第十一章 氮氧化物污染控制.ppt

第十一章氮氧化物污染控制 1 氮氧化物的性質(zhì)及來源2 燃燒過程中氮氧化物的形成機(jī)理3 低氮氧化物燃燒技術(shù)4 煙氣脫硝技術(shù) 第一節(jié)氮氧化物的性質(zhì)及來源 NOx包括N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5大氣中NOx主要以NO NO2的形式存在NOx的性質(zhì)N2O 單個分子的溫室效應(yīng)為CO2的200倍 并參與臭氧層的破壞NO 大氣中NO2的前體物質(zhì) 形成光化學(xué)煙霧的活躍組分 氮氧化物的性質(zhì)及來源 NOx的性質(zhì) 續(xù) NO2 強(qiáng)烈刺激性 來源于NO的氧化 酸沉降NOx的來源固氮菌 雷電等自然過程 5 108t a 人類活動 5 107t a 燃料燃燒占90 95 以NO形式 其余主要為NO2 氮氧化物的來源 氮氧化物的來源 燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理 形成機(jī)理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx瞬時NO低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO NOx的形成機(jī)理 熱力型NOx的形成產(chǎn)生NO和NO2的兩個重要反應(yīng)上述反應(yīng)的化學(xué)平衡受溫度和反應(yīng)物化學(xué)組成的影響 平衡時NO濃度隨溫度升高迅速增加 熱力型NOx的形成 平衡常數(shù)和平衡濃度 熱力型NOx的形成 平衡常數(shù)和平衡濃度 熱力型NOx的形成 上述數(shù)據(jù)說明 室溫條件下 幾乎沒有NO和NO2生成 并且所有的NO都轉(zhuǎn)化為NO2800K左右 NO與NO2生成量仍然很小 但NO生成量已經(jīng)超過NO2常規(guī)燃燒溫度 1500K 下 有可觀的NO生成 但NO2量仍然很小 熱力型NOx的形成 煙氣冷卻過程中 根據(jù)熱力學(xué)計算 NOx應(yīng)主要以NO2的形式存在 但實(shí)際90 95 的NOx以NO的形式存在 主要原因在于動力學(xué)控制 NO NOxRatioboilervehiclesnaturegas0 9 1 0internalcomb engine0 99 1 0coal0 95 1 06 fueloil0 96 1 0dieselengine0 77 1 0 熱力型NOx的形成 熱力型NOx形成的動力學(xué) Zeldovich模型 NO生成的總速率 熱力型NOx的形成 假定N原子的濃度保持不變得到代入 6 式得 熱力型NOx的形成 假定O原子的濃度保持不變最終得 熱力型NOx的形成 積分得NO的形成分?jǐn)?shù)與時間t之間的關(guān)系 熱力型NOx的形成 各種溫度下形成NO的濃度 時間分布曲線 熱力型NOx的形成 在各種溫度下NO濃度隨時間的變化曲線 N2 O2 40 1 瞬時NO的形成 碳?xì)浠衔锶紵龝r 分解成CH CH2和C2等基團(tuán) 與N2發(fā)生如下反應(yīng) 火焰中存在大量O OH基團(tuán) 與上述產(chǎn)物反應(yīng) 燃料中的N通常以原子狀態(tài)與HC結(jié)合 C N鍵的鍵能較N N小 燃燒時容易分解 經(jīng)氧化形成NOx火焰中燃料氮轉(zhuǎn)化為NO的比例取決于火焰區(qū)NO O2的比例燃料中20 80 的氮轉(zhuǎn)化為NOx 燃料型NOx的形成 NOx的形成 低NOx燃燒技術(shù)原理 控制NOx形成的因素空氣 燃料比燃燒區(qū)溫度及其分布后燃燒區(qū)的冷卻程度燃燒器形狀 低NOx燃燒技術(shù) 傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)1 低氧燃燒降低NOx的同時提高鍋爐熱效率CO HC 碳黑產(chǎn)生量增加 傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù) 2 降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27oC預(yù)熱到315oC NO排放量增加3倍 傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù) 3 煙氣循環(huán)燃燒降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度 主要減少熱力型NOx 傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù) 4 兩段燃燒技術(shù)第一段 氧氣不足 煙氣溫度低 NOx生成量很小第二段 二次空氣 CO HC完全燃燒 煙氣溫度低 先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù) 原理 低空氣過剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù) 分段燃燒技術(shù)1 爐膛內(nèi)整體空氣分級的低NOx直流燃燒器爐壁設(shè)置助燃空氣 OFA 燃盡風(fēng) 噴嘴類似于兩段燃燒技術(shù) 先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù) 2 空氣分級的低NOx旋流燃燒器一次火焰區(qū) 富燃 含氮組分析出但難以轉(zhuǎn)化二次火焰區(qū) 燃盡CO HC等 先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù) 3 空氣 燃料分級的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級送入爐膛一次火焰區(qū)下游形成低氧還原區(qū) 還原已生成的NOx 煙氣脫硝技術(shù) 脫硝技術(shù)的難點(diǎn)處理煙氣體積大NOx濃度相當(dāng)?shù)蚇Ox的總量相對較大 煙氣脫硝技術(shù) 1 選擇性催化還原法 SCR 學(xué)習(xí)重點(diǎn) 催化劑 可為貴金屬 也可以是Cu Cr Fe Mn等非貴金屬的氧化物或鹽類 還原反應(yīng)潛在氧化反應(yīng) 溫度需在350 以上才能進(jìn)行 450 以上才變得激烈 煙氣脫硝技術(shù) 1 選擇性催化還原法 SCR 選擇性催化還原法 SCR 優(yōu)點(diǎn) 還原劑基本不與氧氣反應(yīng) 避免了其無謂消耗 減少了反應(yīng)熱 床層溫度變化小 容易控制 催化劑易得 選擇余地大 還原劑NH3易得 起燃溫度低 加上反應(yīng)熱低 床溫通常低于300 有利于延長催化劑壽命 降低反應(yīng)器對材料的要求 煙氣脫硝技術(shù) 2 選擇性非催化還原法 SNCR 尿素或氨基化合物作為還原劑 較高反應(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)同樣 需要控制溫度避免潛在氧化反應(yīng)發(fā)生 煙氣脫硝技術(shù) 2 選擇性非催化還原法 SNCR 煙氣脫硝技術(shù) 2 選擇性非催化還原法 SNCR 煙氣脫硝技術(shù) 3 吸收法堿液吸收必須首先將一半以上的NO氧化為NOxNO NO2 1效果最佳 煙氣脫硝技術(shù) 3 吸收法 續(xù) 強(qiáng)硫酸吸收 4 吸附法吸附劑 活性炭 分子篩 硅膠 含氨泥煤NOx和SO2聯(lián)合控制技術(shù)吸附劑 浸漬碳酸鈉的 Al2O3 煙氣脫硝技術(shù) 4 吸附法 續(xù) Nox和SO2聯(lián)合控制技術(shù)反應(yīng)式再生 天然氣 CO 什么叫燃料型氮氧化物 什么是熱力型氮氧化物 NO和NO2的主要性質(zhì)有哪些 有什么危害 主要來源是什么 溫度和氧氣濃度對NO和NO2的生成有什么影響 煙氣循環(huán)燃燒控制的主要是什么類型的氮氧化物 為什么煙氣循環(huán)燃燒能夠降低