固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識培訓課件

1、固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識2固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識2NO：無色、無味、無臭，微溶于水，在大氣中可 被緩慢氧化為NO2。二、氮氧化物的性質NO2 ：紅棕色有窒息性臭味的氣體，能溶于水。N2O：稍帶甜味和香氣的無色惰性氣體，單個分 子的溫室效應為CO2的200倍，并參與臭氧 層的破壞。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識3NO：無色、無味、無臭，微溶于水，在大氣中可二、氮氧化物的性三、氮氧化物的危害 1）對人有致毒作用2）對植物有損害作用3）參與形成光化學煙霧，形成酸雨 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識4三、氮氧化物的危害 1）對人有致毒作用固源

2、氮氧化物不同濃度的NO2對人體健康的影響(411mg/m3)固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識5不同濃度的NO2對人體健康的影響(411mg/m3)固源氮氧四、氮氧化物排放情況（美國）固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識6四、氮氧化物排放情況（美國）固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識6五、NOx排放法規(guī)早期：汽車尾氣現在：電站鍋爐固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識7五、NOx排放法規(guī)早期：汽車尾氣固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識五、氮氧化物控制方法 1. 燃料脫氮； 2. 改進燃燒方式和生產工藝； 3. 煙氣脫硝。源頭控制尾部（末端）控制固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識8五、氮氧化物控制方法源頭控制尾部（末端）控制固源氮氧化物

3、污染1、熱力型NOx 高溫下空氣中N2與O2反應生成的NOx9-2 燃燒過程NOx的形成機理NOx分類:2、燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的NOx 。3、瞬時NO低溫火焰下由于燃料中的碳氫化合物的存在生成的NO。NO占9095%，二氧化氮占5%-10%固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識91、熱力型NOx9-2 燃燒過程NOx的形成機理NOx分類一、熱力型NOx的形成1、機理 捷里多維奇(Zeldovich)反應式表示 在高溫下總生成式為2222212NOONONOON+上述反應的化學平衡受溫度和反應物化學組成的影響固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識10一、熱力型NOx的形成1、機理在高溫下總生成式為22

4、2221平衡時NO濃度隨溫度升高迅速增加1）NO生成量與溫度的關系（表93）增大固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識11平衡時NO濃度隨溫度升高迅速增加1）NO生成量與溫度的關系（氧濃度增加2）NO生成量與初始組成的關系（表94）初始組成中氧濃度越高，平衡時 NO濃度越高固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識12氧濃度增加2）NO生成量與初始組成的關系（表94）初始組成3）NO、NO2之間的轉化 表95, 表96室溫減小固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識133）NO、NO2之間的轉化室溫減小固源氮氧化物污染控制醫(yī) 有關結論：室溫條件下，幾乎沒有NO和NO2生成，并且所有的NO都轉化為NO2（表9-3，9-5）。800

5、K左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經超過NO2 （表9-6）。常規(guī)燃燒溫度（1500K）下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很?。ū?-6） 。熱力型主要為NO（ 9095）固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識14 有關結論：熱力型主要為NO（ 9095）固源3）熱力型NOx形成的動力學Zeldovich模型 由Zeldovich理論按化學動力學可導出NO生成的總速率O+N2k1k-1NO+Nk2k-2N+O2NO+O其中：O2、N2、NOO2 、 N2 、 NO的濃度， mol/m3; T絕對溫度，K; t時間，s； 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識153）熱力型NOx形成的動力學Zel

6、dovich模型 由Z各種溫度下形成NO的濃度時間分布曲線煙氣在高溫區(qū)停留時間的延長可使NOx生成量增加。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識16各種溫度下形成NO的濃度時間分布曲線煙氣在高溫區(qū)停留時間的在各種溫度下NO濃度隨時間的變化曲線(N2O240：1) 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識17在各種溫度下NO濃度隨時間的變化曲線(N2O240：1)綜上，控制NO生成量的方法： （1）降低燃燒溫度； （2）降低氧氣濃度； （3）使燃燒在遠離理論空氣比的條件下進行； （4）縮短在高溫區(qū)的停留時間。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識18綜上，控制NO生成量的方法：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識18二、瞬時NO的形成

