摘 要：本文主要介绍了燃气具在实际使用过程中，燃烧产生的烟气即二氧化碳、水蒸气、一氧化碳、氮氧化物以及少量硫化物对人体造成的危害和对生态环境造成的污染，结合烟气中各成分的相关生成机理提出控制并减少烟气量产生的相关方法。

关键词：烟气；二氧化碳；水蒸气；一氧化碳；氮氧化物；二氧化硫

1、引言

随着燃气事业的不断发展，我国燃料结构正发生着巨大的变化，燃煤、燃油向燃气转换，天然气、人工煤气和液化石油气已经成为现今人们使用最为普遍的燃气资源，这样既满足了人民生活水平提高的要求，也使环境质量有了较大的改善。但是燃气具在燃烧供给热能的同时，都会产生大量烟气，当燃气完全燃烧时会产生二氧化碳、水蒸气以及少量的二氧化硫等烟气；而当燃气不完全燃烧时还会产生一氧化碳和氮氧化物等烟气。由于大部分燃气具燃烧所产生的烟气是直接排入室内的，烟气中的有害成分会直接污染生态环境，或首先污染室内空气，而后再污染生态环境，而且有害烟气在污染室内的同时会对人体健康造成极大的危害。在提倡环保和可持续发展的现今，控制并减少燃气燃烧产生的有害烟气污染问题已经变得越来越重要了，有必要对烟气中各成分的生成机理进行研究，从而提出控制并减少燃气燃烧所产生的有害烟气。

2.烟气中各成分的生成机理、危害以及控制方法

2.1 二氧化碳

燃气燃烧所产生的烟气中二氧化碳含量是相对比较大的，特别是对于含碳量较高的燃气，如液化石油气等。已知天然气的主要成分是甲烷CH4，液化石油气的主要成分是丙烷C3H8和丁烷C4H10，其完全燃烧计量反应式分别如下：

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O

C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O

C₄H₁₀+6.5O₂=4CO₂+5H₂O

从完全燃烧计量反应式可知：1m3甲烷气完全燃烧需消耗2m3氧气同时产生1m3二氧化碳和2m3水蒸气；1m3丙烷气完全燃烧需消耗5m3氧气同时产生3m3二氧化碳和4m3水蒸气；1m3丁烷气完全燃烧需消耗6.5m3氧气同时产生4m3二氧化碳和5m3水蒸气。这也验证了燃气燃烧产生的烟气中二氧化碳含量是比较大的。虽然二氧化碳本身是无毒的，但是当其浓度较大时，也会使人感到不舒服从而造成对人体的危害，具体可见表1。

表1 二氧化碳对人体健康的影响[1]

由于燃气灶具是在厨房间内使用的，燃烧时会消耗室内的氧气并直接将二氧化碳等烟气直接排放在室内。而且燃烧时间越长，所消耗室内的氧气量和产生的二氧化碳等烟气量就越多，由于厨房间本身面积比较小，加上如果室内的换气通风条件不好，那么室内的空气量很快会被消耗掉，这样造成燃气灶具的缺氧燃烧，人处在缺氧条件下活动也会对人体造成一定的危害，具体见表2。

表2 缺氧对人体健康的影响

为了解决二氧化碳污染室内空气，维持燃气灶具持续燃烧所需的氧含量，则必须保证厨房间内的换气通风，可在室内安装抽油烟机或排气扇，以保持室内的空气流动，这样既可以将燃烧产生的二氧化碳排出室内，又可以为持续燃烧提供足够的空气以满足燃烧所需的氧含量要求，减少由于缺氧而造成的不完全燃烧的可能性。

二氧化碳不仅会对人体健康造成危害，而且还会对生态环境造成污染。燃烧产生的二氧化碳排放到大气环境中，由于二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，它在大气环境中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，造成“温室效应”。对于控制并减少二氧化碳排放所造成“温室效应”问题各国都在努力寻求解决办法。

2.2 水蒸气

从以上三个燃烧计量反应方程式可知：燃气燃烧所产生的水蒸气量也是相当大的，特别是含氢量较高的燃气，如天然气、人工煤气等。众所周知，水蒸气既不会对人体健康造成危害也不会对大气环境造成污染。但是在使用燃气灶具时，由于其在厨房间内使用，燃气燃烧后的烟气直接在室内扩散，其中燃烧所产生的水蒸气在遇到冷的物品（如玻璃器具等）和冷的墙壁时会在其表面凝结成小水滴，加上炒菜时产生的油烟和不完全燃烧产物会使小水滴吸附在物品和墙壁上，从而使物品和墙壁表面有潮湿感和油腻感，使居住环境的舒适性大为下降。所以为了减少并避免上述情况的出现，也必须保证厨房间内的换气通风以便及时快速地将燃烧产生的水蒸气排出室内。

2.3 一氧化碳

燃气燃烧产生的一氧化碳主要是由于燃气不完全燃烧造成的。一氧化碳的生成与燃烧温度、一次空气量、二次空气量以及燃烧产生的烟气在高温区的滞留时间等因素有关。当燃烧温度越高，其空间存在助燃气体时，燃烧就越完全；当一次空气量和二次空气量充足时，燃烧也越完全；当燃烧产生的烟气在高温区滞留的时间越长，不完全燃烧产生的一氧化碳就可以继续与氧发生反应，减少一氧化碳的生成量。

一氧化碳是燃气具燃烧产生烟气中对人体健康有危害的主要有毒气体之一。当人通过呼吸道吸入一氧化碳后，其会与血液中的血红蛋白结合，取代氧生成一种碳氧血红蛋白，妨碍了血红蛋白向体内送氧功能，从而使人体缺氧、中毒、甚至造成窒息死亡，这就是通常所说的一氧化碳中毒。当空气中一氧化碳含量不同时其对人体健康所造成的危害程度也是不同的，具体见表3。

