NOx的產(chǎn)生機(jī)理及排放控制技術(shù)ppt課件

1、NOx的產(chǎn)活力理及排放控制技術(shù)清華大學(xué)煤清潔熄滅技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)煤清潔熄滅國家工程研討中心姚強(qiáng)教授根本內(nèi)容目錄NOx的危害及目前排放情況氮氧化物的產(chǎn)活力理煤的熄滅方式對(duì)排放的影響和降低排放的主要措施低NOx熄滅技術(shù)煙氣處置降低NOx排放技術(shù)NOx的危害性及排放情況(一)氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫熄滅時(shí)產(chǎn)生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和氧化二氮(N2O)。還有NxOy氮氧化物的危害性表如今：對(duì)人體安康的直接危害。參與構(gòu)成光化學(xué)煙霧，構(gòu)成酸雨，呵斥環(huán)境污染。氧化二氮是一種溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層。 NOx的危害性及排放情況(二)光化學(xué)反響使NO2分解為NO和O3，大氣中臭氧

2、對(duì)人體安康非常有害。光化學(xué)煙霧中對(duì)植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超越0.1ppm時(shí)便對(duì)植物產(chǎn)生危害。NO2濃度達(dá)1ppm時(shí)，某些植物便會(huì)受害。氮氧化物在大氣的催化反響中可構(gòu)成硝酸。NOx的危害性及排放情況(三)美國光化學(xué)煙霧對(duì)農(nóng)業(yè)和林業(yè)的危害曾涉及27個(gè)州。1952年美國洛杉磯發(fā)生光化學(xué)煙霧，附近農(nóng)作物一夜之間嚴(yán)重受害；6.5萬公頃的森林，29嚴(yán)重受害，33中等受害，其他38也受輕度損害。不同濃度的NO2對(duì)人體安康的影響一些大城市對(duì)空氣中NO含量的測定NO2濃度的日變化1.氮氧化物的產(chǎn)活力理 在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，產(chǎn)活力理普通分為如下三種：(

3、a).熱力型 熄滅時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過程是一個(gè)不分支連鎖反響。其生成機(jī)理可用捷里多維奇(Zeldovich)反響式表示。 隨著反響溫度T的升高，其反響速率按指數(shù)規(guī)律添加。當(dāng)T1500oC時(shí),T每添加100oC,反響速率增大6-7倍。熱力型氮氧化物生成機(jī)理(Zeldovich反響式)在高溫下總生成式為熱力型NOx的生成濃度與溫度的關(guān)系(b).瞬時(shí)反響型(快速型)快速型NOx是1971年Fenimore經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。在碳?xì)浠衔锶剂舷缭谌剂线^濃時(shí)，在反響區(qū)附近會(huì)快速生成NOx。由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自在基可以和空氣中氮?dú)夥错懮蒆CN和N，再進(jìn)一步與

4、氧氣作用以極快的速度生成，其構(gòu)成時(shí)間只需求60ms，所生成的與爐膛壓力0.5次方成正比,與溫度的關(guān)系不大。上述兩種氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要來源?？焖傩蚇Ox的費(fèi)尼莫爾反響機(jī)理CNHCNNCONON2NH3 (a) CH,CH2,CH3,C2 O2 (b) O,OH (c) O,OHH(d)O,O2NO, N (c).燃料型NOx 由燃料中氮化合物在熄滅中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉熄滅溫度，在600800oC時(shí)就會(huì)生成燃料型，它在煤粉熄滅NOx產(chǎn)物中占6080。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化

