第九章固定源氮氧化物污染控制2011

上節(jié)主要內(nèi)容回顧脫硫的方法可分為

和

兩類。按照脫硫劑是否以溶液狀態(tài)進行脫硫而分為和

。以下各種脫硫工藝中

工藝占絕對優(yōu)勢。A.濕法回收B.濕法拋棄C.干法拋棄D.干法回收綜合考慮技術成熟度和費用因素，廣泛采用的煙氣脫硫技術是

工藝。石灰石脫硫系統(tǒng)中最關鍵的反應是

。石灰石系統(tǒng)與石灰系統(tǒng)一個極為重要的區(qū)別是什么？這兩個系統(tǒng)運行最佳的pH為多少？傳統(tǒng)石灰石/石灰法的工藝流程是什么？加入己二酸到石灰石脫硫系統(tǒng)中，可以大大提高石灰石的利用率。（）加入硫酸鎂的石灰石濕法煙氣脫硫有哪些好處？從脫硫劑利用率來看，濕法脫硫劑利用>濕干法>干法。（）通常濕法工藝的鈣硫比比干法小。（）一般情況下濕法工藝的脫硫率比干法和半干法要高。（）大部分煙氣脫硫工藝都采用

作為脫硫劑，原因是其儲量豐富、價格低廉，脫硫產(chǎn)物穩(wěn)定。LOGO大氣污染控制工程第九章固定源氮氧化物污染控制主講人：楊毅紅1.氮氧化物的性質及來源2.燃燒過程中氮氧化物的形成機理3.低氮氧化物燃燒技術4.煙氣脫硝技術內(nèi)容提要學習要求1.了解NOx的來源2.理解熱力型氮氧化物形成機理3.理解低氮氧化物燃燒技術的原理和方法4.掌握SCR脫硝技術原理特點、了解其他煙氣脫硝技術的原理和特點第一節(jié)氮氧化物的性質及來源NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大氣中NOx主要以NO、NO2的形式存在NOx的性質N2O：單個分子的溫室效應為CO2的200倍，并參與臭氧層的破壞NO：大氣中NO2的前體物質，形成光化學煙霧的活躍組分了解氮氧化物的性質及來源NOx的性質（續(xù)）NO2:強烈刺激性，來源于NO的氧化，酸沉降NOx的來源固氮菌、雷電等自然過程（5×108t/a）人類活動（5×107t/a）燃料燃燒占90％95％以NO形式，其余主要為NO2氮氧化物的來源氮氧化物的來源P379表9-1根據(jù)美國2007年統(tǒng)計，人類活動排放的NOx約57.1%來自交通運輸，約35.2%來自固定燃燒源，5.3%來自工業(yè)過程，約2.4%來自其他源。2005年我國NOx排放總量為1.94×107t，電力部門排放8.24×106t，其中燃煤電廠貢獻率達到97%；工業(yè)鍋爐排放3.47×106t，燃煤鍋爐占84%；民用部門排放1.0×106t，生物質和煤炭各占一半左右；交通部門排放4.76×106t，88%來自柴油發(fā)動機；工業(yè)過程排放1.92×106t。氮氧化物的來源燃燒過程NOx的形成機理形成機理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx高溫下N2與O2反應生成的NOx/programs/view/C_pJsLjVpYU/瞬時NO低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO理解NOx的形成機理熱力型NOx的形成產(chǎn)生NO和NO2的兩個重要反應上述反應的化學平衡受溫度和反應物化學組成的影響平衡時NO濃度隨溫度升高迅速增加熱力型NOx的形成平衡常數(shù)和平衡濃度熱力型NOx的形成平衡常數(shù)和平衡濃度熱力型NOx的形成上述數(shù)據(jù)說明：室溫條件下，幾乎沒有NO和NO2生成，并且所有的NO都轉化為NO2800K左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過NO2常規(guī)燃燒溫度（>1500K)下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很小理解煙氣冷卻對NO和NO2平衡的影響冷卻后，燃燒煙氣中大約90~95%的NOx仍然以NO的形式存在。因此高溫下形成的氮氧化物將以NO形式排入大氣環(huán)境。NO轉化為NO2的氧化反應主要發(fā)生在大氣中。理解瞬時NOx的形成碳氫化合物燃燒時，分解成CH、CH2和C2等基團，與N2發(fā)生如下反應

