氮氧化物ppt课件

1、熄灭污染物及生成机理熄灭污染物及生成机理 1 概述概述2 热力型热力型 NOx氮氧化物的生成机理氮氧化物的生成机理3 快速型快速型 NOx氮氧化物的生成机理氮氧化物的生成机理4 燃料型燃料型 NOx氮氧化物的生成机理氮氧化物的生成机理氮氧化物氮氧化物 1、NOx的构成与分类的构成与分类 氮氧化物：氮氧化物：NO，NO2，N2O、N2O3，N2O4，N2O5等，但在熄灭等，但在熄灭过程中生成的氮氧化物，几乎全是过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和和NO2。通常把这两种氮的氧化。通常把这两种氮的氧化物称为物称为NOx。 煤炭、天然气、重油等天然矿物煤炭、天然气、重油等天然矿物燃料在熄灭过程生成的氮

2、氧化物中，燃料在熄灭过程生成的氮氧化物中，NO占占90%左右，其他为左右，其他为NO2。1 概概 述述 燃料熄灭过程生成的燃料熄灭过程生成的NOx，按其，按其构成分类，可分为三种：构成分类，可分为三种：热力型热力型NOx ，它是空气中的氮气在高，它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的温下氧化而生成的NOx 快速型快速型NOx，它是熄灭时空气中的氮和，它是熄灭时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如燃料中的碳氢离子团如CH等反响生成等反响生成的的NOx燃料型燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合，它是燃料中含有的氮化合物在熄灭过程中热分解而又接着氧化而物在熄灭过程中热分解而又接着氧化而生成的生成的NOx

3、NOx的生成是熄灭反响的一部分。空气中的氮的生成是熄灭反响的一部分。空气中的氮和氧在高温下生成一氧化氮的反响，可用下式和氧在高温下生成一氧化氮的反响，可用下式表示：表示： 在讨论某些问题时，只写出这一结果也就够了。在讨论某些问题时，只写出这一结果也就够了。但实践的熄灭反响是极其复杂的化学反响过程，但实践的熄灭反响是极其复杂的化学反响过程，有许多问题必需研讨反响的中间过程才干找到有许多问题必需研讨反响的中间过程才干找到处理的方法。处理的方法。 锅炉熄灭过程中，按上式反响生成的锅炉熄灭过程中，按上式反响生成的NO非常非常少，而是经过复杂的反响过程而生成的。少，而是经过复杂的反响过程而生成的。2、氮

4、氧化物的根本特性、氮氧化物的根本特性 NO是无色无臭的气体，分子量为是无色无臭的气体，分子量为30.01，其融点，其融点为为-16l ，沸点为，沸点为-152。 NO略溶于水，在空略溶于水，在空气中易氧化为气中易氧化为NO2 NO2是一种红棕色有害的恶臭气体。其含量为是一种红棕色有害的恶臭气体。其含量为0.1ppm时即可嗅到，时即可嗅到，14ppm时，有恶臭，而到时，有恶臭，而到达达25ppm时，那么恶臭难闻。它的分子量为时，那么恶臭难闻。它的分子量为46.01。密度约为空气的密度约为空气的1.5倍。倍。 氮氧化物进入大气后发生一系列变化，它在空气氮氧化物进入大气后发生一系列变化，它在空气中的

5、含量一直处在变动之中，既有日变化，又有中的含量一直处在变动之中，既有日变化，又有季节变化。在一天中，其含量早上最高，傍晚次季节变化。在一天中，其含量早上最高，傍晚次高，午后最低；在一年中，冬季高，夏季低高，午后最低；在一年中，冬季高，夏季低氮氧化物的变动主要由于光化学作用，氮氧化物的变动主要由于光化学作用，它与阳光强弱亲密相关它与阳光强弱亲密相关从图中可看出，早上从图中可看出，早上NO2含量最高，随着含量最高，随着太阳上升，光照加强，太阳上升，光照加强，光化学作用逐渐加快，光化学作用逐渐加快，耗费耗费NO2不断添加，不断添加，构成的构成的O3随之增多，随之增多，不断到午后不断到午后2时左右，时

6、左右，光化学作用达最高点，光化学作用达最高点，此时此时NO2含量最低。含量最低。以后阳光逐渐减弱，以后阳光逐渐减弱， NO2耗费逐渐减少，耗费逐渐减少，傍晚又出现了次高点傍晚又出现了次高点3、氮氧化物的危害、氮氧化物的危害氮氧化物对人类安康的影响氮氧化物对人类安康的影响对森林和作物生长的影响对森林和作物生长的影响对全球气候变化的影响以及对高空臭氧对全球气候变化的影响以及对高空臭氧层的破坏层的破坏4、煤熄灭过程中的氮氧化物、煤熄灭过程中的氮氧化物 煤熄灭过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮煤熄灭过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮NO ，占，占90%以上和二氧化氮以上和二氧化氮NO2 ，占，占510

