第九章 固定源氮氧化物污染控制zap1(1)

1、第九章第九章 固定源氮氧化物污染控制固定源氮氧化物污染控制【教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容】9.1 氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源9.2 氮氧化物的形成機(jī)理氮氧化物的形成機(jī)理9.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù)9.4 燃燒后脫氮技術(shù)燃燒后脫氮技術(shù)9.5 脫氮裝置的設(shè)計(jì)脫氮裝置的設(shè)計(jì)9.6 脫氮技術(shù)新進(jìn)展脫氮技術(shù)新進(jìn)展9.1 9.1 氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 氮氧化物（氮氧化物（NOx） 包括包括N2O、 NO 、N2O3 、NO2、N2O4和和N2O5等。等。 主要以主要以NO、NO2的形式存在。的形式存在。9.1 9.1 氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 NOx的性質(zhì)的性

2、質(zhì) N2O：?jiǎn)蝹€(gè)分子的：?jiǎn)蝹€(gè)分子的溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)為為CO2的的200倍，倍，并參與并參與臭氧層的破壞臭氧層的破壞 NO：大氣中：大氣中NO2的前體物質(zhì)，形成的前體物質(zhì)，形成光化學(xué)光化學(xué)煙霧煙霧的活躍組分的活躍組分 NO2：強(qiáng)烈刺激性，來(lái)源于：強(qiáng)烈刺激性，來(lái)源于NO的氧化，的氧化，酸酸沉降沉降9.1 9.1 氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源氮氧化物的性質(zhì)及來(lái)源 NOx的來(lái)源的來(lái)源 固氮菌、雷電等自然過(guò)程固氮菌、雷電等自然過(guò)程 人類活動(dòng)人類活動(dòng) 燃料燃燒是主要來(lái)源燃料燃燒是主要來(lái)源 95是是NO（最終將轉(zhuǎn)化為（最終將轉(zhuǎn)化為NO2），其余的），其余的主要為主要為NO2。9.2 9.2 氮氧化物的形成機(jī)理氮氧化

3、物的形成機(jī)理（1）燃料型）燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的燃料中的固定氮生成的NOx（2）熱力型）熱力型NOx 高溫下高溫下N2與與O2反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的NOx（3）瞬時(shí)）瞬時(shí)NO 低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO9.2 9.2 氮氧化物的形成機(jī)理氮氧化物的形成機(jī)理（1）燃料型）燃料型NOx 在燃燒后區(qū)及貧燃料在燃燒后區(qū)及貧燃料NO的生成量較高，而的生成量較高，而NO減少減少得十分緩慢；在富燃料區(qū)則剛好相反，得十分緩慢；在富燃料區(qū)則剛好相反，NOx的生成的生成量可忽略不計(jì)。量可忽略不計(jì)。 貧燃料燃燒是指燃燒混合物中燃料與氧化劑之比小貧燃料燃燒是指

4、燃燒混合物中燃料與氧化劑之比小于理論當(dāng)量比的燃燒過(guò)程。于理論當(dāng)量比的燃燒過(guò)程。 9.2 9.2 氮氧化物的形成機(jī)理氮氧化物的形成機(jī)理（2）熱力型）熱力型NOx產(chǎn)生產(chǎn)生NO和和NO2的兩個(gè)重要反應(yīng)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)組成的影響成的影響 平衡時(shí)平衡時(shí)NO濃度隨溫度升高迅速增加濃度隨溫度升高迅速增加22222 11 22NONONOONO 9.2 9.2 氮氧化物的形成機(jī)理氮氧化物的形成機(jī)理1) 室溫條件下，幾乎沒(méi)有室溫條件下，幾乎沒(méi)有NO和和NO2生成，并生成，并且所有的且所有的NO都轉(zhuǎn)化為都轉(zhuǎn)化為NO22) 800K左右，左右

5、，NO與與NO2生成量仍然很小，但生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過(guò)生成量已經(jīng)超過(guò)NO23) 常規(guī)燃燒溫度（常規(guī)燃燒溫度（1500K)下，有可觀的下，有可觀的NO生成，但生成，但NO2量仍然很小量仍然很小9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù) 控制控制NOx形成的因素形成的因素 空氣燃料比空氣燃料比 燃燒區(qū)溫度及其分布燃燒區(qū)溫度及其分布 后燃燒區(qū)的冷卻程度后燃燒區(qū)的冷卻程度 燃燒器形狀燃燒器形狀9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù)（1）煙氣再循環(huán)技術(shù)）煙氣再循環(huán)技術(shù)（2）分段燃燒技術(shù)）分段燃燒技術(shù)（3）再燃燒技術(shù)）再燃燒技術(shù)（4）低）低NOx燃燒器燃燒器9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)