火焰中存在大量O、OH基團，與上述產(chǎn)物反應燃料型NOx的形成燃料中的N通常以原子狀態(tài)與HC結合，C—N鍵的鍵能較NN小，燃燒時容易分解，經(jīng)氧化形成NOx火焰中燃料氮轉化為NO的比例取決于火焰區(qū)NO/O2的比例燃料中20-80％的氮轉化為NOFuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslowNOx的形成NOx的形成課內(nèi)討論：根據(jù)氮氧化物的形成機理，試提出控制氮氧化物排放的幾點思路。低NOx燃燒技術原理控制NOx形成的因素空氣－燃料比燃燒區(qū)溫度及其分布后燃燒區(qū)的冷卻程度燃燒器形狀理解低NOx燃燒技術傳統(tǒng)低NOx燃燒技術1.低氧燃燒降低NOx的同時提高鍋爐熱效率CO、HC、碳黑產(chǎn)生量增加，燃燒效率降理解傳統(tǒng)低NOx燃燒技術2.降低助燃空氣預熱溫度燃燒空氣由27oC預熱到315oC，NO排放量增加3倍。減少熱力型的NOx生成；不宜燃煤、燃油鍋爐，宜燃氣鍋爐。傳統(tǒng)低NOx燃燒技術3.煙氣循環(huán)燃燒降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度－主要減少熱力型NOx傳統(tǒng)低NOx燃燒技術4.兩段燃燒技術第一段：氧氣不足，煙氣溫度低，NOx生成量很小第二段：二次空氣，CO、HC完全燃燒，煙氣溫度低先進的低NOx燃燒技術原理：低空氣過剩系數(shù)運行技術＋分段燃燒技術1.爐膛內(nèi)整體空氣分級的低NOx直流燃燒器爐壁設置助燃空氣（OFA，燃盡風）噴嘴類似于兩段燃燒技術理解先進的低NOx燃燒技術2.空氣分級的低NOx旋流燃燒器一次火焰區(qū)：富燃，含氮組分析出但難以轉化二次火焰區(qū)：燃盡CO、HC等先進的低NOx燃燒技術3.空氣/燃料分級的低NOx燃燒器空氣和燃料均分級送入爐膛一次火焰區(qū)下游形成低氧還原區(qū)，還原已生成的NOx煙氣脫硝技術脫硝技術的難點處理煙氣體積大NOx濃度相當?shù)蚇Ox的總量相對較大煙氣脫硝技術大氣煙塵、酸雨、溫室效應和臭氧層的破壞已成為危害人類生存的四大殺手；燃煤煙氣中所含的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等有害物質是造成大氣污染、酸雨和溫室效應的主要根源；我國已經(jīng)開展了大規(guī)模的煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝還未大規(guī)模開展；/20111111/112933.shtml資料表明：如果不繼續(xù)加強對煙氣中氮氧化物的治理，氮氧化物的總量及其在大氣污染物中所占的比重都將上升，并有可能取代二氧化硫成為大氣中的主要污染物。煙氣脫硝技術國家環(huán)?？偩?004年經(jīng)修改后發(fā)布的火電廠大氣污染排放標準(GB13223—2004)對火電廠NOx的排放已做出限制規(guī)定明確提出新建火電站除滿足現(xiàn)行排放標準外還須預留煙氣脫除氮氧化物裝置的空間。相應的排污費征收標準管理辦法從2004年7月1日起執(zhí)行，每當量氮氧化物征收排污費0.6元(原來是不收)煙氣脫硝技術廢氣脫硝是目前發(fā)達國家普遍采用的減少NOx排放的方法

選擇性催化還原法（Selectivecatalyticreduction,SCR）選擇性非催化還原法（Selectivenon-catalyticreduction,SNCR）SCR的發(fā)明權屬于美國，日本率先于20世紀70年代實現(xiàn)商業(yè)化應用日本93%以上廢氣脫硝采用SCR，運行裝置超過300套；德國20世紀80年代引進，并規(guī)定發(fā)電量50MW以上的電廠都配備SCR；臺灣有100套以上的SCR裝置在運行；大慶石化、川化集團、北京燕山石化、福建漳州電廠也引進SCR裝置上節(jié)主要內(nèi)容回顧大氣中NOx的來源主要有哪些？燃燒過程中形成的NOx分為

、

和

三類。染料燃燒煙氣中形成氮氧化物主要是以

形式存在？A.N2OB.NOC.NO2D.N2O3當燃燒溫度較高時（>1200℃），氮氧化物形成是以類型為主?？刂芅Ox排放的技術措施可以分為哪兩類？影響燃燒過程中NOx生成的主要因素是

