新版固定源氮氧化物的污染控制

第一节氮氧化物性质及起源NOx：

N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5

大气中NOx主要以NO、NO2形式存在性质：N2O：单个分子温室效应为CO2200倍，并参加臭氧层破坏，其环境循环系统不依赖于其它氮氧化物；NO：大气中NO2前体物质，形成光化学烟雾活跃组分；NO2：强烈刺激性，起源于NO氧化，会转换成硝酸和亚硝酸；1、氮氧化物性质新版固定源氮氧化物的污染控制第1页2、氮氧化物起源自然过程固氮菌、雷电等，每年约生成5×108t；人类活动(>5×107t/a)燃料燃烧占90％以上化工生产中硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理等95％为NO，其余主要为NO2因为在环境中NO最终将转化为NO2，所以，估算氮氧化物排放时都按计算NO2。新版固定源氮氧化物的污染控制第2页新版固定源氮氧化物的污染控制第3页新版固定源氮氧化物的污染控制第4页新版固定源氮氧化物的污染控制第5页第二节燃烧过程中氮氧化物形成机理燃烧过程中形成分为三类：燃料型NOx（FuelNOx）燃料中固定氮生成NOx热力型NOx（ThermalNOx）高温下N2与O2反应生成NOx瞬时NO（PromptNOx）低温火焰下因为含碳自由基存在生成NO新版固定源氮氧化物的污染控制第6页1、热力型NOx形成热力学在高温下产生NO和NO2两个主要反应上述反应为可逆反应，化学平衡受温度和反应物化学组成影响平衡时NO浓度随温度升高快速增加平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级NO和NO2之间转化低温有利于NO2生成NO生成量与温度关系新版固定源氮氧化物的污染控制第7页新版固定源氮氧化物的污染控制第8页新版固定源氮氧化物的污染控制第9页上述数听说明：室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，而且全部NO都转化为NO2800K左右，NO与NO2生成量依然很小，但NO生成量已经超出NO2常规燃烧温度（>1500K）下，有可观NO生成，但NO2量依然很小烟气冷却对NO与NO2平衡影响依据热力学计算，NOx应主要以NO2形式存在，但实际90％～95％NOx以NO形式存在，主要原因在于动力学控制高温下形成氮氧化物将以形式NO排入大气环境；NO转化为NO2氧化反应将主要发生在大气中，所需时间由反应动力学支配。新版固定源氮氧化物的污染控制第10页2、热力型NOx形成热力学—Zeldovich模型主要反应式上述第2、3式NO生成总速率应用化学动力学基本理论，上述第2式生成NO净速率：新版固定源氮氧化物的污染控制第11页假定N原子浓度保持不变则：即：其中：新版固定源氮氧化物的污染控制第12页假定O原子浓度保持不变得到：假设后燃烧区为常温区，积分得NO形成份数与时间t之间关系：新版固定源氮氧化物的污染控制第13页各种温度下形成NO浓度－时间分布曲线新版固定源氮氧化物的污染控制第14页3、瞬时NO形成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生以下反应：火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应：低温火焰中形成NO多数为瞬时NO新版固定源氮氧化物的污染控制第15页在各种温度下NO浓度随时间改变曲线(N2／O2＝40：1)新版固定源氮氧化物的污染控制第16页4、燃烧型NOx形成燃料中N多为以C—N键存在有机化合物。理论上讲，氮气分子中N≡N键能比有机化合物中C—N键能大得多，燃烧时C—N轻易分解，经氧化形成NOx

