《大气污染控制工程》第9章 固定源氮氧化物污染控制(34P).ppt

第九章固定源氮氧化物的污染控制，源燃烧过程中氮氧化物的性质和氮氧化物的形成机理低氮氧化物燃烧技术烟气脱硝技术，了解氮氧化物的来源，掌握热氮氧化物的形成机理，了解低氮氧化物燃烧技术的原理和方法，了解各种烟气脱硝技术的原理和特点，学习内容，学习要求，氮氧化物包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4和N2O5。大气中的氮氧化物主要以一氧化氮和二氧化氮的形式存在。N2O:温室效应是CO2的200倍，它参与了臭氧层破坏一氧化氮的前体物质。光化学烟雾的活性成分NO2具有强烈的刺激性，来源于一氧化氮的氧化。酸沉降氮氧化物的来源有固氮菌、闪电等自然过程(5108吨/年)、人类活动(5107吨/年)，燃料燃烧占90%，95%以一氧化氮的形式存在，其余主要是NO2。一、氮氧化物的性质和来源，一、氮氧化物的性质和来源，N2和O2在高温下反应生成的氮氧化物的形成机理热氮氧化物，氮氧化物燃料中的固定氮生成的氮氧化物，低温火焰下由于含碳自由基的存在瞬时产生的氮氧化物，二。燃烧过程中NOx的形成机理，1。热氮氧化物形成的热力学：一氧化氮的产生和温度之间的关系产生一氧化氮和二氧化氮的两个重要反应。该反应的化学平衡受温度和反应物的化学组成的影响。平衡时，一氧化氮浓度随温度升高、平衡常数和平衡浓度、平衡常数和平衡浓度、一氧化氮和二氧化氮的转化率、平衡常数和平衡浓度迅速增加。上述数据表明，在室温条件下，几乎不产生一氧化氮和二氧化氮，所有一氧化氮都转化为二氧化氮。一氧化氮和二氧化氮的产生量仍然很小，但是一氧化氮的产生量已经超过二氧化氮的正常燃烧温度(1500千)，并且产生了相当多的一氧化氮，但是一氧化氮的量仍然很小。在烟气冷却过程中，烟气冷却对一氧化氮和二氧化氮平衡的影响，根据热力学计算，氮氧化物应主要以二氧化氮的形式存在，但90% 95%的氮氧化物实际上以一氧化氮的形式存在，主要是由于动态控制。no/noxrationbiolerviclesnategas 0.9-1.0内燃机0.99-1.0煤0.95-1.06 #燃油0.96-1.0柴油机0.77-1.0，2，瞬时氮氧化物形成碳氢化合物燃烧，分解成甲烷、二氯甲烷和C2组，与N2反应如下。火焰中存在大量的氧和羟基，并与上述产物反应。3.氮氧化物形成燃料通常与碳氢化合物以原子状态结合。碳氮键的键能小于氮氮键，在燃烧过程中容易分解。在氧化形成的氮氧化物火焰中，燃料氮与一氧化氮的比例取决于火焰区域中一氧化氮/二氧化氮的比例。燃料中20-80%的氮转化为一氧化氮由氮氧化物燃料中的固定氮产生的氮氧化物燃料由N2和O2在高温下反应产生的热氮氧化物氮氧化物氮氧化物氮氧化物在低温火焰中由含碳自由基的存在产生的瞬时氮氧化物，控制氮氧化物形成的因素空气燃料比燃烧区温度和燃烧区冷却程度分配后传统的低氮氧化物燃烧技术：低氧燃烧；降低助燃空气的预热温度；烟气循环燃烧；两级燃烧技术；先进的低氮氧化物燃烧技术。低NOx燃烧技术原理。1.传统的低氮氧化物燃烧技术通过低氧燃烧减少氮氧化物，同时提高锅炉热效率。一氧化碳、碳氢化合物和炭黑产量增加。过量空气系数对氮氧化物生成的影响降低了燃烧空气的预热温度。助燃空气从27预热到315，一氧化氮排放量增加3倍。空气预热温度对天然气燃烧系统中NOx生成的影响，烟气循环燃烧降低氧气浓度和燃烧区温度主要降低热NOx，烟气循环燃烧对NOx还原的影响，两级燃烧技术，第一级：氧气不足，烟气温度低，Nox生成低，第二级：二次空气，一氧化碳和碳氢化合物完全燃烧，烟气温度低，2。低氮氧化物燃烧技术的先进原理：低空气过剩系数运行技术分段燃烧技术炉内整体空气分级的低氮氧化物直流燃烧器炉壁设有助燃空气(OFA、燃尽空气)喷嘴，类似两段燃烧技术。具有空气分级的低氮氧化物旋风燃烧器的主火焰区：富含燃烧，并且氮组分被分离出来，但是难以转化为副火焰区：来燃烧掉一氧化碳、碳氢化合物等。空气/燃料分级的低氮氧化物燃烧器的空气和燃料被分级，并被送到炉子的主火焰区的下游，以形成低氧还原区来还原生成的氮氧化物。除了通过改进燃烧技术来控制氮氧化物排放之外，在某些情况下，还对冷却的烟气进行处理以减少氮氧化物排放。通常，在一定的温度和催化剂作用下，用不同的还原剂将氮氧化物还原成无害的N2和H2O，称为烟气脱硝。