固源氮氧化物污染控制医学知识培训课件

1、固源氮氧化物污染控制医学知识固源氮氧化物污染控制医学知识固源氮氧化物污染控制医学知识2固源氮氧化物污染控制医学知识2NO：无色、无味、无臭，微溶于水，在大气中可 被缓慢氧化为NO2。二、氮氧化物的性质NO2 ：红棕色有窒息性臭味的气体，能溶于水。N2O：稍带甜味和香气的无色惰性气体，单个分 子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧 层的破坏。固源氮氧化物污染控制医学知识3NO：无色、无味、无臭，微溶于水，在大气中可二、氮氧化物的性三、氮氧化物的危害 1）对人有致毒作用2）对植物有损害作用3）参与形成光化学烟雾，形成酸雨 固源氮氧化物污染控制医学知识4三、氮氧化物的危害 1）对人有致毒作用固源

2、氮氧化物不同浓度的NO2对人体健康的影响(411mg/m3)固源氮氧化物污染控制医学知识5不同浓度的NO2对人体健康的影响(411mg/m3)固源氮氧四、氮氧化物排放情况（美国）固源氮氧化物污染控制医学知识6四、氮氧化物排放情况（美国）固源氮氧化物污染控制医学知识6五、NOx排放法规早期：汽车尾气现在：电站锅炉固源氮氧化物污染控制医学知识7五、NOx排放法规早期：汽车尾气固源氮氧化物污染控制医学知识五、氮氧化物控制方法 1. 燃料脱氮； 2. 改进燃烧方式和生产工艺； 3. 烟气脱硝。源头控制尾部（末端）控制固源氮氧化物污染控制医学知识8五、氮氧化物控制方法源头控制尾部（末端）控制固源氮氧化物

3、污染1、热力型NOx 高温下空气中N2与O2反应生成的NOx9-2 燃烧过程NOx的形成机理NOx分类:2、燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的NOx 。3、瞬时NO低温火焰下由于燃料中的碳氢化合物的存在生成的NO。NO占9095%，二氧化氮占5%-10%固源氮氧化物污染控制医学知识91、热力型NOx9-2 燃烧过程NOx的形成机理NOx分类一、热力型NOx的形成1、机理 捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示 在高温下总生成式为2222212NOONONOON+上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响固源氮氧化物污染控制医学知识10一、热力型NOx的形成1、机理在高温下总生成式为22

4、2221平衡时NO浓度随温度升高迅速增加1）NO生成量与温度的关系（表93）增大固源氮氧化物污染控制医学知识11平衡时NO浓度随温度升高迅速增加1）NO生成量与温度的关系（氧浓度增加2）NO生成量与初始组成的关系（表94）初始组成中氧浓度越高，平衡时 NO浓度越高固源氮氧化物污染控制医学知识12氧浓度增加2）NO生成量与初始组成的关系（表94）初始组成3）NO、NO2之间的转化 表95, 表96室温减小固源氮氧化物污染控制医学知识133）NO、NO2之间的转化室温减小固源氮氧化物污染控制医 有关结论：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（表9-3，9-5）。800

5、K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2 （表9-6）。常规燃烧温度（1500K）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小（表9-6） 。热力型主要为NO（ 9095）固源氮氧化物污染控制医学知识14 有关结论：热力型主要为NO（ 9095）固源3）热力型NOx形成的动力学Zeldovich模型 由Zeldovich理论按化学动力学可导出NO生成的总速率O+N2k1k-1NO+Nk2k-2N+O2NO+O其中：O2、N2、NOO2 、 N2 、 NO的浓度， mol/m3; T绝对温度，K; t时间，s； 固源氮氧化物污染控制医学知识153）热力型NOx形成的动力学Zel

6、dovich模型 由Z各种温度下形成NO的浓度时间分布曲线烟气在高温区停留时间的延长可使NOx生成量增加。固源氮氧化物污染控制医学知识16各种温度下形成NO的浓度时间分布曲线烟气在高温区停留时间的在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2O240：1) 固源氮氧化物污染控制医学知识17在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2O240：1)综上，控制NO生成量的方法： （1）降低燃烧温度； （2）降低氧气浓度； （3）使燃烧在远离理论空气比的条件下进行； （4）缩短在高温区的停留时间。固源氮氧化物污染控制医学知识18综上，控制NO生成量的方法：固源氮氧化物污染控制医学知识18二、瞬时NO的形成