5、成NOx 。由于煤的熄滅過程由揮發(fā)份熄滅和焦炭熄滅兩個(gè)階段組成，故燃料型的構(gòu)成也由氣相氮的氧化揮發(fā)份和焦炭中剩余氮的氧化焦炭兩部分組成。燃料中氮分解為揮發(fā)分N和焦炭N的表示圖煤粒N揮發(fā)分揮發(fā)分N焦炭焦炭NNON2N2熱解溫度對(duì)燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N 比例的影響1200oC1000oC800oC600oC煤粉細(xì)粒對(duì)燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響過量空氣系數(shù)對(duì)燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，HCN氧化的主要反響途徑為：燃料N揮發(fā)分NHCNNCONON2 NNHNH2NH3OO,OHHNH3氧化的主要反響途徑為：燃料NNO揮發(fā)分NNH3NH2NHN2O,H,O

6、HO,H,OHO2,H,OHNH2,NH,NNO燃料型NOx的轉(zhuǎn)化率CR定義熄滅過程中最終生成的NO濃度和燃料中氮全部轉(zhuǎn)化成NO時(shí)的濃度比為燃料型NOx的轉(zhuǎn)化率CRCR【最終生成的NO濃度】 【燃料全部轉(zhuǎn)化成NO的濃度】實(shí)驗(yàn)研討闡明，影響CR的主要要素是煤種特性以及爐內(nèi)的熄滅條件。燃料中氮含量對(duì)NOx轉(zhuǎn)化率的影響余氣系數(shù)1.2含氮量煤燃料比FC/V對(duì)NOx轉(zhuǎn)化率的影響余氣系數(shù)=1.2過量空氣系數(shù)對(duì)NOx轉(zhuǎn)化率的影響NOx轉(zhuǎn)化率與熄滅溫度和過量空氣系數(shù)的關(guān)系如上所述，NOx的生成和破壞規(guī)律非常復(fù)雜，而影響NOx轉(zhuǎn)化率的要素又很多，所以對(duì)燃料型NOx的轉(zhuǎn)化率進(jìn)展實(shí)際計(jì)算非常困難；但目前已建立數(shù)百個(gè)

7、與NOx生成規(guī)律及其破壞有關(guān)的化學(xué)反響在內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。日本豐橋大學(xué)在實(shí)驗(yàn)研討的根底上得出燃料型NOx的轉(zhuǎn)化率CR和燃料中含氮量N(干基)、揮發(fā)分含量V(干基)、過量空氣系數(shù)、熄滅時(shí)的最高溫度Tmax(oC)和熄滅時(shí)氧的濃度RO2的閱歷公式：CR=4.0710-1-1.28 10-1N+3.34 10-4V2(-1) +5.5510-4 Tmax+3.50 10-3RO2從熱力型對(duì)、燃料型和快速型三種NOx生成機(jī)理可以得出抑制NOx生成和促使破壞NOx的途徑，圖中復(fù)原氣氛箭頭所指即抑制和促使NOx破壞的途徑氧化氣氛空氣N2NOx雜環(huán)氮化物烴生成物 CH，CH2烴生成物中結(jié)合的氮氰 (HCN, C

8、N)氰氧化物(OCN, HNCO)氨類(NH3, NH2，NH，N)N2ONOxHN2復(fù)原氣氛空氣中的氮燃料中氮的轉(zhuǎn)換NO再熄滅Zeldovich機(jī)理2.煤的熄滅方式對(duì)排放的影響和降低排放的主要措施煤的熄滅方式對(duì)NO排放的影響討論生成規(guī)律可以知道，NO的生成及破壞與以下要素有關(guān)： (a).煤種特性，如煤的含氮量，揮發(fā)份含量，燃料比FC/V以及V-H/V-N等。(b).熄滅溫度。(c).爐膛內(nèi)反響區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內(nèi)氧氣，氮?dú)猓琋O和CHi的含量。(d).燃料及熄滅產(chǎn)物在火焰高溫區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。不同燃煤設(shè)備所生成的NOx的原始排放值及為到達(dá)環(huán)境維護(hù)規(guī)范所需的NOx降低率舉例：固態(tài)除渣煤粉