表3 含有不同一氧化碳浓度的空气对人体健康的危害[2]

从上表可以看出：燃气具燃烧产生的一氧化碳对人体健康有极大的危害，所以设法控制并减少燃气具燃烧产生的一氧化碳量变得越来越重要了。对于燃气热水器燃烧使用，可以通过适当提高燃烧温度、适当增加风门大小以增加一次空气量、适当增加风机转速以增加燃烧所需空气量，以及使烟气在高温区滞留时间变长等方法减少不完全燃烧所产生的一氧化碳量；对于燃气灶具则可通过适当增加风门开度以增加一次空气量、适当提高锅架高度以增加二次空气量，以及提高燃烧温度等措施减少不完全燃烧所产生的一氧化碳量。

2.4 氮氧化物

燃气燃烧过程中还会产生氮氧化物有害气体，相对于一氧化碳的危害，人们对于氮氧化物的危害知之甚少，其实对于相同浓度的一氧化碳和氮氧化物相比，氮氧化物的危害远高于一氧化碳的危害。燃气燃烧产生的烟气中直接生成的主要是NO，NO随烟气向环境大气中扩散，并继续与环境大气中的氧气反应生成NO2，所以燃气燃烧产生的氮氧化物主要是NO和NO2。NO会与血液中血色素结合生成氮氧血红蛋白，从而使血液失去输送氧的功能，这一现象与CO中毒现象相似，但是NO与血色素的亲和能力较CO强数百倍，其毒性远高于CO；而NO2的毒性比NO更大，具体见表4。

表4 不同NO2浓度对人体的影响[3]

氮氧化物不仅对人体健康造成极大的危害，而且还会对生态环境造成污染。排放到环境大气中的氮氧化物遇到碳氢化合物时，在太阳光中紫外线的作用下会发生光化学反应，生成具有刺激性的浅蓝色烟雾，造成严重的光化学烟雾污染；另一方面有氮氧化物生成的硝酸也会形成酸雨，光化学烟雾污染和酸雨不仅会对人造成严重危害，而且对植物、建筑物、水源等都有严重的污染和损害。因此，研究氮氧化物的生成机理以控制并减少氮氧化物的污染有着重要的意义。

由于燃气燃烧产生的氮氧化物主要是NO，故研究氮氧化物的生成机理主要是针对NO而言的，NO的生成途径主要有三种：[4]

⑴温度型NO：由空气中的氮气与氧气在高温下氧化而生成的NO；

⑵快速型NO：碳氢系燃料在过剩空气系数小于1情况下燃烧产生的NO；

⑶燃料型NO：以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在燃烧过程中被氧化而生成的NO。由于燃气氮含量很低，燃烧过程所生成的燃料型NO很少，可以忽略不计。

因此，控制并降低烟气中氮氧化物的生成主要应抑制温度型NO和快速型NO的生成，而两者的生成与燃烧温度、氧气浓度、高温区的停留时间等因素有关，所以可通过以下方法抑制氮氧化物的生成：[5]

⑴由于燃烧温度越高，生成的氮氧化物量就越多，则可通过降低燃烧温度，消除局部高温以抑制氮氧化物的生成；

⑵降低氧气浓度；

⑶使燃烧在远离理论空气比的条件下进行；

⑷由于烟气在高温区的停留时间越长，氮氧化物的生成量就越多，则可通过缩短烟气在高温区的停留时间以抑制氮氧化物的生成。

在天然气、人工煤气和液化石油气三种气源中，由于液化石油气的燃烧反应区温度最高、反应区的一次空气系数最大（氧含量最多），容易产生大量的温度型NO，所以以液化石油气为气源的燃气具燃烧产生的氮氧化物量最多，其次是天然气，燃烧产生氮氧化物量最少的是以人工煤气为气源的燃气具。

2.5 二氧化硫

由于燃烧的人工煤气中可能含有硫等杂质，当其燃烧时则会产生二氧化硫有害气体。当空气中二氧化硫质量浓度达到1.4毫克/立方米时，对人体健康已有潜在危害，二氧化硫对人的呼吸器官和眼膜具有刺激作用，吸入高浓度二氧化硫可发生喉头水肿和支气管炎，长期吸入二氧化硫会发生慢性中毒，不仅使呼吸道疾病加重，而且对肝、肾、心脏都有危害；二氧化硫形成的酸雨和酸雾危害也是相当大的，主要表现为对湖泊、地下水、建筑物等构成腐蚀，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。因此，对于控制并减少二氧化硫污染问题成为我国当前和今后相当一段时间内最为紧迫的环保任务之一，目前控制并减少二氧化硫的主要措施是进行脱硫处理。

3.结论

1. 燃气具在完全燃烧时，烟气中主要含有二氧化碳、水蒸气以及少量二氧化硫等有害气体；而当不完全燃烧时，还含有一氧化碳、氮氧化物有害气体。

2. 在使用燃气灶具的厨房间内必须安装抽油烟机或排气扇，以此保证厨房间内的换气通风，及时将燃烧产生的二氧化碳和水蒸气排出室内，并为持续燃烧提供足够的空气。

3. 由于一氧化碳和氮氧化物的生成条件相反，通过提高燃烧温度虽然有利于减少一氧化碳量的生成，但是却会使氮氧化物量的大为增加。所以，必须尽快制定燃气具氮氧化物的排放标准，以结合一氧化碳的排放标准，综合考虑烟气中一氧化碳和氮氧化物的危害。