氮氧化物的污染及控制

1、氮氧化物的污染及控制氮氧化物的污染及控制 氮氧化物的污染及控制 內(nèi)容提要：1、氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 2、氮氧化物的污染及危害 3、燃燒過(guò)程中氮氧化物的形成機(jī)理(簡(jiǎn)略） 4、低氮氧化物燃燒技術(shù) 5、煙氣脫硝技術(shù) 學(xué)習(xí)要求：了解NOx的來(lái)源 掌握熱力型氮氧化物形成機(jī)理 理解低氮氧化物燃燒技術(shù)的原理和方法 了解各類煙氣脫硝技術(shù)的原理和特點(diǎn)1氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 NOx包括氮氧化物氮氧化物指1的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見(jiàn)的氮氧化物有一氧化氮（NO，無(wú)色）、二氧化氮（NO2，紅棕色）、笑氣（N2O）、五氧化二氮（N2O5）1等，其中除五氧化二氮常態(tài)下呈固體外，其他氮氧化物常態(tài)下都呈氣態(tài)。作為

2、空氣污染物的氮氧化物（NOx）常指NO和NO2。 氮氧化物(NOX)種類很多,造成大氣污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),因此環(huán)境學(xué)中的氮氧化物一般就指這二者的總稱. NOx的性質(zhì)N2O:單個(gè)分子的溫室效應(yīng)為CO2的200倍,并參與臭氧層的破壞NO:大氣中NO2的前體物質(zhì),形成光化學(xué)煙霧的活躍組分 不同濃度的NO2對(duì)人體健康的影響一些大城市對(duì)空氣中NO含量的測(cè)定以及NO2濃度的日變化1氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 NOx的性質(zhì)(續(xù)) NO2:強(qiáng)烈刺激性,來(lái)源于NO的氧化,酸沉降 NOx的來(lái)源*固氮菌,雷電等自然過(guò)程(5108t/a)*人類活動(dòng)(5107t/a)*燃料燃燒占 90% 95%

3、以NO形式,其余主要為NO22、氮氧化物的污染 1952年12 月5日，一團(tuán)濃重的黃色煙霧籠罩了英國(guó)首都倫敦，能見(jiàn)度突然變得極差，人們走在大街上，無(wú)法看清自己的雙腳，公共汽車靠打著手電緩緩前進(jìn)，整座城市彌漫著“臭雞蛋”氣味，居民普遍感到呼吸困難，從12 月5日到12月9日這短短幾天里，就有4000多人被奪去生命。1952年倫敦?zé)熿F事件被環(huán)保主義者看做20世紀(jì)重大環(huán)境災(zāi)害事件之一。 1952年,倫敦。 .僅195501951年，美國(guó)因大氣污染造成的損失就達(dá)15億美元。1955年，因呼吸系統(tǒng)衰竭死亡的65歲以上的老人達(dá)400多人；1970年，約有75以上的市民患上了紅眼病。這就是最早出現(xiàn)的新型大氣

4、污染事件光化學(xué)煙霧污染事件。 洛杉磯上空籠罩在淺藍(lán)色的煙霧之中,這是在強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下,污染物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),煙霧刺激眼、喉、鼻，引起喉頭炎、頭痛。12月64歲以上老人400多名因此喪失了生命.附近農(nóng)作物一夜之間嚴(yán)重受害;6.5萬(wàn)公頃的森林,29%嚴(yán)重受害,33%中等受害,其余38%也受輕度損害，車禍、飛機(jī)墜毀事件增多。美國(guó)光化學(xué)煙霧對(duì)農(nóng)業(yè)和林業(yè)的危害曾波及27個(gè)州. 之后,日本,英國(guó),德國(guó),澳大利亞先后出現(xiàn)過(guò)光化學(xué)污染。 我國(guó)蘭州,上海,南京也發(fā)生過(guò)類似的光化學(xué)煙霧事件. _ 氮氧化物(NOx),普通人并不熟悉的名字,它,就是上述光化學(xué)煙霧的罪魁禍?zhǔn)?氮氧化物與氮?dú)浠衔锝?jīng)紫外線照射發(fā)生反應(yīng)形

