第九章 固定源氮氧化物污染控制zap1(1)

1、第九章第九章 固定源氮氧化物污染控制固定源氮氧化物污染控制【教学内容教学内容】9.1 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源9.2 氮氧化物的形成机理氮氧化物的形成机理9.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术9.4 燃烧后脱氮技术燃烧后脱氮技术9.5 脱氮装置的设计脱氮装置的设计9.6 脱氮技术新进展脱氮技术新进展9.1 9.1 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源 氮氧化物（氮氧化物（NOx） 包括包括N2O、 NO 、N2O3 、NO2、N2O4和和N2O5等。等。 主要以主要以NO、NO2的形式存在。的形式存在。9.1 9.1 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源 NOx的性质的性

2、质 N2O：单个分子的：单个分子的温室效应温室效应为为CO2的的200倍，倍，并参与并参与臭氧层的破坏臭氧层的破坏 NO：大气中：大气中NO2的前体物质，形成的前体物质，形成光化学光化学烟雾烟雾的活跃组分的活跃组分 NO2：强烈刺激性，来源于：强烈刺激性，来源于NO的氧化，的氧化，酸酸沉降沉降9.1 9.1 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源 NOx的来源的来源 固氮菌、雷电等自然过程固氮菌、雷电等自然过程 人类活动人类活动 燃料燃烧是主要来源燃料燃烧是主要来源 95是是NO（最终将转化为（最终将转化为NO2），其余的），其余的主要为主要为NO2。9.2 9.2 氮氧化物的形成机理氮氧化

3、物的形成机理（1）燃料型）燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的燃料中的固定氮生成的NOx（2）热力型）热力型NOx 高温下高温下N2与与O2反应生成的反应生成的NOx（3）瞬时）瞬时NO 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO9.2 9.2 氮氧化物的形成机理氮氧化物的形成机理（1）燃料型）燃料型NOx 在燃烧后区及贫燃料在燃烧后区及贫燃料NO的生成量较高，而的生成量较高，而NO减少减少得十分缓慢；在富燃料区则刚好相反，得十分缓慢；在富燃料区则刚好相反，NOx的生成的生成量可忽略不计。量可忽略不计。 贫燃料燃烧是指燃烧混合物中燃料与氧化剂之比小贫燃料燃烧是指

4、燃烧混合物中燃料与氧化剂之比小于理论当量比的燃烧过程。于理论当量比的燃烧过程。 9.2 9.2 氮氧化物的形成机理氮氧化物的形成机理（2）热力型）热力型NOx产生产生NO和和NO2的两个重要反应的两个重要反应 上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响成的影响 平衡时平衡时NO浓度随温度升高迅速增加浓度随温度升高迅速增加22222 11 22NONONOONO 9.2 9.2 氮氧化物的形成机理氮氧化物的形成机理1) 室温条件下，几乎没有室温条件下，几乎没有NO和和NO2生成，并生成，并且所有的且所有的NO都转化为都转化为NO22) 800K左右，左右

5、，NO与与NO2生成量仍然很小，但生成量仍然很小，但NO生成量已经超过生成量已经超过NO23) 常规燃烧温度（常规燃烧温度（1500K)下，有可观的下，有可观的NO生成，但生成，但NO2量仍然很小量仍然很小9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术 控制控制NOx形成的因素形成的因素 空气燃料比空气燃料比 燃烧区温度及其分布燃烧区温度及其分布 后燃烧区的冷却程度后燃烧区的冷却程度 燃烧器形状燃烧器形状9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术（1）烟气再循环技术）烟气再循环技术（2）分段燃烧技术）分段燃烧技术（3）再燃烧技术）再燃烧技术（4）低）低NOx燃烧器燃烧器9.39.3 燃烧中脱氮技术

6、燃烧中脱氮技术（1）烟气循环技术）烟气循环技术 降低氧浓度和燃烧区温度主要减少热力型降低氧浓度和燃烧区温度主要减少热力型NOx9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术（2）分段燃烧技术）分段燃烧技术 目前应用最广泛的分段燃烧技术是两段燃烧技目前应用最广泛的分段燃烧技术是两段燃烧技术（即所需空气量分两次通入），三段燃烧技术（即所需空气量分两次通入），三段燃烧技术（用燃气组成炉内还原区）还处于试验阶段，术（用燃气组成炉内还原区）还处于试验阶段，尚未进行商业化推广。尚未进行商业化推广。9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术（3）再燃烧技术）再燃烧技术 再燃烧技术是把燃料分成两股或多股燃料流再燃

