第九章固定源氮氧化物的污染控制.pptVIP

第四节 烟气脱硝技术 烟气脱硝非常困难，主要问题在于： 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 对冷却后的烟气进行处理，以降低NOx的排放量。 对于火电厂烟气NOx污染控制，目前有两类商业化的烟气脱硝技术： 选择性催化还原法(SCR) 选择性非催化还原法(SNCR) 1、选择性催化还原法(SCR)脱硝 过程 以氨作还原剂，通常在空气预热器的上游注入含NOx的烟气。在含有催化剂的反应器内被还原成N2和水。 催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 NOx被选择性的还原反应 与氨有关的潜在氧化反应 催化剂失活和烟气中残留的氨是与SCR工艺操作相关的两个关键因素。 2、选择性非催化还原法(SNCR)脱硝 尿素或氨基化合物作为还原剂将NOx还原为N2; 由于需要较高反应温度，还原剂通常住进炉膛或紧靠炉膛出口的烟道 化学反应 需要控制温度避免潜在氧化反应发生 工业运行的数据表明， SNCR工艺的NOx还原率较低，通常在30-60%的范围。 * 氮氧化物的性质及来源 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 低氮氧化物燃烧技术 烟气脱硝技术 第九章 固定源氮氧化物的污染控制 控制NOx排放的技术措施可以分为两大类：一是源头控制，即通过各种技术手段，控制燃烧过程中NOx的生成反应；二是尾部控制，即把已经生成的NOx通过某种手段还原为N2，从而降低NOx的排放量。 第一节 氮氧化物的性质及来源 NOx： N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在 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，其环境循环系统不依赖于其他氮氧化物； NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分； NO2：强烈刺激性，来源于NO的氧化，会转换成硝酸和亚硝酸； 1、氮氧化物性质 2、氮氧化物来源 自然过程 固氮菌、雷电等，每年约生成5×108t； 人类活动(5×107t/a) 燃料燃烧占90％以上 化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理等 95％为NO，其余主要为NO2 由于在环境中NO最终将转化为NO2，因此，估算氮氧化物的排放时都按计算NO2。 第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 燃烧过程中形成的分为三类： 燃料型NOx（Fuel NOx） 燃料中固定氮生成的NOx 热力型NOx（Thermal NOx） 高温下N2与O2反应生成的NOx 瞬时NO（Prompt NOx） 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO 1、热力型NOx形成的热力学 在高温下产生NO和NO2的两个重要反应 上述反应为可逆反应，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 平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级 NO和NO2之间的转化 低温有利于NO2的生成 NO生成量与温度的关系 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 烟气冷却对NO与NO2平衡的影响 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 高温下形成的氮氧化物将以形式NO排入大气环境； NO转化为NO2的氧化反应将主要发生在大气中，所需时间由反应动力学支配。 2、热力型NOx形成的热力学—Zeldovich模型 主要反应式 上述第2、3式NO生成的总速率 应用化学动力学基本理论，上述第2式生成NO的净速率： 假定N原子的浓度保持不变 则： 即： 其中： 假定O原子的浓度保持不变 得到： 假设后燃烧区为常温区，积分得NO的形成分数与时间t之间的关系： 各种温度下形成NO的浓度－时间分布曲线 3、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： 低温火焰中形成的NO多数为瞬时NO 在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2／O2＝40：1) 4、燃烧型NOx的形成 燃料中的N多为以C—N键存在的有机化合物。理论上讲，氮气分子中的N≡N键能比有机化合物中的C—N键能大得多，燃烧时C—N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内NO/O2的比例 燃料中20％～80％的氮转化为NOx 燃料中的氮化物氧化成NO是快速的 燃烧区