6、燃燒中脫氮技術(shù)（1）煙氣循環(huán)技術(shù)）煙氣循環(huán)技術(shù) 降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度主要減少熱力型降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度主要減少熱力型NOx9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù)（2）分段燃燒技術(shù)）分段燃燒技術(shù) 目前應(yīng)用最廣泛的分段燃燒技術(shù)是兩段燃燒技目前應(yīng)用最廣泛的分段燃燒技術(shù)是兩段燃燒技術(shù)（即所需空氣量分兩次通入），三段燃燒技術(shù)（即所需空氣量分兩次通入），三段燃燒技術(shù)（用燃?xì)饨M成爐內(nèi)還原區(qū)）還處于試驗(yàn)階段，術(shù)（用燃?xì)饨M成爐內(nèi)還原區(qū)）還處于試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)行商業(yè)化推廣。尚未進(jìn)行商業(yè)化推廣。9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù)（3）再燃燒技術(shù)）再燃燒技術(shù) 再燃燒技術(shù)是把燃料分成兩股或多股燃料流再燃

7、燒技術(shù)是把燃料分成兩股或多股燃料流進(jìn)入爐膛。進(jìn)入爐膛。 在實(shí)際應(yīng)用中，為節(jié)省費(fèi)用，通常將燃料的在實(shí)際應(yīng)用中，為節(jié)省費(fèi)用，通常將燃料的一部分通過(guò)旁路作脫氮燃料用。一部分通過(guò)旁路作脫氮燃料用。9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù)（4）低）低NOx燃燒器燃燒器 根據(jù)根據(jù)NOx的形成機(jī)理，充分利用的形成機(jī)理，充分利用煙氣循環(huán)、分段煙氣循環(huán)、分段燃燒及再燃燒技術(shù)燃燒及再燃燒技術(shù)研制成的脫氮裝置。研制成的脫氮裝置。9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù) 1） 爐膛內(nèi)整體空氣分級(jí)的低爐膛內(nèi)整體空氣分級(jí)的低NOx直流燃燒器直流燃燒器 爐壁設(shè)置助燃空氣（爐壁設(shè)置助燃空氣（OFA，燃盡風(fēng)）噴嘴，燃盡風(fēng)）

8、噴嘴 類似于兩段燃燒技術(shù)類似于兩段燃燒技術(shù)9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù) 2） 空氣分級(jí)的低空氣分級(jí)的低NOx旋流燃燒器旋流燃燒器 一次火焰區(qū)：富燃，一次火焰區(qū)：富燃，N組分析出但難以轉(zhuǎn)化組分析出但難以轉(zhuǎn)化 二次火焰區(qū)：燃盡二次火焰區(qū)：燃盡CO、HC等等9.39.3 燃燒中脫氮技術(shù)燃燒中脫氮技術(shù) 3）空氣）空氣/燃料分級(jí)的低燃料分級(jí)的低NOx燃燒器燃燒器 空氣和燃料均分級(jí)送入爐膛空氣和燃料均分級(jí)送入爐膛 一次火焰區(qū)下游形成低氧還原區(qū)，還原已生成一次火焰區(qū)下游形成低氧還原區(qū)，還原已生成的的NOx9.4 9.4 燃燒后脫氮技術(shù)燃燒后脫氮技術(shù) 燃燒中脫氮方法與燃燒后脫氮方法相比，前者燃燒

