氮氧化物的形成（一）在线视频

前面实际上讲了

四种燃料的反应

这四种燃料

除了煤

煤有专门的领域

我们专门去研究

实际上我们一般的燃料

我们差不多都已经包括了

就是碳氢燃料

里边氢 一氧化碳

高碳氢化合物 甲烷

但是实际上燃烧的话

现在我们越来越关注

关注污染物的形成

而燃烧相关的

最重要的污染物的形成

就是氮氧化物

所以氧化氮

或者氮氧化物的这种形成

是我们下面要来专门关注的

首先我们来看看一氧化氮

到底怎么形成的

那么应该说燃烧当中

到现在为止

我们对一氧化氮的

燃烧的形成

已经相当的充分了

刚才我们在谈到

甲烷的

燃烧的大的机理看

你看后半部分

实际上基本上

都是含氮的这些反应

而详细的化学反应

你把它全部列出来

就可以了

那下面我想

我们基本上要把一般的可能性

我们大概的思路把它搞清楚

大概的是一个概念

就是空气当中的氮

和空气当中的氧

怎么能够形成氮氧化物的

那么它通过主要是三个途径

一个就是我们叫热力型

或者叫Zeldovich机理

那我们前面

在讲化学动力学

讲化学热力学

都在举例的时候

都针对这个反应

有过分析

那么第二类的话

我们叫Fenimore模型

或者叫快速型

第三个的话

我们称之为叫N₂O

就是氧化亚氮的

中间体的这种机理

当然现在也有很多很多

其它的分析

比如还可能涉及到NNH的

这么一种机理途径

现在越来越觉得

这个机理非常非常重要

那么大概的概念的话

热力型的 通常在非常高的温度下

而且 应该比较低的

化学当量比的条件底下

也就是说是空气过量的条件下

起了主导的地位

而Fenimore机理的话

通常只是富燃料的情况

基本上就给大家这么两个概念

那么N₂O中间体的这种机理

通常是在比较低温的前提下

或者贫燃料低温的燃烧过程中

显得非常重要

大家可能都知道

比如像流态化的燃烧

那么实际上它就是低温的燃烧

那么这个里面

实际上一氧化氮不是很大

反而是它直接生成了氧化亚氮 N₂O

它比较稳定的产物

所以显得非常重要

不过的话

现在不管是预混火焰也好

扩散火焰

近来的研究的话

基本上都清楚

这三种机理都非常非常重要

如果大家对于整个氮氧化物

因为非常复杂

如果有很非常详细的了解以后

包括现在还有很多人在做研究

如果有兴趣的话

那么大家可以去读

米勒他们的综述

应该是非常非常详细的

如果有兴趣的话

大家也可以看

我们这本教科书

我们后面可能由于没有时间

我们不会去讲

就第十五章

是专门介绍

污染物的一些情况

氮氧化物

也有更详细的阐述

好 我们首先来看看热力型的

或者我们叫Zeldovich的

机理的基本的过程

第一个是我们称之为

叫链式反应的过程

首先是一个氧的原子

去轰击氮气

会形成一个NO

增加出来一个氮的原子

氮原子又去轰击氧气

变成NO加上一个氧原子

这是一个非常典型的什么

是链式反应 它不分支

也就是说消耗自由基

一个自由基产生一个自由基

氧氮不断在循环

那么当然还可以增加一个反应

也就是氮

在羟基的作用底下

会变成NO加上一个氢

那么这个的话

实际上是作为一个

扩展的Zeldovich机理

前两个反应是一般性的

最早的热力学机理

第三个的话是羟基参与了以后

我们把它称之为扩展的

那么这三个反应的话

它有正反应逆反应

实际上是一共有六个反应

那么现在的话

对这六个反应的

所有的动力学参数

现在也应该比较完整的

进行了表达

那么这里边是列出了

这六个反应的

正逆反应的

速度系数的

计算的方法

