燃氣具燃燒產生煙氣的危害與控制

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一氧化碳是燃氣具燃燒產生煙氣中對人體健康有危害的主要有毒氣體之一。當人通過呼吸道吸入一氧化碳后，其會與血液中的血紅蛋白結合，取代氧生成一種碳氧血紅蛋白，妨礙了血紅蛋白向體內送氧功能，從而使人體缺氧、中毒、甚至造成窒息死亡，這就是通常所說的一氧化碳中毒。當空氣中一氧化碳含量不同時其對人體健康所造成的危害程度也是不同的，具體見表3。

表3 含有不同一氧化碳濃度的空氣對人體健康的危害[2]

空氣中一氧化碳含量（ppm）	呼吸時間與對人體健康的危害
100	最大允許值
200	2～3小時，感到輕微頭痛
400	1～2小時，感到頭痛、惡心、嘔吐
800	45分鐘頭痛，隨著嘔吐，2小時神志昏迷
1600	20分鐘頭痛，隨著嘔吐，2小時死亡
2400	15分鐘頭痛，隨著嘔吐，1小時死亡
3200	5～10分鐘頭痛、痙攣，30分鐘死亡
6400	1～2分鐘頭痛、痙攣，10～15分鐘死亡
12800	吸入幾口空氣，1～3分鐘死亡

從上表可以看出：燃氣具燃燒產生的一氧化碳對人體健康有極大的危害，所以設法控制并減少燃氣具燃燒產生的一氧化碳量變得越來越重要了。對于燃氣熱水器燃燒使用，可以通過適當提高燃燒溫度、適當增加風門大小以增加一次空氣量、適當增加風機轉速以增加燃燒所需空氣量，以及使煙氣在高溫區滯留時間變長等方法減少不完全燃燒所產生的一氧化碳量；對于燃氣灶具則可通過適當增加風門開度以增加一次空氣量、適當提高鍋架高度以增加二次空氣量，以及提高燃燒溫度等措施減少不完全燃燒所產生的一氧化碳量。

2.4 氮氧化物

燃氣燃燒過程中還會產生氮氧化物有害氣體，相對于一氧化碳的危害，人們對于氮氧化物的危害知之甚少，其實對于相同濃度的一氧化碳和氮氧化物相比，氮氧化物的危害遠高于一氧化碳的危害。燃氣燃燒產生的煙氣中直接生成的主要是NO，NO隨煙氣向環境大氣中擴散，并繼續與環境大氣中的氧氣反應生成NO2，所以燃氣燃燒產生的氮氧化物主要是NO和NO2。NO會與血液中血色素結合生成氮氧血紅蛋白，從而使血液失去輸送氧的功能，這一現象與CO中毒現象相似，但是NO與血色素的親和能力較CO強數百倍，其毒性遠高于CO；而NO2的毒性比NO更大，具體見表4。

表4 不同NO2濃度對人體的影響[3]

NO2濃度（ppm）	主要癥狀
0.5	4小時，能看到肺細胞病理組織的變化 3～12個月能發現支氣管炎，部分肺氣腫現象
1.0	能聞到微弱氣味
3.5	2小時，呼吸道細胞感染可能性增大
5.0	感到有相當強烈的氣味
10～15	刺激眼、鼻和上呼吸道
25	為短時間暴露的安全界限
50	只需1分鐘就可以感到窒息
80	3～5分鐘感到胸痛
100～150	0.5～1小時發生肺氣腫，有死亡的可能

氮氧化物不僅對人體健康造成極大的危害，而且還會對生態環境造成污染。排放到環境大氣中的氮氧化物遇到碳氫化合物時，在太陽光中紫外線的作用下會發生光化學反應，生成具有刺激性的淺藍色煙霧，造成嚴重的光化學煙霧污染；另一方面有氮氧化物生成的硝酸也會形成酸雨，光化學煙霧污染和酸雨不僅會對人造成嚴重危害，而且對植物、建筑物、水源等都有嚴重的污染和損害。因此，研究氮氧化物的生成機理以控制并減少氮氧化物的污染有著重要的意義。

由于燃氣燃燒產生的氮氧化物主要是NO，故研究氮氧化物的生成機理主要是針對NO而言的，NO的生成途徑主要有三種：[4]

⑴溫度型NO：由空氣中的氮氣與氧氣在高溫下氧化而生成的NO；

⑵快速型NO：碳氫系燃料在過剩空氣系數小于1情況下燃燒產生的NO；

⑶燃料型NO：以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在燃燒過程中被氧化而生成的NO。由于燃氣氮含量很低，燃燒過程所生成的燃料型NO很少，可以忽略不計。

因此，控制并降低煙氣中氮氧化物的生成主要應抑制溫度型NO和快速型NO的生成，而兩者的生成與燃燒溫度、氧氣濃度、高溫區的停留時間等因素有關，所以可通過以下方法抑制氮氧化物的生成：[5]

⑴由于燃燒溫度越高，生成的氮氧化物量就越多，則可通過降低燃燒溫度，消除局部高溫以抑制氮氧化物的生成；

⑵降低氧氣濃度；

⑶使燃燒在遠離理論空氣比的條件下進行；

⑷由于煙氣在高溫區的停留時間越長，氮氧化物的生成量就越多，則可通過縮短煙氣在高溫區的停留時間以抑制氮氧化物的生成。

在天然氣、人工煤氣和液化石油氣三種氣源中，由于液化石油氣的燃燒反應區溫度最高、反應區的一次空氣系數最大（氧含量最多），容易產生大量的溫度型NO，所以以液化石油氣為氣源的燃氣具燃燒產生的氮氧化物量最多，其次是天然氣，燃燒產生氮氧化物量最少的是以人工煤氣為氣源的燃氣具。

2.5 二氧化硫

由于燃燒的人工煤氣中可能含有硫等雜質，當其燃燒時則會產生二氧化硫有害氣體。當空氣中二氧化硫質量濃度達到1.4毫克/立方米時，對人體健康已有潛在危害，二氧化硫對人的呼吸器官和眼膜具有刺激作用，吸入高濃度二氧化硫可發生喉頭水腫和支氣管炎，長期吸入二氧化硫會發生慢性中毒，不僅使呼吸道疾病加重，而且對肝、腎、心臟都有危害；二氧化硫形成的酸雨和酸霧危害也是相當大的，主要表現為對湖泊、地下水、建筑物等構成腐蝕，長期的酸雨作用還將對土壤和水質產生不可估量的損失。因此，對于控制并減少二氧化硫污染問題成為我國當前和今后相當一段時間內最為緊迫的環保任務之一，目前控制并減少二氧化硫的主要措施是進行脫硫處理。

3.結論

1. 燃氣具在完全燃燒時，煙氣中主要含有二氧化碳、水蒸氣以及少量二氧化硫等有害氣體；而當不完全燃燒時，還含有一氧化碳、氮氧化物有害氣體。

2. 在使用燃氣灶具的廚房間內必須安裝抽油煙機或排氣扇，以此保證廚房間內的換氣通風，及時將燃燒產生的二氧化碳和水蒸氣排出室內，并為持續燃燒提供足夠的空氣。

3. 由于一氧化碳和氮氧化物的生成條件相反，通過提高燃燒溫度雖然有利于減少一氧化碳量的生成，但是卻會使氮氧化物量的大為增加。所以，必須盡快制定燃氣具氮氧化物的排放標準，以結合一氧化碳的排放標準，綜合考慮煙氣中一氧化碳和氮氧化物的危害。