氮氧化物的生成及危害

1、氮氧化物(NOX)的生成及危害验看我国外济的快速比人呈化石號源燃烧扌1放飙氧化密fK【然坏境屮，井H【此率成战用牧光化学污集.严車危牌人休健鹿.嵌坏坏境.制釣经济社会可持续发展2】煤在鑫国能源结构中占据主导览位.煤議在箍的能源构成中朴75%以上，我国匕恥煤対主的能源消耗现状.短！B内难以改变1叫燃煤拝放的SO2,NOS利粉工井刷亦我昌料放盘的87,內烯和60%问UflVi粉工已经得到了很好曲控制和治理.“1一五"期何.国严化烟气脱嗽聂术血CI:匕成甦°国赛坤加純的监Mtt«示.我IN酸IV啊类型UHI原狀的聽醴型转哽为硫K和”的混合S緘良化物C成为第一大槪性气体汀

2、染枷.从20124；兀山片始执疔的电火I山大气汚染物诽放标戏中就审化物允许排旗最髙浓度为100或200mm则成酣金世界蛊严搐胡执行标准国家强制性的辄執化物河姿控制勢在必行燃煤烟气中的NQ主契蜓NO和N®兀申NO约山95%.NOf放劉大气中宝成较稳宦的MQ.形成尤化学讨业且歴酸扫茁人、劲物、柚物躺痢很人"严期何氯筆化勒诗染控制成为环境谍护的重原.但目前国内魅煤烟气脱硝技术的试白1申功从国外引进，練化剎成本高，调产烟气規殆催化剂尚不成熟，所以研究H发斷战fl主产K的丽胖ft刑迫在¥1睫燃煤烟气NQ河鬟控制找术主要是低氮蛾疑控制注和炯气胆础池低氮魅锻是指愷用新型低氯遇烧

3、嚣和改变炉内燃烧条件両实现.是枚为经济的1H稍技术,也浪控制Kh产生的第一山该控制技术呵诫少撚力鉱和燃料轨的产1.0!脱确效韋不高'要満足国家排放标淮叠须同时雲施X部烟气脫硝技底.畑代脱硝注町分泊千法和闹法；干法主要是揣备类借化脱除法.等离子体脱除法等.湿法脱晞则是利用潘相化学试剂将烟气中的MO吸收井转化为较稳定的柳质.例如氧化吸收*酸吸收、蹶吸收等恂目前工业上广泛应阳的干弦脱猜主耍垦施择性偉化连原注和选择性非催忧还原法两种.其中SCRWIUiiT世界上最主流的烟气楼鬧技术.该技求琵在含氧气SF-连原列优先与烟气中捉氧化物厦应生成鼠气和木的催化反应过程.其屮柞为还廉刑的壮休拦要有NH班

4、CO氏以離轼化合物隧化剂是诒技术的核心I人针对胃定源（燃煤电厂、匸业锅炉等）排放的N6NH、选择性还原催化脱硝技术是最仃效的烟气脱硝技术.其主要反应为叫4NH.+4NO+O,-4N,+6H,O（式】1）H询E业化网用录广泛的SCR烟代脱砧催化和主婆是V2O5/T1O2411V2O5-WOx/TiO2催化和,HYf较高的活11裁抗硫炖.（11活性温度住300-450C已.因此,只能将此SCR反应器布置于省煤器和除尘器Z何，而国内现仃锅炉中在读位'程Z没仃预冊腹硝空闻，给SCR反应醤的伤置帯來很人的困雅，同时未经除尘的烟V含有人虽E灰,大大缩短了催化剂寿命.催化剂的费用占整个SCR工艺成本

