大气污染与防治第十章氮氧化物污染控制.
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氮氧化物控制技术
氮Байду номын сангаас化物控制技术
赵毅
在火电机组排放的多种大气污染物中，氮氧化物是最 近三十多年来受到世界极大关注的一种污染物。氮氧化 物的排放对人体的致毒作用、对植物的损害以及对酸雨 和光化学烟雾的形成、对臭氧层的破坏中所起的作用已
经得到了科学的证明。世界上一些工业发达国家对氮氧
化物的排放制定了越来越严格的限制。随着今后电力工 业的发展，NOx排放量将越来越大。如果不加强控制，
根据Zelkowski（1986年）的研究结果，在煤 粉燃烧装置常规氧量运行条件下，NOx生成量 与温度之间的关系存在一个“边界温度”，高 于该“边界温度”时，NOx生成量将随温度的 升高以指数规律增加，这个“边界温度”大约 为1300℃。图4—1就是Zefkowski给出的NOx 的生成量与温度的关系曲线。
（1）炉形和设计参数的选择。低NOx炉形有循 环流化床锅炉（CFBC）和增压循环流化床锅 炉（PFBC）；锅炉设计因素包括锅炉容量或 最大连续蒸发量、炉膛断面热负荷、容积热负 荷等因素。 进入20世纪90年代以后，世界上主要的锅炉制 造商的锅炉设计都是不仅要提高锅炉效率，减 少未燃烬碳损失，同时要考虑在锅炉的燃烧系 统和炉膛设计中尽量降低NOx的生成量。 （2）运行状况。运行状况包括锅炉负荷、过剩 空气量或氧量、直流燃烧器摆角及旋流燃烧器 旋流叶片角度设置等因素；比如采用低过量空 气系数是公认的减少NOx生成的运行方式。
2．烟气脱硝工艺分类
烟气脱硝工艺可以分为两大类——湿法和干法。 （1）湿法是指反应剂为液态的工艺方法。 （2）干法是指反应剂为气态的工艺方法。 无论是干法还是湿法，依据脱硝反应的化学机理，又可以分为还 原（Reduction）法、分解（Decomposition）法、吸附 （Absorption）法、等离子体活化（Plasma activation）法和生 化（Biochemical）法等。 湿法有气相氧化液相吸收法和液相氧化吸收法等，干法有选择性 催化还原法(SCR )、选择性非催化还原法（SNCR）等。 目前世界上使用最广泛的方法是选择性催化还原法（SCR）和选 择性非催化还原法(SNCR)。
赵毅
在火电机组排放的多种大气污染物中，氮氧化物是最 近三十多年来受到世界极大关注的一种污染物。氮氧化 物的排放对人体的致毒作用、对植物的损害以及对酸雨 和光化学烟雾的形成、对臭氧层的破坏中所起的作用已
经得到了科学的证明。世界上一些工业发达国家对氮氧
化物的排放制定了越来越严格的限制。随着今后电力工 业的发展，NOx排放量将越来越大。如果不加强控制，
根据Zelkowski（1986年）的研究结果，在煤 粉燃烧装置常规氧量运行条件下，NOx生成量 与温度之间的关系存在一个“边界温度”，高 于该“边界温度”时，NOx生成量将随温度的 升高以指数规律增加，这个“边界温度”大约 为1300℃。图4—1就是Zefkowski给出的NOx 的生成量与温度的关系曲线。
（1）炉形和设计参数的选择。低NOx炉形有循 环流化床锅炉（CFBC）和增压循环流化床锅 炉（PFBC）；锅炉设计因素包括锅炉容量或 最大连续蒸发量、炉膛断面热负荷、容积热负 荷等因素。 进入20世纪90年代以后，世界上主要的锅炉制 造商的锅炉设计都是不仅要提高锅炉效率，减 少未燃烬碳损失，同时要考虑在锅炉的燃烧系 统和炉膛设计中尽量降低NOx的生成量。 （2）运行状况。运行状况包括锅炉负荷、过剩 空气量或氧量、直流燃烧器摆角及旋流燃烧器 旋流叶片角度设置等因素；比如采用低过量空 气系数是公认的减少NOx生成的运行方式。
2．烟气脱硝工艺分类
烟气脱硝工艺可以分为两大类——湿法和干法。 （1）湿法是指反应剂为液态的工艺方法。 （2）干法是指反应剂为气态的工艺方法。 无论是干法还是湿法，依据脱硝反应的化学机理，又可以分为还 原（Reduction）法、分解（Decomposition）法、吸附 （Absorption）法、等离子体活化（Plasma activation）法和生 化（Biochemical）法等。 湿法有气相氧化液相吸收法和液相氧化吸收法等，干法有选择性 催化还原法(SCR )、选择性非催化还原法（SNCR）等。 目前世界上使用最广泛的方法是选择性催化还原法（SCR）和选 择性非催化还原法(SNCR)。