、

后燃燒區(qū)的冷卻程度和燃燒器的形狀設計等。煙氣脫硝技術1.選擇性催化還原法（SCR）在催化劑作用下，向溫度為280℃～420℃的煙氣中噴入氨，將NO還原成N2和H2O催化劑：貴金屬、堿性金屬氧化物還原反應潛在氧化反應由于該反應沒有其他副產(chǎn)物產(chǎn)生，并且裝置結構簡單，因此適合處理大量煙氣理解煙氣脫硝技術1.選擇性催化還原法（SCR）請思考：脫硫、脫硝和除塵裝置流程布置之間的關系？煙氣脫硝技術1.選擇性催化還原法（SCR）

煙氣SCR脫硝法采用催化劑促進氨與還原反應。若使用鈦和鐵氧化物類催化劑，其反應溫度為300℃至400℃，當采用活性焦炭時，其反應溫度為100℃至150℃。反應器在鍋爐尾部煙道的位置，有三種方案:(1)在空氣預熱器前350攝氏度位置（高粉塵SCR）.(2)在靜電除塵器和空氣預熱器之間（低粉塵SCR）(3)布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后（尾部SCR）理解鍋爐靜電除塵器SCR反應器空氣預熱器NH3儲罐蒸發(fā)器去濕法煙氣脫硫系統(tǒng)NH3空氣NH3NH3+空氣SCR反應器置于空氣預熱器前的高塵煙氣中SCR反應器置于靜電除塵器與FGD之間鍋爐靜電除塵器SCR反應器空氣預熱器NH3儲罐蒸發(fā)器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣去煙囪空氣SCR反應器布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后鍋爐靜電除塵器SCR反應器空氣預熱器NH3儲罐蒸發(fā)器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣氣/氣加熱器去煙囪空氣氣/油燃燒器或蒸汽換熱器SCR煙氣脫硝工藝的影響因素/運行控制1、催化劑的活性催化劑是SCR技術的核心，其形狀一般為板式或蜂窩式；催化劑主要成分為V2O5/TiO2；催化劑壽命化學失活：堿金屬（Na、K、Ca）和重金屬（As、Pt、Pb）引起中毒物理失活：高溫燒結、磨損、固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑破壞了解SCR煙氣脫硝工藝的影響因素/運行控制2、反應溫度不同的催化劑具有不同的反應溫度范圍當反應溫度低于催化劑適用溫度范圍下限：發(fā)生副反應，NH3與SO3和H2O反應生成(NH4)2SO4或NH4HSO4當反應溫度高于催化劑適用溫度范圍上限：催化劑通道和微孔發(fā)生變形，失活根據(jù)催化劑的適用溫度范圍，SCR工藝可分為：高溫工藝（345~590℃）、中溫工藝（260~450℃）、和低溫工藝（150~280℃）SCR煙氣脫硝工藝的影響因素/運行控制3、氨的輸入量與混合還原劑NH3的用量根據(jù)期望達到的脫硝效率，通過設定NH3和NOx的摩爾比來控制；理論上，1mol的NO需要1mol的NH3；催化劑活性不同，達到相同轉化率所需NH3/NOX摩爾比不同NH3與廢氣的混合程度也十分重要；4、NOx的在線監(jiān)測噴氨量及NOx排放濃度均根據(jù)NOx在線監(jiān)測儀表的指示值來控制催化劑失活和煙氣中殘留的氨是與SCR工藝操作相關的兩個關鍵因素。SCR工業(yè)應用

工業(yè)鍋爐、燃氣、燃油鍋爐、柴油機、垃圾焚燒爐、工業(yè)窯爐、化工廠等煙氣脫硝處理中都得到成功的應用煙氣脫硝技術2.選擇性非催化還原法（SNCR）尿素或氨基化合物作為還原劑，較高反應溫度(930~1090℃)化學反應同樣，需要控制溫度避免潛在氧化反應發(fā)生商業(yè)化的SNCR系統(tǒng)的還原劑利用率：20%-60%。為SCR的3-4倍；NO還原率較低：30%-60%。優(yōu)勢：易于安裝。一個典型電廠SNCR系統(tǒng)可在八周內(nèi)完成安裝。煙氣脫硝技術3.吸收法堿液吸收必須首先將一半以上的NO氧化為NOxNO/NO2＝1效果最佳煙氣脫