9、中脫氮方法與燃燒后脫氮方法相比，前者顯得更積極、更經(jīng)濟(jì)、更方便有效，但煙氣再顯得更積極、更經(jīng)濟(jì)、更方便有效，但煙氣再循環(huán)、分段燃燒、再燃燒技術(shù)及低燃燒器都是循環(huán)、分段燃燒、再燃燒技術(shù)及低燃燒器都是在低空氣過(guò)剩及低溫條件下在低空氣過(guò)剩及低溫條件下運(yùn)行的，這與燃料運(yùn)行的，這與燃料的完全燃燒是矛盾的。的完全燃燒是矛盾的。 因此，應(yīng)同時(shí)注重燃燒后脫氮技術(shù)的研究。因此，應(yīng)同時(shí)注重燃燒后脫氮技術(shù)的研究。9.4 9.4 燃燒后脫氮技術(shù)燃燒后脫氮技術(shù) 煙氣脫氮技術(shù)的難點(diǎn)煙氣脫氮技術(shù)的難點(diǎn) 處理煙氣體積大處理煙氣體積大 NOx濃度相當(dāng)?shù)蜐舛认喈?dāng)?shù)?NOx的總量相對(duì)較大的總量相對(duì)較大9.4 9.4 燃燒后脫氮技術(shù)

10、燃燒后脫氮技術(shù)（1）濕法煙氣脫氮技術(shù)）濕法煙氣脫氮技術(shù)（2）干法煙氣脫氮技術(shù)）干法煙氣脫氮技術(shù)（3）干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝）干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝（4）脫硫脫氮一體化工藝）脫硫脫氮一體化工藝（1）濕法煙氣脫氮技術(shù)）濕法煙氣脫氮技術(shù) 按照所選用的吸收劑的不同，濕法煙氣脫氮按照所選用的吸收劑的不同，濕法煙氣脫氮技術(shù)可分為技術(shù)可分為水吸收法、酸吸收法、堿性溶液水吸收法、酸吸收法、堿性溶液吸收法、鹽吸收法吸收法、鹽吸收法等多種脫氮技術(shù)。等多種脫氮技術(shù)。（1）濕法煙氣脫氮技術(shù)）濕法煙氣脫氮技術(shù) 以水吸收法為例以水吸收法為例水對(duì)水對(duì)NO2的吸收效率有限的吸收效率有限通常情況下亞硝酸很不穩(wěn)定通常情況下亞硝酸

11、很不穩(wěn)定（1）濕法煙氣脫氮技術(shù)）濕法煙氣脫氮技術(shù) 因此，濕法對(duì)低因此，濕法對(duì)低NOx的吸收效率不高，但在的吸收效率不高，但在需處理煙氣量較小的條件下，濕法脫氮技術(shù)需處理煙氣量較小的條件下，濕法脫氮技術(shù)仍然是可取的。仍然是可取的。（2 2）干法煙氣脫氮技術(shù)）干法煙氣脫氮技術(shù) 干法煙氣脫氮技術(shù)主要包括干法煙氣脫氮技術(shù)主要包括非選擇性催化還非選擇性催化還原法、選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、吸附法、電子束法原法、吸附法、電子束法等，是目前工業(yè)上等，是目前工業(yè)上應(yīng)用較多、效率較高的脫氮技術(shù)。應(yīng)用較多、效率較高的脫氮技術(shù)。（2 2）干法煙氣脫氮技術(shù)）干法煙氣脫

12、氮技術(shù) 以非選擇性催化還原法為例以非選擇性催化還原法為例 通常選用碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w作還原劑，在一定的溫通常選用碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w作還原劑，在一定的溫度和適當(dāng)催化劑的作用下，將廢氣中的氮氧化物度和適當(dāng)催化劑的作用下，將廢氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮?dú)夂退?，同時(shí)也和氧反應(yīng)，生成還原為無(wú)害的氮?dú)夂退瑫r(shí)也和氧反應(yīng)，生成水蒸氣或水蒸氣和二氧化碳，放出大量的熱。水蒸氣或水蒸氣和二氧化碳，放出大量的熱。（3 3）干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝）干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝 原理：采用活性炭作為催化劑，將原理：采用活性炭作為催化劑，將NO轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為NO2后，采用堿液吸收。后，采用堿液吸收。（3 3）干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝）

13、干濕結(jié)合法廢氣脫氮工藝（4 4）脫硫脫氮一體化工藝）脫硫脫氮一體化工藝 同時(shí)脫硫脫氮的技術(shù)主要有：同時(shí)脫硫脫氮的技術(shù)主要有：脫硫脫氮裝置脫硫脫氮裝置組合法、組合法、SNOx法、電子束法、氧化銅法法、電子束法、氧化銅法等。等。 其中脫硫脫氮裝置組合法最為成熟，氧化銅其中脫硫脫氮裝置組合法最為成熟，氧化銅法還處于中小型試驗(yàn)階段。法還處于中小型試驗(yàn)階段。（4 4）脫硫脫氮一體化工藝）脫硫脫氮一體化工藝圖圖1 脫硫脫氮裝置組合法布置方式一脫硫脫氮裝置組合法布置方式一9.5 9.5 脫氮裝置的設(shè)計(jì)脫氮裝置的設(shè)計(jì) 脫氮裝置的種類很多，不同的脫氮裝置其脫氮裝置的種類很多，不同的脫氮裝置其設(shè)計(jì)方法也不一樣，下

