《大氣污染防治技術(shù)：第九章 氮氧化物污染控制》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大氣污染防治技術(shù)：第九章 氮氧化物污染控制（65頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第九章第九章 氮氧化物污染控制氮氧化物污染控制b1.1.氮氧化物的性質(zhì)及來源氮氧化物的性質(zhì)及來源b2.2.燃燒過程中氮氧化物的形成機理燃燒過程中氮氧化物的形成機理b3.3.低氮氧化物燃燒技術(shù)低氮氧化物燃燒技術(shù)b4.4.煙氣脫硝技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 氮氧化物的性質(zhì)及來源氮氧化物的性質(zhì)及來源bbNONONONOx x x x包括包括包括包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大氣中NOx主要以NO、NO2的形式存在bbNONONONOx x x x的性質(zhì)的性質(zhì)的性質(zhì)的性質(zhì)N2O：單個分子的溫室效應(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

2、霧的活躍組分氮氧化物的性質(zhì)及來源氮氧化物的性質(zhì)及來源b19521952年，洛杉磯上空籠罩在淺藍色的煙霧之中，這是在強烈陽光年，洛杉磯上空籠罩在淺藍色的煙霧之中，這是在強烈陽光照射下，污染物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，照射下，污染物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，400400多名老人因此喪失了生命多名老人因此喪失了生命.附近農(nóng)作物一夜之間嚴重受害；附近農(nóng)作物一夜之間嚴重受害；6.56.5萬公頃的森林，萬公頃的森林，2929嚴重受害，嚴重受害，3333中等受害，其余中等受害，其余3838也受輕度損害。美國光化學(xué)煙霧對農(nóng)業(yè)也受輕度損害。美國光化學(xué)煙霧對農(nóng)業(yè)和林業(yè)的危害曾波及和林業(yè)的危害曾波及2727個州。個州。b 之后，日本、

3、英國、德國、澳大利亞先后出現(xiàn)過光化學(xué)污染，我之后，日本、英國、德國、澳大利亞先后出現(xiàn)過光化學(xué)污染，我國蘭州、上海也發(fā)生過類似的光化學(xué)煙霧事件。國蘭州、上海也發(fā)生過類似的光化學(xué)煙霧事件。氮氧化物（氮氧化物（NOxNOx），普通人并不熟悉的名字，它，就是上），普通人并不熟悉的名字，它，就是上述光化學(xué)煙霧的罪魁禍首，它還會造成大氣層中臭氧含量減少、述光化學(xué)煙霧的罪魁禍首，它還會造成大氣層中臭氧含量減少、引發(fā)硝酸雨，致使人們感染氣喘病、肺水腫、鼻炎、頭痛等疾病。引發(fā)硝酸雨，致使人們感染氣喘病、肺水腫、鼻炎、頭痛等疾病。據(jù)測算，每燃燒一噸煤，就要產(chǎn)生據(jù)測算，每燃燒一噸煤，就要產(chǎn)生5 530kg30kg氮

4、氧化物。可氮氧化物。可我國能源結(jié)構(gòu)中有我國能源結(jié)構(gòu)中有70%70%8080由煤的燃燒來提供。煤炭高溫燃燒成由煤的燃燒來提供。煤炭高溫燃燒成為我國排放氮氧化物的主要來源之一。為我國排放氮氧化物的主要來源之一。b11氮氧化物的性質(zhì)及來源氮氧化物的性質(zhì)及來源b就全球來看，空氣中的氮氧化物主要來源于天然源，但城市大氣就全球來看，空氣中的氮氧化物主要來源于天然源，但城市大氣中的氮氧化物大多來自于燃料燃燒，即人為源，如汽車等流動源，中的氮氧化物大多來自于燃料燃燒，即人為源，如汽車等流動源，工業(yè)窯爐等固定源。工業(yè)窯爐等固定源。據(jù)計算，各種燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物量為：據(jù)計算，各種燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物量為：1

5、 1噸天然氣噸天然氣:6.35:6.35公斤公斤1 1噸石油噸石油:9.1-12.3:9.1-12.3公斤公斤1 1噸煤噸煤:8-9:8-9公斤公斤而以汽油、柴油為燃料的汽車，尾氣中氮氧化物的濃度相當高。而以汽油、柴油為燃料的汽車，尾氣中氮氧化物的濃度相當高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物來自機動車排放。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物來自機動車排放。氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，隨著降氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它與其它污染水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它與其它污染物在一定條件

