氮氧化物污染控制

1、b1. 1. 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源b2. 2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理燃烧过程中氮氧化物的形成机理b3. 3. 低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术b4. 4. 烟气脱硝技术烟气脱硝技术N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在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bNONO 的来源的来源固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a）人类活动（5107t/a）b形成机理形成机理燃料型NOx热力型NOx瞬时

2、NOb热力热力型型NONOx x的的形成形成产生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 2222NO2NO 11NOONO 22 b平衡常数和平衡浓度平衡常数和平衡浓度b平衡常数和平衡浓度平衡常数和平衡浓度b上述数据说明：上述数据说明：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应主要应

3、主要以以NONO2 2的形式的形式存在，但实际存在，但实际90909595的的NONOx x以以NONO的形式存在，主要原因的形式存在，主要原因在于动力学控制在于动力学控制 NO/NOx Ratio boilervehicles nature gas0.91.0 internal comb. engine 0.991.0 coal0.951.0 6# fuel oil0.961.0 diesel engine0.771.0b热力型热力型NOx形成的动力学形成的动力学Zeldovich(.)模型模型b NO生成的总速率生成的总速率121222NONON (4)NONOO (5)2OM2OM (3

4、)424525dNOON NNONO ONO (6)dkkkktb假定假定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424552dNON NNOONONO 0dkkkkt425452ON ONON NOO kkkk稳态2424552452242p,NO22452dNON (NO /O )2Od1(NO/O )2ON 1 NO /(N O ) =1(NO/O )kk kktkkkKkkb假定假定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1/22 ep,NOe1/2O O()KRT21/ 24p,O21/ 21/ 2p,NO1/ 21/ 24p,NO21

5、/ 252ed(1)d2(1)4N ()()()N O NO/NOYMYxCYk KMRTKkKCkYb积分积分得得NO的的形成分数与时间形成分数与时间t之间的关系之间的关系Y=NO/ NOe0 0.5 1 1.5 2.0 Mt1.00.511(1)(1)exp()ccYYMt在各种温度下在各种温度下NONO浓度随时间的变化曲线浓度随时间的变化曲线(N(N2 2O O2 24040：1)1) b碳氢化合物燃烧时，分解成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和和C2等基团，与等基团，与N2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、OH基团，与上述产物反应基团，与上述产物反应222

6、22CHNHCNNCHNHCNNHCN2CN2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOOb燃料中的燃料中的N通常以原子状态与通常以原子状态与HC结合，结合，CN键的键能较键的键能较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NOxb火焰中燃料氮转化为火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区的比例取决于火焰区NO/O2的比例的比例b燃料中燃料中2080的氮转化为的氮转化为NOxFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOs

7、lowb控制控制NOx 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b传统低传统低NOx 燃烧技术燃烧技术1. 低氧燃烧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NOxb4. 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b

8、2. 2. 空气分级的低空气分级的低NOx 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b3. 3. 空气空气/ /燃料分级燃料分级的低的低NOx 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NOxb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b1. 1. 选择性催化还原法（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潜在氧化反应322232224NH4NOO4N6H O8NH6NO7N12H O32232224NH5O4NO6H O4NH3O2N6H Ob1.

9、1. 选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCR）b1. 1. 选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCR）b2. 2. 选择性非催化还原法（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3222222224NH6NO5N6H OCO(NH )2NO0.5O2NCO2H Ob2. 2. 选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（SNCR）b2. 2. 选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（SNCR）b3. 3. 吸收法吸收法碱液吸收2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2M

10、NOH O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH )b3. 3. 吸收法（续）吸收法（续）浓硫酸吸收稀硫酸吸收（物理吸收）b 4. 4. 吸附法吸附法吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤等分子筛吸附：吸附剂可用氢型丝光沸石、氢型皂沸石、脱铝丝光沸石、13x分子筛，水蒸气脱附，回收硝酸22442NONO2H SO2NOHSOH Ob4. 4. 吸附法（续）吸附法（续）活性氧化铝吸附：活性氧化铝吸附：可同时去除可同时去除SO22323222223222422322232Na COAl O2NaAlOCO2NaAlOH O2NaOH

11、Al O2NaOHSO0.5ONa SOH O2NaOH2NO1.5O2NaNOH O2NaOH2NO0.5O2NaNOH OLNB-低氮氧化物燃烧AOFA-改进的燃尽风法SCR-选择性催化还原SNCR-选择性非催化还原b1 1硫酸铜法（硫酸铜法（Shell法） 以铅作载体，镀铜后成为铜接受体，组成反应器。脱硫、以铅作载体，镀铜后成为铜接受体，组成反应器。脱硫、脱硝效率可达脱硝效率可达9595选择性催化还原法脱硝及选择性催化还原法脱硝及湿式石灰石石膏法脱硫湿式石灰石石膏法脱硫 系统流程系统流程b1 1干式等离子体技术干式等离子体技术射线辐照：高能电子束（已有示范装置），射线脉冲电晕放电（示范装

12、置在建）b2 2湿式等离子体技术湿式等离子体技术 ToyohashiToyohashi技术大学的技术大学的Y.KinoshitaY.Kinoshita采用采用液膜液膜+ +介质阻挡放电等离子体通氨脱硫，脱硫率达介质阻挡放电等离子体通氨脱硫，脱硫率达95%95%。又如。又如Osaka Osaka PerfecturePerfecture大学和大学和Southern Southern IllinoisIllinois大学的大学的S.K.DhaliS.K.Dhali用等离子体洗涤器同用等离子体洗涤器同时脱硫脱氮，去除率分别达时脱硫脱氮，去除率分别达95%95%和和75%75%。b3 3膜催化膜催化- -膜分离技术膜分离技术：用用ZrOZrO2 2,Ca-ZSM-5,Ca-ZSM-5复合膜。复合膜。b4 4光催化技术光催化技术：TakTak HyoungHyoung等实验，在等实验，在2020C C下浓度为下浓度为125mg/m125mg/m3 3的的NONO，停留时间，停留时间55s55s的转化率为的转化率为30%30%，停留时间，停留时间110s110s转化率为转化率为40%40%。KeijiKeiji Hashimoto Hashimoto等实验，等实验，TiOTiO2 2与沸与沸石混合作光催化剂，转化率是单用石混合作光催化剂，转化率是单用TiOTi