大气污染控制工程-第九章-氮氧化物污染控制

第九章氮氧化物与空气污染1.氮氧化物的性质及来源2.燃烧过程中氮氧化物的形成机理3.低氮氧化物燃烧技术4.烟气脱硝技术了解NOx的来源掌握热力型氮氧化物形成机理理解低氮氧化物燃烧技术的原理和方法了解各类烟气脱硝技术的原理和特点第一节氮氧化物与大气污染NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在NOx的性质N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分氮氧化物的性质及来源NOx的性质（续）NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降NOx的来源固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a）人类活动（5×107t/a）燃料燃烧占90％95％以NO形式，其余主要为NO2氮氧化物的来源氮氧化物的来源第二节燃烧过程NOx的形成机理形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx的形成机理热力型NOx的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响平衡时NO浓度随温度升高迅速增加热力型NOx的形成平衡常数和平衡浓度热力型NOx的形成平衡常数和平衡浓度热力型NOx的形成上述数据说明：室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2常规燃烧温度（>1500K，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小）热力型NOx的形成烟气冷却过程中，根据热力学计算，NOx应主要以NO2的形式存在，但实际90％～95％的NOx以NO的形式存在，主要原因在于动力学控制NO/NOxRatioboilervehiclesnaturegas0.9-1.0internalcomb.engine0.99-1.0coal0.95-1.06#fueloil0.96-1.0dieselengine0.77-1.0热力型NOx的形成瞬时NOx的形成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生如下反应火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应燃料型NOx的形成燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N—N小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例燃料中20-80％的氮转化为NOFuelNHCNN2NONHi(i=0-3)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow氰基胺类NOx的形成第三节低NOx燃烧技术原理控制NOx形成的因素空气－燃料比燃烧区温度及其分布后燃烧区的冷却程度燃烧器形状低NOx燃烧技术传统低NOx燃烧技术1.低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增加传统低NOx燃烧技术2.降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍传统低NOx燃烧技术3.烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx传统低NOx燃烧技术4.两段燃烧技术第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低先进的低NOx燃烧技术原理：低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术1.炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴类似于两段燃烧技术先进的低NOx燃烧技术2.空气分级的低NOx旋流燃烧器一次火焰区：富燃，N组出但难以转化二次火焰区：燃尽CO、HC等先进的低NOx燃烧技术3.空气/燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx还原燃料比例20~30%第四节烟气脱硝技术脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）催化剂：贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应空气预热器上游290~400oC60~90%转化率烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术2.选择性非催化还原法（SNCR）尿素和氨基化合物作为还原剂，较高反应温度化学反应同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生930~1090oC30~60%转化率烟气脱硝技术2.选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝技术3.吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO/NOx＝1效果最佳烟气脱硝技术3.吸收法（续）强硫酸吸收4.吸附法吸附剂：活性炭、氧化锰、碱化的氧化亚铁Nox和SO2联合控制技术吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al2O3烟气脱硝技术4.吸附法（续）Nox和SO2联合控制技术反应式再生：天然气、CONOx控制技术比较LNB-低氮氧化物燃烧AOFA-改进的燃尽风法SCR-选择性催化还原SNCR-选择性非催化还原作业9.4个人观点供参考，欢迎讨论