7、烧技术是把燃料分成两股或多股燃料流进入炉膛。进入炉膛。 在实际应用中，为节省费用，通常将燃料的在实际应用中，为节省费用，通常将燃料的一部分通过旁路作脱氮燃料用。一部分通过旁路作脱氮燃料用。9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术（4）低）低NOx燃烧器燃烧器 根据根据NOx的形成机理，充分利用的形成机理，充分利用烟气循环、分段烟气循环、分段燃烧及再燃烧技术燃烧及再燃烧技术研制成的脱氮装置。研制成的脱氮装置。9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术 1） 炉膛内整体空气分级的低炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器直流燃烧器 炉壁设置助燃空气（炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴，燃尽风）

8、喷嘴 类似于两段燃烧技术类似于两段燃烧技术9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术 2） 空气分级的低空气分级的低NOx旋流燃烧器旋流燃烧器 一次火焰区：富燃，一次火焰区：富燃，N组分析出但难以转化组分析出但难以转化 二次火焰区：燃尽二次火焰区：燃尽CO、HC等等9.39.3 燃烧中脱氮技术燃烧中脱氮技术 3）空气）空气/燃料分级的低燃料分级的低NOx燃烧器燃烧器 空气和燃料均分级送入炉膛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，还原已生成一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的的NOx9.4 9.4 燃烧后脱氮技术燃烧后脱氮技术 燃烧中脱氮方法与燃烧后脱氮方法相比，前者燃烧

9、中脱氮方法与燃烧后脱氮方法相比，前者显得更积极、更经济、更方便有效，但烟气再显得更积极、更经济、更方便有效，但烟气再循环、分段燃烧、再燃烧技术及低燃烧器都是循环、分段燃烧、再燃烧技术及低燃烧器都是在低空气过剩及低温条件下在低空气过剩及低温条件下运行的，这与燃料运行的，这与燃料的完全燃烧是矛盾的。的完全燃烧是矛盾的。 因此，应同时注重燃烧后脱氮技术的研究。因此，应同时注重燃烧后脱氮技术的研究。9.4 9.4 燃烧后脱氮技术燃烧后脱氮技术 烟气脱氮技术的难点烟气脱氮技术的难点 处理烟气体积大处理烟气体积大 NOx浓度相当低浓度相当低 NOx的总量相对较大的总量相对较大9.4 9.4 燃烧后脱氮技术

10、燃烧后脱氮技术（1）湿法烟气脱氮技术）湿法烟气脱氮技术（2）干法烟气脱氮技术）干法烟气脱氮技术（3）干湿结合法废气脱氮工艺）干湿结合法废气脱氮工艺（4）脱硫脱氮一体化工艺）脱硫脱氮一体化工艺（1）湿法烟气脱氮技术）湿法烟气脱氮技术 按照所选用的吸收剂的不同，湿法烟气脱氮按照所选用的吸收剂的不同，湿法烟气脱氮技术可分为技术可分为水吸收法、酸吸收法、碱性溶液水吸收法、酸吸收法、碱性溶液吸收法、盐吸收法吸收法、盐吸收法等多种脱氮技术。等多种脱氮技术。（1）湿法烟气脱氮技术）湿法烟气脱氮技术 以水吸收法为例以水吸收法为例水对水对NO2的吸收效率有限的吸收效率有限通常情况下亚硝酸很不稳定通常情况下亚硝酸

11、很不稳定（1）湿法烟气脱氮技术）湿法烟气脱氮技术 因此，湿法对低因此，湿法对低NOx的吸收效率不高，但在的吸收效率不高，但在需处理烟气量较小的条件下，湿法脱氮技术需处理烟气量较小的条件下，湿法脱氮技术仍然是可取的。仍然是可取的。（2 2）干法烟气脱氮技术）干法烟气脱氮技术 干法烟气脱氮技术主要包括干法烟气脱氮技术主要包括非选择性催化还非选择性催化还原法、选择性催化还原法、选择性非催化还原法、选择性催化还原法、选择性非催化还原法、吸附法、电子束法原法、吸附法、电子束法等，是目前工业上等，是目前工业上应用较多、效率较高的脱氮技术。应用较多、效率较高的脱氮技术。（2 2）干法烟气脱氮技术）干法烟气脱