二氧化硫和氧化氮污染控制
千里之行，始于足下。
二氧化硫和氧化氮污染控制二氧化硫和氧化氮污染控制》二氧化硫（SO2）和氧化氮（NOx）是大气污染物中主要的有害气体，其排放量的增加使得空气质量逐渐恶化。
因此，控制和减少SO2和NOx的排放已成为保护环境和人类健康的重要任务。
首先，了解造成SO2和NOx排放的原因是非常重要的。
SO2主要来自燃煤和燃油的燃烧，尤其是工业生产和发电过程中的燃烧排放。
而NOx主要来自机动车辆和工业燃烧过程，包括汽车尾气和电厂的废气排放。
因此，减少煤炭和油品的使用，以及提高车辆和工业排放的控制是减少SO2和NOx排放的关键。
其次，采用合适的措施控制SO2和NOx的排放也是非常必要的。
对于SO2的控制，可以采用燃煤电厂装置湿法烟气脱硫装置，通过与烟气中的SO2发生反应形成硫化钙沉淀物，进而将SO2去除。
此外，还可以使用燃煤电厂装置干法脱硫装置，通过喷射石灰或由钙制备的干粉熄灭，达到减少SO2排放的目的。
对于工业燃烧过程中的SO2排放，可以采用高效的催化剂来降低SO2的生成。
此外，也应加强对SO2排放的监管，推行限值标准，督促企业合规运营。
针对NOx的控制，可以通过改变燃烧方式来降低NOx排放。
例如，可以采用低氧燃烧技术，控制燃烧过程中的氧浓度，从而减少NOx的生成。
此外，使用低氮燃烧器也可以有效降低NOx的排放。
对于机动车辆的NOx排放，可以使用先进的尾气处理技术，例如选择性催化还原（SCR）技术来降低NOx的排放。
此外，也应推行汽车尾气排放标准，限制高排放车辆的上路行驶。
除了以上技术措施，推广清洁能源的使用也是控制SO2和NOx排放的重要手段。
替代传统的煤炭和燃油，使用清洁能源如风能和太阳能可以大幅减少第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。
SO2和NOx的排放。
此外，鼓励使用电动车辆和推广公共交通工具也有助于减少机动车辆排放的SO2和NOx。
综上所述，控制和减少SO2和NOx污染是非常必要的，需要从源头控制和采取相应措施。
《大气污染物控制工程》 固定源氮氧化物污染控制
锅 炉
空气烟气 混合器
空
去引风机
气
预
热
送风机
器
再循环风机
NOx降低百分数，%
二、传统低氮氧化物燃烧技术
烟气循环燃烧
适合液态排渣炉、燃油和燃气锅炉； 不适于固态排渣炉。
一、氮氧化物的种类和性质
NOx(NOy、NOz)
NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、 N2O5、N2O2、N4O NOx = NO + NO2 NOy = NO + NO2 + HNO2 + HNO3 + PAN + RNO3 +pNO3-+… NOz=NOy–NOx
一、氮氧化物的种类和性质
环
器化催
还化
原还
法原
法
第九章 固定源氮氧化物的污染控制
选择性催化还原技术
一、选择性催化还原技术(SCR)原理
温度：290～430℃。
扩散
反应
还原剂：氨、尿素
4NO
4NH 3
O2
催化剂：贵金属、金属氧
化物、炭基催化剂、分子筛。
扩散 4N2
6H2O
主反应
吸附
4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O
第九章 固定源氮氧化物的污染控制
9-1 概述
主要内容
1. 氮氧化物的性质、来源及影响 2. 低氮氧化物燃烧技术 3. 烟气脱硝技术 4. 烟气同时脱硫脱硝技术 5. 固定源氮氧化物控制技术评价 6. 我国氮氧化物排放控制策略
一、氮氧化物的种类和性质
NOx(NOy、NOz)
NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、 N2O5、N2O2、N4O NOx = NO + NO2 NOy = NO + NO2 + HNO2 + HNO3 + PAN + RNO3 +pNO3-+… NOz=NOy–NOx
氮氧化物污染控制
➢ NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃 组分
氮氧化物的性质及来源
