《2011第四章固定源氮氧化物污染控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011第四章固定源氮氧化物污染控制（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 固定源氮氧化物污染控制 第一节 氮氧化物的性质及来源 n n NOxNOx包括包括N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 大气 中NOx主要以NO NO2的形式存在 nN2O 温室效应为CO2的200倍 并参与臭氧层 的破坏 nNO 大气中NO2的前体物质 形成光化学烟雾 的活跃组分 nNO2 强烈刺激性 来源于NO的氧化 酸沉降 NOx的来源 n固氮菌 雷电等自然过程 5 108t a n人类活动 5 107t a n燃料燃烧占 90 n95 以NO形式 其余主要为NO2 氮氧化物的分类 n燃料型NOx 燃料中的固定氮 n瞬时NOx 低温火焰下由于含碳自由基形成的 NOx
2、 n热力型NOx 高温下N2与O2反应生成的NOx 热力型NOx的形成机理 n热力型NOx的形成 产生NO和NO2的两个重要反应 上述反应的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 热力型NOx的形成 平衡常数和平衡浓度 热力型NOx的形成 平衡常数和平衡浓度 热力型NOx的形成 n室温下 几乎没有NO和NO2生成 n800K左右 NO与NO2生成量仍然很小 n常规燃烧温度 1500K 下 有可观的NO生成 n烟气冷却过程中 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的形式存在 主要原因 在于动力学控制 NO NOx Ra
3、tio boilervehicles nature gas0 9 1 0 internal comb engine 0 99 1 0 coal0 95 1 0 6 fuel oil0 96 1 0 diesel engine0 77 1 0 瞬时NOx的形成 n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 b 火焰中存在大量O OH基团 与上述产物反应 燃料型NOx的形成 n燃料中的N通常以原子状态与HC结合 经氧化形成 NOx Fuel NHCN N2 NO NHi i 0 1 2 O H OH fast O H OH fast O H OH fast NHi sl
4、ow NHi NO slow NOx的形成 第二节 中国NOX排放现状及控制 2005年 自然 杂志公布卫星遥感测得数据 称中国 北京及东北部是世界上二氧化氮污染最严重的地方 欧洲 航天局 ESA 据此发布新闻 龙的呼吸 根据中国上 空对流层二氧化氮的增加 揭露经济增长对中国空气质量 的冲击 中国氮氧化物排放 目前 在北京 广州 珠三角 香港等地 氮氧化物的 浓度已经超过二氧化硫 中国的酸雨正朝硫酸与硝酸混合 型酸雨变化 日本根据341个观测点的平均数据进行统计发现 在1985 年到1999年间 其臭氧浓度也在持续上升 日本有报道 说 这一变化的原因源于中国的排放量不断增长 中国氮氧化物排放趋
5、势 年均增长约10 n80年代 500万吨 n90年达到850万吨 n2005年 大约1900万吨 n2009年 大约2300万吨 n如果不加严格控制 2020年 大约增加到3000万吨 到 2030年是3500万吨 增长趋势非常明显 中国氮氧化物排放分析 n氮氧化物排放最大的是火电行业 占到38 左右 主要在 内蒙 山西 山东 河南 江苏 辽宁 陕西这几个省 占了全国大约三分之二 n第二大就是交通运输 就是机动车等等的排放 也超过 30 最主要的还是重型货车和大型客车排放 小型客车 由于控制措施比较到位 现在排放量占的比例不是很大 n火电行业与交通运输两方面加起来 占三分之二左右 中国NOX
6、排放控制现状 中国在氮氧化物控制方面起步还比较晚 国家年 度环境公报未包括氮氧化物的排放数据 缺乏对全国氮氧化物排放状况 环境影响及控制 对策的系统研究 控制NOx污染应成为中国环境保护的重要部分 应尽快制定中国NOx排放的控制策略 应同步控制固定源与流动源的NOx排放 n火电厂 n 排放量大 排气集中有利于采取控制措施 n 已有成熟的商业化控制技术 n 解决我国区域酸雨污染问题的关键之一 n 对地区烟霾的形成有重要贡献 n机动车 n 保有量增长迅速 尤其大城市 n 排气高度低 地形影响大 n 对大城市局地空气污染的贡献大 NOx排放概况 燃煤电厂 图1 我国氮氧化物排放总量不断增加 火电厂排