12、氮技术 以非选择性催化还原法为例以非选择性催化还原法为例 通常选用碳氢类可燃气体作还原剂，在一定的温通常选用碳氢类可燃气体作还原剂，在一定的温度和适当催化剂的作用下，将废气中的氮氧化物度和适当催化剂的作用下，将废气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水，同时也和氧反应，生成还原为无害的氮气和水，同时也和氧反应，生成水蒸气或水蒸气和二氧化碳，放出大量的热。水蒸气或水蒸气和二氧化碳，放出大量的热。（3 3）干湿结合法废气脱氮工艺）干湿结合法废气脱氮工艺 原理：采用活性炭作为催化剂，将原理：采用活性炭作为催化剂，将NO转化为转化为NO2后，采用碱液吸收。后，采用碱液吸收。（3 3）干湿结合法废气脱氮工艺）

13、干湿结合法废气脱氮工艺（4 4）脱硫脱氮一体化工艺）脱硫脱氮一体化工艺 同时脱硫脱氮的技术主要有：同时脱硫脱氮的技术主要有：脱硫脱氮装置脱硫脱氮装置组合法、组合法、SNOx法、电子束法、氧化铜法法、电子束法、氧化铜法等。等。 其中脱硫脱氮装置组合法最为成熟，氧化铜其中脱硫脱氮装置组合法最为成熟，氧化铜法还处于中小型试验阶段。法还处于中小型试验阶段。（4 4）脱硫脱氮一体化工艺）脱硫脱氮一体化工艺图图1 脱硫脱氮装置组合法布置方式一脱硫脱氮装置组合法布置方式一9.5 9.5 脱氮装置的设计脱氮装置的设计 脱氮装置的种类很多，不同的脱氮装置其脱氮装置的种类很多，不同的脱氮装置其设计方法也不一样，下

14、面仅就设计方法也不一样，下面仅就氨选择性催氨选择性催化还原法化还原法作一些介绍。作一些介绍。9.5 9.5 脱氮装置的设计脱氮装置的设计322232222444686712NHNOONH ONHNOONH O322322245464326NHONOH ONHONH O还原反应还原反应潜在氧化反应潜在氧化反应氨选择性催化还原法氨选择性催化还原法9.5 9.5 脱氮装置的设计脱氮装置的设计 设计流程设计流程（1）了解废气有关性质、处理量要求及现有设备情况；）了解废气有关性质、处理量要求及现有设备情况；（2）选择合适的催化剂，确定工艺流程；）选择合适的催化剂，确定工艺流程；（3）根据已掌握的生产经验

15、数据或小试、中试的结果，）根据已掌握的生产经验数据或小试、中试的结果，进行催化反应装置的放大或缩小，确定合适的反应温进行催化反应装置的放大或缩小，确定合适的反应温度、度、空间速度（空间速度（指单位时间、体积催化剂上通过的标指单位时间、体积催化剂上通过的标准状态下反应器气体的体积准状态下反应器气体的体积）、）、催化床层的气流分布催化床层的气流分布及温度分布；及温度分布；9.5 9.5 脱氮装置的设计脱氮装置的设计（4）确定催化反应装置的类型；）确定催化反应装置的类型；（5）进行催化反应装置的结构设计和阻力计算；）进行催化反应装置的结构设计和阻力计算；（6）进行相关物料的平衡计算；）进行相关物料的

16、平衡计算；（7）选择相关控制仪器仪表，如超温报警、防）选择相关控制仪器仪表，如超温报警、防爆装置等。爆装置等。9.6 9.6 脱氮技术新进展脱氮技术新进展 目前，大多数催化剂的许用空速为目前，大多数催化剂的许用空速为500015000 h-1，少数可达少数可达5000 h-1 ，气流流经催化反应塔的速度是比，气流流经催化反应塔的速度是比较低的，这样就造成催化反应塔占地面积较大。较低的，这样就造成催化反应塔占地面积较大。 若减小占地面积，为了保持废气足够的停留时间，若减小占地面积，为了保持废气足够的停留时间，势必要增加催化剂床层的高度，这又会带来压力降势必要增加催化剂床层的高度，这又会带来压力降过大的问题。因此，需要研制新型的脱氮催化剂。过大的问题。因此，需要研制新型的脱氮催化剂。9.6 9.6 脱氮技术新进展脱氮技术新进展 针对目前存在的不足，脱氮技术的发展主要体现以针对目前存在的不足，脱氮技术的发展主要体现以下几方面：下几方面：（1 1）继续研制继续研制催化性能好、起燃温度低、空速大、价催化性能好、起燃温度低、空速大、价格相对低廉的格相对低廉的氨选择性催化还原催化剂氨选择