那我们把这六个反应

一个方程组

把它称之为

叫扩展的Zeldovich机理

一般来讲 这个机理

要跟我们前面燃烧的这些

比如涉及到的

氧分子 氧原子 羟基等等的

这些自由基的

燃烧的化学反应

是完全相关的

但是你会有趣的发现

在有一些情形下

燃烧已经完成的时候

氮氧化物并没有很明显的产生

那这个时候

这些过程就可以不耦合

就是可以解耦来进行研究

那么实际上也会发现

实际上真正的一般的燃烧

还真是这样的现象

也就是特别是热力型的

通常说它主要的反应

是氧对它的氧化过程

但是 氧原子的产生

它通常 虽然产生了

但是它的化学反应速度

常常是什么

是燃烧已经完成了以后

在高温下继续氧化

产生氮氧化物

我们后面的话

会用一些例子

能够去进一步分析

而且通过这样一个理解

我们完全可以认为

氧和氧原子是处于什么

是平衡态的

包括羟基

我们是处于平衡态

而氮的话

认为处于稳定态

也就是我们前面

第四章学的

稳态的近似假设

和局部平衡的近似假设

在这里边都可以体现

我们就可以很好的去完成

上次我们用一个例子的话

已经说了

那么这样的话

我们就非常简单的

推导出一个式子

就氮氧化物的形成速度

等于2K_N,1f

跟氧的原子

跟氮气的

平衡值

都是直接相关

非常简单地写出来

就可以表达出

Zeldovich

或者扩展的Zeldovich的

氮氧化物的形成速度

那么实际上

在第四章的例子里边

我们用了一个

就是在用激光

大家还有印象

0.5毫秒就产生了

大大地增加了速度

那么实际上的话

这样的假设的话

实际上氧原子的速度

在火焰后区

平衡的假设是不合适的

氧原子的浓度的话

实际上常常要大大地

超过平衡的浓度

那么大大加快

氮氧化物的形成速度

那么这种特定的现象

我们有人也把它称之为

就快速的氮氧化物的机理

但实际上我们这里边的话

并没有这么去做

我们把快速形

限定在Fenimore的机理里边

但是一定要注意

这种超平衡的这种现象

可以大大的加快

氮氧化物的形成

但这还是属于什么

热力型的机理的范畴

大家也可以看出来

这个反应怎么样

第一个反应怎么样

就可以看出来

它的什么活化能是相当的高

这怎么理解

也就是说热力型的反应

实际上跟温度

是非常非常强烈相关

那么前面的

给大家一个概念

就是一般来说

就是我们作为一个估算的方法

大概温度低于1800K

也就是1500摄氏度

热力型的氮氧化物形成

通常是不重要的

所以控制氮氧化物

热力型形成的

一个非常非常重要的方法

就是控制燃烧的温度

我们有一些地方不要温度高

那么它的氮氧化物的形成

就慢很多

那么通常我们如果很好的

去控制它的温度

控制它的氧原子的停留时间

我们就完全可以很好的

去控制氮氧化物的形成

这也是为我们在燃烧过程当中

控制氮氧化物

提供了一个理论的基础

那么N₂O中间体的

机理的话

我们前面一开始就说了

它一般是低温

在贫燃料的变得很重要

那么它的过程的话

实际上是一个

从一个氧原子

去轰击的氮气出发的

那么变成了一个N₂O

那么N₂O的话

在氢和氧的作用底下的话

分别形成了NO

就是一氧化氮

就显得就是

所谓的

就通过N₂O中间体的

形成NO的一个机理

对于N₂O中间体的

反应的话

应该说是在涉及到

贫燃烧的

预混燃烧的话

显得非常非常重要

那么现在的话

实际上怎么去控制

现在比如燃气轮机

以前都是用扩散燃烧

现在都是用贫燃料预混燃烧

作为一个控制氮氧化物的

基本方法

那么这个显得越来越重要了