脱硝技术难点：烟气量大，氮氧化物浓度相对较低，总氮氧化物相对较大。根据还原剂是否与空气中的O2发生反应，可分为非选择性催化还原(SNCR)、选择性催化还原(可控硅)、第四，烟气脱硝技术。1.选择性催化还原还原剂：NH3(常用)、H2S和一氧化碳特点：含NOX的烟气通常被注入空气预热器的上游，以使氨能够选择性地与气体中的氮氧化物反应，并在不与氧气反应的情况下被还原成N2和水。铂、钯等贵金属的最适温度为175 429。(金属氧化物)260 450；(沸石)更高的温度。催化剂的活性物质：1)贵金属；2)碱性金属氧化物或盐：铜、铬、铁、钒、锰)沸石等。催化净化过程，还原反应：潜在氧化反应：优点：1)还原剂基本不与氧气反应，避免了不必要的消耗，同时大大降低了反应热，催化床温度变化小，易于控制，一步法。2)催化剂易得，选择余地大；3)还原剂NH3相对容易获得，起燃温度低，反应热低。床层温度通常低于300，这有利于延长催化剂的使用寿命，降低反应器的材料要求。1.选择性催化还原可以通过以锅炉炉膛为反应器对锅炉进行改造来实现，还原剂注入口设置在炉膛内的不同高度。工艺系统由还原剂储存、输送和喷射装置组成，如还原剂储罐、泵、管道、喷射器、相关控制系统和氮氧化物在线监测系统。还原剂注入系统应将还原剂注入炉膛上部适合还原反应的区域，并确保还原剂与烟气充分混合。可控硅设计关键：压力损失；催化转化器空间气体速度的选择。选择性催化还原操作的两个关键因素：催化剂失活；烟气中残留的氨。催化剂在长期运行过程中积累的“毒物”是失活的主要原因。由于SO3的存在，所有未反应的NH3将转化为硫酸盐。下面的公式是一个可能的反应路径：由2NH3(G)SO3(G)H2O(G)(NH4)2SO 4(S)生成的硫酸铵是亚微米颗粒，其逐渐失去催化剂的活性。典型的选择性催化还原催化剂的氮氧化物还原率随温度而变化。2.非选择性催化还原(SNCR)还原剂：H2、CH4、尿素或氨基化合物反应特性：使用H2、CH4、尿素和氨基化合物作为还原剂，还原剂通常在较高的反应温度(930-1090)下注入靠近炉膛出口的炉膛或烟道。常用催化剂：铂或钯，通常负载在含0.5%铂或钯的氧化铝载体上。优点和缺点：1)燃料消耗大(用于O2)；氮氧化物含量高得多)；2)产生大量热量，必须添加废热锅炉以降低反应气体的温度，同时回收废热。3)贵金属需要作为催化剂。4)大量投资。H2作为还原剂的主要反应：副反应：CH4作为还原剂的主要反应：副反应：上述反应可见，NO2NON2，即第一步脱色反应；步骤2去除反应(缓慢)。燃烧比(实际还原剂消耗/理论计算):110%120%。所用工艺：一段式：经济且易于操作。两段式：设备多，操作复杂，催化剂用量大。当尾气中O2含量大(例如，当H2用作还原剂时O2超过4.2%，当CH4用作还原剂时O2超过3.0%)，并且所用还原剂的点火温度高时，反应热的释放通常导致床温超过催化剂的最大允许温度。因此，只能采用两级工艺，废热锅炉安装在反应器中间，以降低反应气体的温度并回收废热。因此，选择过程主要取决于所用还原剂的成分和废气中的O2含量。一级反应器，二级反应器，2。以锅炉炉膛为反应器的非选择性催化还原，可以通过对锅炉进行改造来实现，还原剂注入口设置在炉膛内的不同高度。工艺系统由还原剂储存、输送和喷射装置组成，如还原剂储罐、泵、管道、喷射器、相关控制系统和氮氧化物在线监测系统。还原剂注入系统应将还原剂注入炉膛上部适合还原反应的区域，并确保还原剂与烟气充分混合。(1)还原剂喷射点的选择。注射点必须确保还原剂进入适合于炉内反应的温度范围。当温度低于900时，反应不完全，氨逃逸率高。当温度高于1100时，NH3和O2反应生成一氧化氮，导致氮氧化物排放浓度增加。(2)停留时间。有必要确保还原剂和氮氧化物在合适的温度范围内有足够的停留时间，以确保氮氧化物的去除效果。当停留时间从100毫秒增加到500毫秒时，氮氧化物的最大还原率从70%增加到93%。(3)NH3/NOx质量比。NH3/NOx的质量比一般控制在12.5。过高的比例会导致氨逃逸量和运行成本的增加。过量的比例将导致氮氧化物还原率的降低和不令人满意的氮氧化物去除效果。(4)还原剂和烟气的充分混合也是保证氮氧化物还原率的重要因素。汽车尾气中的主要污染物是一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化硫、铅化合物、苯并芘等