7、 1、生成機理 a、碳氫化合物燃燒時，特別是富燃燃料燃燒時，分解出大量的CH、CH2和C2等離子團，它們破壞燃燒空氣中的N2分子鍵，發(fā)生如下反應：上述反應活化能很小，反應速度很快。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識19二、瞬時NO的形成 1、生成機理上述反應活化 b、火焰中存在大量O、OH等原子基團，與上述產物反應 通常：低溫火焰中形成的NO多為瞬時NO，受溫度影響不大（圖9-4）。 保持足夠的氧供應量是降低瞬時NO的生成的有效途徑。氰基胺類固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識20 b、火焰中存在大量O、OH等原子基團，與上述產物反三、燃料型NOx的形成 機理：燃料中的N通常以CN鍵存在，CN鍵的鍵 能較N

8、N小，燃燒時容易分解，經氧化形 成NOx。 CN鍵鍵能25.363107J/mol NN鍵能94.5107J/mol固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識21三、燃料型NOx的形成 CN鍵 在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機化合物熱裂解產生N，CN，HCN等中間產物基團，然后再氧化成NOx 。 由于煤的燃燒過程由揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)分）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識22 在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機化合煤粒N揮發(fā)分揮發(fā)分N焦炭焦炭NNON2N2燃料中氮分解為揮發(fā)分N和焦炭N的示意圖固源氮氧化

9、物污染控制醫(yī)學知識23煤粒N揮發(fā)分揮發(fā)分N焦炭焦炭NNON2N2燃料中氮分解為揮發(fā)從對熱力型、燃料型和瞬時型三種NOx生成機理可以得出抑制NOx生成和促使破壞NOx的途徑，圖中還原氣氛箭頭所指即抑制和促使NOx破壞的途徑氧化氣氛空氣N2NOx雜環(huán)氮化物烴生成物 CH，CH2烴生成物中結合的氮氰 (HCN, CN)氰氧化物(OCN, HNCO)氨類(NH3, NH2，NH，N)N2ONOxHN2還原氣氛空氣中的氮燃料中氮的轉換NO再燃燒Zeldovich機理固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識24從對熱力型、燃料型和瞬時型三種NOx生成機理可以得出抑制NO三種機理對NO排放的貢獻固源氮氧化物污染控制醫(yī)學

10、知識25三種機理對NO排放的貢獻固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識25探討生成規(guī)律可以知道，NOx的生成及破壞與以下因素有關： (a) 煤種特性，如煤的含氮量，揮發(fā)分含量，燃料比等。(b) 燃燒溫度。(c) 爐膛內反應區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內氧氣，氮氣，NO 和CHi的含量。(d) 燃料及燃燒產物在火焰高溫區(qū)和爐膛內的停留時間。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識26探討生成規(guī)律可以知道，NOx的生成及破壞與以下因素有關： 固9-3 低NOx燃燒技術原理1、低氧燃燒（=1.171.20）使燃燒過程在盡可能接近理論空氣量的條件下進行。 一、傳統(tǒng)的低NOx燃燒技術優(yōu)點：降低NOx的同時提高鍋爐熱效率缺點：CO、H

11、C、碳黑產生量增加固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識279-3 低NOx燃燒技術原理1、低氧燃燒（=1.171固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識28固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識28 2. 降低助燃空氣預熱溫度減少熱力型NOx固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識29 2. 降低助燃空氣預熱溫度減少熱力型NOx固源氮氧 將部分煙道氣抽回，令其與燃燒用的空氣或燃料混合，一起進入燃燒室。3. 煙氣循環(huán)燃燒 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識30 將部分煙道氣抽回，令其與燃燒用的空氣或燃料混合，一 降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度，主要減少熱力型NOx 。煙氣循環(huán)率25%40%固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識31 降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度，主要

