固定源氮氧化物污染控制.ppt

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1、第八章固定源氮氧化物污染控制8.1NOx的性质和来源8.2燃烧过程中NOx的形成机理8.3低NOx燃烧技术8.4烟气脱硝技术8.5美国NOx的控制历程OUTLINENOx的性质NOx的来源及污染8.1NOx的性质和来源NOx的性质NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5，大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在。造成大气污染的主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。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，

2、形成光化学烟雾的活跃组分NOx的来源及污染自然过程固氮菌、雷电等，5×108t/a人类活动5×107t/a，95％以NO形式，其余主要为NO2燃料燃烧占90％，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。北京近郊区1999年各类污染源NOx排放总量及对总排放量的贡献一些大城市对空气中NOx含量的测定不同浓度的NO2对人体健康的影响热力型NOx的形成瞬时NO的形成燃料型NOx的形成8.2燃烧过程中NOx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(fue

3、lNOx)；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，通常称为瞬时NO(promptNO)。热力型NOx的形成热力学动力学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。热力学O2和N2生成NO的平衡常数N2＋O2＝2NOT

4、/KKpKp=(pNO)2/(PO2)(PN2)30010-3010007.5×10-912002.8×10-715001.1×10-520004.0×10-425003.5×10-32.NO生成量与初始浓度的关系3.NO与NO2之间的转化这些热力学数据说明：在室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且几乎所有NO转化为NO2；在800K左右，NO和NO2生成量仍然微不足道，但NO的生成量已经超过NO2；在常规的燃烧温度(>1500K)，有可观量的NO生成，然而NO2的量仍然是微不足道。4.烟气冷却对NO和NO2平衡的影

5、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，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。NO/NOxRatioboilervehiclesnaturegas0.9-1.0internalcomb.engine0.99-1.0coal0.95-1.06#fueloil0.96-1.0dieselengine0.77-1.0Zeldovich(捷里多维奇)模型燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个连锁反应。其生成机理可用捷

6、里多维奇(Zeldovich)反应式表示。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500oC时,NO的生成量很少,而当T>1500oC时,T每增加100oC,反应速率增大6-7倍。动力学在高温下总生成式为其中，Kp，NO为反应（1）的平衡常数NO生成的总速率：假定N原子的浓度保持不变得到且上述二式代入（6）式得通常假定O原子的浓度等于下述反应在热烟气中的平衡值。平衡常数为因此：由式最终得dt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各种温度下形成N

7、O的浓度－时间分布曲线在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2/O2＝40:1)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。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，从理论上讲，N2分子中氮氮键能比有机化合物中C-N的键能大得多，因此氧倾向于首先破坏C

8、-N键。化石燃烧的氮含量差别很大。石油中含氮量平均为0.65％(重量），而大多数煤的含氮量为1％－2％。当燃用含氮燃烧时，含氮化合物在进入燃烧区之前，很可能产生某些离解。因此，在生成NO之前将会出现低分子量的氮化物或一些自由基（NH2、HCN、CN、NH3等）。燃料型NOx的形成燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图