7、 1、生成机理 a、碳氢化合物燃烧时，特别是富燃燃料燃烧时，分解出大量的CH、CH2和C2等离子团，它们破坏燃烧空气中的N2分子键，发生如下反应：上述反应活化能很小，反应速度很快。固源氮氧化物污染控制医学知识19二、瞬时NO的形成 1、生成机理上述反应活化 b、火焰中存在大量O、OH等原子基团，与上述产物反应 通常：低温火焰中形成的NO多为瞬时NO，受温度影响不大（图9-4）。 保持足够的氧供应量是降低瞬时NO的生成的有效途径。氰基胺类固源氮氧化物污染控制医学知识20 b、火焰中存在大量O、OH等原子基团，与上述产物反三、燃料型NOx的形成 机理：燃料中的N通常以CN键存在，CN键的键 能较N

8、N小，燃烧时容易分解，经氧化形 成NOx。 CN键键能25.363107J/mol NN键能94.5107J/mol固源氮氧化物污染控制医学知识21三、燃料型NOx的形成 CN键 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx 。 由于煤的燃烧过程由挥发分燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发分）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。固源氮氧化物污染控制医学知识22 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合煤粒N挥发分挥发分N焦炭焦炭NNON2N2燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图固源氮氧化

9、物污染控制医学知识23煤粒N挥发分挥发分N焦炭焦炭NNON2N2燃料中氮分解为挥发从对热力型、燃料型和瞬时型三种NOx生成机理可以得出抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径，图中还原气氛箭头所指即抑制和促使NOx破坏的途径氧化气氛空气N2NOx杂环氮化物烃生成物 CH，CH2烃生成物中结合的氮氰 (HCN, CN)氰氧化物(OCN, HNCO)氨类(NH3, NH2，NH，N)N2ONOxHN2还原气氛空气中的氮燃料中氮的转换NO再燃烧Zeldovich机理固源氮氧化物污染控制医学知识24从对热力型、燃料型和瞬时型三种NOx生成机理可以得出抑制NO三种机理对NO排放的贡献固源氮氧化物污染控制医学

10、知识25三种机理对NO排放的贡献固源氮氧化物污染控制医学知识25探讨生成规律可以知道，NOx的生成及破坏与以下因素有关： (a) 煤种特性，如煤的含氮量，挥发分含量，燃料比等。(b) 燃烧温度。(c) 炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO 和CHi的含量。(d) 燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。固源氮氧化物污染控制医学知识26探讨生成规律可以知道，NOx的生成及破坏与以下因素有关： 固9-3 低NOx燃烧技术原理1、低氧燃烧（=1.171.20）使燃烧过程在尽可能接近理论空气量的条件下进行。 一、传统的低NOx燃烧技术优点：降低NOx的同时提高锅炉热效率缺点：CO、H

11、C、碳黑产生量增加固源氮氧化物污染控制医学知识279-3 低NOx燃烧技术原理1、低氧燃烧（=1.171固源氮氧化物污染控制医学知识28固源氮氧化物污染控制医学知识28 2. 降低助燃空气预热温度减少热力型NOx固源氮氧化物污染控制医学知识29 2. 降低助燃空气预热温度减少热力型NOx固源氮氧 将部分烟道气抽回，令其与燃烧用的空气或燃料混合，一起进入燃烧室。3. 烟气循环燃烧 固源氮氧化物污染控制医学知识30 将部分烟道气抽回，令其与燃烧用的空气或燃料混合，一 降低氧浓度和燃烧区温度，主要减少热力型NOx 。烟气循环率25%40%固源氮氧化物污染控制医学知识31 降低氧浓度和燃烧区温度，主要

12、减少热力型NOx 。烟气循4. 两段燃烧技术第一段：富燃,氧气不足，烟气温度较低，NOx生成量很小。第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度较低。固源氮氧化物污染控制医学知识324. 两段燃烧技术固源氮氧化物污染控制医学知识32三、先进的低NOx燃烧器技术 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 :Over Fire Air ，燃尽风、火上风）喷嘴类似于两段燃烧技术 主燃区：较低，抑制NOx生成； 燃尽风口：助燃空气，保证燃料完全燃烧。固源氮氧化物污染控制医学知识33三、先进的低NOx燃烧器技术 原理：低空气过剩系数

