9-固定源氮氧化物污染控制

,第九章固定源氮氧化物污染控制,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,2,本章主要内容,氮氧化物的种类和性质受人为活动影响的氮循环氮氧化物的来源与排放氮氧化物排放的环境影响氮氧化物减排措施与途径,一、氮氧化物的性质、来源及影响,3,氮氧化物的种类和性质,4,一、氮氧化物的性质、来源及影响,Nthe34thmostabundantelementincrustalrocks,withanabundanceof20ppmNOx(NOy、NOz)N2O、NO、NO2、HONO、NO3、N2O3、N2O4、N2O5、PAN、RNO3、aerosolNO3,氮氧化物的种类和性质,5,一、氮氧化物的性质、来源及影响,NOx=NO+NO2,NOy=NO+NO2+HNO3+PAN+HONO+NO3+N2O5+RNO3+NO3-+,NOz=NOyNOx,NO、NO2,6,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的种类和性质,N2O,7,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的种类和性质,单个分子的温室效应为CO2的300倍，并参与臭氧层的破坏,8,一、氮氧化物的性质、来源及影响,受人为活动影响的氮循环,9,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的来源与排放,全球氮氧化物排放,10,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的来源与排放,美国的氮氧化物排放,11,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的来源与排放,我国的氮氧化物排放,12,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物的来源与排放,我国的氮氧化物排放,13,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx排放对NO2浓度的影响,Richteretal.,2008,NO2柱浓度月均值的变化,1996-2007年卫星观测的NO2柱浓度月均值变化趋势,14,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx排放对NO2浓度的影响,2011年城市二氧化氮年均浓度分布,15,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx排放对O3的影响,NO+HC+O2NO2+O3,光照,16,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx排放对PM2.5的影响,PM2.5中NO3-的比例,17,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx排放对酸沉降的影响,华北东部、东北、华东和华南部分地区，氮当量贡献接近或超过硫的一半,CMA,2009,18,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物排放的环境影响,NOx污染控制的环境效益,19,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物减排措施与途径,燃烧过程产生的NOx,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NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx,20,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物减排措施与途径,固定燃烧源氮氧化物排放控制技术,未采取控制措施时的NOX排放系数,21,一、氮氧化物的性质、来源及影响,氮氧化物减排措施与途径,固定燃烧源氮氧化物排放控制技术,思考题：氮氧化物和硫氧化物在性质、来源、影响和控制上的异同？,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,22,本章主要内容,23,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术概述传统低氮氧化物燃烧技术先进低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术比较,控制NOx形成的因素,24,燃烧区温度及其分布,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术概述,控制NOx形成的因素,25,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术概述,燃烧区温度及其分布氧浓度：空气燃料比反应时间：燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间后燃烧区的冷却程度,主要低NOx燃烧技术,26,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术概述,传统低NOx燃烧技术,先进低NOx燃烧技术,低氧燃烧降低助燃空气预热温度烟气循环燃烧分段燃烧技术再燃技术,炉膛内整体空气分级的低氮直流燃烧器空气分级的低氮旋流燃烧器浓淡偏差型低氮燃烧器空气/燃料分级低氮燃烧器,与燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关CO、HC、碳黑产生量增加,27,二、低氮氧化物燃烧技术,低氧燃烧,传统低氮氧化物燃烧技术,最小空气过剩系数,燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍降低火焰区的温度峰值，适合燃气锅炉,28,二、低氮氧化物燃烧技术,降低助燃空气预热温度,传统低氮氧化物燃烧技术,适合液态排渣炉、燃油和燃气锅炉,29,二、低氮氧化物燃烧技术,烟气循环燃烧,传统低氮氧化物燃烧技术,不适于固态排渣炉,30,二、低氮氧化物燃烧技术,烟气循环燃烧,传统低氮氧化物燃烧技术,第一段：氧气不足，烟气温度低，抑制燃料型和热力型NOx生成第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低，动力学上限制了NOx的生成,31,低氧燃烧抑制NOx生成,保证完全燃烧,燃尽风风量：5%30%,喷嘴位置,二、低氮氧化物燃烧技术,分段燃烧技术,传统低氮氧化物燃烧技术,32,二、低氮氧化物燃烧技术,分段燃烧技术,传统低氮氧化物燃烧技术,在炉膛的特定区域内注入再燃燃料(占燃料总量的10%-30%)再燃燃料：天然气；微细的煤粉(停留时间长)与燃尽风配合使用可减少60%的氮排放,33,二、低氮氧化物燃烧技术,再燃技术,传统低氮氧化物燃烧技术,34,二、低氮氧化物燃烧技术,再燃技术,传统低氮氧化物燃烧技术,35,燃尽风量：5-30%，燃煤炉20%减少NOx排放20%-60%,二、低氮氧化物燃烧技术,炉膛整体空气分级的低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,四角切圆燃烧器,36,二、低氮氧化物燃烧技术,改造案例,炉膛整体空气分级的低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,思考题：设计炉膛整体空气分级的直流低NOx燃烧器关键是什么？,37,与燃尽风结合可减少50%以上NOx,二、低氮氧化物燃烧技术,一次火焰区：富燃，N组分析出但难以转化二次火焰区：燃尽CO、HC等,空气分级的低NOx旋流燃烧器(燃烧器分级燃烧),先进低氮氧化物燃烧技术,富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx的生成；贫粉流因空气量多，燃料型NOx生成增多，但因温度低，热力型NOx减少,38,二、低氮氧化物燃烧技术,浓淡偏差型低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,接近理论空燃比的空气和燃料形成稳定的一次火焰一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx通入分级空气，控制氧的浓度，减少NOx的发生,39,还原燃料比例2030%,二、低氮氧化物燃烧技术,空气/燃料分级的低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,40,直流燃烧器三级燃烧技术,二、低氮氧化物燃烧技术,空气/燃料分级的低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,41,燃料分级燃烧时炉内NOX浓度沿燃烧室长度分布,二、低氮氧化物燃烧技术,空气/燃料分级的低NOx燃烧器,先进低氮氧化物燃烧技术,各种低NOx燃烧技术的运行效果,42,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术比较,不同低NOX燃烧技术的NOX排放值比较,43,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术比较,低氮燃烧技术小结,44,二、低氮氧化物燃烧技术,低氮氧化物燃烧技术比较,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,45,本章主要内容,46,三、烟气脱硝技术,烟气脱硝技术概述选择性非催化还原技术选择性催化还原技术吸收法烟气脱硝技术吸附法烟气脱硝技术,47,脱硝技术的难点:处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大硝酸盐可溶,三、烟气脱硝技术,烟气脱硝技术概述,烟气脱硝技术在美国火电厂的应用,48,三、烟气脱硝技术,烟气脱硝技术概述,烟气脱硝技术在中国火电厂的应用,49,十二五：单机容量30万千瓦以上（含）的燃煤机组全部加装脱硝设施,三、烟气脱硝技术,烟气脱硝技术概述,尿素和氨基化合物作为还原剂，较高反应温度,选择性非催化还原技术(SNCR),50,9301090,三、烟气脱硝技术,SNCR的化学反应原理,51,三、烟气脱硝技术,选择性非催化还原技术(SNCR),主化学反应需要控制温度避免潜在氧化反应发生还可能生成N2O，NOx脱除效率越高，N2O的生成量也随之增加,SNCR的化学反应原理,52,三、烟气脱硝技术,选择性非催化还原技术(SNCR),温度,53,三、烟气脱硝技术,SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),氨氮摩尔比,54,NSR=(NH3/NOx的实际摩尔比)/(NH3/NOx的化学计量摩尔比),三、烟气脱硝技术,SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),55,三、烟气脱硝技术,选择性非催化还原技术(SNCR),氨氮摩尔比,SNCR脱硝效率的影响因素,增加传给液滴的能量；增加喷嘴的个数；增加喷射区的数量；改进雾化喷嘴的设计以改善液滴的大小、分布、喷雾角度和方向,56,三、烟气脱硝技术,混合程度,SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),57,三、烟气脱硝技术,停留时间(0.5s),SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),使用NH3的NOx脱除率比使用尿素的高1020%,58,三、烟气脱硝技术,还原剂的种类和浓度,SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),59,三、烟气脱硝技术,烟气中初始NOx浓度,SNCR脱硝效率的影响因素,选择性非催化还原技术(SNCR),（1）技术成熟可靠（2）初次投资低（4）系统运行稳定（5）设备模块化，占地小（6）无副产品问题：还原剂利用率低、脱硝效率低、氨逃逸,60,三、烟气脱硝技术,SNCR脱硝技术特点,选择性非催化还原技术(SNCR),61,三、烟气脱硝技术,烟气脱硝技术概述选择性非催化还原技术选择性催化还原技术吸收法烟气脱硝技术吸附法烟气脱硝技术,温度：290430还原剂：氨、尿素催化剂：贵金属、金属氧化物、炭基催化剂、分子筛主反应潜在副反应,(450),三、烟气脱硝技术,SCR催化反应原理,选择性催化还原技术(SCR),62,三、烟气脱硝技术,SCR催化反应原理,选择性催化还原技术(SCR),63,催化剂载体TiO2活性组分V2O5；V2O5-WO3；V2O5-MoO3,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的化学组成,选择性催化还原技术(SCR),64,一般组合成211m3的模块，其比表面积为5001000m2/m3,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的结构形式,选择性催化还原技术(SCR),65,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的烧结、中毒和结垢,选择性催化还原技术(SCR),催化剂烧结：通过加入钨解决,66,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的烧结、中毒和结垢,选择性催化还原技术(SCR),碱金属中毒：要求灰分中Na2O1.0%,K2O3.0%,砷中毒：要求煤中砷浓度低于5mg/kg,67,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的烧结、中毒和结垢,选择性催化还原技术(SCR),结垢：非金属氧化物的沉积,2NH3+SO3+H2O(NH4)2SO4,68,三、烟气脱硝技术,SCR催化剂的烧结、中毒和结垢,选择性催化还原技术(SCR),煤中微量元素最高允许含量,各种因素对催化剂活性的影响,69,温度,70,铂、钯等贵金属：175290,金属氧化物：260450,沸石：345590,活性炭：100150,三、烟气脱硝技术,影响SCR脱硝效率的主要工艺参数,选择性催化还原技术(SCR),71,三、烟气脱硝技术,NH3/NOx摩尔比,影响SCR脱硝效率的主要工艺参数,选择性催化还原技术(SCR),72,三、烟气脱硝技术,停留时间,影响SCR脱硝效率的主要工艺参数,选择性催化还原技术(SCR),当停留时间t较短时，NOx去除效率随t增加而增加，当t大于200ms，逐渐下降,73,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝工艺：高温高尘布置,选择性催化还原技术(SCR),烟气温度满足催化剂运行条件催化剂应防中毒和堵塞二氧化硫氧化,74,热端电除尘器去除灰分，并有较适宜的催化温度ESP在高温下很难正常运行，因此工业应用不多二氧化硫氧化,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝工艺：高温低尘布置,选择性催化还原技术(SCR),75,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝工艺：低温低尘布置,选择性催化还原技术(SCR),对催化剂材料没有要求催化剂使用寿命长不存在三氧化硫问题需要配备GGH，将烟气加热到一定温度，以满足催化剂的运行要求投资和运行成本高于高尘布置方式适合于老厂改造,76,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝工艺构成,选择性催化还原技术(SCR),77,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),78,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),氨/空气混合气体喷射系统：,79,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),涡流混合器：在烟道内部选择适当的直管段，布置几个圆形或其他形状的扰流板，并倾斜一定的角度，在背向烟气流动方向的适当位置安装氨气喷嘴，这样在烟气流动的作用下，就会在扰流板的背面形成涡流区,星形混合器,三角翼混合器,80,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),吹灰器,蒸汽吹灰器：蒸汽压力：0.6-1.0MPa温度：高于饱和温度50-100度,吹扫频率根据积灰情况定；各层吹扫时间错开,81,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),吹灰器,声波吹灰器：气流冲击钛合金膜片而产生声波,声波通过喇叭导管放大,产生共振清除设备上的堆积灰尘,再通过重力或气流将灰尘带走,82,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝反应器,选择性催化还原技术(SCR),吹灰器,83,三、烟气脱硝技术,还原剂系统,选择性催化还原技术(SCR),还原剂的比较,84,三、烟气脱硝技术,SCR脱硝的特点,选择性催化还原技术(SCR),优点：（1）NOX削减率可以达到90-95以上（2）氨泄漏量低，0-5ppm（3）工艺成熟，广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉问题：投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