氮氧化物的生成機(jī)理及防治措施

1、b教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 1. 1. 氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 2. 2. 燃燒過(guò)程中氮氧化物的形成機(jī)理燃燒過(guò)程中氮氧化物的形成機(jī)理 3. 3. 低氮氧化物燃燒技術(shù)低氮氧化物燃燒技術(shù) 4. 4. 煙氣脫硝技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)b重重 點(diǎn)點(diǎn) 氮氧化物的形成機(jī)理，低氮氧化物燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)氮氧化物的形成機(jī)理，低氮氧化物燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。b教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下要求（通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下要求（1 1）了解）了解氮氧化物的性質(zhì)和主要來(lái)源（氮氧化物的性質(zhì)和主要來(lái)源（2 2）熟悉氮氧化物的形成機(jī)理）熟悉氮氧化物的形成機(jī)理（3 3）掌握低氮氧化物燃

2、燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。）掌握低氮氧化物燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大氣中NOx主要以NO、NO2的形式存在N N2 2O O：?jiǎn)蝹€(gè)分子的溫室效應(yīng)為：?jiǎn)蝹€(gè)分子的溫室效應(yīng)為COCO2 2的的200200倍，并參與臭倍，并參與臭氧層的破壞氧層的破壞NONO：大氣中：大氣中NONO2 2的前體物質(zhì)，形成光化學(xué)煙霧的活躍的前體物質(zhì)，形成光化學(xué)煙霧的活躍組分組分NO2:強(qiáng)烈刺激性，來(lái)源于NO的氧化，酸沉降bNONO 的來(lái)源的來(lái)源固氮菌、雷電等自然過(guò)程（5108t/a）人類(lèi)活動(dòng)（5107t/a）b形成機(jī)理形成機(jī)理燃料型NOx熱力型NOx瞬時(shí)NOb熱力型熱力型NO

3、NOx x的形成的形成產(chǎn)生NO和NO2的兩個(gè)重要反應(yīng)上述反應(yīng)的化學(xué)平衡受溫度和反應(yīng)物化學(xué)組成的影響平衡時(shí)NO濃度隨溫度升高迅速增加 2222NO2NO 11NOONO 22 n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NO2n800K左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過(guò)NO21)常規(guī)燃燒溫度（1500K）下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很小b煙氣冷卻過(guò)程中，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，煙氣冷卻過(guò)程中，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，NONOx x應(yīng)主要以應(yīng)主要以NONO2 2的形式的形式存在，存在，但實(shí)際但實(shí)際90909595的的NONOx x以以NONO的形式存在，的形式存在，主

4、要原因主要原因在于動(dòng)力學(xué)控制在于動(dòng)力學(xué)控制b熱力型熱力型NONOx x形成的動(dòng)力學(xué)形成的動(dòng)力學(xué)ZeldovichZeldovich模型模型b NO NO生成的總速率生成的總速率121222NONON (4)NONOO (5)2OM2OM (3)424525dNOON NNONO ONO (6)dkkkktb假定假定N N原子的濃度保持不變?cè)拥臐舛缺３植蛔兊玫降玫酱耄ù耄? 6）式得）式得424552dNON NNOONONO 0dkkkkt425452ON ONON NOO kkkk穩(wěn)態(tài)2424552452242p,NO22452dNON (NO /O )2Od1(NO/O )2ON 1

5、 NO /(N O ) =1(NO/O )kk kktkkkKkkb假定假定O O原子的濃度保持不變?cè)拥臐舛缺３植蛔僢最終得最終得1/22 ep,NOe1/2O O()KRT21/ 24p,O21/ 21/ 2p,NO1/ 21/ 24p,NO21/ 252ed(1)d2(1)4N ()()()N O NO/NOYMYxCYk KMRTKkKCkYb積分得積分得NONO的形成分?jǐn)?shù)與時(shí)間的形成分?jǐn)?shù)與時(shí)間t t之間的關(guān)系之間的關(guān)系Y=NO/ NOe0 0.5 1 1.5 2.0 Mt1.00.511(1)(1)exp()ccYYMtb碳?xì)浠衔锶紵龝r(shí)，分解成碳?xì)浠衔锶紵龝r(shí)，分解成CHCH、CH

6、CH2 2和和C C2 2等基團(tuán)，與等基團(tuán)，與N N2 2發(fā)生如下反應(yīng)發(fā)生如下反應(yīng)b 火焰中存在大量火焰中存在大量O O、OHOH基團(tuán)，與上述產(chǎn)物反應(yīng)基團(tuán)，與上述產(chǎn)物反應(yīng)22222CHNHCNNCHNHCNNHCN2CN2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOOb燃料中的燃料中的N N通常以原子狀態(tài)與通常以原子狀態(tài)與HCHC結(jié)合，結(jié)合，CNCN鍵的鍵能較鍵的鍵能較N N N N 小，燃燒時(shí)容易分解，經(jīng)氧化形成小，燃燒時(shí)容易分解，經(jīng)氧化形成NONOx xb火焰中燃料氮轉(zhuǎn)化為火焰中燃料氮轉(zhuǎn)化為NONO的比例取決于火焰區(qū)的比例取決于火焰區(qū)

7、NO/ONO/O2 2的比例的比例b燃料中燃料中20208080的氮轉(zhuǎn)化為的氮轉(zhuǎn)化為NONOx xFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowb控制控制NONOx x形成的因素形成的因素空氣燃料比燃燒區(qū)溫度及其分布后燃燒區(qū)的冷卻程度燃燒器形狀b傳統(tǒng)低傳統(tǒng)低NONOx x燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)1. 低氧燃燒b2. 2. 降低助燃空氣預(yù)熱溫度降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27oC預(yù)熱到315oC，NO排放量增加3倍b3. 3. 煙氣循環(huán)燃燒煙氣循環(huán)燃燒降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度主要減少熱力型NOxb4. 4.

8、 兩段燃燒技術(shù)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b原理：低空氣過(guò)剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù)分段燃燒技術(shù)原理：低空氣過(guò)剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù)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b2. 2. 空氣分級(jí)的低空氣分級(jí)的低NONOx x旋流燃燒器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b3. 3. 空氣空氣/ /燃料分級(jí)燃料分級(jí)的低的低NONOx x燃燒器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NOxb脫硝技術(shù)的難點(diǎn)脫硝技術(shù)的難點(diǎn)處理煙氣體積大NOx濃度相當(dāng)?shù)蚇O

9、x的總量相對(duì)較大b1. 1. 選擇性催化還原法（選擇性催化還原法（SCRSCR）催化劑：貴金屬、堿性金屬氧化物還原反應(yīng)潛在氧化反應(yīng)322232224NH4NOO4N6H O8NH6NO7N12H O32232224NH5O4NO6H O4NH3O2N6H Ob1. 1. 選擇性催化還原法（選擇性催化還原法（SCRSCR）b2. 2. 選擇性非催化還原法（選擇性非催化還原法（SNCRSNCR）尿素或氨基化合物作為還原劑，較高反應(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)同樣，需要控制溫度避免潛在氧化反應(yīng)發(fā)生3222222224NH6NO5N6H OCO(NH )2NO0.5O2NCO2H Ob2. 2. 選擇性非催化還原法（選擇性非催化還原法（SNCRSNCR）b3. 3. 吸收法吸收法堿液吸收2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2MNOH O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH )b3. 3. 吸收法（續(xù)）吸收法（續(xù)）強(qiáng)硫酸吸收b 4. 4. 吸附法吸附法吸附劑：活性炭、分子篩、硅膠、含氨泥煤NOx和SO2聯(lián)合控制技術(shù)22442NONO2H SO2NO