固定源氮氧化物的污染控制ppt课件

1、第九章第九章 固定源氮氧化物的污染控制固定源氮氧化物的污染控制第一节第一节 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源 NOx NOx： N2ON2O、NONO、N2O3N2O3、NO2NO2、N2O4N2O4、N2O5N2O5 大气中大气中NOxNOx主要以主要以NONO、NO2NO2的方式存在的方式存在 性质：性质： N2ON2O：单个分子的温室效应为：单个分子的温室效应为CO2CO2的的200200倍，并参与臭氧层的破倍，并参与臭氧层的破坏，其环境循环系统不依赖于其他氮氧化物；坏，其环境循环系统不依赖于其他氮氧化物； NONO：大气中：大气中NO2NO2的前体物质，构成光化学烟雾的活泼组分

2、；的前体物质，构成光化学烟雾的活泼组分； NO2NO2：剧烈刺激性，来源于：剧烈刺激性，来源于NONO的氧化，会转换成硝酸和亚硝酸；的氧化，会转换成硝酸和亚硝酸；1、氮氧化物性质、氮氧化物性质2 2、氮氧化物来源、氮氧化物来源 自然过程自然过程 固氮菌、雷电等，每年约生成固氮菌、雷电等，每年约生成5 5108t108t； 人类活动人类活动(5(5107t/a)107t/a) 燃料熄灭占燃料熄灭占9090以上以上 化工消费中的硝酸消费、硝化过程、炸药消费和金属外表硝酸化工消费中的硝酸消费、硝化过程、炸药消费和金属外表硝酸处置等处置等 95 95为为NONO，其他主要为，其他主要为NO2NO2 由

3、于在环境中由于在环境中NONO最终将转化为最终将转化为NO2NO2，因此，估算氮氧化物的排，因此，估算氮氧化物的排放时都按计算放时都按计算NO2NO2。NOx排放系数 污染源 平均排放系数 煤：民用(包括商业) 工业及电力 4 kg/t 煤 718.5kg/t 煤 燃料油：民用(包括商业) 工业 电力 1.48.6kg/1000L 油 8.7kg/1000L 油 12.5kg/1000L 油 天然气：民用(包括商业) 工业 电力 1.85kg/1000m3天然气 3.4kg/1000m3天然气 6.25kg/1000m3天然气 燃气轮机 3.2kg/1000m3天然气 移动燃烧源：汽油机 柴油

4、机 13.6kg/1000L 汽油 26.0kg/1000L 柴油 硝酸生产工厂 28.5kg/吨酸 第二节第二节 熄灭过程中氮氧化物的构成机理熄灭过程中氮氧化物的构成机理 熄灭过程中构成的分为三类：熄灭过程中构成的分为三类： 燃料型燃料型NOxNOxFuel NOxFuel NOx 燃料中固定氮生成的燃料中固定氮生成的NOxNOx 热力型热力型NOxNOxThermal NOxThermal NOx 高温下高温下N2N2与与O2O2反响生成的反响生成的NOxNOx 瞬时瞬时NONOPrompt NOxPrompt NOx 低温火焰下由于含碳自在基的存在生成的低温火焰下由于含碳自在基的存在生成

5、的NONO1 1、热力型、热力型NOxNOx构成的热力学构成的热力学 在高温下产生在高温下产生NONO和和NO2NO2的两个重要反响的两个重要反响 上述反响为可逆反响，化学平衡受温度和反响物化学组成的影响上述反响为可逆反响，化学平衡受温度和反响物化学组成的影响 平衡时平衡时NONO浓度随温度升高迅速添加浓度随温度升高迅速添加 平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级 NONO和和NO2NO2之间的转化之间的转化 低温有利于低温有利于NO2NO2的生成的生成 NO NO生成量与温度的关系生成量与温度的关系2222212NONONOONO上述数听阐明：上述数听阐明：

