氮氧化物的生成机理及防治措施

1、b教学内容教学内容 1. 1. 氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源 2. 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 3. 3. 低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术 4. 4. 烟气脱硝技术烟气脱硝技术b重重 点点 氮氧化物的形成机理，低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术氮氧化物的形成机理，低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术。b教学目标教学目标 通过本节内容的学习，使学生达到如下要求（通过本节内容的学习，使学生达到如下要求（1 1）了解）了解氮氧化物的性质和主要来源（氮氧化物的性质和主要来源（2 2）熟悉氮氧化物的形成机理）熟悉氮氧化物的形成机理（3 3）掌握低氮氧化物燃

2、烧技术和烟气脱硝技术。）掌握低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术。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NOb热力型热力型NO

3、NOx 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 2222NO2NO 11NOONO 22 n室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2n800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO21)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

4、要原因主要原因在于动力学控制在于动力学控制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 NO NO生成的总速率生成的总速率121222NONON (4)NONOO (5)2OM2OM (3)424525dNOON NNONO ONO (6)dkkkktb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424552dNON NNOONONO 0dkkkkt425452ON ONON NOO kkkk稳态2424552452242p,NO22452dNON (NO /O )2Od1(NO/O )2ON 1

5、 NO /(N O ) =1(NO/O )kk kktkkkKkkb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1/22 ep,NOe1/2O O()KRT21/ 24p,O21/ 21/ 2p,NO1/ 21/ 24p,NO21/ 252ed(1)d2(1)4N ()()()N O NO/NOYMYxCYk KMRTKkKCkYb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 Mt1.00.511(1)(1)exp()ccYYMtb碳氢化合物燃烧时，分解成碳氢化合物燃烧时，分解成CHCH、CH

6、CH2 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22222CHNHCNNCHNHCNNHCN2CN2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOOb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

7、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 xFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowb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b传统低传统低NONOx x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.

8、 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NO

9、x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（SCRSCR）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. 1. 选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCRSCR）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（SNCRSNCR）b3. 3. 吸收法吸收法碱液吸收2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2MNOH O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH )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22442NONO2H SO2NO