14、面僅就設(shè)計(jì)方法也不一樣，下面僅就氨選擇性催氨選擇性催化還原法化還原法作一些介紹。作一些介紹。9.5 9.5 脫氮裝置的設(shè)計(jì)脫氮裝置的設(shè)計(jì)322232222444686712NHNOONH ONHNOONH O322322245464326NHONOH ONHONH O還原反應(yīng)還原反應(yīng)潛在氧化反應(yīng)潛在氧化反應(yīng)氨選擇性催化還原法氨選擇性催化還原法9.5 9.5 脫氮裝置的設(shè)計(jì)脫氮裝置的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程（1）了解廢氣有關(guān)性質(zhì)、處理量要求及現(xiàn)有設(shè)備情況；）了解廢氣有關(guān)性質(zhì)、處理量要求及現(xiàn)有設(shè)備情況；（2）選擇合適的催化劑，確定工藝流程；）選擇合適的催化劑，確定工藝流程；（3）根據(jù)已掌握的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)

15、數(shù)據(jù)或小試、中試的結(jié)果，）根據(jù)已掌握的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或小試、中試的結(jié)果，進(jìn)行催化反應(yīng)裝置的放大或縮小，確定合適的反應(yīng)溫進(jìn)行催化反應(yīng)裝置的放大或縮小，確定合適的反應(yīng)溫度、度、空間速度（空間速度（指單位時(shí)間、體積催化劑上通過(guò)的標(biāo)指單位時(shí)間、體積催化劑上通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)器氣體的體積準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)器氣體的體積）、）、催化床層的氣流分布催化床層的氣流分布及溫度分布；及溫度分布；9.5 9.5 脫氮裝置的設(shè)計(jì)脫氮裝置的設(shè)計(jì)（4）確定催化反應(yīng)裝置的類型；）確定催化反應(yīng)裝置的類型；（5）進(jìn)行催化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和阻力計(jì)算；）進(jìn)行催化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和阻力計(jì)算；（6）進(jìn)行相關(guān)物料的平衡計(jì)算；）進(jìn)行相關(guān)物料的

16、平衡計(jì)算；（7）選擇相關(guān)控制儀器儀表，如超溫報(bào)警、防）選擇相關(guān)控制儀器儀表，如超溫報(bào)警、防爆裝置等。爆裝置等。9.6 9.6 脫氮技術(shù)新進(jìn)展脫氮技術(shù)新進(jìn)展 目前，大多數(shù)催化劑的許用空速為目前，大多數(shù)催化劑的許用空速為500015000 h-1，少數(shù)可達(dá)少數(shù)可達(dá)5000 h-1 ，氣流流經(jīng)催化反應(yīng)塔的速度是比，氣流流經(jīng)催化反應(yīng)塔的速度是比較低的，這樣就造成催化反應(yīng)塔占地面積較大。較低的，這樣就造成催化反應(yīng)塔占地面積較大。 若減小占地面積，為了保持廢氣足夠的停留時(shí)間，若減小占地面積，為了保持廢氣足夠的停留時(shí)間，勢(shì)必要增加催化劑床層的高度，這又會(huì)帶來(lái)壓力降勢(shì)必要增加催化劑床層的高度，這又會(huì)帶來(lái)壓力降過(guò)大的問(wèn)題。因此，需要研制新型的脫氮催化劑。過(guò)大的問(wèn)題。因此，需要研制新型的脫氮催化劑。9.6 9.6 脫氮技術(shù)新進(jìn)展脫氮技術(shù)新進(jìn)展 針對(duì)目前存在的不足，脫氮技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)以針對(duì)目前存在的不足，脫氮技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)以下幾方面：下幾方面：（1 1）繼續(xù)研制繼續(xù)研制催化性能好、起燃溫度低、空速大、價(jià)催化性能好、起燃溫度低、空速大、價(jià)格相對(duì)低廉的格相對(duì)低廉的氨選擇性催化還原催化劑氨選擇