NOx的性质（续）
➢ NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降
NOx的来源
➢ 固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a） ➢ 人类活动（5×107t/a）
▪ 燃料燃烧占 90％ ▪ 95％以NO形式，其余主要为NO2
氮氧化物污染控制
1. 氮氧化物的性质及来源 2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 3. 低氮氧化物燃烧技术 4. 烟气脱硝技术
第一节 氮氧化物的性质及来源
NOx包括
➢ N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 ➢ 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
NOx的性质
➢ N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭 氧层的破坏
➢ 代入（6）式得
d [N O ]2 [O ]k4[N 2](k 4k 5[N O ]2/k5[O 2])
d t
1(k 4[N O ]/k5[O 2])
=2 k4[O ][N 2]{ 1 [N O ]2/(K p,N O [N 2][O 2])} 1(k 4[N O ]/k5[O 2])
热力型NOx 的形成
coal
0.95～1.0
6# fuel oil
0.96～1.0
vehicles internal comb. engine
diesel engine
0.99～1.0 0.77～1.0
热力型NOx 的形成
热力型NOx形成的动力学——Zeldovich(Я.Б.Зельдович)模型
O2 M2OM
(3)
热力型NOx 的形成
积分得NO的形成分数与时间t之间的关系
氮氧化物的性质及来源
NOx的性质（续）
➢ NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降
NOx的来源
➢ 固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a） ➢ 人类活动（5×107t/a）
▪ 燃料燃烧占 90％ ▪ 95％以NO形式，其余主要为NO2
氮氧化物污染控制
1. 氮氧化物的性质及来源 2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 3. 低氮氧化物燃烧技术 4. 烟气脱硝技术
第一节 氮氧化物的性质及来源
NOx包括
➢ N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 ➢ 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
NOx的性质
➢ N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭 氧层的破坏
➢ 代入（6）式得
d [N O ]2 [O ]k4[N 2](k 4k 5[N O ]2/k5[O 2])
d t
1(k 4[N O ]/k5[O 2])
=2 k4[O ][N 2]{ 1 [N O ]2/(K p,N O [N 2][O 2])} 1(k 4[N O ]/k5[O 2])
热力型NOx 的形成
coal
0.95～1.0
6# fuel oil
0.96～1.0
vehicles internal comb. engine
diesel engine
0.99～1.0 0.77～1.0
热力型NOx 的形成
热力型NOx形成的动力学——Zeldovich(Я.Б.Зельдович)模型
O2 M2OM
(3)
热力型NOx 的形成
积分得NO的形成分数与时间t之间的关系
氮氧化物的污染控制技术
浅谈氮氧化物的控制技术的进展摘要：针对目前国内外的现状,介绍了燃煤过程中NOx的形成机理，以及相关的控制技术进展，了解控制技术的原理，从而加深对氮氧化物处理技术的理解与本专业知识的学习。
关键字：NOx 形成机理控制技术进展近年来，随着国内经济的快速发展，氮氧化物( NOx) 污染物的排放量迅速增加，严重污染了生态环境，已成为制约社会经济发展的重要因素之一。