12、減少熱力型NOx 。煙氣循4. 兩段燃燒技術第一段：富燃,氧氣不足，煙氣溫度較低，NOx生成量很小。第二段：二次空氣，CO、HC完全燃燒，煙氣溫度較低。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識324. 兩段燃燒技術固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識32三、先進的低NOx燃燒器技術 原理：低空氣過剩系數運行技術分段燃燒技術1. 爐膛內整體空氣分級的低NOx直流燃燒器爐壁設置助燃空氣（OFA :Over Fire Air ，燃盡風、火上風）噴嘴類似于兩段燃燒技術 主燃區(qū)：較低，抑制NOx生成； 燃盡風口：助燃空氣，保證燃料完全燃燒。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識33三、先進的低NOx燃燒器技術 原理：低空氣過剩系數

13、2.空氣分級的低NOx旋流燃燒器 原理：將燃料的燃燒分階段完成，第一階段減少供氣 量到70%-75%；第二階段將完全燃燒所需的其 余空氣通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴 口“火上風”噴入爐膛。 （1）一次火焰區(qū)：富燃，含氮組分析出 但由于缺氧、高CO、CH濃度使其難以轉化（2）二次火焰區(qū)：燃盡CO、HC等固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識34 2.空氣分級的低NOx旋流燃燒器固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識35固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識353. 空氣/燃料分級的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級送入爐膛燃燒分為三個區(qū)域： （1）一次燃燒區(qū)：氧化性或稍還原氣氛（ 1）； （2）第

14、二燃燒區(qū)（再燃區(qū)）還原性氣氛（ 1），燃料完全燃燒。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識363. 空氣/燃料分級的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級送入爐固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識37固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識379-4 煙氣脫硝技術一、脫硝技術的難點 處理煙氣體積大 NOx濃度相當低 NOx的總量相對較大固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識389-4 煙氣脫硝技術一、脫硝技術的難點固源氮氧化物污染控制表1各種NOx控制技術的脫硝效率項目NOx控制技術脫硝效率%NOx控制極限低NOx燃燒技術低NOx燃燒器2040各種低NOx燃燒技術組合，可將NOx排放濃度降低到350mg/Nm3空氣分級2040燃料再燃507

15、0燃燒優(yōu)化系統(tǒng)1030受制于硬件設備煙氣脫硝技術SCR9550mg/Nm3SNCR2040取決于入口NOx濃度SNCR/ SCR4060固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識39表1各種NOx控制技術的脫硝效率項目NOx控制技術脫硝效率%二、催化轉化法脫硝 A 選擇性催化還原法（selective catalytic reduction, SCR） 利用NH3作還原劑，在較低溫度和催化劑作用下，NH3有選擇地將廢氣中的NOX還原成N2。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識40二、催化轉化法脫硝固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識401.還原劑 （1）液氨 投資少，運行費用低，但屬危險化學品。 （2）氨水 濃度2025

16、，氨水通過加熱蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸氣，送至煙氣系統(tǒng)，費用高。 （3）尿素 ( NH 2 ) 2CO + H2O 2NH3 ( g) + CO2 ( g) 美國FuelTiech公司的尿素熱解治氨工藝。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識411.還原劑 （1）液氨固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識41固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識42固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識422.催化劑貴金屬 Pt、Rh及Pd等/Al2O3金屬氧化物 V2O5(WO3)、Fe2O3、CuO、CrOx、MgO、MoO3和NiO等金屬氧化物或其聯合作用的混合物 載體：TiO2、Al2O3、ZrO2 、SiO2及活性炭。沸石分子篩金屬離子交換沸

17、石固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識432.催化劑貴金屬固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識43三類催化劑的基本區(qū)分分類舉例溫度范圍（）特性中溫V2O5/ TiO2260425應用廣泛，有較長的運行經驗、抗二氧化硫的侵蝕能力較好高溫沸石分子篩345590高脫硝率、低氨逃逸率、抗二氧化硫的侵蝕能力強低溫貴金屬催化劑150300很窄的反應溫度范圍、抗二氧化硫侵蝕能力差燃煤電站SCR系統(tǒng)最常用的催化劑柴油機的排放控制具有較高溫度的燃氣電廠和內燃機SCR系統(tǒng)固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識44三類催化劑的基本區(qū)分分類舉例溫度范圍（）特性中溫V2O5/副反應：3、主要反應 350 450固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識45副

