第一节 NOx的危害及燃煤NOx的生成VIP免费

烟气脱硝技术张东平2011年10月第十章烟气脱硝技术概述第十章烟气脱硝技术概述第一节NOx的危害及燃煤NOx的生成第二节NOx的排放控制法规第三节降低NOx排放的燃烧技术第四节烟气脱硝技术第一节NOx的危害及燃煤NOx的生成•氮氧化物种类：NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5;大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在•特性：NO是无色、无刺激气味的不活泼气体，可被氧化成NO2，NO2是棕红色有刺激性臭味的气体。–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，形成光化学烟雾的活跃组分•NOxx的来源–固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a）–人类活动（5×107t/a）主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧以及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。•燃料燃烧占90％•95％以NO形式，其余主要为NO2NOx的来源1.影响人类健康：光化学烟雾对呼吸器官有强烈的刺激和致癌作用；2.影响森林和作物生长：酸雨破坏作物和树根系统的营养循环；3.影响全球气候：破坏臭氧的循环，减少臭氧层厚度，引发温室效应。NOx的污染及危害•光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。•光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。•氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。NOX的污染及危害不同浓度的NO2对人体健康的影响浓度(ppm)影响1.0闻到臭味5.0闻到很强烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激501分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激803－5分钟内引起胸痛100-150人在30－60分钟就会因肺水肿死亡200以上人瞬间死亡煤燃烧过程NOx的形成机理一、形成机理–热力型NOx•高温下N2与O2反应生成的NOx–燃料型NOx•燃料中的固定氮生成的NOx–快速型NOx•低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx的形成机理•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2222NO2NO11NOONO22热力型NOx的形成•室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2•800℃左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2•常规燃烧温度（>1500℃）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图•燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N≡N小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx•火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例•燃料中20％～80％的氮转化为NOx燃料型NOx的形成FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow快速型NO的形成•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火焰中存在大量CH、CH2和C2基团，与上述产物反应22222CHNHCNNCHNHCNNHCN2CN2222HCNOHCNHOCNOCONOCNOCONNHOHNHONHONOHNOHNOHNONOONOx的形成燃料中氮含量对NOx转化率的影响00.10.20.30.40.50.60.511.251.51.752燃料比(FC/V)CR系列1余气系数＝1.2含氮量过量空气系数对NOx转化率的影响00.10.20.30.40.50.60.70.60.70.80.911.11.21.31.4过量空气系数CR高挥发分煤种中挥发分煤种低挥发分煤种NOx转化率与燃烧温度和过量空气系数的关系00.050.10.150.20.25900100011001200130014001450温度(摄氏度)CR余气系数＝1.25余气系数＝1.0余气系数＝0.83抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径氧化气氛空气N2NOx杂环氮化物烃生成物CH，CH2烃生成物中结合的氮氰(HCN,CN)氰氧化物(OCN,HNCO)氨类(NH3,NH2，NH，N)N2ONOxHN2还原气氛空气中的氮燃料中氮的转换NO再燃烧Zeldovich机理•如上所述，NOx的生成和破坏规律十分复杂，而影响NOx转化率的因素又很多，所以对燃料型NOx的转化率进行理论计算非常困难；但目前已建立数百个与NOx生成规律及其破坏有关的化学反应在内的数学模型。•日本丰桥大学在试验研究的基础上得出燃料型NOx的转化率CR和燃料中含氮量N(干基)、挥发分含量V(干基)、过量空气系数α、燃烧时的最高温度Tmax()℃和燃烧时氧的浓度RO2的经验公式：•CR=4.0710-1-1.2810-1N+3.3410-4V2(α-1)•+5.5510-4Tmax+3.5010-3RO2