大气污染控制工程：第六章 氮氧化物控制技术

1、硫氧化物控制部分需要掌握内容1. 燃烧前脱硫：煤炭洗选，煤炭转化，重油脱硫2. 燃烧中脱硫：流化床燃烧脱硫的主要影响因素钙硫比（Ca/S）；2.燃烧温度；3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构；4.脱硫剂种类（分析流化床脱硫效不高的原因）3. 石灰石-石膏法湿法脱硫技术的工艺流程、机理及主要设备4. 石灰石-石膏法湿法脱硫技术的影响因素5. 石灰石-石膏法湿法脱硫技术中吸收塔结垢原因分析6. 什么是双碱法脱硫技术？双碱法脱硫技术的原理是什么？优缺点是什么？7. 氨法脱硫工艺的优缺点。8. 海水脱硫技术为什么现在不使用了，主要原因是什么。9. 简单脱硫工艺计算氮氧化物控制技术第六章目录1. 氮氧化物的性

2、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. 烟气脱硝技术第一节 氮氧化物的性质及来源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NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降氮氧化物的来源NOx的来源固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a）人类活动（5107t/a）燃料燃烧占 9095以NO形式，其余主要为NO2氮氧化物的来源氮氧化物的来源目录1. 氮氧化物的性质及来源2. 燃烧过程中

3、氮氧化物的形成机理3. 低氮氧化物燃烧技术4. 烟气脱硝技术热力型NOx空气中的N2在高温条件下被氧化为NOx即生成热力型NOx。在水泥回转窑内必须提供高温、过量空气等气氛，以确保水泥熟料的煅烧品质。烟气在回转窑内停留时间越长，回转窑内烟气温度越高，热力型NOx生成越多。约占8090% 水泥炉窑氮氧化物产生途径燃料型NOx燃料中的含氮化合物被氧化成燃料型NOx，此类NOx主要在分解炉和预热器等温度低于1200区域生成。约占5%原料型NOx煅烧水泥的原料主要成分为石灰石，另有粘土、沙石等，不同原料中氮含量由20ppm至100ppm不等。原料型NOx主要在温度窗口为300-800内生成。带预分解炉

4、或预热器的窑型，较之其它传统窑型，熟料产量大，生成的原料型NOx较少。 不到3%快速型NOx在还原性气氛下燃料相对过量，过量的燃料中的自由基与助燃空气中的N2快速反应生成快速型NOx。贡献较小，可忽略 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NO低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理热力型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燃烧过程NOx的形成机理：热力型平衡常数和平衡浓度燃烧过程NOx的形成机理：热力型平衡常数和平衡浓

5、度燃烧过程NOx的形成机理：热力型上述数据说明：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）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小燃烧过程NOx的形成机理：热力型烟气冷却过程中，根据热力学计算，NOx应主要以NO2的形式存在，但实际9095的NOx以NO的形式存在，主要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 o

6、il0.961.0 diesel engine0.771.0燃烧过程NOx的形成机理：热力型热力型NOx形成的动力学Zeldovich模型 NO生成的总速率燃烧过程NOx的形成机理：热力型假定N原子的浓度保持不变得到代入（6）式得燃烧过程NOx的形成机理：热力型假定O原子的浓度保持不变 最终得燃烧过程NOx的形成机理：热力型积分得NO的形成分数与时间t之间的关系Y=NO/ NOe0 0.5 1 1.5 2.0 Mt1.00.5燃烧过程NOx的形成机理：热力型各种温度下形成NO的浓度时间分布曲线燃烧过程NOx的形成机理：热力型在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2O240：1) 燃烧过程NO

7、x的形成机理：热力型碳氢化合物燃烧时，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，与上述产物反应燃烧过程NOx的形成机理：瞬时NO的形成燃料中的N通常以原子状态与HC结合，CN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2080的氮转化为NOxFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow燃烧过程NOx的形成机理：瞬时NO的形成燃烧过程NOx的形成机理：瞬时NO的形成燃烧过程NOx的形成机理

8、：瞬时NO的形成燃烧过程NOx的形成机理目录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第三节 低氮氧化物燃烧技术传统低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

9、小第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低传统低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，含氮组分析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先进的低NOx燃烧技术先进的低NOx燃烧技术目录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.