火焰中燃料氮转化为NO百分比取决于火焰区内NO/O2百分比燃料中20％～80％氮转化为NOx燃料中氮化物氧化成NO是快速燃烧区附近NO实际浓度显著超出计算量，原因在于使NO量降低到平衡浓度以下反应都较迟缓。新版固定源氮氧化物的污染控制第17页FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow燃料N燃烧过程示意图含N燃料形成NO反应动力学至今仍不清楚，已提出理论包含：利用CN作为中间物当键破坏时释放出原子态氮部分平衡机理新版固定源氮氧化物的污染控制第18页新版固定源氮氧化物的污染控制第19页新版固定源氮氧化物的污染控制第20页新版固定源氮氧化物的污染控制第21页第三节低氮氧化物燃烧技术影响燃烧过程中NOx生成主要原因燃烧温度烟气在高温区停留时间烟气中各种组分浓度混合程度控制NOx形成原因空气－燃料比燃烧区温度及其分布后燃烧区冷却程度燃烧器形状新版固定源氮氧化物的污染控制第22页低空气过剩系数运行技术降低NOx同时降低了锅炉排烟热损失，提升锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增多，飞灰中可燃物质也可增加，从而使燃烧效率下降1、传统低NOx燃烧技术新版固定源氮氧化物的污染控制第23页降低助燃空气预热温度当燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍；降低助燃空气预热温度可降低火焰区温度峰值，从而降低热力型NOx生成量。新版固定源氮氧化物的污染控制第24页烟气循环燃烧采取燃烧产生部分烟气冷却后，在循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度作用，以到达降低NO生成量目标－主要降低热力型NOx；新版固定源氮氧化物的污染控制第25页两段燃烧技术燃料在靠近理论空气量下燃烧第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小第二段：通入二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低在低空气过剩系数下，不利燃料—空气分布可能出现，这将造成CO和粉尘排放量增加，使燃烧效率降低。新版固定源氮氧化物的污染控制第26页2、先进低NOx燃烧技术

炉膛内整体空气分级低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气(OFA，燃尽风)喷嘴，引入燃尽风确保燃料完全燃烧类似于两段燃烧技术主燃区处于空气过剩系数较低工况，抑制了NOx生成。原理低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术技术特征助燃空气分级进入燃烧装置，降低初始燃烧区(一次区)氧浓度，以降低火焰峰值温度。有还引入分级燃料，形成可使部分已生成NOx还原二次火焰。新版固定源氮氧化物的污染控制第27页

空气分级低NOx旋流燃烧器技术关键是准确地控制燃烧器区域燃料与助燃空气混合过程，方便能有效地同时控制燃料型NOx和热力型NOx生成，同时又要有较高燃烧效率。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等新版固定源氮氧化物的污染控制第28页

空气/燃料分级低NOx燃烧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次火焰取得下游形成一个富集NH3、CH、HCN低氧还原区，燃烧产物经过此区时，已经生成NOx会部分被还原为N2。分级送入燃料常称为辅助燃料或还原燃料这种燃烧器成功是否取决于：一次火焰扩散度；二次火焰空气/燃料比；燃烧产物在二次火焰区停留时间；还原燃料还原活性利用直流燃烧器，在炉膛内形成三个燃烧区：一次区、还原区、燃尽区。常称为三级燃烧技术新版固定源氮氧化物的污染控制第29页新版固定源氮氧化物的污染控制第30页新版固定源氮氧化物的污染控制第31页第四节烟气脱硝技术烟气脱硝非常困难，主要问题在于：处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx总量相对较大烟气脱硝对冷却后烟气进行处理，以降低NOx排放量。对于火电厂烟气NOx污染控制，当前有两类商业化烟气脱硝技术：选择性催化还原法(SCR)选择性非催化还原法(SNCR)新版固定源氮氧化物的污染控制第32页1、选择性催化还原法(SCR)脱硝过程以氨作还原剂，通常在空气预热器上游注入含NOx烟气。在含有催化剂反应器内被还原成N2和水。催化剂：贵金属、碱性金属氧化物NOx被选择性还原反应与氨相关潜在氧化反应催化剂失活和烟气中残留氨是与SCR工艺操作相关两个关键原因。新版固定源氮氧化物的污染控制第33页新版固定源氮氧化物的污染控制第34页新版固定源氮氧化物的污染控制第35页2、选择性非催化还原法(SNCR)脱硝尿素或氨基化合物作为还原剂将NOx还原为N2;因为需要较高反应温度，还原剂通常住进炉膛或紧靠炉膛出口烟道化学反应需要控制温度防止潜在氧化反应发生工业运行数据表明，SNCR工艺NOx还原率较低，通常在30-60%范围。新版固定源氮氧化物的污染控制第36页新版固定源氮氧化物的污染控制第37页3、吸收法净化烟气中NOx碱液吸收与完全去除NOx，必须首先将二分之一以上NO氧化为NOx，或者向气流中添加NO2。

NO/NO2＝1效果最正确碱液吸收反应过程可简单地表示为：强硫酸吸收：另外，熔融碱类或碱性盐也能够作为吸收剂净化含NOx尾气。新版固定源氮氧化物的污染控制第38页4、吸附法净化烟气中NOx吸附法既能比较彻底地消除污染，又能将回收利用惯用吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含