7、放SO2和NOx占排放总量的比 例超过50 成为治理的关键 控制NOx排放的技术措施 n源头控制 通过各种技术手段 控制燃烧过程中NOx 的生成 低NOx燃烧技术是应用最为广泛的措施 柴油车EGR系统 n末端治理 通过某种技术手段将已经生成的NOx还原 为N2 从而降低NOx的排放 n为了满足严格的排放标准的要求 一般的技术路线是 低NOx燃烧技术 排放后处理 NOx排放控制技术 改进燃烧方式降低NOx排放有限 结合脱硝技术成为首选途径 寻找更为经济有效 符合国情的脱硫脱硝一体化技术成为重中之重 脱硫脱硝脱硫脱硝 一体化一体化 第三节 低NOx燃烧技术原理 n控制NOx形成的因素 n空气 燃料
8、比 n燃烧区温度及其分布 n后燃烧区的冷却程度 n燃烧器形状 1 低氧燃烧 n采用低空气过剩系数运行 降低NOx的同时提高锅炉热效 率 nCO HC 碳黑产生量增加 2 降低助燃空气预热温度 n利用烟气的废热预热进入燃烧器的空气 有助于提高 火焰温度和节约能源 但是NO排放量增加 n燃烧空气由27oC预热到315oC NO排放量增加3倍 3 烟气循环燃烧 n烟气循环燃烧法 冷却后的部分烟气循环送回燃烧区 降低氧浓度和燃烧区温度 主要减少热力型NOx 4 两段燃烧技术 n第一段 氧气不足 烟气温度低 NOx生成量很小 n第二段 二次空气 CO HC完全燃 烧 烟气温度低 先进的低NOx燃烧技术
9、n原理 低空气过剩系数运行技术 分段燃烧技术 n特征 助燃空气分级加入 降低火焰温度峰值 n燃料分级加入 使部分已经生成的NOx还原 第四节 烟气脱硝技术 n脱硝技术的难点 n处理烟气体积大 nNOx浓度相当低 nNOx的总量相对较大 1 吸收法 n碱液吸收 NO NO2 1效果最佳 必须先将 50 的NO氧化为NO2 n强硫酸吸收 2 吸附法 吸附剂 活性炭 分子筛 硅胶 含氨泥煤 NOx和SO2联合控制技术 吸附剂 浸渍碳酸钠的吸附剂 浸渍碳酸钠的 Al Al 2 2 OO 3 3 反应式反应式 再生 天然气 再生 天然气 COCO 3 选择性非催化还原法 SNCR n尿素和氨基化合物作为
10、还原剂 较高反应温度 n化学反应 n同样 需要控制温度避免潜在氧化反应发生 4 选择性催化还原法 SCR n催化剂 贵金属 碱性金属氧化物 n还原反应 n潜在氧化反应 空预器除尘器 脱硫脱硝工艺 湿式石灰石 石膏烟气脱硫 Wet Flue Gas Desulfurization WFGD 和选择性催化还原 Selective Catalytic Reduction SCR 脱硫脱硝基本工艺介绍 NH3 SCR原理 4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H2O 2SO2 O2 2SO3 NH3 SO3 H2O NH4HSO4 2NH3 SO3 H2O NH4 2SO4
11、Side Reaction 4NH4NH 3 3 4NO O 4NO O 2 2 4N 4N 2 2 6H 6H 2 2 OO 4NH4NH 3 3 2NO 2NO 2 2 O O 2 2 3N 3N 2 2 6H 6H 2 2 OO NH3 SCR NH3 SCR原理的工作温度 催化活性高 300 400 的温度范围 内NOx的净化率可达80 以上 良好的抗硫性能 技术成熟 初期投资高 催化剂的成本占脱 硝工程总成本的30 40 氨的逃逸 对SO2氧化的抑制 优点 缺点 NH3 SCR技术特点 挤出型V W Ti催化剂 烟气脱硝基本方法 SCR技术是燃煤烟气脱硝的首选技术 适用性及特点特点N
12、Ox脱除率投资费 用 SCR 适合排气量大 连续 排放源 二次污染小 净化效率高 技术成熟 设备 投资高 关键技术含量高 80 90 高 SNCR 适合排气量大 连续 排放源 不用催化剂 设备 和运行费用少 NH3用 量大 二次污染 难以保证反应温度和 停留时间 30 60 较低 液体吸收 法 处理烟气量很 小的情况下可 取 工艺设备简单 投资少 收效显著 有 些方法能回收NOx 效率低 副产物不易 处理 目前常用的方法不适于处理燃煤电 厂烟气 效率低较低 微生物法适用范围较 大 工艺设备简单 能耗及处理费用低 效 率高 无二次污染 微生物环境条件难以 控制 仍处于研究阶段 80 低 活性炭 吸附法 排气量不大 同时脱硫脱硝 回收NOx和SO2 运行费 用低 吸收剂用量多 设备庞 大 一次 脱硫脱硝率低 再生频繁 80 90 高 等离子体 法 适用范围较 大 同时脱硫脱硝 无二次污染 运行费用高 关键设备 技术含量高 不易掌握 85 高 作业 n简要分析NOx排放对环境可能产生的影响 n如何控制燃烧过程引起的NOX污染 n简述对固定源氮氧化物 硫氧化物污染控 制与治理的异同