18、反應：3、主要反應 350 450固源氮氧化物污染4、SCR工藝布置高塵區(qū)SCR(HD-SCR)-省煤器和空氣預熱器之間低塵區(qū)SCR(LD-SCR)電除塵器之后尾部SCR(TE-SCR)-濕法煙氣脫硫塔之后 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識464、SCR工藝布置高塵區(qū)SCR(HD-SCR)-省煤器和空氣SCR反應器末端布置 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識47SCR反應器末端布置 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識47優(yōu)點: 鍋爐煙氣經過除塵脫硫后，可采用更大煙氣流速和空速， 從而使催化劑的消耗量大大的減少； 氨的逃逸量是最少的，并且不會腐蝕構筑物（煙囪采用防腐 煙囪）；不會產生SO3，防止二次污染。 缺點

19、: 一定要設置煙氣再熱系統(tǒng)，增加了投資和運行成本； 很難找到符合反應條件的催化劑。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識48優(yōu)點:固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識48低粉塵布置的SCR工藝固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識49低粉塵布置的SCR工藝固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識49優(yōu)點: 粉塵濃度降低，可以延長催化劑的使用壽命； 缺點: (1) 與高粉塵布置一樣，煙氣中含有大量的SO2，氧化后生成難處 理的SO3，并可能與泄漏的氨生成腐蝕性很強的硫酸氨（或者硫酸氫氨）鹽物質； (2) 國內沒有運用經驗，并且國外可供參考的工程實例也比較少。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識50優(yōu)點: 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識50高

20、粉塵布置的SCR固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識51高粉塵布置的SCR固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識51優(yōu)點： 由于反應溫度較高(300500)，可選擇的催化劑 的種類較多；相對于末端布置來說省去了煙氣再熱系統(tǒng)，從而節(jié)省了投 資和運行成本；早已完成工業(yè)化運用，并且已有20多年的運行經驗，是 目前火電廠煙氣脫硝廣泛采取的工藝。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識52優(yōu)點：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識52缺點: 粉塵濃度較高，對催化劑的沖刷和磨損較大； 省煤器是與鍋爐本體相連，對于大型機組，SCR反應器 的重量比較大，一般要設置獨立的SCR反應器的支撐鋼 架， 涉及到鍋爐的重新調整和負荷重新計算的問題； 腐蝕

21、性很強的硫酸氨（或者硫酸氫氨）鹽物質的生成； 且流程較長，容易腐蝕后續(xù)的空氣預熱器和靜電除塵器。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識53缺點: 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識53以液氨為還原劑的SCR系統(tǒng)圖 5、SCR系統(tǒng)圖SCR系統(tǒng)脫硝率約為：6090。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識54以液氨為還原劑的SCR系統(tǒng)圖 5、SCR系統(tǒng)圖SCR系統(tǒng)脫硝6、影響SCR脫硝技術的因素：催化劑反應溫度煙氣在反應器內的空間速度氨氣輸入量固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識556、影響SCR脫硝技術的因素：催化劑固源氮氧化物污染控制醫(yī)學溫度-溫度對脫硝效率的影響取決于催化劑，對應每種催化劑 皆有最適宜的溫度范圍 SCR反應溫

22、度對NOx脫除率的影響 釩鈦催化劑，320420. 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識56溫度-溫度對脫硝效率的影響取決于催化劑，對應每種催化劑 空速-對于給定的反應裝置，空速大意味著單位時間內通過 催化劑的煙氣多，煙氣在催化劑上的停留時間短. （時間的倒數）停留時間對NOx脫除率的影響 效率在6090時，空速在22007000h-1固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識57空速-對于給定的反應裝置，空速大意味著單位時間內通過 NH3/NOx摩爾比 脫硝效率和NH3逸出量與NH3/NOx摩爾比的關系 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識58NH3/NOx摩爾比 脫硝效率和NH3逸出量與NH3/NOx 國內已投運的煙氣