13、2.空气分级的低NOx旋流燃烧器 原理：将燃料的燃烧分阶段完成，第一阶段减少供气 量到70%-75%；第二阶段将完全燃烧所需的其 余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷 口“火上风”喷入炉膛。 （1）一次火焰区：富燃，含氮组分析出 但由于缺氧、高CO、CH浓度使其难以转化（2）二次火焰区：燃尽CO、HC等固源氮氧化物污染控制医学知识34 2.空气分级的低NOx旋流燃烧器固源氮氧化物污染控制医学知固源氮氧化物污染控制医学知识35固源氮氧化物污染控制医学知识353. 空气/燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛燃烧分为三个区域： （1）一次燃烧区：氧化性或稍还原气氛（ 1）； （2）第

14、二燃烧区（再燃区）还原性气氛（ 1），燃料完全燃烧。固源氮氧化物污染控制医学知识363. 空气/燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉固源氮氧化物污染控制医学知识37固源氮氧化物污染控制医学知识379-4 烟气脱硝技术一、脱硝技术的难点 处理烟气体积大 NOx浓度相当低 NOx的总量相对较大固源氮氧化物污染控制医学知识389-4 烟气脱硝技术一、脱硝技术的难点固源氮氧化物污染控制表1各种NOx控制技术的脱硝效率项目NOx控制技术脱硝效率%NOx控制极限低NOx燃烧技术低NOx燃烧器2040各种低NOx燃烧技术组合，可将NOx排放浓度降低到350mg/Nm3空气分级2040燃料再燃507

15、0燃烧优化系统1030受制于硬件设备烟气脱硝技术SCR9550mg/Nm3SNCR2040取决于入口NOx浓度SNCR/ SCR4060固源氮氧化物污染控制医学知识39表1各种NOx控制技术的脱硝效率项目NOx控制技术脱硝效率%二、催化转化法脱硝 A 选择性催化还原法（selective catalytic reduction, SCR） 利用NH3作还原剂，在较低温度和催化剂作用下，NH3有选择地将废气中的NOX还原成N2。 固源氮氧化物污染控制医学知识40二、催化转化法脱硝固源氮氧化物污染控制医学知识401.还原剂 （1）液氨 投资少，运行费用低，但属危险化学品。 （2）氨水 浓度2025

16、，氨水通过加热蒸发，形成氨气和水蒸气，送至烟气系统，费用高。 （3）尿素 ( NH 2 ) 2CO + H2O 2NH3 ( g) + CO2 ( g) 美国FuelTiech公司的尿素热解治氨工艺。固源氮氧化物污染控制医学知识411.还原剂 （1）液氨固源氮氧化物污染控制医学知识41固源氮氧化物污染控制医学知识42固源氮氧化物污染控制医学知识422.催化剂贵金属 Pt、Rh及Pd等/Al2O3金属氧化物 V2O5(WO3)、Fe2O3、CuO、CrOx、MgO、MoO3和NiO等金属氧化物或其联合作用的混合物 载体：TiO2、Al2O3、ZrO2 、SiO2及活性炭。沸石分子筛金属离子交换沸

17、石固源氮氧化物污染控制医学知识432.催化剂贵金属固源氮氧化物污染控制医学知识43三类催化剂的基本区分分类举例温度范围（）特性中温V2O5/ TiO2260425应用广泛，有较长的运行经验、抗二氧化硫的侵蚀能力较好高温沸石分子筛345590高脱硝率、低氨逃逸率、抗二氧化硫的侵蚀能力强低温贵金属催化剂150300很窄的反应温度范围、抗二氧化硫侵蚀能力差燃煤电站SCR系统最常用的催化剂柴油机的排放控制具有较高温度的燃气电厂和内燃机SCR系统固源氮氧化物污染控制医学知识44三类催化剂的基本区分分类举例温度范围（）特性中温V2O5/副反应：3、主要反应 350 450固源氮氧化物污染控制医学知识45副