6、 室温条件下，几乎没有室温条件下，几乎没有NONO和和NO2NO2生成，并且一切的生成，并且一切的NONO都转化为都转化为NO2NO2 800K 800K左右，左右，NONO与与NO2NO2生成量依然很小，但生成量依然很小，但NONO生成量曾经超越生成量曾经超越NO2NO2 常规熄灭温度常规熄灭温度1500K1500K下，有可观的下，有可观的NONO生成，但生成，但NO2NO2量依然很小量依然很小 烟气冷却对烟气冷却对NONO与与NO2NO2平衡的影响平衡的影响 根据热力学计算，根据热力学计算，NOxNOx应主要以应主要以NO2NO2的方式存在，但实践的方式存在，但实践90909595的的NO

7、xNOx以以NONO的方式存在，主要缘由在于动力学控制的方式存在，主要缘由在于动力学控制 高温下构成的氮氧化物将以方式高温下构成的氮氧化物将以方式NONO排入大气环境；排入大气环境； NONO转化为转化为NO2NO2的氧化反响将主要发生在大气中，所需时间由反响动力学支配。的氧化反响将主要发生在大气中，所需时间由反响动力学支配。2 2、热力型、热力型NOxNOx构成的热力学构成的热力学ZeldovichZeldovich模型模型2222OMOMONNONNONOO 主要反响式主要反响式 上述第上述第2 2、3 3式式NONO生成的总速率生成的总速率 424525d NOkONkNNOkNOkON

8、Odt 运用化学动力学根本实际，上述第运用化学动力学根本实际，上述第2 2式生成式生成NONO的净速率：的净速率： 424d NOkONkNNOdt 假定假定N N原子的浓度坚持不变原子的浓度坚持不变 4245520d NOkONkNNOkNO OkNOdt那那么：么：425452ON ONON NOO kkkk稳态即：即：2424552452242p,NO22452dNON (NO /O )2Od1(NO/O )2ON 1 NO /(N O ) =1(NO/O )kk kktkkkKkk其中：其中：24,55224p NONOkKkkNOk 假定假定O O原子的浓度坚持不变原子的浓度坚持不变

9、1/22 ep,NOe1/2O O()KRT得到：得到：21/ 24p,O21/ 21/ 2p,NO1/ 21/ 24p,NO21/ 252ed(1)d2(1)4N ()()()N O NO/NOYMYxCYk KMRTKkKCkY 假设后熄灭区为常温区，积分得假设后熄灭区为常温区，积分得NONO的构成分数与时间的构成分数与时间t t之间的关系：之间的关系：11(1)(1)exp()ccYYMt124,4p Op NOk KPMRTK3 3、瞬时、瞬时NONO的构成的构成碳氢化合物熄灭时，分解成碳氢化合物熄灭时，分解成CHCH、CH2CH2和和C2C2等基团，与等基团，与N2N2发生如下反发生

10、如下反响：响：22222CHNHCNNCHNHCNNHCN2CN火焰中存在大量火焰中存在大量O O、OHOH基团，与上述产物反响：基团，与上述产物反响：2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOO4 4、熄灭型、熄灭型NOxNOx的构成的构成 燃料中的燃料中的N N多为以多为以CNCN键存在的有机化合物。实际上讲，氮气分子中的键存在的有机化合物。实际上讲，氮气分子中的NNNN键能比有机化合物中的键能比有机化合物中的CNCN键能大得多，熄灭时键能大得多，熄灭时CNCN容易分解，经氧容易分解，经氧化构成化构成NOxNOx 火焰中燃料氮转化

11、为火焰中燃料氮转化为NONO的比例取决于火焰区内的比例取决于火焰区内NO/O2NO/O2的比例的比例 燃料中燃料中20208080的氮转化为的氮转化为NOxNOx 燃料中的氮化物氧化成燃料中的氮化物氧化成NONO是快速的是快速的 熄灭区附近的熄灭区附近的NONO实践浓度显著超越计算的量，缘由在于使实践浓度显著超越计算的量，缘由在于使NONO量减少到量减少到平衡浓度的以下反响都较缓慢。平衡浓度的以下反响都较缓慢。222ONNONONON OOFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow 含含N N

