大气污染控制工程第七章ppt课件.ppt

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1、第七章固定源氮氧化物污染控制第一节氮氧化物性质及来源NOx主要包括：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4和N2O5，大气中主要是以NO、NO2形式存在，但N2O对全球气候变暖有影响，且参与臭氧层破坏，因而人们开始关心N2O的控制。NO无色气体，对人体健康的生物毒性并不显著，它是大气中NO2的前体物，也是形成光化学烟雾的活跃组分。因此，控制NO是大气污染控制的一项重要任务。NO2为红棕色有窒息性臭味的活泼气体，具有强烈刺激性，主要来源于大气中NO的氧化。大气中NOx的来源：自然界中固氮菌、雷电等自然产生；人类活动排放主要集中于城市、工业区等人口稠密地区，由燃料高温燃烧产生的占90％以

2、上，其次是化工生产中的硝酸生产、消化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理。从燃烧系统中排出的氮氧化物95％以上是NO，其余主要为NO2。1999年美国统计，约55.5%的NOx来源于交通运输，约39.5％来自固定燃烧源，3.7%来自工业过程，约1.3%来自其他源。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NOx分为三类。一类为由燃料中固定氮生成的NOx，称为燃料型NOx(fuelNOx)；二类NOx由大气中氮生成，主要产生于原子氧和氮之间的化学反应，这种NOx只在高温下形成，所以称为热力型NOx(thermalNOx)；第三类，在低温火焰中由于含碳自由基的存在还会生成NO，通常称为

3、瞬时NO(promptNO)。一、热力型NOx形成的热力学1、NO生成量与温度的关系N2＋O2＝2NONO＋0.5O2=NO2温度和反应物化学组成影响它们的平衡。当温度<1000K时，NO分压很低，即NO的平衡常数非常小；在温度>1000K，将会形成可观的NO。O2和N2生成NO的平衡常数N2＋O2＝2NOT/KKpKp=(pNO)2/(PO2)(PN2)30010-3010007.5×10-912002.8×10-715001.1×10-520004.0×10-425003.5×10-32、NO与NO2之间的转化NO+0.5O2=NO2T/KKpKp=(pNO2)/(pNO)(pO2

4、)0.53001065001.2×10210001.1×10-115001.1×10-220003.5×10-3可见，Kp随温度升高而减小，因此低温有利于NO2形成。在高温NO2分解为NO，温度>1000K时，NO2生成量比NO低得多。这些热力学数据说明：在室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有NO转化为NO2；在800K左右，NO和NO2生成量仍然微不足道，但NO得生成量已经超过NO2；在常规得燃烧温度(>1500K)，有可观量得NO生成，然而NO2得量仍然是微不足道。3、烟气冷却对NO和NO2平衡得影响大部分燃烧过程排出的尾气中大约90%-95%的NOx仍然以NO形式存在，

5、并排放到大气环境中。在低温下将氧化为NO2，而不是分解为N2和O2，因为分解反应具有较高反应的活化能。二、热力型NOx形成的动力学－泽利多维奇(Zeldovich）模型O2＋M→2O＋MO＋N2→NO＋NN＋O2→NO＋O温度20002200240026002800lgKp(O2=2O)-6.356-5.142-4.130-3.272-2.536lgKp(N2=2N)-18.092-15.810-13.908-12.298-10.914应当指出O2分解的平衡常数是非常小的，即使在火焰区温度下，氧原子浓度也非常低；N2分解的平衡常数更小，氮原子浓度实际上可以忽略。形成NO的净速率：NO的

6、总速率：假定N原子以稳定的浓度存在在稳定状态下这是燃烧过程中由空气中氮形成NO的速率方程式的一种可能表达形式。各种温度下形成NO的浓度－时间分布曲线三、瞬时NO的形成燃料中的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：CH+N2=HCN+N反应生成的原子N再与O2反应，增加了NO的生成量；部分HCN与O2反应生成NO，部分HCN与NO反应生成N2。目前没有任何简化的模型可以预测这种机理生成的NO的量。低温生成的NO称为瞬时NO。三、瞬时NO的形成在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：CH+N2=HCN+N反应生成的原子N通过与O2反应，增加了NO的生成量；部分HCN与O2

7、反应生成NO，部分HCN与NO反应生成N2。目前还没有任何简化的模型可以预测这种机理生成NO的量，但是在低温火焰中生成NO的量明显高于根据泽利多维奇模型预测的结果。通常将这种机理形成的NO称为瞬时NO。可以相信低温火焰中形成的NO多数为瞬时NO。四、燃料型NOx的形成近来研究表明，燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量NOx。燃料中氮的形态多为以C－N键存在的有机化合物，理论上N－N的键能比C－N的键能大得多，因此氧倾向于首先破坏C—N键。化石燃料