5、的30%-40%信化剂的寿命苴接决定看SCR系统的运行成本。因此.迫切碍耍研制开发可布置在除尘或脱硫之后、具有高活性和较強抗毒性的SCR阳化剂I®低温条件下具仃较高活性的scRflnt剂Hfjs要的经济和实际意义不仅便现仃锅炉条统匹配，不对其它相关装置产±人的讹响，此外连町避免燜道气的预那耗能，降低脱硝成木。低温SCR脱硝催化剂的研究在我国起步较晚,东南大学、浙江大学、湘潭大学.清华大学等研究团队亦収得了一些成果但距工业化应用还冇很多问题急需解决.首先,因为国内大部分的脱硫系统采用的是漫疾FGDIK硫技术脱硫后的烟气温度均在15LC以F.因此提高催化剂的低温活性尤其是15C

6、TC以卜的活性显得非常龜要。其次脱硫后的烟气中会残余S6,而在低温条件下,S6对催化剂的希化作用会更加显苦,因此改进低温SCR催化剂的抗硫性是十分必要的,也是该工艺实现工业化应用的关便.第三，II前国内大篡研究停阳在颗粒状価化和的低温活性及抗靦性方idi.iru催化刊工业化应用必须是成型催化刊，成型制厶工艺对催化剂活性及抗硫性均仃如的影响.成型催化剂的机械性能、热稳迄性、it衣浙枳、孔结构、压派使用寿命等都是需要解决的问遞。氮氣化物是飙与氣的多种化合物的总称以NO*裁示。主要有NO、NO、NO2、NgNQs和g等,其中NO和N6是主要的大气污染物.大气中NO、來源可分为自然源和人为源两方而仙.

7、n然源主要足雷由、火山爆发、桑林火灾和含処仃机物的分解。人为激根抑:!口乍故方式不同，“J分为固定游川移动源.移动游忙要是汽车尾气.固定源则左要是以化有燃料燃烧为主的各类匸矿企业,如火电厂等化石燃料的燃烧是大气中N6的主要来源.燃料燃烧过程所生成的NOX中,NO,»>95%左右.故NO的转化是烟气脱硝的关徳.先rN0x在燃料燃烧过程中的形成机理,II前在总的形成途径方面己取得基本致。根据氮氧化物形成原因的不阿,一般认为NO*的形成途径分三种:热力氮瞬时氮和燃料M"21.热力氟的生成与反应温度有很大关系，当温度低于1500-C时,几乎没有肅力組的生成,火焰温度降低能使N

8、O生成足显著减少【小当温度高于1500'C时，热力塑NO的生成变存明址'3助燃的氧浓度过高时.或预热空气温度过爲时坯力N（会人幅度増加。瞬时氮是由Feninww通过实验发现的,其形成过程对温度的依赖性弱，炖燃煤设备而言,牛成量很小，一殷在5%以F主要是捋燃料中的廝氢化合物在燃料浓度过高（空气过盘系敷VI）的矢件下,在火焰而内快速生成的那部分NO-空气中的2和碳氫化合物分解的中何产物发生-系列复杂反应,继而氧化生成NOX.燃料氮是由燃料中含氟彳j机化合物的氧化而产±.燃料氮上要受燃料含M3fi|过剧空气系数妙响，丽9燃烧油度关系不大.NO、叫賞接或何按危害人体健康，同时

9、对牛态环境也构成巨大的威肋NOx中对人体健康危害最大的是NO,主要是形响呼吸系统.刺激人的眼、鼻、喉和肺,增加病蒔感染的发病率引起导致支气管炎和肺炎的流彳J：性憊甘.诱发肺细胞癌变。NO可通过光化学氧化作用转化为NO?，而NO?是稍敵和亚硝酸的前驱体.进而形戚了酸爾。NO*和烧类化合物在阳光作用卜",易形成比一次污染物毒性更大的光化学烟雾。光化学烟雾会使大气能见度降低,对眼睛、喉咙有强烈的剌激作用.并会产生头拓、呼吸道疾病洛化,严至的会造成死GNO#*放量的增加，使原本严峻的酸雨污染舌上加崭.造成冃大的绘济损失.建筑物、尿天的丁业设备及文物古进的腐蚀破坏,损坏植物叶而.导致森林死亡,

