ​​다양한 방법이 있습니다.연소 기술-기반 NOX 제어는 일반적으로 가장 낮은 비용 솔루션입니다. 추가 제어가 필요한 응용 프로그램에서는 다른 옵션이 포함됩니다.연료 스위칭및/또는 전투 후 제어 (예 :선택적 촉매 감소, 고려할 수 있습니다.

연소 제어

NOX 형성은 빠른 연료 공기 혼합에 의해 촉진됩니다. 이것은 높은 피크 화염 온도와 과도한 산소를 생성하여 NOX 배출을 촉진합니다. NOX 형성 감소를 담당하는 연소 시스템 개발낮은 노스 버너, 단계적 연소 기술 (과도한 공기)및 연도 가스 재순환 (FGR). 특정 NOX 감소 메커니즘에는 연료 공기 혼합 속도 제어, 초기 연소 영역에서의 산소 이용 가능성 감소 및 피크 불꽃 온도 감소가 포함됩니다..

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전투 후 제어

추가 NOX 제어 기술을 연소 구역의 다운 스트림으로 적용하여 추가 감소를 달성 할 수 있습니다. 이 전투 후 제어 시스템은라고합니다.선택적 촉매 감소 (SCR) 및 선택적 비 촉매 감소 (SNCR). 어느 기술에서도, NOX는 연도 가스에 주입 된 시약 (또는 시약)과의 일련의 반응을 통해 질소 (N2) 및 물 (H2O)으로 감소된다. 상업용 응용 분야에 사용되는 가장 일반적인 시약은 SCR 및 SNCR 시스템 모두에 대한 암모니아 및 요소입니다.

SCR은 특정 응용 프로그램 및 공간 가용성에 따라 NOX 레벨을 효과적으로 감소시킬 수 있습니다. SNCR은 일반적으로 낮은 NOX 감소 수준으로 제한되지만 필요한 NOX 감소 또는 고유 한 프로젝트 요구 사항에 따라 더 경제적 인 선택 일 수 있습니다. 두 기술 모두 여러 연료 및 보일러 유형에 대한 NOX 감소에 성공적으로 적용되었습니다.

선택적 촉매 감소 시스템

연소 및 연소 후 NOX 제어의 조합은 종종 기존 설치에 대한 가장 경제적 인 접근 방식이며 연소 방법만으로 필요한 배출 감소를 달성 할 수없는 설치에 필요합니다..