6、下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。物在一定條件下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。不同濃度的NO2對人體健康的影響一些大城市對空氣中NO含量的測定NO2濃度的日變化氮氧化物的性質(zhì)及來源bbNONONONOx x x x的性質(zhì)（續(xù)）的性質(zhì)（續(xù)）的性質(zhì)（續(xù)）的性質(zhì)（續(xù)）NO2:強烈刺激性，來源于NO的氧化，酸沉降bNONOx x x x的來源的來源固氮菌、雷電等自然過程（5108t/a）人類活動（5107t/a）燃料燃燒占燃料燃燒占 9090 9595以以NONO形式，其余主要為形式，其余主要為NONO2 2氮氧化物的來源氮氧化物的來源燃燒過程NOx的形成機理b形成機理形成機理燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的燃料中的

7、固定氮生成的NONOx x熱力型NOx 高溫高溫下下N N2 2與與O O2 2反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的NONOx x瞬時NO 低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的的NONONOx的形成機理b熱力熱力型型NONOx x的的形成形成產(chǎn)生NO和NO2的兩個重要反應(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NO濃度隨溫度升高迅速增加（表9-3平衡常數(shù)）熱力型NOx的生成濃度與溫度的關(guān)系熱力型NOx的形成b平衡常數(shù)和平衡濃度平衡常數(shù)和平衡濃度熱力型NOx的形成b平衡常數(shù)和平衡濃度平衡常數(shù)和平衡濃度熱力型NOx的形成b上述數(shù)據(jù)說明：上述數(shù)據(jù)說明：1)室溫條件下，幾

8、乎沒有NO和NO2生成，并且所有的NO都轉(zhuǎn)化為NO22)800K左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過NO23)常規(guī)燃燒溫度（1500K）下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很小熱力型NOx的形成b煙氣冷卻過程中，根據(jù)熱力學(xué)計算煙氣冷卻過程中，根據(jù)熱力學(xué)計算，NONOx x應(yīng)主要應(yīng)主要以以NONO2 2的形式存在，但實際的形式存在，但實際90909595的的NONOx x以以NONO的的形式存在，主要原因在于動力學(xué)控制形式存在，主要原因在于動力學(xué)控制 NO/NOx Ratio boilervehicles nature gas0.91.0 internal comb.engin

9、e 0.991.0 coal0.951.0內(nèi)燃機內(nèi)燃機 6#fuel oil0.961.0 diesel engine0.771.0熱力型NOx的形成b熱力型熱力型NONOx x形成的動力學(xué)形成的動力學(xué)ZeldovichZeldovich模型模型b b b b NONO生成的總速率生成的總速率k4k5瞬時NO的形成387387b碳氫化合物燃燒時，分解成碳氫化合物燃燒時，分解成CHCH、CHCH2 2和和C C2 2等基團，與等基團，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，與上述產(chǎn)物反應(yīng)基團，與上述產(chǎn)物反應(yīng)b瞬時反應(yīng)型瞬時反應(yīng)型(快速型快速型)

10、快速型快速型NOxNOx是是19711971年年FenimoreFenimore(費尼莫爾費尼莫爾)通過實驗發(fā)現(xiàn)的。通過實驗發(fā)現(xiàn)的。在碳氫化合物燃料燃燒在燃料過濃時，在反應(yīng)區(qū)附近會快速在碳氫化合物燃料燃燒在燃料過濃時，在反應(yīng)區(qū)附近會快速生成生成NOxNOx。b由于燃料揮發(fā)物中碳氫化合物高溫分解生成的由于燃料揮發(fā)物中碳氫化合物高溫分解生成的CHCH自由基可以自由基可以和空氣中氮氣反應(yīng)生成和空氣中氮氣反應(yīng)生成HCNHCN和和N N，再進一步與氧氣作用以極快再進一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時間只需要的速度生成，其形成時間只需要60ms60ms，所生成的與爐膛壓力所生成的與爐膛壓力0.50.