12、燃料构成燃料构成NONO的反响动力学至今仍不清楚，已提出的实际包括：的反响动力学至今仍不清楚，已提出的实际包括： 运用运用CNCN作为中间物作为中间物 当键破坏时释放出原子态氮当键破坏时释放出原子态氮 部分平衡机理部分平衡机理第三节第三节 低氮氧化物熄灭技术低氮氧化物熄灭技术 影响熄灭过程中影响熄灭过程中NOxNOx生成的主要要素生成的主要要素 熄灭温度熄灭温度 烟气在高温区的停留时间烟气在高温区的停留时间 烟气中各种组分的浓度烟气中各种组分的浓度 混合程度混合程度 控制控制NOxNOx构成的要素构成的要素 空气燃料比空气燃料比 熄灭区温度及其分布熄灭区温度及其分布 后熄灭区的冷却程度后熄灭区

13、的冷却程度 熄灭器外形熄灭器外形 低空气过剩系数运转技术低空气过剩系数运转技术 降低降低NOxNOx的同时减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率的同时减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率 COCO、HCHC、碳黑产生量增多，飞灰中可燃物质也可添加，从、碳黑产生量增多，飞灰中可燃物质也可添加，从而使熄灭效率下降而使熄灭效率下降1 1、传统的低、传统的低NOxNOx熄灭技术熄灭技术 降低助燃空气预热温度降低助燃空气预热温度 当熄灭空气由当熄灭空气由27oC预热到预热到315oC，NO排放量添加排放量添加3倍；倍； 降低助燃空气预热温度可降低火焰区的温度峰值，从而减降低助燃空气预热温度可降低火焰区的温

14、度峰值，从而减少热力型少热力型NOx的生成量。的生成量。 烟气循环熄灭烟气循环熄灭 采用熄灭产生的部分烟气冷却后，在循环送回熄灭区，起到降采用熄灭产生的部分烟气冷却后，在循环送回熄灭区，起到降低氧浓度和熄灭区温度的作用，以到达减少低氧浓度和熄灭区温度的作用，以到达减少NO生成量的目的生成量的目的主要减少热力型主要减少热力型NOx； 两段熄灭技术两段熄灭技术 燃料在接近实际空气量下熄燃料在接近实际空气量下熄灭灭 第一段：氧气缺乏，烟气温第一段：氧气缺乏，烟气温度低，度低，NOx生成量很小生成量很小 第二段：通入二次空气，第二段：通入二次空气，CO、HC完全熄灭，烟气温度低完全熄灭，烟气温度低 在

15、低空气过剩系数下，不利在低空气过剩系数下，不利的燃料的燃料空气分布能够出现，空气分布能够出现，这将导致这将导致CO和粉尘排放量添加，和粉尘排放量添加，使熄灭效率降低。使熄灭效率降低。2 2、先进的低、先进的低NOxNOx熄灭技术熄灭技术 炉膛内整体空气分级的低NOx直流熄灭器 炉壁设置助燃空气(OFA，燃尽风)喷嘴，引入燃尽风保证燃料完全熄灭 类似于两段熄灭技术 主燃区处于空气过剩系数较低的工况，抑制了NOx的生成。 原理原理 低空气过剩系数运转技术分段熄灭技术低空气过剩系数运转技术分段熄灭技术 技术特征技术特征 助燃空气分级进入熄灭安装，降低初始熄灭区助燃空气分级进入熄灭安装，降低初始熄灭区

16、(一次区一次区)的氧浓度，的氧浓度，以降低火焰的峰值温度。有的还引入分级燃料，构成可使部分已生成以降低火焰的峰值温度。有的还引入分级燃料，构成可使部分已生成的的NOx复原的二次火焰。复原的二次火焰。 空气分级的低NOx旋流熄灭器 技术关键是准确地控制熄灭器区域燃料与助燃空气的混合过程，以便能有效地同时控制燃料型NOx和热力型NOx的生成，同时又要有较高的熄灭效率。 一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化；一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化； 二次火焰区：二次火焰区： 燃尽燃尽COCO、HCHC等等 空气/燃料分级的低NOx熄灭器 主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可再一