5、成的有毒煙霧,稱為光化學(xué)煙霧。它還會(huì)造成大氣層中臭氧含量減少,引發(fā)硝酸雨,致使人們感染氣喘病,肺水腫,鼻炎,頭痛等疾病. 天然排放的NOx,主要來(lái)自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過(guò)程。 人為活動(dòng)排放的NO，大部分來(lái)自化石燃料的燃燒過(guò)程，如汽車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及工業(yè)窯爐的燃燒過(guò)程；也來(lái)自生產(chǎn)、使用硝酸的過(guò)程，如氮肥廠、有機(jī)中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠等。 _ 據(jù)測(cè)算,每燃燒一噸煤,就要產(chǎn)生5-30kg氮氧化物.可我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中有70%-80%由煤的燃燒來(lái)提供.煤炭高溫燃燒成為我國(guó)排放氮氧化物的主要來(lái)源之一 就全球來(lái)看,空氣中的氮氧化物主要來(lái)源于天然源,但城市大氣中的氮氧化物大多來(lái)自

6、于燃料燃燒,即人為源,如汽車等流動(dòng)源,工業(yè)窯爐等固定源.據(jù)計(jì)算,各種燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物量為:1噸天然氣:6.35公斤1噸石油: 9.1-12.3公斤1噸煤: 8-9公斤而以汽油,柴油為燃料的汽車,尾氣中氮氧化物的濃度相當(dāng)高.在非采暖期,北京市一半以上的氮氧化物來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放.氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會(huì)轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽,隨著降水和降塵從空氣中去除.硝酸是酸雨的原因之一;它與其它污染物在一定條件下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染.氮氧化合物的危害 一氧化氮性質(zhì)不穩(wěn)定，在空氣中易氧化成二氧化氮 (2NO+O22NO2)。一氧化氮結(jié)合血紅蛋白的能力比一氧化碳還強(qiáng)，更容易造成人體缺氧。不過(guò)，人們也發(fā)現(xiàn)了它

7、在生物學(xué)方面的獨(dú)特作用。一氧化氮分子作為一種傳遞神經(jīng)信息的 信使分子 ，在使血管擴(kuò)張，免疫，增強(qiáng)記憶力等方面有著及其重要的作用。 二氧化氮能使多種織物褪色，損壞多種織物和尼龍制品，對(duì)金屬和非金屬材料也有腐蝕作用。 氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會(huì)轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，硝酸是酸雨的成因之一；它與其他污染物在一定條件下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。 酸雨危害是多方面的，包括對(duì)人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和建筑設(shè)施都有直接和潛在的危害。酸雨可使兒童免疫功能下降，慢性咽炎、支氣管哮喘發(fā)病率增加，同時(shí)可使老人眼部、呼吸道患病率增加。酸雨還可使農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)，特別是小麥，在酸雨影響下，可減產(chǎn) 13% 至 34%。大豆、蔬菜也

8、容易受酸雨危害，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量下降。酸雨對(duì)森林和其他植物危害也較大，常使森林和其他植物葉子枯黃、病蟲(chóng)害加重，最終造成大面積死亡。 長(zhǎng)期接觸低濃度氮氧化物會(huì)引起慢性咽喉炎、慢性支氣管炎等，也會(huì)引發(fā)不同程度的神經(jīng)衰弱綜合癥及牙齒酸蝕癥。此外，氮氧化物還會(huì)誘發(fā)肺細(xì)胞癌變。對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，氮氧化物可能會(huì)造成肺部發(fā)育受損。醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)整理。 吸入氮氧化物除對(duì)呼吸道有刺激作用外，還可引起高鐵血紅蛋白血癥。急性輕度中毒主要表現(xiàn)為咽部不適、干咳、胸悶等呼吸道刺激癥狀。中度中毒出現(xiàn)化學(xué)性支氣管炎及肺炎。重度中毒出現(xiàn)中毒性肺水腫，可并發(fā)自發(fā)性氣胸、高鐵血紅蛋白血癥及缺氧性心肌損害。 氮氧化物難溶于水，故對(duì)上呼吸道