18、反应：3、主要反应 350 450固源氮氧化物污染4、SCR工艺布置高尘区SCR(HD-SCR)-省煤器和空气预热器之间低尘区SCR(LD-SCR)电除尘器之后尾部SCR(TE-SCR)-湿法烟气脱硫塔之后 固源氮氧化物污染控制医学知识464、SCR工艺布置高尘区SCR(HD-SCR)-省煤器和空气SCR反应器末端布置 固源氮氧化物污染控制医学知识47SCR反应器末端布置 固源氮氧化物污染控制医学知识47优点: 锅炉烟气经过除尘脱硫后，可采用更大烟气流速和空速， 从而使催化剂的消耗量大大的减少； 氨的逃逸量是最少的，并且不会腐蚀构筑物（烟囱采用防腐 烟囱）；不会产生SO3，防止二次污染。 缺点

19、: 一定要设置烟气再热系统，增加了投资和运行成本； 很难找到符合反应条件的催化剂。 固源氮氧化物污染控制医学知识48优点:固源氮氧化物污染控制医学知识48低粉尘布置的SCR工艺固源氮氧化物污染控制医学知识49低粉尘布置的SCR工艺固源氮氧化物污染控制医学知识49优点: 粉尘浓度降低，可以延长催化剂的使用寿命； 缺点: (1) 与高粉尘布置一样，烟气中含有大量的SO2，氧化后生成难处 理的SO3，并可能与泄漏的氨生成腐蚀性很强的硫酸氨（或者硫酸氢氨）盐物质； (2) 国内没有运用经验，并且国外可供参考的工程实例也比较少。 固源氮氧化物污染控制医学知识50优点: 固源氮氧化物污染控制医学知识50高

20、粉尘布置的SCR固源氮氧化物污染控制医学知识51高粉尘布置的SCR固源氮氧化物污染控制医学知识51优点： 由于反应温度较高(300500)，可选择的催化剂 的种类较多；相对于末端布置来说省去了烟气再热系统，从而节省了投 资和运行成本；早已完成工业化运用，并且已有20多年的运行经验，是 目前火电厂烟气脱硝广泛采取的工艺。 固源氮氧化物污染控制医学知识52优点：固源氮氧化物污染控制医学知识52缺点: 粉尘浓度较高，对催化剂的冲刷和磨损较大； 省煤器是与锅炉本体相连，对于大型机组，SCR反应器 的重量比较大，一般要设置独立的SCR反应器的支撑钢 架， 涉及到锅炉的重新调整和负荷重新计算的问题； 腐蚀

21、性很强的硫酸氨（或者硫酸氢氨）盐物质的生成； 且流程较长，容易腐蚀后续的空气预热器和静电除尘器。 固源氮氧化物污染控制医学知识53缺点: 固源氮氧化物污染控制医学知识53以液氨为还原剂的SCR系统图 5、SCR系统图SCR系统脱硝率约为：6090。固源氮氧化物污染控制医学知识54以液氨为还原剂的SCR系统图 5、SCR系统图SCR系统脱硝6、影响SCR脱硝技术的因素：催化剂反应温度烟气在反应器内的空间速度氨气输入量固源氮氧化物污染控制医学知识556、影响SCR脱硝技术的因素：催化剂固源氮氧化物污染控制医学温度-温度对脱硝效率的影响取决于催化剂，对应每种催化剂 皆有最适宜的温度范围 SCR反应温

22、度对NOx脱除率的影响 钒钛催化剂，320420. 固源氮氧化物污染控制医学知识56温度-温度对脱硝效率的影响取决于催化剂，对应每种催化剂 空速-对于给定的反应装置，空速大意味着单位时间内通过 催化剂的烟气多，烟气在催化剂上的停留时间短. （时间的倒数）停留时间对NOx脱除率的影响 效率在6090时，空速在22007000h-1固源氮氧化物污染控制医学知识57空速-对于给定的反应装置，空速大意味着单位时间内通过 NH3/NOx摩尔比 脱硝效率和NH3逸出量与NH3/NOx摩尔比的关系 固源氮氧化物污染控制医学知识58NH3/NOx摩尔比 脱硝效率和NH3逸出量与NH3/NOx 国内已投运的烟气

