nullnull大气污染控制工程
第十讲 氮氧化物的污染控制氮氧化物的污染控制氮氧化物的污染控制*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. 烟气脱硝技术氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源NOx包括
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5
大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
NOx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*氮氧化物的性质及来源NOx的性质（续）
NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降
NOx的来源
固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a）
人类活动（5×107t/a）
燃料燃烧占 90％
95％以NO形式，其余主要为NO2
氮氧化物的性质及来源*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*燃烧过程NOx的形成机理燃烧过程NOx的形成机理形成机理
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NOx
瞬时NO
低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO
*NOx的形成机理NOx的形成机理热力型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
燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理平衡常数和平衡浓度*热力型NOx的形成热力型NOx的形成平衡常数和平衡浓度燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成上述数据说明：
室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2
800K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量仍然很小燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成烟气冷却过程中，根据热力学计算，NOx应主要以NO2的形式存在，但实际90％～95％的NOx以NO的形式存在，主要原因在于动力学控制 NO/NOx Ratio
boiler vehicles
nature gas 0.9～1.0 internal comb. engine 0.99～1.0
coal 0.95～1.0
6# fuel oil 0.96～1.0 diesel engine 0.77～1.0燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成热力型NOx形成的动力学——Zeldovich模型
NO生成的总速率燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成假定N原子的浓度保持不变
得到
代入（6）式得燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成假定O原子的浓度保持不变
最终得燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成积分得NO的形成分数与时间t之间的关系燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成
各种温度下形成NO的浓度－时间分布曲线燃烧过程NOx的形成机理*热力型NOx的形成热力型NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理*瞬时NO的形成瞬时NO的形成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生如下反应 火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应燃烧过程NOx的形成机理*燃料型NOx的形成燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N ≡N 小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx
火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例
燃料中20％～80％的氮转化为NOx燃料型NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理*燃料型NOx的形成燃料型NOx的形成
燃烧过程NOx的形成机理*NOx的形成NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理*NOx的形成NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理*低NOx燃烧技术低NOx燃烧技术控制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
*低NOx燃烧技术传统低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、碳黑产生量增加低NOx燃烧技术*低NOx燃烧技术2. 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
低NOx燃烧技术*低NOx燃烧技术3. 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低NOx燃烧技术*低NOx燃烧技术4. 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
低NOx燃烧技术*先进的低NOx燃烧技术先进的低NOx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
炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴
类似于两段燃烧技术低NOx燃烧技术*先进的低NOx燃烧技术先进的低NOx燃烧技术2. 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等低NOx燃烧技术*先进的低NOx燃烧技术先进的低NOx燃烧技术3. 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低NOx燃烧技术*先进的低NOx燃烧技术先进的低NOx燃烧技术低NOx燃烧技术*烟气脱硝技术烟气脱硝技术脱硝技术的难点
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1. 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
烟气脱硝技术*烟气脱硝技术1. 选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术*烟气脱硝技术1. 选择性催化还原法（SCR）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
化学反应
同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生烟气脱硝技术*烟气脱硝技术2. 选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝技术*烟气脱硝技术2. 选择性非催化还原法（SNCR）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NOx
NO/NO2＝1效果最佳烟气脱硝技术*烟气脱硝技术3. 吸收法（续）
强硫酸吸收 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-Al2O3烟气脱硝技术*烟气脱硝技术4. 吸附法（续）
Nox和SO2联合控制技术
反应式
再生：天然气、CO
烟气脱硝技术*NOx控制技术比较NOx控制技术比较*
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