9、的刺激作用較小，而易于侵入呼吸道深部細(xì)支氣管和肺泡，當(dāng)時(shí)可無(wú)明顯癥狀或有眼及上呼吸道刺激癥狀，如咽部不適、干干咳等。常經(jīng)67小時(shí)潛伏期后出現(xiàn)遲發(fā)性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征。此外，氮氧化物還可對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等產(chǎn)生危害作用。 氮氧化物對(duì)眼睛和上呼吸道粘膜刺激較輕，主要侵入呼吸道深部的細(xì)支氣管及肺泡。當(dāng)?shù)趸镞M(jìn)入肺泡后，因肺泡的表面濕度增加，反應(yīng)加快，在肺泡內(nèi)約可阻留80，一部分變?yōu)樗难趸?。四氧化二氮與二氧化氮均能與呼吸道粘膜的水分作用生成亞硝酸與硝酸，對(duì)肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，從而增加毛細(xì)血管及肺泡壁的通透性，引起肺水腫。 因此，在一般情況下當(dāng)污染以二氧化氮為主時(shí)，對(duì)肺

10、的損害比較明顯，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)以肺水腫為主的病變。而當(dāng)混合氣體中有大量一氧化氮時(shí)，高鐵血紅蛋白的形成就占優(yōu)勢(shì)，此時(shí)中毒發(fā)展迅速，出現(xiàn)高鐵血紅蛋白癥和中樞神經(jīng)損害癥狀。一氧化氮含量在10010-6以上時(shí)，幾分鐘就能致人和動(dòng)物死命，吸入濃度為510-6的二氧化氮，幾分鐘就能危害呼吸系統(tǒng)。 NO+O3=NO2+O2 臭氧減少了 地球外層空間存在著微量的臭氧(O3)和氧原子(O),該臭氧層的存在能吸收和阻擋太陽(yáng)有害的紫外線的強(qiáng)烈輻射 NO+O3=NO2+O2 O+NO2=NO+O2 如此一來(lái),總反應(yīng)為 O+O3=O2(NO起催化作用) 而其中的活性O(shè)原子來(lái)自光照分解. 所以O(shè)3就被分解了.根據(jù)國(guó)家海洋大

11、氣局的報(bào)告,氮氧化物是目前對(duì)地球臭氧層破壞最為嚴(yán)重的一種污染物. 形成酸雨 美國(guó)測(cè)定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，鹽酸占6%，其余是碳酸和少量有機(jī)酸。 目前，全球已形成三大酸雨區(qū)。我國(guó)覆蓋四川、貴州、廣東、廣西、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇和青島等省市部分地區(qū)，面積達(dá)200多萬(wàn)平方公里的酸雨區(qū)是世界三大酸雨區(qū)之一。我國(guó)酸雨區(qū)面積擴(kuò)大之快、降水酸化率之高，在世界上是罕見(jiàn)的。世界上另兩個(gè)酸雨區(qū)是以德、法、英等國(guó)為中心，波及大半個(gè)歐洲的北歐酸雨區(qū)和包括美國(guó)和加拿大在內(nèi)的北美酸雨區(qū)。 研究表明，酸雨對(duì)土壤、水體、森林、建筑、名勝古跡等人文景觀均帶來(lái)嚴(yán)重危害，不僅造成重大經(jīng)濟(jì)損失，更危及人類

