氮氧化物的生成机理及防治措施

氮氧化物的生成机理及防氮氧化物的生成机理及防治措施治措施第一节第一节 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源bbNONONONOx x x x包括包括包括包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在bbNONONONOx x x x的性质的性质的性质的性质N N2 2O O：单个分子的温室效应为：单个分子的温室效应为COCO2 2的的200200倍，并参与臭倍，并参与臭氧层的破坏氧层的破坏NONO：大气中：大气中NONO2 2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分组分氮氧化物的性质及来源bbNONONONOx x x x的性质（续）的性质（续）的性质（续）的性质（续）NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降bNONOx x x x的来源的来源固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a）人类活动（5107t/a）燃料燃烧占燃料燃烧占 90 90 9595以以NONO形式，其余主要为形式，其余主要为NONO2 2燃烧过程NOx的形成机理b形成机理形成机理燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的燃料中的固定氮生成的NONOx x热力型NOx 高温下高温下N N2 2与与O O2 2反应生成的反应生成的NONOx x瞬时NO 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NONONOx的形成机理b热力型热力型NONOx x的形成的形成产生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1)室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO22)800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO23)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b烟气冷却过程中，根据热力学计算，烟气冷却过程中，根据热力学计算，NONOx x应主要以应主要以NONO2 2的形式的形式存在，存在，但实际但实际90909595的的NONOx x以以NONO的形式存在，的形式存在，主要原因主要原因在于动力学控制在于动力学控制热力型NOx的形成b热力型热力型NONOx x形成的动力学形成的动力学ZeldovichZeldovich模型模型b NONO生成的总速率生成的总速率热力型NOx的形成b假定假定N N原子的浓度保持不变原子的浓度保持不变得到得到代入（代入（6 6）式得）式得热力型NOx的形成b假定假定O O原子的浓度保持不变原子的浓度保持不变b最终得最终得热力型NOx的形成b积分得积分得NONO的形成分数与时间的形成分数与时间t t之间的关系之间的关系Y=NO/NOe0 0.5 1 1.5 2.0 Mt1.00.5瞬时NO的形成b碳氢化合物燃烧时，分解成碳氢化合物燃烧时，分解成CHCH、CHCH2 2和和C C2 2等基团，与等基团，与N N2 2发生如下反应发生如下反应b 火焰中存在大量火焰中存在大量O O、OHOH基团，与上述产物反应基团，与上述产物反应b燃料中的燃料中的N N通常以原子状态与通常以原子状态与HCHC结合，结合，CNCN键的键能较键的键能较N N N N 小，燃烧时容易分解，经氧化形成小，燃烧时容易分解，经氧化形成NONOx xb火焰中燃料氮转化为火焰中燃料氮转化为NONO的比例取决于火焰区的比例取决于火焰区NO/ONO/O2 2的比例的比例b燃料中燃料中20208080的氮转化为的氮转化为NONOx x燃料型NOx的形成Fuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowNOx的形成NOx的形成低NOx燃烧技术原理b控制控制NONOx x形成的因素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b传统低传统低NONOx x燃烧技术燃烧技术1.低氧燃烧 降低降低NONOx x的同时提高锅炉热效率的同时提高锅炉热效率 COCO、HCHC、碳黑产生量增加、碳黑产生量增加传统低NOx燃烧技术b2.2.降低助燃空气预热温度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b3.3.烟气循环燃烧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b4.4.两段燃烧技术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，烟气温度低先进的低NOx燃烧技术b原理：低空气过剩系数运行技术分段燃烧技术原理：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（炉壁设置助燃空气（OFAOFA，燃尽风）喷嘴，燃尽风）喷嘴 类似于两段燃烧技术类似于两段燃烧技术先进的低NOx燃烧技术b2.2.空气分级的低空气分级的低NONOx x旋流燃烧器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b3.3.空气空气/燃料分级燃料分级的低的低NONOx x燃烧器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b脱硝技术的难点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b1.1.选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCRSCR）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b1.1.选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCRSCR）烟气脱硝技术b2.2.选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（SNCRSNCR）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b2.2.选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（SNCRSNCR）烟气脱硝技术b3.3.吸收法吸收法碱液吸收 必须首先将一半以上的必须首先将一半以上的NONO氧化为氧化为NONOx x NO/NONO/NO2 21 1效果最佳效果最佳烟气脱硝技术b3.3.吸收法（续）吸收法（续）强硫酸吸收b 4.4.吸附法吸附法吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术 吸附剂：浸渍碳酸钠的吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al-Al2 2O O3 3烟气脱硝技术b4.4.吸附法（续）吸附法（续）Nox和SO2联合控制技术 反应式反应式 再生：天然气、再生：天然气、COCO结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！32