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1、第十一章 氮氧化物污染控制,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,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,氮氧化物的性质及来源,NOx的性质（续）NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化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
2、氧化物的来源,氮氧化物的来源,请对比教材P379中2007年的情况。,燃烧过程NOx的形成机理,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,NOx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。,热力型NOx的形成,平衡常数和平衡浓度,热力型NOx的形成,平衡常数和平衡浓度,热力型NOx的形成,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NO2 ；800K左右，NO与NO2生成
3、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。,热力型NOx的形成,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 oil0.961.0 diesel engine0.771.0,热力型NOx的形成,热力型NOx形成的动力学Zeldovich模型,NO生成的总速率,
4、热力型NOx的形成,假定N原子的浓度保持不变得到代入（6）式得,热力型NOx的形成,假定O原子的浓度保持不变最终得,热力型NOx的形成,积分得NO的形成分数与时间t之间的关系,热力型NOx的形成,各种温度下形成NO的浓度时间分布曲线,热力型NOx的形成,在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2O240：1),瞬时NO的形成,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2
5、080的氮转化为NOx,燃料型NOx的形成,NOx的形成,低NOx燃烧技术原理,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,低NOx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生成量很小。第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低。,先进
6、的低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,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,烟气脱硝技术,1. 选择性催化还原法（SCR）（学习重点）催化剂：可为贵金属，也可以是Cu、Cr
7、、Fe、Mn等非贵金属的氧化物或盐类。还原反应潜在氧化反应,温度需在350以上才能进行，450以上才变得激烈。,烟气脱硝技术,1. 选择性催化还原法（SCR）,选择性催化还原法（SCR）优点：,还原剂基本不与氧气反应，避免了其无谓消耗，减少了反应热，床层温度变化小，容易控制。催化剂易得，选择余地大。还原剂NH3易得，起燃温度低，加上反应热低，床温通常低于300，有利于延长催化剂寿命，降低反应器对材料的要求。,烟气脱硝技术,2. 选择性非催化还原法（SNCR）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,适宜的温度9301090。温度太低，则残留氨量增加；温度太高，则副反应加快。,烟气脱硝技术,2. 选择性非催化还原法（SNCR）,烟气脱硝技术,2. 选择性非催化还原法（SNCR）,烟气脱硝技术,3. 吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO/NO21效果最佳,烟气脱硝技术,3. 吸收法（续）强硫酸吸收,4. 吸附法吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al2O3,烟气脱硝技术,4. 吸附法（续）Nox和SO2联合控制技术反应式再生：利用天然气、CO进行再生。,