23、脱硝电厂：福建漳州后石电厂6600MW机组，日立巴布科克公司SCR装置，设计脱硝率40以上；江苏国华太仓电厂2600MW机组，江苏苏源自主开发的SCR装置，设计脱硝率90以上；福建崇屿电厂4300MW机组，上海石川岛脱硫工程有限公司的SCR装置，初期设计脱硝率60；广东台山电厂5号机组（ 600MW），丹麦Topse公司的催化剂，设计脱硝率80固源氮氧化物污染控制医学知识59 国内已投运的烟气脱硝电厂：固源氮氧化物污染控制医学知识59B 选择性非催化还原法（selective non-catalytic reduction，SNCR） 选择性非催化还原技术是指在不使用催化剂的情况下，在炉膛烟气

24、温度适宜处（9001100 ）喷入氨或尿素等含氨基的还原剂，将烟气中的NOx还原为N2 和H2O。主要反应：竞争反应：固源氮氧化物污染控制医学知识60B 选择性非催化还原法（selective non-cataSNCR工艺流程示意图 固源氮氧化物污染控制医学知识61SNCR工艺流程示意图 固源氮氧化物污染控制医学知识61影响因素1、反应温度反应温度对NOx脱除率的关系 (氨)反应温度对NOx脱除率的影响(尿素)固源氮氧化物污染控制医学知识62影响因素1、反应温度反应温度对NOx脱除率的关系 (氨)反应2、停留时间停留时间对NOx脱除的影响 停留时间越长，反应进行越彻底，NOx脱除效率越好.氨和

25、尿素需要0.30.4s的停留时间才能有效地脱除NOx。 固源氮氧化物污染控制医学知识632、停留时间停留时间对NOx脱除的影响 停留时间越长，反应进固源氮氧化物污染控制医学知识培训课件4、NH3/NOx摩尔比 (化学计量比)NH3/NOx摩尔比一般控制在1.02.0之间，最大不要超过2.5。 NOx脱除率与化学计量比的关系 固源氮氧化物污染控制医学知识654、NH3/NOx摩尔比 (化学计量比)NH3/NOx摩尔比表 SCR与SNCR工艺比较Table Comparison of SCR and SNCR工艺名称选择性催化还原法(SCR)选择性非催化还原法(SNCR)NOx脱除效率(%)60-

26、9030-60操作温度()200-500900-1100NH3/NOx摩尔比0.4-1.00.8-2.5氨泄漏(ppm)55-20总投资高低操作成本中等中等固源氮氧化物污染控制医学知识66表 SCR与SNCR工艺比较选择性催化还原法(SCR)选择性1.水吸收法（NO2 ） 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 3 HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 净化小气量以含二氧化氮为主的氮氧化物废气三、吸收法净化NOx(中小企业)固源氮氧化物污染控制医学知识671.水吸收法（NO2 ）三、吸收法净化NOx(中小企业)固源2.稀硝酸吸收法（净化硝酸生产尾气） 原理 ：氮氧化物在稀硝酸中的溶

27、解度大于水，属物 理吸收。酸浓度（）值00.0410.50.71.01.02461265991.482.163.194.209.2212.5：标准状态 下 1m3硝酸所溶解的NO的体积，m3固源氮氧化物污染控制医学知识682.稀硝酸吸收法（净化硝酸生产尾气）酸浓度（）值00.0NONO2吸 收1530 漂白硝酸含NOX稀硝酸加温漂白稀硝酸高浓度废气硝酸吸收塔流程：固源氮氧化物污染控制医学知识69NONO2吸 收1530含NOX加温漂白3.氨碱溶液两级吸收法碱液制 备槽废气液氨缓冲器吸收塔碱液循 环槽排气肥料 固源氮氧化物污染控制医学知识703.氨碱溶液两级吸收法碱液制 备槽废气液氨缓冲上述工艺分两步： 将氨送入烟气中进行气相反应，生成硝氨白烟。 烟气进入碱液吸收塔，未反应的NO2与碱液反应生 成硝酸盐和亚硝酸盐。固源氮氧化物污染控制医学知识71上述工艺分两步：固源氮氧化物污染控制医学知识71 反应式： 2NH3 + 2NO2 + H2O NH4NO3 + NH4NO2 2NO + NO2 + 2NH3 + H2O 2NH4NO2 NH4NO2 N2 + 2H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2 +H2O 2NaOH + NO+NO2 2NaNO2 + H2O固源氮氧化物污染控制医学知识72固源氮氧化物污染控制医学知识