存,85,三、烟气脱硝技术,SCR-SNCR联合脱硝技术,选择性催化还原技术(SCR),前段:8501100,后段:320400,86,三、烟气脱硝技术,SCR/SNCR脱硝技术比较,选择性催化还原技术(SCR),87,三、烟气脱硝技术,SCR/SNCR脱硝技术比较,选择性催化还原技术(SCR),88,三、烟气脱硝技术,水吸收法浓硫酸吸收法碱液吸收,吸收法烟气脱硝技术,必须首先将NO氧化为NO2，NO/NO21效果最佳适用于NOx浓度较高且以NO2为主的化工行业废气处理,89,三、烟气脱硝技术,吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤化学原理影响因素,吸附法烟气脱硝技术,活性炭不仅能吸附NO2，还能促进NO氧化成NO2，特制活性炭还可使NOX还原成N22NO+C=N2+CO22NO2+2C=N2+2CO2活性炭定期用碱液再生处理2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O含氧量：NOx尾气中含氧量越大，则净化效率越高水分：水分有利于活性炭对NOx的吸附吸附温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附接触时间和空塔速度：接触时间长，空塔速度低，吸附效率高,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,90,本章主要内容,91,四、烟气同时脱硫脱硝技术,电子束辐射法湿法同时脱硫脱硝技术干法同时脱硫脱硝技术,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,92,65-70度,四、烟气同时脱硫脱硝技术,工艺流程,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,93,四、烟气同时脱硫脱硝技术,反应原理,自由基生成：N2,O2,H2O+eOH*,O*,HO2*,N*SO2氧化并生成H2SO4：,NOx氧化并生成硝酸酸与氨反应生成硫铵和硝铵,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,94,四、烟气同时脱硫脱硝技术,关键设备,电子束发生装置,能源转化效率90%束流利用率80-90%,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,95,四、烟气同时脱硫脱硝技术,影响因素,电子束辐射剂量和温度,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,96,四、烟气同时脱硫脱硝技术,影响因素,电子束辐射剂量和温度,电子束辐射同时脱硫脱氮工艺,97,四、烟气同时脱硫脱硝技术,工艺特点,整个过程不产生废水，属于干法；能同时脱硫、脱硝，能达到90的脱硫率和80的脱氮率；系统操作简单，过程易于控制；对烟气流量和污染物浓度有很好的适应能力；产物为硝氨和硫氨，可以用来制备化肥。,HClO3,98,四、烟气同时脱硫脱硝技术,湿法同时脱硫脱氮工艺,氯酸氧化法,99,四、烟气同时脱硫脱硝技术,湿法同时脱硫脱氮工艺,氯酸氧化法,化学原理：,100,四、烟气同时脱硫脱硝技术,湿法同时脱硫脱氮工艺,氯酸氧化法,化学原理：,四、烟气同时脱硫脱硝技术,湿法同时脱硫脱氮工艺,氯酸氧化法,工艺特点：,102,脱除90%的SO2和70%的NOx,吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al2O3,四、烟气同时脱硫脱硝技术,干法同时脱硫脱氮工艺,NOXSO法,103,四、烟气同时脱硫脱硝技术,干法同时脱硫脱氮工艺,NOXSO法,反应式Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO22NaAlO2+H2O2NaOH+Al2O32NaOH+SO2+0.5O2Na2SO4+H2O2NaOH+2NO+1.5O22NaNO3+H2O2NaOH+2NO2+0.5O22NaNO3+H2O再生剂：甲烷4Na2SO4+CH44Na2SO3+CO2+2H2O4Na2SO3+3CH44Na2S+3CO2+6H2OAl2O3+Na2SO32NaAlO2+SO2Al2O3+Na2S+H2O2NaAlO2+H2S,将钙基或钠基碱性吸收剂喷入烟气中脱硫；将高温催化剂喷入耐高温陶瓷纤维袋内并通过喷氨脱硝；高温脉冲喷射布袋除尘,104,四、烟气同时脱硫脱硝技术,干法同时脱硫脱氮工艺,SNRB法,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,105,本章主要内容,成本比较,106,五、氮氧化物控制技术评价,低NOx燃烧技术,成本比较,107,五、氮氧化物控制技术评价,烟气脱硝技术,综合评价,108,五、氮氧化物控制技术评价,综合评价,109,五、氮氧化物控制技术评价,烟气脱硝技术的选择原则,110,五、氮氧化物控制技术评价,燃煤锅炉均应采用低氮燃烧技术控制NOx的生成量;要求脱硝效率80%：宜选用SCR或SNCR-SCR组合脱硝技术;要求脱硝效率50%：宜选用SNCR或低温SCR技术;要求脱硝效率30%：宜选用脱硫脱硝一体化等技术;选择还原剂时，应充分结合其所在区域还原剂的供应状况，在确保运输安全、厂区运行安全的情况下，因厂制宜，经技术、经济比较后选定。,氮氧化物的性质、来源及影响低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术烟气同时脱硫脱硝技术固定源氮氧化物控制技术评价我国氮氧化物排放控制策略,111,本章主要内容,112,六、我国氮氧化物排放控制策略,我国氮氧化物排放标准加严进程,火电厂大气污染物排放标准我国新建、扩建、改建锅炉NOx排放限值,锅炉大气污染物排放标准北京新建、扩建、改建锅炉NOx排放限值,2011全国100200mg/m3