9、爐，當(dāng)要求NOx排放值為650mg/m3時(shí)，所需的NOx降低率為36。低NOx排放主要技術(shù)措施1 .改動(dòng)熄滅條件：包括低過量空氣熄滅法，空氣分級(jí)熄滅法，燃料分級(jí)熄滅法，煙氣再循環(huán)法。2 .爐膛放射脫硝：包括噴氨及尿素，噴入水蒸汽，噴入二次燃料。 3 煙氣脫硝：(1)干法脫硝。(煙氣催化脫硝，電子束照射煙氣脫硝)(2).濕法脫硝。3.低NO熄滅技術(shù)凡經(jīng)過改動(dòng)熄滅條件來控制熄滅關(guān)鍵參數(shù)，以抑制生成或破壞已生成的到達(dá)減少排放的技術(shù)稱為低熄滅技術(shù)。3.1 低過量空氣熄滅：使熄滅過程在盡能夠接近實(shí)際空氣量的條件下進(jìn)展。但假設(shè)氧含量濃度1條件下熄滅生成，送入一級(jí)區(qū)的燃料稱為一級(jí)燃料；其他15%-20%那么

10、在主熄滅器上部送入二級(jí)熄滅區(qū)，在1條件下構(gòu)成復(fù)原性氣氛，使復(fù)原。二級(jí)熄滅區(qū)又稱再燃區(qū)。3.4煙氣再循環(huán)法德國斯坦謬?yán)誗teinmuller公司SM型低NOx熄滅器美國巴威公司低NOx熄滅器清華徑向濃淡低NOx熄滅器哈工大徑向濃淡低NOx熄滅器巴布科克-日立公司HT-NR型低NOx熄滅器巴布科克-威爾科克斯公司XCL型低NOx熄滅器德國巴威公司DS型低NOx熄滅器荷蘭斯托克公司HTNR型低NOx熄滅器芬蘭Fortum公司RI-JET型低NOx熄滅器美國Foster Wheeler公司CF/SF低NOx熄滅器美國Riley Stoker公司CCV型低NOx熄滅器浙江大學(xué)低NOx熄滅器清華大學(xué)的方案

11、二次風(fēng)微正切加三次風(fēng)反切同心圓熄滅方式的數(shù)值模擬 熄滅器位置角表示圖爐膛出口剩余改動(dòng)爐膛出口剩余改動(dòng)短噴嘴全擺動(dòng)式熄滅直流熄滅器表示圖長噴嘴擺動(dòng)式直流熄滅器熄滅器下擺 熄滅器程度 熄滅器上擺4爐膛放射脫硝 本質(zhì)為向爐膛放射某種物質(zhì)，可在一定溫度條件下復(fù)原已生成的一氧化氮，以降低的排放量。包括噴水法、二次熄滅法、噴氨法。4.1 噴水法反響為：但一氧化氮氧化較困難，需噴入臭氧或高錳酸鉀，不現(xiàn)實(shí)。4.2噴二次燃料：即前述燃料分級(jí)熄滅，但二次燃料不會(huì)僅選擇NO反響，它還會(huì)與氧氣反響，使煙氣溫度上升。4.3 噴氨法尿素等氨基復(fù)原劑由于氨只和煙氣中反響，而普通不和氧反響，這種方法亦稱選擇性非催化劑吸收SN

12、CR法。但不用催化劑，氨復(fù)原NO僅在9501050這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)展，故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在爐膛上部對(duì)應(yīng)位置。采用爐膛放射脫硝，放射點(diǎn)必需在9501050攝氏度之間。噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝復(fù)原反響充分進(jìn)展、運(yùn)用最少量氨到達(dá)最好效果的重要條件。假設(shè)噴入的氨未充分反響，那么走漏的氨會(huì)到鍋爐爐尾部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易堆積在受熱面，且煙氣中氨遇到三氧化硫會(huì)生成硫酸氨粘性，易堵塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險(xiǎn)。總之，SNCR噴氨法投資少，費(fèi)用低，但適用范圍窄，要有良好的混合及反響空間、時(shí)間條件。當(dāng)要求較高的脫除率時(shí)，會(huì)呵斥氨走漏過大。選擇性非催化脫硝法(SNCR)爐墻上多層氨噴口位置表示圖噴入氨/尿

