第十一章 氮氧化物污染控制

1、b1. 1. 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源b2. 2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理燃烧过程中氮氧化物的形成机理b3. 3. 低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术b4. 4. 烟气脱硝技术烟气脱硝技术N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在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NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化bNO 的来源的来源固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a）人类活动（5107t/a）请对比教材请对比教材P379中中2007年的情况。年的情况

2、。b形成机理形成机理燃料型NOx热力型NOx瞬时NOb热力型热力型NOx的形成的形成产生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。 2222NO2NO 11NOONO 22 b平衡常数和平衡浓度平衡常数和平衡浓度b平衡常数和平衡浓度平衡常数和平衡浓度b上述数据说明：上述数据说明：n室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2 ；n800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2 ；1)常规燃烧温度（1500K）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小。b烟烟气冷却过程中，根据热力学计算，

3、气冷却过程中，根据热力学计算，NOx应主要以应主要以NO2的形的形式存在，但实际式存在，但实际9095的的NOx以以NO的形式存在，主要的形式存在，主要原因在于动力学控制原因在于动力学控制 NO/NOx Ratio boilervehicles nature gas0.91.0 internal comb. engine 0.991.0 coal0.951.0 6# fuel oil0.961.0 diesel engine0.771.0b热力型热力型NOx形成的动力学形成的动力学Zeldovich模型模型b NO生成的总速率生成的总速率121222NONON (4)NONOO (5)2OM2

4、OM (3)424525dNOON NNONO ONO (6)dkkkktb假定假定N原原子的浓度保持不变子的浓度保持不变得到得到代入（代入（6）式得）式得424552dNON NNOONONO 0dkkkkt425452ON ONON NOO kkkk稳态2424552452242p,NO22452dNON (NO /O )2Od1(NO/O )2ON 1 NO /(N O ) =1(NO/O )kk kktkkkKkkb假定假定O原子的浓度保持不变原子的浓度保持不变b最终得最终得1/22 ep,NOe1/2O O()KRT21/ 24p,O21/ 21/ 2p,NO1/ 21/ 24p,N

5、O21/ 252ed(1)d2(1)4N ()()()N O NO/NOYMYxCYk KMRTKkKCkYb积分得积分得NO的形成分数与时间的形成分数与时间t之之间的关系间的关系Y=NO/ NOe0 0.5 1 1.5 2.0 Mt1.00.511(1)(1)exp()ccYYMt在各种温度下在各种温度下NONO浓度随时间的变化曲线浓度随时间的变化曲线( (N2O240：1) b碳碳氢化合物燃烧时，分解成氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和和C2等基团，等基团，与与N2发发生如下反应生如下反应b 火焰中存在火焰中存在大量大量O、OH基团，基团，与上述产物反应与上述产物反应22222CHNHC

6、NNCHNHCNNHCN2CN2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOOb燃燃料中的料中的N通常以原子状态与通常以原子状态与HC结合，结合，CN键的键能较键的键能较N N 小，燃烧时容易分解，经氧化形成小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOxb火焰中燃料氮转化为火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区的比例取决于火焰区NO/O2的比例的比例b燃料中燃料中2080的氮转化为的氮转化为NOxFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowb控制控

7、制NOx形形成的因素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b传统低传统低NOx燃燃烧技术烧技术1. 低氧燃烧b2. 降低助燃空气预热温度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b3. 烟气循环燃烧烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度主要减少热力型NOxb4. 两段燃烧技术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。b原理：低空气过剩系数运行技术分段燃烧技术原理：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b2. 空空气分级的低气分级的低N

8、Ox旋流旋流燃烧器燃烧器一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化二次火焰区：燃尽CO、HC等b3. 空气空气/燃料分级燃料分级的低的低NOx燃烧器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NOxb脱硝技术的难点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b1. 1. 选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCR）（）（学习重点学习重点）催化剂：可为贵金属，也可以是Cu、Cr、Fe、Mn等非贵金属的氧化物或盐类。还原反应潜在氧化反应322232224NH4NOO4N6H O8NH6NO7N12H O32232224NH5O4NO6H O4NH3O2

9、N6H O温度需在温度需在350以以上才能进上才能进行，行，450以以上才变得激烈。上才变得激烈。b1. 选择选择性催化还原法（性催化还原法（SCR）b还原剂基本不与氧气反应，避免了其无谓消耗，还原剂基本不与氧气反应，避免了其无谓消耗，减少了反应热，床层温度变化小，容易控制。减少了反应热，床层温度变化小，容易控制。b催化剂易得，选择余地大。催化剂易得，选择余地大。b还原剂还原剂NH3易得，起燃温度低，加上反应热低，易得，起燃温度低，加上反应热低，床温通常低于床温通常低于300，有利于延长催化剂寿命，有利于延长催化剂寿命，降低反应器对材料的要求降低反应器对材料的要求。b2. 选择性非催化还原法（

10、选择性非催化还原法（SNCR）尿素或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3222222224NH6NO5N6H OCO(NH )2NO0.5O2NCO2H O适宜的温度适宜的温度9301090。温度太低，则残留氨量增加；温度太低，则残留氨量增加；温度太高，则副反应加快。温度太高，则副反应加快。b2. 2. 选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（SNCR）b2. 2. 选择性非催选择性非催化还原法（化还原法（SNCR）b3. 3. 吸收法吸收法碱液吸收2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2MNOH

11、 O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH )b3. 吸收法（续）吸收法（续）强硫酸吸收b 4. 吸附法吸附法吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术22442NONO2H SO2NOHSOH Ob4. 吸附法（续）吸附法（续）Nox和SO2联合控制技术2323222223222422322232Na COAl O2NaAlOCO2NaAlOH O2NaOHAl O2NaOHSO0.5ONa SOH O2NaOH2NO1.5O2NaNOH O2NaOH2NO0.5O2NaNOH Ob什么叫燃料型氮氧化物？什么是热力型氮氧化物？什么叫燃料型氮氧化物？什么是热力型氮氧化物？bNO和和NO2的主要性质有哪些？有什么危害？主要来源是什么？的主要性质有哪些？有什么危害？主要来源是什么？b温度和氧气浓度对温度和氧气浓度对NO和和NO2的生成有什么影响？的生成有什么影响？b烟气循环燃烧控制的主要是什么类型的氮氧化物？为什么烟气烟气循环燃烧控制的主要是什么类型的氮氧化物？为什么烟气循环燃烧能够降低氮氧化物的生成量？循环燃烧能够降低氮氧化物的生成量？b选择性催化还原法脱氮的原理是什么？主要反应式有哪些？有选择性催化还原法脱氮的