11、5次方成正比次方成正比,與溫度的關(guān)系不大。與溫度的關(guān)系不大。b上述兩種氮氧化物都不占上述兩種氮氧化物都不占NOxNOx的主要部分，不是主要來源。的主要部分，不是主要來源?？焖傩蚇Ox的費尼莫爾反應(yīng)機理CNHCNNCONON2NH3(a)CH,CH2,CH3,C2 O2(b)O,OH(c)O,OHH(d)O,O2NO,Nb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，燃燒時容易分解，經(jīng)氧化形成小，燃燒時容易分解，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)NO

12、/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 x燃料型NOx的形成388388Fuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowb 燃料型燃料型NOxNOx的形成的形成b b由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600600800800o oC C時就會生時就會生成燃料型，它在煤粉燃燒成燃料型，它在煤粉燃燒NOxNOx產(chǎn)物中占產(chǎn)物中占606

13、08080。b在生成燃料型在生成燃料型NOxNOx過程中，首先是含有氮的有機化合物熱過程中，首先是含有氮的有機化合物熱裂解產(chǎn)生裂解產(chǎn)生N N，CNCN，HCNHCN和等中間產(chǎn)物基團，然后再氧化成和等中間產(chǎn)物基團，然后再氧化成NOxNOx 。由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份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)份）階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。燃料中氮分解為揮發(fā)分N和焦炭N的示意圖煤粒N揮發(fā)分揮發(fā)分N焦炭焦炭NNON2N2，揮發(fā)分揮發(fā)分N

14、 N中最主要的氮化合物是中最主要的氮化合物是HCNHCN和和NH3NH3熱解溫度對燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N 比例的影響1200oC1000oC800oC600oC煤粉細粒對燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響過量空氣系數(shù)對燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，HCN氧化的主要反應(yīng)途徑為：燃料N揮發(fā)分NHCNNCONON2 NNHNH2NH3OO,OHHNH3氧化的主要反應(yīng)途徑為：燃料NNO揮發(fā)分NNH3NH2NHN2O,H,OHO,H,OHO2,H,OHNH2,NH,NNO燃料中氮含量對NOx轉(zhuǎn)化率的影響余氣系數(shù)1.2含氮量煤燃料比FC/V對NOx轉(zhuǎn)化率的影響余氣系數(shù)

15、=1.2過量空氣系數(shù)對NOx轉(zhuǎn)化率的影響燃料型NOx的形成NOx的形成從熱力型、燃料型和快速型三種從熱力型、燃料型和快速型三種NOxNOx生成機理可以得出抑制生成機理可以得出抑制NOxNOx生成和促使破壞生成和促使破壞NOxNOx的途徑，圖中還原的途徑，圖中還原、氧化、氧化氣氛箭頭所氣氛箭頭所指即抑制和促使指即抑制和促使NOxNOx破壞的途徑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(jié)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(zhuǎn)換NO再燃燒Zeldovich機理低NOx燃燒技

16、術(shù)原理b控制控制NONOx x形成的因素形成的因素389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不同燃煤設(shè)備所生成的不同燃煤設(shè)備所生成的NOxNOx的原始排放值及為達到環(huán)境保護標的原始排放值及為達到環(huán)境保護標準所需的準所需的NOxNOx降低率降低率舉例：固態(tài)除渣煤粉爐，當要求NOx排放值為650mg/m3時，所需的NOx降低率為36。低NOx燃燒技術(shù)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 降低降低NONOx x的同時提高鍋爐熱效率的同時提高鍋爐熱效率 COCO、HCHC、碳黑產(chǎn)生量增加碳黑產(chǎn)生量增加氧增加，氧增加，NOxNOx增加增加傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)b2.

17、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倍傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)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NOx循環(huán)增加，循環(huán)增加，NOxNOx降低量增加降低量增加傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)b4.4.兩段燃燒技術(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，煙氣溫度低先進的低NOx燃燒技術(shù)b原理：低空氣過剩系數(shù)運行技術(shù)分段燃燒技術(shù)原理：低空氣過剩系數(shù)運行技術(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（爐壁設(shè)置助燃空氣（OFAOFA，燃盡風），

18、燃盡風）噴嘴噴嘴類似于兩段燃燒技術(shù)類似于兩段燃燒技術(shù)二.先進的低NOx燃燒技術(shù)b2.2.空氣分級的低空氣分級的低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等二.先進的低NOx燃燒技術(shù)b3.3.空氣空氣/燃料分級燃料分級的低的低NONOx x燃燒器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二.先進的低NOx燃燒技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)b脫硝技術(shù)的難點脫硝技術(shù)的難點處理煙氣體積大NOx濃度相當?shù)蚇Ox的總量相對較大煙氣脫硝技術(shù)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

