第九章固定源氮氧化物污染控制2011

1、上节主要内容回顾上节主要内容回顾v 脱硫的方法可分为 和 两类。按照脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫而分为 和 。v 以下各种脱硫工艺中 工艺占绝对优势。A. 湿法回收 B.湿法抛弃 C.干法抛弃 D. 干法回收v 综合考虑技术成熟度和费用因素，广泛采用的烟气脱硫技术是 工艺。v 石灰石脱硫系统中最关键的反应是 。v 石灰石系统与石灰系统一个极为重要的区别是什么？这两个系统运行最佳的pH为多少？v 传统石灰石/石灰法的工艺流程是什么？v 加入己二酸到石灰石脱硫系统中，可以大大提高石灰石的利用率。（）v 加入硫酸镁的石灰石湿法烟气脱硫有哪些好处？v 从脱硫剂利用率来看，湿法脱硫剂利用湿干法干法。（）

2、v 通常湿法工艺的钙硫比比干法小。（）v 一般情况下湿法工艺的脱硫率比干法和半干法要高。（）v 大部分烟气脱硫工艺都采用 作为脱硫剂，原因是其储量丰富、价格低廉，脱硫产物稳定。LOGO大气污染控制工程第九章 固定源氮氧化物污染控制主讲人：杨毅红主讲人：杨毅红1. 氮氧化物的性质及来源2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理3. 低氮氧化物燃烧技术4. 烟气脱硝技术内容提要内容提要学习要求学习要求1. 了解NOx的来源 2. 理解热力型氮氧化物形成机理 3. 理解低氮氧化物燃烧技术的原理和方法 4. 掌握SCR脱硝技术原理特点、了解其他烟气脱硝技术的原理和特点 第一节 氮氧化物的性质及来源vNOx包括

3、 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在vNOx的性质 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了解氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源vNOx的性质（续） NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降vNOx的来源 固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a） 人类活动（5107t/a）燃料燃烧占 9095以NO形式，其余主要为NO2氮氧化物的来源氮氧化物的来源氮氧化物的来源氮氧化物的来源vP379 表9-1v根据美国2007年统计，人类活动排放的NOx约57

4、.1%来自交通运输，约35.2%来自固定燃烧源，5.3%来自工业过程，约2.4%来自其他源。v2005年我国NOx排放总量为1.94107t，电力部门排放8.24106t，其中燃煤电厂贡献率达到97%；工业锅炉排放3.47106t，燃煤锅炉占84%；民用部门排放1.0106t，生物质和煤炭各占一半左右；交通部门排放4.76106t，88%来自柴油发动机；工业过程排放1.92106t。氮氧化物的来源氮氧化物的来源燃烧过程燃烧过程NOx的形成机理的形成机理v形成机理 燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx 热力型NOx高温下N2与O2反应生成的NOxhttp:/ 瞬时NO低温火焰下由于含碳自由基的

5、存在生成的NO理解NOx的形成机理的形成机理v热力型NOx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22222 11 22NONONOONO 热力型热力型NOx的形成的形成v 平衡常数和平衡浓度热力型热力型NOx的形成的形成v 平衡常数和平衡浓度热力型热力型NOx的形成的形成v上述数据说明：室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2常规燃烧温度（1500K)下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小理解烟气冷却对烟气冷却对NO和和NO

6、2平衡的影响平衡的影响v冷却后，燃烧烟气中大约9095%的NOx仍然以NO的形式存在。因此高温下形成的氮氧化物将以NO形式排入大气环境。NO转化为NO2的氧化反应主要发生在大气中。理解瞬时瞬时NOx的形成的形成v碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生如下反应222222CHNHCNNCHNHCNNHCNCN2222HCNOHCNH OCNOCONOCNOCONNHOHNH ONHONOHNOHNOHNONOOb 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，与上述产物反应燃料型燃料型NOx的形成的形成v 燃料中的N通常以原子状态与HC结合，CN键的

7、键能较N N小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOxv 火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例v 燃料中20-80的氮转化为NOFuel NHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowNOx的形成的形成NOx的形成的形成课内讨论：根据氮氧化物的形成机理，试提课内讨论：根据氮氧化物的形成机理，试提出控制氮氧化物排放的几点思路。出控制氮氧化物排放的几点思路。低低NOx燃烧技术原理燃烧技术原理v控制NOx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 燃烧器形状理解低低NOx燃烧技术

8、燃烧技术v传统低NOx燃烧技术 1. 低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增加，燃烧效率降理解传统低传统低NOx燃烧技术燃烧技术v2. 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。减少热力型的NOx生成；不宜燃煤、燃油锅炉，宜燃气锅炉。传统低传统低NOx燃烧技术燃烧技术v3. 烟气循环燃烧 降低氧浓度和燃烧区温度主要减少热力型NOx传统低传统低NOx燃烧技术燃烧技术v4. 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，烟气温度低先进的低先进的低NOx燃烧技术燃烧技术v原理：低空气过剩

9、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直流燃烧器炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴类似于两段燃烧技术理解先进的低先进的低NOx燃烧技术燃烧技术v2. 空气分级的低NOx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等先进的低先进的低NOx燃烧技术燃烧技术v3. 空气/燃料分级的低NOx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NOx烟气脱硝技术烟气脱硝技术v脱硝技术的难点 处理烟气体积大 NOx浓度相当低 NOx的总量相对较大烟气脱硝技术烟气脱硝技术l大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人