12、生存和發(fā)展。 酸雨使土壤酸化，肥力降低，有毒物質(zhì)更毒害作物根系，殺死根毛，導(dǎo)致發(fā)育不良或死亡。 酸雨還殺死水中的浮游生物，減少魚(yú)類食物來(lái)源，破壞水生生態(tài)系統(tǒng) 酸雨污染河流、湖泊和地下水，直接或間接危害人體健康； 酸雨對(duì)森林的危害更不容忽視，酸雨淋洗植物表面，直接傷害或通過(guò)土壤間接傷害植物。促使森林衰亡。 酸雨對(duì)金屬、石料、水泥、木材等建筑材料均有很強(qiáng)的腐蝕作用，因而對(duì)電線、鐵軌、橋梁、房屋等均會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害。 在酸雨區(qū)，酸雨造成的破壞彼彼皆是，觸目驚心，如在瑞典的9萬(wàn)多個(gè)湖泊中，已有2萬(wàn)多個(gè)遭到酸雨危害，4千多個(gè)成為無(wú)魚(yú)湖。美國(guó)和加拿大許多湖泊成為死水，魚(yú)類、浮游生物、甚至水草和藻類均一掃而光

13、。北美酸雨區(qū)已發(fā)現(xiàn)大片森林死于酸雨。德、法、瑞典、丹麥等國(guó)已有700多萬(wàn)公頃森林正在衰亡，我國(guó)四川、廣西等省有10多萬(wàn)公頃森林也正在衰亡。 世界上許多古建筑和石雕世術(shù)品遭酸雨腐蝕而嚴(yán)重?fù)p壞，如我國(guó)的樂(lè)山大佛、加拿大的議會(huì)大廈等。最近發(fā)現(xiàn)，北京蘆溝橋的石獅和附近的石碑，五塔寺的金剛寶塔等均遭酸雨浸 蝕而嚴(yán)重?fù)p壞。一些解決辦法 工業(yè)中主要適用氨氣與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反映中和掉氮氧化物，氨氣與氮氧化物分解反應(yīng)后產(chǎn)生氮?dú)馀c水，從而達(dá)到無(wú)污染排放。 現(xiàn)在主要應(yīng)用到取暖，供電等等行業(yè)。 但在輪船等行業(yè)中，還沒(méi)有較好的解決辦法（主要是氨氣制造比較困難而攜帶氨氣罐又比較危險(xiǎn)）。 在氮氧化物中,NO占有90%以上

14、,二氧化氮占5%-10%,產(chǎn)生機(jī)理一般分為如下三種:1、燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx2、熱力型NOx高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx3、瞬時(shí)NO低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO3燃燒過(guò)程N(yùn)Ox的形成機(jī)理 室溫條件下,幾乎沒(méi)有NO和NO2生成,并且所有的NO都轉(zhuǎn)化為NO2； 800K左右,NO與NO2生成量仍然很小,但NO生成量已經(jīng)超過(guò)NO2； 常規(guī)燃燒溫度(1500K)下,有可觀的NO生成,但NO2量仍然很小4、低NOx燃燒技術(shù) 凡通過(guò)改變?nèi)紵龡l件來(lái)控制燃燒關(guān)鍵參數(shù),以抑制生成或破壞已生成的達(dá)到減少排放的技術(shù)稱為低燃燒技術(shù). 煤的燃燒方式對(duì)NO排放的影響探討生成規(guī)律可以知道,

15、NO的生成及破壞與以下因素有關(guān): (a).煤種特性,如煤的含氮量,揮發(fā)份含量,空氣-燃料比FC/V以及V-H/V-N等.(b)燃燒區(qū)溫度及其分布.(c)燃燒區(qū)溫度及其分布.爐膛內(nèi)反應(yīng)區(qū)煙氣的氣氛,即煙氣內(nèi)氧氣,氮?dú)?NO和CHi的含量.(d)燃燒器形狀.燃料及燃燒產(chǎn)物在火焰高溫區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時(shí)間. 低NOx排放主要技術(shù)措施1 .改變?nèi)紵龡l件:包括低過(guò)量空氣燃燒法,空氣分級(jí)燃燒法,燃料分級(jí)燃燒法,煙氣再循環(huán)法.2 .爐膛噴射脫硝:包括噴氨及尿素,噴入水蒸汽,噴入二次燃料. 3. 煙氣脫硝:(1)干法脫硝.(煙氣催化脫硝,電子束照射煙氣脫硝)(2).濕法脫硝.4.低過(guò)量空氣燃燒:使燃燒過(guò)程在盡可