19、物還原反應(yīng)氨一般不和氧反應(yīng)潛在氧化反應(yīng)b噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進行、使用最少量氨達到最好效果的重要條件。進行、使用最少量氨達到最好效果的重要條件。b若噴入的氨未充分反應(yīng)，則泄漏的氨會到鍋爐爐尾若噴入的氨未充分反應(yīng)，則泄漏的氨會到鍋爐爐尾部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易沉積在受熱面，且部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易沉積在受熱面，且煙氣中氨遇到三氧化硫會生成硫酸氨（粘性，易堵煙氣中氨遇到三氧化硫會生成硫酸氨（粘性，易堵塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險）。塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險）。b總之，總之，SCRSCR噴氨法投資少，費用低，但適用范圍窄，

20、噴氨法投資少，費用低，但適用范圍窄，要有良好的混合及反應(yīng)空間、時間條件。當要求較要有良好的混合及反應(yīng)空間、時間條件。當要求較高的脫除率時，會造成氨泄漏過大。高的脫除率時，會造成氨泄漏過大。煙氣脫硝技術(shù)b1.1.選擇性催化還原法（選擇性催化還原法（SCRSCR）氨氧化生成氨氧化生成NONOb選擇性催化還原法（選擇性催化還原法（SCRSCR）b煙氣煙氣SCRSCR脫硝法采用催化劑促進氨與還原反應(yīng)。若使用鈦脫硝法采用催化劑促進氨與還原反應(yīng)。若使用鈦和鐵氧化物類催化劑，其反應(yīng)溫度為和鐵氧化物類催化劑，其反應(yīng)溫度為300300o oC C至至400400o oC C，當采當采用活性焦炭時，其反應(yīng)溫度為用

21、活性焦炭時，其反應(yīng)溫度為100100o oC C至至150150o oC C。b根據(jù)根據(jù)CATA.CATA.反應(yīng)器在鍋爐尾部煙道的位置反應(yīng)器在鍋爐尾部煙道的位置,有三種方案有三種方案:b(1)(1)在空氣預(yù)熱器前在空氣預(yù)熱器前350350攝氏度位置攝氏度位置.b(2)(2)在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間b(3)(3)布置在布置在FGD(FGD(濕法煙氣脫硫裝置濕法煙氣脫硫裝置)之后之后SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器(SCR反應(yīng)器)置于空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3儲罐蒸發(fā)器去濕法煙氣脫硫系統(tǒng)NH3空氣NH3NH3+空氣SCR噴氨法催化劑反

22、應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣去煙囪空氣NH3儲罐蒸發(fā)器SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣氣/氣加熱器去煙囪空氣氣/油燃燒器或蒸汽換熱器NH3儲罐蒸發(fā)器煙氣脫硝技術(shù)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)生煙氣脫硝技術(shù)b3.3.吸收法吸收法堿液吸收 必須首先將一半以上的必須首先將一半以上的NONO氧化為氧化為

23、NONO2 2 NO/NONO/NO2 21 1效果最佳效果最佳煙氣脫硝技術(shù)b3.3.吸收法（續(xù)）吸收法（續(xù)）強硫酸吸收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) 吸附劑：浸漬碳酸鈉的吸附劑：浸漬碳酸鈉的-Al-Al2 2O O3 3煙氣脫硝技術(shù)b4.4.吸附法（續(xù)）吸附法（續(xù)）Nox和SO2聯(lián)合控制技術(shù) 反應(yīng)式反應(yīng)式 再生：天然氣、再生：天然氣、COCONOx控制技術(shù)比較LNB-低氮氧化物燃燒366AOFA-改進的燃盡風法SCR-選擇性催化還原SNCR-選擇性非催化還原燃盡風包含兩股獨立的氣流：中央部分是非旋轉(zhuǎn)的氣流,直接穿透進入爐膛中心，外圈氣流是旋轉(zhuǎn)的氣流,用于和靠近爐膛水冷壁的上升煙氣進行混合，防止結(jié)渣，同時又保證爐膛中心不缺氧，達到高燃燒效率。