[文学]氮氧化物污染控制.ppt

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[文学]氮氧化物污染控制

氮氧化物污染控制 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 第一节 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 氮氧化物的来源 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 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 热力型NOx 的形成 平衡常数和平衡浓度 热力型NOx 的形成 平衡常数和平衡浓度 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 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 热力型NOx 的形成 热力型NOx形成的动力学——Zeldovich(Я.Б.Зельдович)模型 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 热力型NOx 的形成 假定O原子的浓度保持不变 最终得 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 热力型NOx 的形成 热力型NOx 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 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 NOx 的形成 NOx 的形成 低NOx 燃烧技术原理 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 传统低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 传统低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 传统低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 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 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 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 先进的低NOx 燃烧技术 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 1. 选择性催化还原法(SCR) 烟气脱硝技术 1. 选择性催化还原法(SCR) 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 2. 选择性非催化还原法(SNCR) 烟气脱硝技术 2. 选择性非催化还原法(SNCR) 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) 浓硫酸吸收 稀硫酸吸收(物理吸

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