大氣污染控制工程2010-第10講 氮氧化物的污染控制

大氣污染控制工程第十講氮氧化物的污染控制氮氧化物的污染控制21.氮氧化物的性質(zhì)及來源2.燃燒過程中氮氧化物的形成機(jī)理3.低氮氧化物燃燒技術(shù)4.煙氣脫硝技術(shù)氮氧化物的性質(zhì)及來源NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大氣中NOx主要以NO、NO2的形式存在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3NOx的性質(zhì)（續(xù)）NO2:強(qiáng)烈刺激性，來源于NO的氧化，酸沉降NOx的來源固氮菌、雷電等自然過程（5×108t/a）人類活動(dòng)（5×107t/a）燃料燃燒占90％95％以NO形式，其余主要為NO2氮氧化物的性質(zhì)及來源4氮氧化物的來源5氮氧化物的來源6燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理形成機(jī)理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx瞬時(shí)NO低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO7NOx的形成機(jī)理熱力型NOx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燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理8熱力型NOx的形成燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理平衡常數(shù)和平衡濃度9熱力型NOx的形成平衡常數(shù)和平衡濃度燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理10熱力型NOx的形成上述數(shù)據(jù)說明：室溫條件下，幾乎沒有NO和NO2生成，并且所有的NO都轉(zhuǎn)化為NO2800K左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過NO2常規(guī)燃燒溫度（>1500K）下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很小燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理11熱力型NOx的形成煙氣冷卻過程中，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，NOx應(yīng)主要以NO2的形式存在，但實(shí)際90％～95％的NOx以NO的形式存在，主要原因在于動(dòng)力學(xué)控制NO/NOxRatioboiler vehiclesnaturegas 0.9～1.0 internalcomb.engine 0.99～1.0coal 0.95～1.0 6#fueloil 0.96～1.0dieselengine 0.77～1.0燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理12熱力型NOx的形成熱力型NOx形成的動(dòng)力學(xué)——Zeldovich模型NO生成的總速率燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理13熱力型NOx的形成假定N原子的濃度保持不變得到代入（6）式得燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理14熱力型NOx的形成假定O原子的濃度保持不變最終得燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理15熱力型NOx的形成積分得NO的形成分?jǐn)?shù)與時(shí)間t之間的關(guān)系Y=[NO]/[NO]e00.511.52.0Mt1.00.5燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理16熱力型NOx的形成各種溫度下形成NO的濃度－時(shí)間分布曲線燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理17熱力型NOx的形成在各種溫度下NO濃度隨時(shí)間的變化曲線(N2／O2＝40：1)

燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理18瞬時(shí)NO的形成碳?xì)浠衔锶紵龝r(shí)，分解成CH、CH2和C2等基團(tuán)，與N2發(fā)生如下反應(yīng)

火焰中存在大量O、OH基團(tuán)，與上述產(chǎn)物反應(yīng)燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理19燃料中的N通常以原子狀態(tài)與HC結(jié)合，C—N鍵的鍵能較N≡N小，燃燒時(shí)容易分解，經(jīng)氧化形成NOx火焰中燃料氮轉(zhuǎn)化為NO的比例取決于火焰區(qū)NO/O2的比例燃料中20％～80％的氮轉(zhuǎn)化為NOx燃料型NOx的形成FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理20燃料型NOx的形成燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理21NOx的形成燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理22NOx的形成燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理23低NOx燃燒技術(shù)控制NOx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24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)生量增加低NOx燃燒技術(shù)252.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倍低NOx燃燒技術(shù)263.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NOx低NOx燃燒技術(shù)274.兩段燃燒技術(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，煙氣溫度低低NOx燃燒技術(shù)28先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)原理：低空氣過剩系數(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)低NOx燃燒技術(shù)29先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)2.空氣分級的低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等低NOx燃燒技術(shù)30先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)3.空氣/燃料分級的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級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低NOx燃燒技術(shù)31先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)低NOx燃燒技術(shù)32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)蚇Ox的總量相對較大331.選擇性催化還原法（SCR）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)煙氣脫硝技術(shù)341.選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術(shù)351.選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術(shù)362.選擇性非催化還原法（SNCR）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)生煙氣脫硝技術(shù)372.選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)382.選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)393.吸收法堿液吸收必須首先將一半以上的NO氧化為NOxNO/NO2＝1效果最佳煙氣脫硝技術(shù)403.吸收法（續(xù)）強(qiáng)硫酸吸收4.吸附法吸附劑：活性炭、分子篩、硅膠、含氨泥煤NOx和SO