氮氧化物的生成機(jī)理及防治措施

關(guān)于氮氧化物的生成機(jī)理及防治措施第1頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)氮氧化物的性質(zhì)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(zhì)N2O：單個分子的溫室效應(yīng)為CO2的200倍，并參與臭氧層的破壞NO：大氣中NO2的前體物質(zhì)，形成光化學(xué)煙霧的活躍組分第2頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三氮氧化物的性質(zhì)及來源NOx的性質(zhì)（續(xù)）NO2:強(qiáng)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第3頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三燃燒過程N(yùn)Ox的形成機(jī)理形成機(jī)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(yīng)生成的NOx瞬時NO低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO第4頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三NOx的形成機(jī)理熱力型NOx的形成產(chǎn)生NO和NO2的兩個重要反應(yīng)上述反應(yīng)的化學(xué)平衡受溫度和反應(yīng)物化學(xué)組成的影響平衡時NO濃度隨溫度升高迅速增加第5頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成室溫條件下，幾乎沒有NO和NO2生成，并且所有的NO都轉(zhuǎn)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量仍然很小第6頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成煙氣冷卻過程中，根據(jù)熱力學(xué)計算，NOx應(yīng)主要以NO2的形式存在，但實(shí)際90％～95％的NOx以NO的形式存在，主要原因在于動力學(xué)控制第7頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成熱力型NOx形成的動力學(xué)——Zeldovich模型NO生成的總速率第8頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成假定N原子的濃度保持不變得到代入（6）式得第9頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成假定O原子的濃度保持不變最終得第10頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三熱力型NOx的形成積分得NO的形成分?jǐn)?shù)與時間t之間的關(guān)系Y=[NO]/[NO]e00.511.52.0Mt1.00.5第11頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三瞬時NO的形成碳?xì)浠衔锶紵龝r，分解成CH、CH2和C2等基團(tuán)，與N2發(fā)生如下反應(yīng)

火焰中存在大量O、OH基團(tuán)，與上述產(chǎn)物反應(yīng)第12頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三燃料中的N通常以原子狀態(tài)與HC結(jié)合，C—N鍵的鍵能較N≡N小，燃燒時容易分解，經(jīng)氧化形成NOx火焰中燃料氮轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為NOx燃料型NOx的形成FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow第13頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三NOx的形成第14頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三NOx的形成第15頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三低NOx燃燒技術(shù)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第16頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三低NOx燃燒技術(shù)傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)1.低氧燃燒降低NOx的同時提高鍋爐熱效率CO、HC、碳黑產(chǎn)生量增加第17頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)2.降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27oC預(yù)熱到315oC，NO排放量增加3倍第18頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)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第19頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三傳統(tǒng)低NOx燃燒技術(shù)4.兩段燃燒技術(shù)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，煙氣溫度低第20頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)原理：低空氣過剩系數(shù)運(yùn)行技術(shù)＋分段燃燒技術(shù)1.爐膛內(nèi)整體空氣分級的低NOx直流燃燒器爐壁設(shè)置助燃空氣（OFA，燃盡風(fēng)）噴嘴類似于兩段燃燒技術(shù)第21頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)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(zhuǎn)化二次火焰區(qū)：燃盡CO、HC等第22頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三先進(jìn)的低NOx燃燒技術(shù)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第23頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)的難點(diǎn)處理煙氣體積大NOx濃度相當(dāng)?shù)蚇Ox的總量相對較大第24頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)1.選擇性催化還原法（SCR）催化劑：貴金屬、堿性金屬氧化物還原反應(yīng)潛在氧化反應(yīng)第25頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)1.選擇性催化還原法（SCR）第26頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)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(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)同樣，需要控制溫度避免潛在氧化反應(yīng)發(fā)生第27頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)2.選擇性非催化還原法（SNCR）第28頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三煙氣脫硝技術(shù)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效果最佳第29頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三