固定源氮氧化物的污染控制

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1、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

2、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（FuelNOx）燃料中固定氮生成的NOx热力型NOx（ThermalNOx）高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NO（PromptNOx）低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的N

3、O1、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

4、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

5、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是快速的燃烧区附近的NO实际浓度显著超过计算的量，原因在于使NO量减少到平衡浓度的下列反应都较缓慢。FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowN

6、Hi,NOslow燃料N燃烧过程示意图含N燃料形成NO的反应动力学至今仍不清楚，已提出的理论包括：运用CN作为中间物当键破坏时释放出原子态氮部分平衡机理第三节低氮氧化物燃烧技术影响燃烧过程中NOx生成的主要因素燃烧温度烟气在高温区的停留时间烟气中各种组分的浓度混合程度控制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空气过剩系数运行技术降低NOx的同时减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增多，飞灰中可燃物质也可增加，从而使燃烧效率下降1、传统的低NOx燃烧技术降低助燃空气预热温度当燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍；降

7、低助燃空气预热温度可降低火焰区的温度峰值，从而减少热力型NOx的生成量。烟气循环燃烧采用燃烧产生的部分烟气冷却后，在循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少NO生成量的目的－主要减少热力型NOx；两段燃烧技术燃料在接近理论空气量下燃烧第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小第二段：通入二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低在低空气过剩系数下，不利的燃料—空气分布可能出现，这将导致CO和粉尘排放