10、类生存的四大杀手；l燃煤烟气中所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源；l我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目，但烟气脱硝还未大规模开展；http:/ 选择性催化还原法选择性催化还原法（Selective catalytic reduction, SCR） 选择性非催化还原法（Selective non-catalytic reduction, SNCR）lSCR的发明权属于美国，日本率先于20世纪70年代实现商业化应用l日本93%以上废气脱硝采用SCR，运行装置超过300套；l德国20世纪80年代引进，并规定发电量50MW以上的电厂都配备SCR；l台湾有

11、100套以上的SCR装置在运行；l大庆石化、川化集团、北京燕山石化、福建漳州电厂也引进SCR装置上节主要内容回顾上节主要内容回顾v 大气中NOx的来源主要有哪些？v 燃烧过程中形成的NOx分为 、 和 三类。v 染料燃烧烟气中形成氮氧化物主要是以 形式存在？A. N2O B. NO C. NO2 D.N2O3v 当燃烧温度较高时（1200），氮氧化物形成是以 类型为主。v 控制NOx排放的技术措施可以分为哪两类？v 影响燃烧过程中NOx生成的主要因素是 、 后燃烧区的冷却程度和燃烧器的形状设计等。烟气脱硝技术烟气脱硝技术1. 选择性催化还原法（SCR） 在催化剂作用下，向温度为280 420的

12、烟气中喷入氨，将NO还原成N2和H2O 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 O由于该反应没有其他副产物产生，并且装置结构简单，因此适合处理大量烟气理解烟气脱硝技术烟气脱硝技术1. 选择性催化还原法（SCR）请思考：脱硫、脱硝和除尘装置流程布置之请思考：脱硫、脱硝和除尘装置流程布置之间的关系？间的关系？烟气脱硝技术烟气脱硝技术1. 选择性催化还原法（SCR） 烟气SCR脱硝法采用催化剂促进氨与还原反应。若使用钛和铁氧化物类催化剂，其反应温度为300 至4

13、00 ，当采用活性焦炭时，其反应温度为100 至150 。反应器在锅炉尾部烟道的位置，有三种方案:(1)在空气预热器前350摄氏度位置（高粉尘SCR）.(2)在静电除尘器和空气预热器之间（低粉尘SCR）(3)布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后（尾部SCR）理解锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器去湿法烟气脱硫系统NH3空气NH3NH3+空气SCR反应器置于空气预热器前的高尘烟气中SCR反应器置于静电除尘器与FGD之间锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气去烟囱空气SCR反应器布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后锅炉静电除尘器

14、SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气气/气加热器去烟囱空气气/油燃烧器或蒸汽换热器SCR烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制1、催化剂的活性催化剂是SCR技术的核心，其形状一般为板式或蜂窝式；催化剂主要成分为V2O5/TiO2；催化剂寿命 化学失活：碱金属（Na、K、Ca）和重金属（As、Pt、Pb）引起中毒 物理失活：高温烧结、磨损、固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂破坏了解SCR烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制2、反应温度不同的催化剂具有不同的反应温度范围当反应温度低于催化剂适用温度范围下限： 发生副反应，NH3与SO3和H2O反应生成(NH4)2SO4或NH

15、4HSO4当反应温度高于催化剂适用温度范围上限： 催化剂通道和微孔发生变形，失活根据催化剂的适用温度范围，SCR工艺可分为： 高温工艺（345590 ）、中温工艺（260450 ）、和低温工艺（150280 ） SCR烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制3、氨的输入量与混合还原剂NH3的用量根据期望达到的脱硝效率，通过设定NH3和NOx的摩尔比来控制；理论上，1mol的NO需要1mol的NH3；催化剂活性不同，达到相同转化率所需NH3/NOX摩尔比不同NH3与废气的混合程度也十分重要；4、NOx的在线监测 喷氨量及NOx排放浓度均根据NOx在线监测仪表的指示值来控制催化剂失活和烟气中残留的氨是与S

16、CR工艺操作相关的两个关键因素。SCR工业应用 工业锅炉、燃气、燃油锅炉、柴油机、垃圾焚烧炉、工业窑炉、化工厂等烟气脱硝处理中都得到成功的应用烟气脱硝技术烟气脱硝技术2. 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(9301090) 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 Ov商业化的SNCR系统的还原剂利用率：20%-60%。为SCR的3-4倍；vNO还原率较低：30%-60%。v优势：易于安装。一个典型电厂SNCR系统可在八周内完成安装。烟气脱硝技术烟气脱硝技术3. 吸收法 碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO/NO21效果最佳2322222223322223222242NO2MOHMNOMNOH ONONO2MOH2MNOH O2NONa CONaNONaNOCONONONa CO2NaNOCOMK ,Na ,Ca,Mg ,(NH )烟气脱硝技术烟气脱硝技术v3. 吸收法（续） 强硫酸吸收b 4. 吸附法吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al2O322442NONO2H SO2NOHSOH O烟气脱硝技术烟气脱硝技术v4. 吸附法（续）