17、次火焰获得下游构成一个富集NH3、CH、HCN的低氧复原区，熄灭产物经过此区时，曾经生成的NOx会部分被复原为N2 。 分级送入的燃料常称为辅助燃料或复原燃料 这种熄灭器的胜利与否取决于： 一次火焰的分散度； 二次火焰的空气/燃料比； 熄灭产物在二次火焰区的停留时间； 复原燃料的复原活性 利用直流熄灭器，在炉膛内构成三个熄灭区：一次区、复原区、燃尽区。常称为三级熄灭技术第四节第四节 烟气脱硝技术烟气脱硝技术 烟气脱硝非常困难，主要问题在于：烟气脱硝非常困难，主要问题在于： 处置烟气体积大处置烟气体积大 NOxNOx浓度相当低浓度相当低 NOxNOx的总量相对较大的总量相对较大 烟气脱硝烟气脱硝

18、 对冷却后的烟气进展处置，以降低对冷却后的烟气进展处置，以降低NOx的排放量。的排放量。 对于火电厂烟气对于火电厂烟气NOxNOx污染控制，目前有两类商业化的烟气脱污染控制，目前有两类商业化的烟气脱硝技术：硝技术： 选择性催化复原法选择性催化复原法(SCR)(SCR) 选择性非催化复原法选择性非催化复原法(SNCR)(SNCR)1 1、选择性催化复原法、选择性催化复原法(SCR)(SCR)脱硝脱硝 过程过程 以氨作复原剂，通常在空气预热器的上游注入含以氨作复原剂，通常在空气预热器的上游注入含NOx的烟气。的烟气。在含有催化剂的反响器内被复原成在含有催化剂的反响器内被复原成N2和水。和水。 催化

19、剂：贵金属、碱性金属氧化物催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 NOx被选择性的复原反响被选择性的复原反响 与氨有关的潜在氧化反响与氨有关的潜在氧化反响322232224NH4NOO4N6H O8NH6NO7N12H O32232224NH5O4NO6H O4NH3O2N6H O 催化剂失活和烟气中残留的催化剂失活和烟气中残留的氨是与氨是与SCR工艺操作相关的两个工艺操作相关的两个关键要素。关键要素。2 2、选择性非催化复原法、选择性非催化复原法(SNCR)(SNCR)脱硝脱硝 尿素或氨基化合物作为复原剂将尿素或氨基化合物作为复原剂将NOx复原为复原为N2; 由于需求较高反响温度，复原剂通常住进炉膛

20、或紧靠炉膛出由于需求较高反响温度，复原剂通常住进炉膛或紧靠炉膛出口的烟道口的烟道 化学反响化学反响 需求控制温度防止潜在氧化反响发生需求控制温度防止潜在氧化反响发生 工业运转的数听阐明，工业运转的数听阐明， SNCR工艺的工艺的NOx复原率较低，通常复原率较低，通常在在30-60%的范围。的范围。3222222224NH6NO5N6H OCO(NH )2NO0.5O2NCO2H O3 3、吸收法净化烟气中的、吸收法净化烟气中的NOxNOx 碱液吸收碱液吸收 与完全去除与完全去除NOxNOx，必需首先将一半以上的，必需首先将一半以上的NONO氧化为氧化为NOxNOx，或，或者向气流中添加者向气流

21、中添加NO2NO2。 NO/NO2NO/NO21 1效果最正确效果最正确 碱液吸收的反响过程可简单地表示为：碱液吸收的反响过程可简单地表示为：2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2MNOH O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH ) 强硫酸吸收：强硫酸吸收：22442NONO2H SO2NOHSOH O 此外，熔融碱类或碱此外，熔融碱类或碱性盐也可以作为吸收剂净性盐也可以作为吸收剂净化含化含NOxNOx的尾气。的尾气。4 4、吸附法净化烟气中的、吸附法净化烟气中的NOxNOx 吸附法既能比较彻底地消除的污染，又能