16、能接近理論空氣量的條件下進(jìn)行.但如果氧含量(濃度)3%時(shí),會(huì)使CO濃度劇增,使熱效率降低.此外,低氧濃度會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)的某些地區(qū)成為還原性氣氛,從而降低灰熔點(diǎn)引起爐壁結(jié)渣與腐蝕.3低NOx燃燒技術(shù) 一.傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)1. 低氧燃燒降低NOx的同時(shí)提高鍋爐熱效率CO,HC,碳黑產(chǎn)生量增加2. 降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27oC預(yù)熱到315oC,NO排放量增加3倍3. 煙氣循環(huán)燃燒降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度-主要減少熱力型NOx4. 兩段燃燒技術(shù)第一段:氧氣不足,煙氣溫度低,NOx生成量很小第二段:二次空氣,CO,HC完全燃燒,煙氣溫度低 二.先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)原理:低空氣過(guò)剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù)+

17、分段燃燒技術(shù)1. 爐膛內(nèi)整體空氣分級(jí)的低NOx直流燃燒器爐壁設(shè)置助燃空氣(OFA,燃盡風(fēng))噴嘴類似于兩段燃燒技術(shù)2. 空氣分級(jí)的低NOx旋流燃燒器一次火焰區(qū):富燃,含氮組分析出但難以轉(zhuǎn)化二次火焰區(qū):燃盡CO,HC等3. 空氣/燃料分級(jí)的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級(jí)送入爐膛一次火焰區(qū)下游形成低氧還原區(qū),還原已生成的NOx二.先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)5、 煙氣脫硝技術(shù) 脫硝技術(shù)的難點(diǎn)： 處理煙氣體積大 NOx濃度相當(dāng)?shù)?NOx的總量相對(duì)較大已生成的一氧化氮,以降低的排放量.包括噴水法,二次燃燒法,噴氨法.噴水法反應(yīng)為:但一氧化氮氧化較困難,需噴入臭氧或高錳酸鉀,不現(xiàn)實(shí).噴二次燃料:即前述燃料分級(jí)燃

18、燒,但二次燃料不會(huì)僅選擇NO反應(yīng),它還會(huì)與氧氣反應(yīng),使煙氣溫度上升.噴氨法(尿素等氨基還原劑)由于氨只和煙氣中反應(yīng),而一般不和氧反應(yīng),這種方法亦稱選擇性非催化劑吸收(SNCR)法.但不用催化劑,氨還原NO僅在950-1050這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)行,故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在爐膛上部對(duì)應(yīng)位置.采用爐膛噴射脫硝,噴射點(diǎn)必須在950-1050攝氏度之間.噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行,使用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件.若噴入的氨未充分反應(yīng),則泄漏的氨會(huì)到鍋爐爐尾部受熱面,不僅使煙氣飛灰容易沉積在受熱面,且煙氣中氨遇到三氧化硫會(huì)生成硫酸氨(粘性,易堵塞空氣預(yù)熱器,并有腐蝕危險(xiǎn)).總之,SNCR噴氨法投資少,費(fèi)用低,但適用范圍窄,要有良好的混合及反應(yīng)空間,時(shí)間條件.當(dāng)要求較高的脫除率時(shí),會(huì)造成氨泄漏過(guò)大. 各種低燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐排放值最主要亦較經(jīng)濟(jì)的技術(shù).但一般只降低排放50%左右.據(jù)環(huán)保法對(duì)排放的要求,應(yīng)低于40%方可,故應(yīng)考慮燃燒后的煙氣