第九章 固定源氮氧化物污染控制.ppt

第九章固定源氮氧化物污染控制 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NO2 强烈刺激性 来源于NO的氧化 酸沉降 NOx的来源固氮菌 雷电等自然过程 5 108t a 人类活动 5 107t a 矿物燃料 如煤 石油和天然气 燃烧占90 95 以NO形式 其余主要为NO2我国氮氧化物排放主要来自燃煤和汽车尾气排放 67 氮氧化物的来源 氮氧化物的来源 氮氧化物的来源 NOx的危害对呼吸系统产生的强烈危害 NO与血红细胞的亲和力强于CO 易形成光化学烟雾破坏大气臭氧层形成酸雨 NO2 目前我国已经加大对氮氧化物排放的控制力度 从2004年7月1日开始对氮氧化物征收排污费 收费标准为 每当量0 6元 折算为0 63元 kg 氮氧化物的危害 第二节燃烧过程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占Nox生成总量的20 50 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 尽管温度升高 NO氧化为NO2的平衡常数在减小 但由于NO平衡浓度随温度增加而快速增加 因此 NO2平衡浓度仍随温度的升高而增大 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NO2800K左右 NO与NO2生成量仍然很小 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 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 与热力型NOx生成不同的是 瞬时NO生成速度快 在火焰面上形成 燃料中20 80 的氮转化为NOx 燃料型NOx的形成 NOx的形成 第三节低NOx燃烧技术原理 控制NOx形成的因素空气 燃料比 AF 燃烧区温度及其分布后燃烧区 省煤器 空预器 的冷却程度燃烧器的形状设计 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 实际中不太现实 比如在锅炉尾部设置空预器就是为了提高锅炉的热利用效率 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 第四节烟气脱硝技术 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 第四节烟气脱硝技术 烟气脱硝方法催化还原法选择性催化还原法SCR选择性非催化还原法SNCR吸收法 水吸收法 碱性溶液吸收法吸附法 分子筛 活性炭 硅胶等生物脱硝 生物洗涤 过滤和滴滤等离子体脱硝 电子束法EBDC 脉冲电晕法PPCP 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 原理 在催化剂 铁 钒 铬铜 钴 钼等碱类金属 以NH3作为还原剂 有选择 地与烟气中的NOx反应生成无毒无污染的N2和H2O SCR目前已成为世界上应用最多 最为成熟且最有效的一种烟气脱硝技术 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 催化剂 贵金属 碱性金属氧化物还原反应 主反应其中 第一个反应是主要的 因为烟气中几乎95 的Nox是以NO的形式存在的 选择合适的催化剂可以使上述反应在200 400oC的温度范围内进行 并能有效抑制副反应的发生 在NH3与NO化学当量比为1的情况下 可以得到80 90 的NOx脱除率 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR SCR布置形式空预器和静电除尘器上游 高灰 热烟气侧 优点 温度介于300 400oC 催化剂活性高 烟气无需再热 缺点 催化剂易被污染中毒 同时易烧结 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR SCR布置形式空预器上游和高温ESP下游 低灰 热烟气侧 优点 催化剂不受飞灰影响 烟气无需再热 缺点 ESP处于高温下工作 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR SCR布置形式空预器和ESP下游 FGD之后 低灰 热烟气侧 优点 催化剂不受灰尘影响 也不受SO2影响 缺点 需要再热 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR SCR可能存在的问题氨泄漏 5ppm以下 副反应发生催化剂中毒过量氨可能与氧反应生成N2O 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 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 NO2 1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