大气污染控制工程2010-第10讲氮氧化物的污染控制.ppt

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1、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21.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3NOx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

2、余主要为NO2氮氧化物的性质及来源4氮氧化物的来源5氮氧化物的来源6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NO7NOx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8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9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10热力型NOx的形成上述数据说明：室温条件下，几乎没有NO和N

3、O2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量仍然很小燃烧过程NOx的形成机理11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/NOxRatioboilervehiclesnaturegas0.9～1.0internalcomb.engine0.99～1.0coal0.95～1.06#fueloil0.96～1.0dieselengine0.77～1.0

4、燃烧过程NOx的形成机理12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13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14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15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Y=[NO]/[NO]e00.511.52.0Mt1.00.5燃烧过程NOx的形成机理16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17热力型NOx的形成在各种温度下NO浓度随时间的变化曲

5、线(N2／O2＝40：1)燃烧过程NOx的形成机理18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19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FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow燃烧过程NOx的形成机理20燃料型

6、NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理21NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理22NOx的形成燃烧过程NOx的形成机理23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24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252.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263.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274.两段燃烧技术第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小第二段：二次空气，C

7、O、HC完全燃烧，烟气温度低低NOx燃烧技术28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29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30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