10、使湖泊中鱼蚱死亡等.III逬我同(2结C对两控区的划分工作，对SO2lt放进行了全而控制，但N量的快速増长很可能抵消对SO的控制效采，而且右调査表明NOXfj1R代SO?成为酸幽匸谋的匕般.NOX也会对臭说处产生破坏，便紫外线因矢去真氧层的聊蔽作用而过于强烈地危害地idi生物和人类健康.随着世界存国匚业化进程的加快.人类活动向大气屮排放的NO、不断增加.对氯氣化物排放控制(2刻不容缓。2.2NO*的排放控制技术IU抑:氮氧化物的生成机理，控制NOJ#赦的方法町为两大类：燃烧过程控制技术和畑TC脱硝技术,NJ5'.燃烧过程控制技术就是通过攻变燃料燃烧条件，丄耍是抑制NOM生成。燃烧过程控

11、制技术成本较低，应用比较J泛,但可能会降低锅炉燃烧效率，iftjH.脱硝效丰较低，无仏满足严格的排放标准.一般需后续进一步处理.焰气脱硝届于燃烧后处理技术，是对U措出的用部烟气进行脱備处理.以减少NO,的排放屍烟气脱硝技术有SCR法、SNCR法、液相反应法、脉冲电駅法、电子束法、微生物法等.其中得到大圮工业应用的只冇SCR法和SNCR法，但SNCR法猱的逃逸率髙,影响钢炉运行的椅定性和安全性，目前尿髙、加为成熟的技术是SCR技术。燃焼过程中NO、控制燃烧过用NO、控制拽术匸耍包括低氮燃烧器.空代分级燃烧.燃料分级燃烧，烟气循环等，它是针对NO*的生成机理形成的.燃烧过程NO*控制匕耍从两个方面

12、考虑：抑制燃烧中NO*的形成和还原已经形成NO*主要是通过改变运行方式或改进燃烧过程，以降低NO,的生成.即低ZO、燃烧技术.很抑NO、主成HL理.NO、的生成和破坏主嬰与煤种特性、燃烧温度、炉腔内反应区烟气气氛、停留时何等因索仃关卩叫低no,燃烧技术ALIliini经济的技术，但只可以减少热力NOxfii燃料NCX的生成，具有一定的局限性.(I燃料分级燃绘技术,72(".该法是将主燃烧器供入的一次燃料在一级燃烧区形成的NO准1次燃料的再燃凶車新还原成分子N2因此其技术关健是在左燃烧器形咸的初始燃烧区的I.方喷入二次燃料形成富燃料燃烧的再燃IXNCX进入本区便被还腹脱氧生成爼（2）空

13、气分级燃烧也：空气分级燃烧降低NO,是儿乎所有的燃烧方式均采用的技术,此技术可避免温度过高利高过剩空气糸数岡时出现,从而降低na的生成。集本陵理是将燃料的燃烧过用分阶段来完成，空气分成幺次逐渐与煤粉混合燃饶.可降低同部区域的空气燃料比，煤在热分解和着火阶段由于缺筑.使組魚化物的生成受到抑赫达到控制NOJFJ的.该技术关匿在尸火上风哦口位置的确定.该広投呦少.见效快.（3）浓淡燃饶以役堆种新型降低NOJ乍放的燃烧技术，其原理是对装仃两个以上燃绘藩的锅炉，给第一部分燃烧器供W较少的空气（呈富燃区）给第二部分燃烧器供应较多的空气（呈贫燃区）由于两者都偏离了理论空气吊.使燃饶温度降低，较好地抑制NO*