13、素熄滅器煙氣1050oC-950oC5煙氣處置降低NOx排放技術(shù)各種低熄滅技術(shù)是降低燃煤鍋爐排放值最主要亦較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。但普通只降低排放50%左右。據(jù)環(huán)保法對(duì)排放的要求，應(yīng)低于40%方可，故應(yīng)思索熄滅后的煙氣脫硝處置技術(shù)。5.1 干法煙氣脫硝包括運(yùn)用催化劑來促進(jìn)復(fù)原反響的選擇性催化脫硝法SCR、電子束照射法和同時(shí)脫硫脫硝法。 煙氣SCR脫硝法采用催化劑促進(jìn)氨與復(fù)原反響。假設(shè)運(yùn)用鈦和鐵氧化物類催化劑，其反響溫度為300oC至400oC，當(dāng)采用活性焦炭時(shí)，其反響溫度為100oC至150oC。根據(jù)CATA. 反響器在鍋爐尾部煙道的位置,有三種方案:(1)在空氣預(yù)熱器前350攝氏度位置.(2)在靜電除

14、塵器和空氣預(yù)熱器之間(3)布置在FGD(濕法煙氣脫硫安裝)之后SCR噴氨法催化劑反響器(SCR反響器) 置于空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中鍋爐靜電除塵器SCR反響器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)罐蒸發(fā)器去濕法煙氣脫硫系統(tǒng)NH3空氣NH3NH3+空氣此時(shí),煙氣中含有飛灰,二氧化硫,故反響器在“不干凈的高塵煙氣中.但此處溫度在300到500oC之間,適用于多數(shù)催化劑,但壽命受以下要素影響:煙氣飛灰中Na,K,Ca,Si,As會(huì)使催化劑中毒或污染.飛灰對(duì)催化劑反響器的磨損和使催化劑反響器蜂窩堵塞.如煙氣溫度升高,會(huì)使CATA.燒結(jié)或使之再結(jié)晶失效.如煙氣溫度降低,氨會(huì)和三氧化硫生成硫酸氫銨,堵塞煙道.高活性CATA.

15、會(huì)使二氧化硫氧化成三氧化硫.SCR噴氨法催化劑反響器置于空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間鍋爐靜電除塵器SCR反響器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)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噴氨法催化劑反響器布置在FGD(濕法煙氣脫硫安裝)之后鍋爐靜電除塵器SCR反響器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)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/油熄滅器或蒸汽換熱器布置在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間布置在FGD(濕法煙氣脫硫安裝)之后其優(yōu)點(diǎn)顯而易見,此時(shí)可運(yùn)用高活性CATA.且構(gòu)造緊湊,其壽命較長.問題:反響器在FGD之后,溫度僅有50-60度,故需加熱升溫。與SNCR一樣,SCR也應(yīng)留意噴氨量的控制。硫化物,硝化物和粉塵結(jié)合控制工藝 近年來,美國巴布科克.威爾科克斯(B&W)公司開發(fā)了一種SNRB技術(shù).其特點(diǎn)是運(yùn)用一種高溫布袋除塵器,將脫硫脫硝和除塵結(jié)合到一同.其原理為:將鈣基或鈉基堿性吸收劑噴入煙氣中脫硫,將高溫催化劑噴入耐高溫陶瓷纖維袋內(nèi)并經(jīng)過噴氨脫硝,高溫脈沖放射布袋除塵.煙氣入口高溫陶瓷纖維袋清潔煙氣SOx-NOx-RoxBox(SNRB)工藝流程噴入氨噴入堿5.2 濕法煙氣脫硝(1)同時(shí)脫硫脫硝的濕式系統(tǒng)-石灰/石膏法:采用生石灰,消石