23、脫硝電廠：福建漳州后石電廠6600MW機組，日立巴布科克公司SCR裝置，設計脫硝率40以上；江蘇國華太倉電廠2600MW機組，江蘇蘇源自主開發(fā)的SCR裝置，設計脫硝率90以上；福建崇嶼電廠4300MW機組，上海石川島脫硫工程有限公司的SCR裝置，初期設計脫硝率60；廣東臺山電廠5號機組（ 600MW），丹麥Topse公司的催化劑，設計脫硝率80固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識59 國內已投運的煙氣脫硝電廠：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識59B 選擇性非催化還原法（selective non-catalytic reduction，SNCR） 選擇性非催化還原技術是指在不使用催化劑的情況下，在爐膛煙氣

24、溫度適宜處（9001100 ）噴入氨或尿素等含氨基的還原劑，將煙氣中的NOx還原為N2 和H2O。主要反應：競爭反應：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識60B 選擇性非催化還原法（selective non-cataSNCR工藝流程示意圖 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識61SNCR工藝流程示意圖 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識61影響因素1、反應溫度反應溫度對NOx脫除率的關系 (氨)反應溫度對NOx脫除率的影響(尿素)固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識62影響因素1、反應溫度反應溫度對NOx脫除率的關系 (氨)反應2、停留時間停留時間對NOx脫除的影響 停留時間越長，反應進行越徹底，NOx脫除效率越好.氨和

25、尿素需要0.30.4s的停留時間才能有效地脫除NOx。 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識632、停留時間停留時間對NOx脫除的影響 停留時間越長，反應進固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識培訓課件4、NH3/NOx摩爾比 (化學計量比)NH3/NOx摩爾比一般控制在1.02.0之間，最大不要超過2.5。 NOx脫除率與化學計量比的關系 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識654、NH3/NOx摩爾比 (化學計量比)NH3/NOx摩爾比表 SCR與SNCR工藝比較Table Comparison of SCR and SNCR工藝名稱選擇性催化還原法(SCR)選擇性非催化還原法(SNCR)NOx脫除效率(%)60-

26、9030-60操作溫度()200-500900-1100NH3/NOx摩爾比0.4-1.00.8-2.5氨泄漏(ppm)55-20總投資高低操作成本中等中等固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識66表 SCR與SNCR工藝比較選擇性催化還原法(SCR)選擇性1.水吸收法（NO2 ） 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 3 HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 凈化小氣量以含二氧化氮為主的氮氧化物廢氣三、吸收法凈化NOx(中小企業(yè))固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識671.水吸收法（NO2 ）三、吸收法凈化NOx(中小企業(yè))固源2.稀硝酸吸收法（凈化硝酸生產尾氣） 原理 ：氮氧化物在稀硝酸中的溶

27、解度大于水，屬物 理吸收。酸濃度（）值00.0410.50.71.01.02461265991.482.163.194.209.2212.5：標準狀態(tài) 下 1m3硝酸所溶解的NO的體積，m3固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識682.稀硝酸吸收法（凈化硝酸生產尾氣）酸濃度（）值00.0NONO2吸 收1530 漂白硝酸含NOX稀硝酸加溫漂白稀硝酸高濃度廢氣硝酸吸收塔流程：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識69NONO2吸 收1530含NOX加溫漂白3.氨堿溶液兩級吸收法堿液制 備槽廢氣液氨緩沖器吸收塔堿液循 環(huán)槽排氣肥料 固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識703.氨堿溶液兩級吸收法堿液制 備槽廢氣液氨緩沖上述工藝分兩步： 將氨送入煙氣中進行氣相反應，生成硝氨白煙。 煙氣進入堿液吸收塔，未反應的NO2與堿液反應生 成硝酸鹽和亞硝酸鹽。固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識71上述工藝分兩步：固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識71 反應式： 2NH3 + 2NO2 + H2O NH4NO3 + NH4NO2 2NO + NO2 + 2NH3 + H2O 2NH4NO2 NH4NO2 N2 + 2H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2 +H2O 2NaOH + NO+NO2 2NaNO2 + H2O固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識72固源氮氧化物污染控制醫(yī)學知識