14、的生成.（4烟气再循环燃烧：翅过烟气送风控制以降低燃烧温度,和炉内氧气浓度,使NQ的生成受到隈创，从而降低N6的排放浓度.谏法匕要减少热力型NOx的生成量，対燃料型和瞬时加NO*的緘少作出原微。（5）低緬燃烧器：通过设计燃烧誥结构及改变対过燃烧器的风煤比.使燃烧器科火区空气分级、燃烧分级或划&杯循环広的效果能fj效抑制NO、的生成.低N<燃烧器脱础率股在30%60%,但同时也苗來了锅炉燃烧效率卜-障、炉内结位、高隘腐辿和CO金虽较為等问逸。22J烟气脱硝技术:朋气脱閉孱尸燃烧后处理技术坦然讥本枚髙.但脱殆效半筒，易9燃烧铁置配套,受燃料类型限制小.目前烟气脱昭技术可分为干法和湿法

15、购大类.干法脱01严创包括选择佈化还原法（SCR）、述择性苗佈化连原法（SNCR）、俳化分解法、吸附法和低温等离子法：湿法脱硝Hi庖括酸吸收、碱吸收、化学氧化吸收和生物连凍法等。目前国内外研究较炙的几种技术工艺如卜表21,其中除SCR和SNCR外，其他方法尚无工业化应用或处*实验研究阶段或中试阶段.23烬|气股晞技术匚艺比枚Tub.2-1FluegasdenitrationtechnologyconipariMin方法原理优点块点SCR在特定催化剂疾件F温度比SNCR低.脱投许大运行彷用高.覆泄棘还Ki剂NH/jNO反应琦效年寓运行稔定SNCR厂1"灿1求无需催化剂初次成反应温疫备駄

16、水耗址大氮素等与NO反应木较低泄曙严重倩化分備化条件下.NQTL接无而还原剂无二次催化制中靑问愿严辰尚无工解力斛N及6污染业化吸附法利川活性炭答名孔性物质直接吸附投棗小.一定条件下吸附剂可證复便川适用小规模排放源吸附和再4成木较臥氮氧化物同收堆度大液柑吸收法利用強氧化剂梅NO氧化成NO,再川锻液吸收脱除率较高.投入成木低设备腐二次污染严匝；消耗人垦吸收剂、絨化剂微生物法利用反閒化MNO转化为N,成木较低需在负压下进行窗种驯化困难(1)SCR脱硝技术SCR技术是捋在催化剂的作用下以NH作为还煉剂，“有选搏性”地9烟气中的NO反应,将其还原生成无带无污染的2和山6NHj不和烟气中的02反应的.连廉

17、刑主货仃CO或小、备种烂类、猱HI尿就等，他化剂仃复介金属魚化物.负哉型贵金属和分子筛他化剂等.该脱硝技术具存很髙的催化活性和较寃的催化剂应用范用.所以备受青味。II询，脫除固定源排放的NQ,以NHi为连原別的选择性備化还原技术（SCR）是II前硏究最多、应用杲广,也是最有效的烟气NO脱除技术,但现在国内普遍应用的是国外技术，脫硝成本较髙。（2）SNCR脱硝技术选抒性卄催化辻总技术址以孰水或贰索为辻原刑，将他们汪入热的燃烧气屮,任适当再的隘度K<875-11SO-C）,狐或呆素与氮氧化物发生化学反闷而将氯氣化物还原成分子态的恥和水。选择性老指住适宜的反应温度范;閑内"00110

18、0'C）,还原jWNH、或由尿素熱解生成的NIL被NO氣化而非被02軌化心。SNCR一股用NOjf澈耍求不此很髙的现存中小空低疏煤燃煤电厂机组的改進.（3）NCX催化分解N6在催化剂作用卜直接分解成N2和Ch，该过程工艺简总、不产生二次污染等特点,因而被认为是一种最理想的途径。从热力学上讲，该反应住常温卜KP可行.（U从化学反应动力学上看该反应述车非常慢.紺婪來用依化剂分解速卒，由于该方法无需实用还原剂所以它是一种很有“吸引力”的烟气脱硝技术.（4）等$子体技术是烟1的一大发展方向,町以岡时处理大盛火力发电厂的CO：、SO,、NO*和飞灰.该技术不仅节釣能源和设备、易于实现.0具有处理效果如、处理范圉厂、能同时处理笔种汚染物、净化彻底