10、 烟气脱硝技术第四节 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的总量相对较大催化剂：贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应烟气脱硝技术-选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术-选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术-选择性催化还原法（SCR）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烟气脱硝技术-选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝技术-选择性非催化还原法（SNCR）44选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，以下简称为SCR）技术是目前降低NOx 排放量最为高效，且是国内外应用最多最成

11、熟的技术，脱硝率可达80以上。SCR烟气脱硝系统采用氨气作为还原剂。SCR反应器的布置位置：高温高尘、高温低尘、低温低尘。选择性催化还原技术（SCR）45NH3先被催化剂表面活性面吸收后，然后与NOx发生还原反应生成N2和H2O。主要化学反应： 4NO+4NH3+O24N2+6H2O NO+NO2+2NH32N2+3H2O 选择性催化还原技术（SCR）46SCR系统工艺流程47三种还原剂对比还原剂优 点缺 点液氨单位用量下储存体积小，技术成熟，系统相对简单，能耗较低，设备投资低。液氨属于危险化学品，对运输、储存要求高，一旦泄露影响较大。氨水液体溢出后的扩散范围小于液氨，浓度范围容易控制。储存体

12、积大，蒸发、储存设备成本较高，较大的注入管道。溢出的氨水对人体影响同于液氨。尿素产品无毒无害，无爆炸性，运输、储存较安全。储存需考虑产品吸湿性。系统初期投资较大，运行成本高，能耗相对较高。48液氨卸料压缩机液氨蒸发器液氨储罐SCR系统组成氨站49SCR系统组成SCR反应区50SCR系统组成SCR反应区稀释风机喷氨格栅阀门站喷氨格栅混合器氨/空气混合技术：专利号ZL 200920107341.3；有效地使氨与空气均匀混合；多区域多孔氨喷射技术：专利号ZL200920105063.8；能控制喷入的氨与烟气中的NOx匹配，达到更好的NOx脱除效果；51蒸汽吹灰器声波吹灰器反应器底部灰斗SCR系统组成

13、SCR反应区静态混合器烟气混合技术：专利号ZL200820080620.0；能使喷入的氨/空气混合气体与烟气充分混合，有利于NOx的脱除。52SCR系统的物模及数模脱硝系统物理模型冷态试验台脱硝系统数值模型SCR反应器内氨浓度喷氨格栅上游烟气流速分布催化剂入口处氨浓度53 催化剂一般2+1布置初装2层、预留1层，共3层布置 催化剂有三种：蜂窝式、板式、波纹板式SCR系统组成催化剂54项目比较催化剂类型蜂窝状波纹板式板式结构形式加工工艺均匀挤出式覆涂式压型覆涂式比表面积大小中等防堵灰能力较好一般更好抗中毒能力强中等较强安全性不助燃助燃不助燃持久性好较差好磨损好较差好可靠性好一般好催化剂成本好一般

14、好三种催化剂比较55 由于SCR催化剂的工作条件比较恶劣，所以存在着中毒失效问题，必须定期更换。更换时间根据具体情况而定，一般一到三年。催化剂性能下降，其主要原因有： 1、由于固体沉积物使微孔堵塞； 2、由于碱性化合物（特别是钾或重金属）引起中毒； 催化剂定期更换56SCR工程实例项目单位数值处理烟气量Nm3/h2058545NOx浓度mg/Nm3 450粉尘含量g/Nm3 30烟气温度371脱硝效率%80液氨耗量t/h0.306催化剂体积m3524电耗KVA62烟气脱硝技术-选择性非催化还原法（SNCR）58选择性非催化还原技术（SNCR）：向烟气中喷氨水或尿素等含有NH3基的还原剂，在高温

15、（800-1100）和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应，把NOx还原成N2。影响SNCR的主要因素: 正确的温度窗口 合适温度范围内的停留时间 良好的混合 氨氮摩尔比选择性非催化还原技术（SNCR）59尿素的有效温度窗口更窄，在8001050之间。氨水的有效范围宽一些，在7501150，除900外效果均比尿素要好一些。还原剂选择60SNCR工艺特点优点： 不需要催化剂；设备简单；初期投资少；系统简洁；施工周期较短。缺点： 脱硝效率不高；还原剂耗量较大，运行成本较高；对反应温度要求高，需要准确控制反应区内的温度；61SNCR工程实例项 目数值锅炉容量240t/h处理前NOx原始浓度mg/Nm3（标况、干态、6%O2）380SNCR处