7、%。此外，还有少量的氧化二氮。此外，还有少量的氧化二氮N2O ，只占只占1%左右产生。左右产生。 和和SO2的生成机理不同，在煤熄灭过程中氮氧的生成机理不同，在煤熄灭过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤熄灭方式，特别是化物的生成量和排放量与煤熄灭方式，特别是熄灭温度和过量空气系数等熄灭条件关系亲密熄灭温度和过量空气系数等熄灭条件关系亲密 以煤粉熄灭为例，在不加控制时，液态排渣炉以煤粉熄灭为例，在不加控制时，液态排渣炉的的NOx排放值要比固态排渣炉的高得多。即使排放值要比固态排渣炉的高得多。即使是固态排渣炉，熄灭器布置方式不同时不加控是固态排渣炉，熄灭器布置方式不同时不加控制的制的NOx的排放值也

8、很不一样。的排放值也很不一样。煤粉炉煤粉炉的的NOx排放值排放值和熄灭和熄灭方式及方式及锅炉容锅炉容量的关量的关系系 煤粉熄灭所生成的煤粉熄灭所生成的NOx中，燃料型中，燃料型NOx是最主要的，它占是最主要的，它占NOx总生成总生成量的量的6080%以上；热力型以上；热力型NOx的生的生成和熄灭温度的关系很大，在温度成和熄灭温度的关系很大，在温度足够高时，热力型足够高时，热力型NOx的生成量可的生成量可占到占到NOx总量的总量的2030%；快速型；快速型NOx在煤熄灭过程中的生成量很小在煤熄灭过程中的生成量很小 假设燃料假设燃料N全部转变为燃料全部转变为燃料NOx，那么燃料中，那么燃料中1%N

9、熄灭生成熄灭生成NOx为为1300ppm，实践上燃料，实践上燃料N只是一部分转变为只是一部分转变为NOx，取转变率为，取转变率为25%，那，那么燃料么燃料NOx为为325ppm，即，即650mg/Nm3。 热力热力NOx普通占总普通占总NOx的的20%30%，现取，现取25%，即为，即为217 mg/Nm3。 因此，总的因此，总的NOx生成量为生成量为867 mg/m3。 假设锅炉采用了低假设锅炉采用了低NOx熄灭器、顶部燃尽风等熄灭器、顶部燃尽风等分级熄灭、以及提高煤粉细度和低分级熄灭、以及提高煤粉细度和低措施等，措施等，炉内脱硝率可达炉内脱硝率可达NOx50%，因此估计，因此估计NOx排排

10、放浓度放浓度433mg/Nm3。煤粉熄煤粉熄灭中各灭中各种类型种类型NOx的的生成量生成量和炉膛和炉膛温度的温度的关系关系 2 热力型热力型 NOx的生成机理的生成机理 热力型热力型NOx是熄灭时空气中的氮是熄灭时空气中的氮N2和氧和氧O2在高温下生成的在高温下生成的NO和和NO2 O2十十M2O十十M O十十N2NO十十N N十十O2NO十十O因此，高温下生成因此，高温下生成NO和和NOx的总反响式为的总反响式为 N2十十O22NO NO十十1/2O2NO2Zeldovich 捷里多维奇机理捷里多维奇机理N2和和O2生成生成NO的平衡常数的平衡常数Kp 当温度低于当温度低于l000K时时Kp

11、值非常小，值非常小，也就是也就是NO的分压力的分压力(浓度浓度)很小很小温度和温度和N2O2(ppm)初始比对初始比对NO平衡浓度的影平衡浓度的影响响 40N2O2(ppm)是是N2和和O2之比为之比为40:1的情况，的情况，这大致相当于过量空气系数为这大致相当于过量空气系数为1.1时的烟气时的烟气 NO氧化成氧化成NO2反响的平衡常数反响的平衡常数Kp 由表可以看出由表可以看出Kp随温度的升高反而减小，因此低温随温度的升高反而减小，因此低温有利于有利于NO氧化成氧化成NO2。当温度升高超越。当温度升高超越1000时，时，NO2大量分解为大量分解为NO，这时，这时NO2的生成量比的生成量比NO

12、低得低得多多在不同温度下在不同温度下NO 和和NO2的平衡浓度计算值的平衡浓度计算值 在熄灭温度大于在熄灭温度大于1200的常规燃煤设备中，在不的常规燃煤设备中，在不采取控制措施时，将会有数百采取控制措施时，将会有数百ppm至至1000ppm的的NO生成，但生成，但NO2的生成量几乎可以忽略不计的生成量几乎可以忽略不计 当烟气温度降低至排烟温度的程度时，实际上讲当烟气温度降低至排烟温度的程度时，实际上讲烟气中一切的烟气中一切的NO将氧化成将氧化成NO2，但实践上排烟中，但实践上排烟中90%95%的的NOx依然是依然是NO 燃料熄灭时产生燃料熄灭时产生CH原子团撞击原子团撞击N2分子分子而生成而

13、生成CN类化合物，然后再被氧化成类化合物，然后再被氧化成NOx 1971年费尼莫尔年费尼莫尔(Fenimore)经过实验发现经过实验发现的，根据碳氢燃料预混火焰的轴向的，根据碳氢燃料预混火焰的轴向NO分分布的实验结果，以为在反响区附近会快速布的实验结果，以为在反响区附近会快速生成生成NO，于是起名为，于是起名为“快速快速NO。称费。称费尼莫尔的反响机理尼莫尔的反响机理 3 快速型快速型 NOx的生成机理的生成机理 在碳氢化合物熄灭时，特别是富燃料熄灭时，会分解在碳氢化合物熄灭时，特别是富燃料熄灭时，会分解出大量的出大量的CH，CH2，CH3和和C2等离子团，它们会破等离子团，它们会破坏熄灭空气

14、中坏熄灭空气中N2分子的键而反响生成分子的键而反响生成HCN，CN等：等：CH十十N2HCN十十NCH2十十N2HCN十十NHC2十十N22CNHCN十十OHCN十十H2OCN十十O2CO十十NOCN十十OCO十十NNH十十OHN十十H2ONH十十ONO十十HN十十OHNO十十HN十十O2NO十十O Miller等在等在1989年指出，年指出，“快速快速NO的构成与以下三的构成与以下三个要素有关个要素有关1、CH原子团的浓度及其构成过程原子团的浓度及其构成过程2、N2分子反响生成氯化物的速率分子反响生成氯化物的速率3、氮化物间相互转化率、氮化物间相互转化率他们发现：他们发现：CH + N2 H

15、CN + N是控制是控制NO、氰、氰(HCN)和其他氮化物生成速率的重要反和其他氮化物生成速率的重要反响。响。“快速快速NO构成的主要反响途径如下：构成的主要反响途径如下： 对碳氢燃料熄灭综合机理的计算阐明，在对碳氢燃料熄灭综合机理的计算阐明，在温度低于温度低于2000K时，时，NO的构成主要经过的构成主要经过CH-N2反响，即反响，即“快速快速NO途径。当温度升高，途径。当温度升高，“热力热力NO比重添加，温度在比重添加，温度在2500K以上时，以上时，NO的生成主要由在的生成主要由在O与与OH超平衡加速下超平衡加速下的的Zeldovich机理控制。机理控制。 通常情况下，在不含氮的碳氢系燃

16、料低温通常情况下，在不含氮的碳氢系燃料低温熄灭时，才重点思索熄灭时，才重点思索“快速快速NO。“快速快速NO的生成对温度依赖性很弱。与的生成对温度依赖性很弱。与“热力热力NO和和“燃料燃料NO相比，它的生成要少得多。相比，它的生成要少得多。煤炭中的氮含量普通在煤炭中的氮含量普通在0.5-2.5左右，它们左右，它们以氮原子的形状与各种碳氢化合物结合成氮的以氮原子的形状与各种碳氢化合物结合成氮的环状化合物或链状化合物，如喹啉环状化合物或链状化合物，如喹啉(C6H5N)和和芳香胺芳香胺(C6H5NH2)等等当燃料中氮的含量超越当燃料中氮的含量超越0.1时，所生成的时，所生成的NO在烟气中的浓度将会超

17、越在烟气中的浓度将会超越130ppm。煤熄灭时约。煤熄灭时约75-90的的NOx是燃料型是燃料型NOx。因此，燃料型。因此，燃料型NOx是煤熄灭时产生的是煤熄灭时产生的NOx的主要来源。研讨的主要来源。研讨燃料型燃料型NOx的生成和破坏机理，对于如何有效的生成和破坏机理，对于如何有效地在熄灭过程中控制地在熄灭过程中控制NOx的排放，具有重要的的排放，具有重要的意义意义4 燃料型燃料型 NOx的生成机理的生成机理 燃料型燃料型NOx的生成和破坏过程不仅和煤种特性、的生成和破坏过程不仅和煤种特性、煤的构造、燃料中的氮受热分解后在挥发分和煤的构造、燃料中的氮受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、成分和分

18、布有关，而且大量的焦炭中的比例、成分和分布有关，而且大量的反响过程还和熄灭条件如温度和氧及各种成分反响过程还和熄灭条件如温度和氧及各种成分的浓度等亲密相关，总结近年来的研讨任务，的浓度等亲密相关，总结近年来的研讨任务，燃料型燃料型NOx的生成机理，大致有以下的规律的生成机理，大致有以下的规律1、燃料中的氮有机化合物随挥发分一同从燃料、燃料中的氮有机化合物随挥发分一同从燃料中析出，称之为挥发分中析出，称之为挥发分N。挥发分。挥发分N析出后仍残析出后仍残留在焦炭中的氮化合物，称之为焦炭留在焦炭中的氮化合物，称之为焦炭N 2、挥发分、挥发分N中最主要的氮化合物是中最主要的氮化合物是HCN和和NH3 3、HCN和和NH3氧化生成氧化生成NOx燃料中氮分解为挥发分燃料中氮分解为挥发分N和焦炭和