有研究表明，氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一，也是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因，从而使我国珠江三角洲等经济发达地区大气能见度日趋下降，灰霾天数不断增加。
氮氧化物的主要来源是火力发电、机动车排放和工业锅炉炉窑排放，本论文通过对火电行业和锅炉的NOx的形成机理、并了解NOx控制所存在问题，和相关控制技术进展全面回顾，对氮氧化物的控制技术有进一步的了解，巩固和扩展自身的专业知识。
1. NOx的形成机理1.1热力型氮氧化物[1]热力型NOx源于燃烧过程中空气中的氮气被氧化成NO，它主要产生于温度高于1800 K 的高温区，反应的大概机理为：2N + O →NO +N2；N + O →NO +O；N + OH →NO +H控制热力型NOx生成的主要方法有：（1）降低燃烧温度水平；（2）降低氧气的浓度；（3）降低空气量以降低氮浓度；（4）缩短在高温区的停留时间。
在工程实践中，采用烟气再循环、浓淡燃烧、水蒸气喷射以及新发展起来的高温空气燃烧技术等都是利用上述原理来控制热力型NOx的生成措施。
[2] 1.2快速型氮氧化物快速型NOx是碳氢类燃料在过量空气系数<1 的富燃料条件下，在火焰面内快速生成的Nox，它的形成机理较为复杂，中间反应过程较多，存在的时间也相对较短，大致的反应过程为：2CH + N →HCN +N2 ；2CH + N →HCN +NH。
控制快速型NOx的生成的主要手段有：（1）添加水或水蒸气，CHi与OH 的反应抑制其与N2的反应；（2）纯氧燃烧；（3）预混（稀薄）燃烧。
大气污染物排放与防治
交通运输
汽车、船舶、飞机等交 通工具在使用过程中会 产生大量的尾气排放。
农业活动
农业活动中使用的化肥 、农药等物质会产生一 定的废气排放。
居民生活
居民生活过程中使用的 燃料、烹饪等也会产生 一定的废气排放。
排放物种类与特点
二氧化硫（SO2）
氮氧化物（NOx）
主要来自燃煤和石油燃烧，具有酸雨形成 的作用。
跨国项目合作
先进技术引进
引进和吸收国际先进的大气污染物防治技术 和管理经验，提高治理水平。
开展跨国大气污染防治项目合作，共同应对 跨国大气污染问题。
02
01
国际组织与论坛参与
参与国际组织、论坛等活动，加强信息共享 和经验交流。
04
03
未来发展方向与展望
技术创新与应用
加强技术创新，推广应 用高效、低成本的大气 污染物防治技术。
政策法规制定与执行
制定严格的大气污染物排放标准
01
限制各类大气污染物的排放量，确保达到国家和地方规定的标
准。
建立排污许可制度
02
对重点排污企业实施排污许可管理，要求企业按照排污许可证
的规定排放污染物。
加强执法监管
03
加大执法力度，对违法排放大气污染物行为进行严厉打击，确
保政策法规的有效执行。
工业污染治理措施
主要来自汽车尾气和工业生产，对空气质 量有严重影响。
颗粒物（PM2工业生产、交通运输和燃煤，对 空气质量和人体健康有严重影响。
主要来自汽车尾气，对人体健康有严重影 响。
排放量与分布情况
排放量
随着经济的发展和城市化进程的 加速，大气污染物排放量逐年增 加。
分布情况
推动清洁能源替代
氮氧化物排放情况和控制标准
达不到排放标准或所在地区空气二氧化氮、臭氧浓度超 标的新建火电机组必须同步配套建设烟气脱硝设施,现 役火电机组应限期建设烟气脱硝设施.
环境标准：1996年出台的《环境空气质量标准》 〔GB3095－1996经20XX修订后,标准中对大气中的 NO2的浓度限值做了明确的规定.
20XX修订的《火电厂大气污染物排放标准》 〔GB13223－2003,则按时段和燃料特性分别规定了 燃煤、燃油锅炉的氮氧化物排放限值,规定了火电厂 氮氧化物的排放限值.除国家标准外之外,个别地方根 据当地实际情况,颁布更为严格的地方性排放标准.
250
100
300
250
200
烟气不透光率（%）
15
15
20
15
15
烟气黑度 （林格曼，级）
1级
注1：自备电站锅炉执行工业锅炉大气污染物排放限值。
注：第Ⅰ时段为自本标准实施之日起至20XX6月30日； 第Ⅱ时段为自20XX7月1日起.
修改后的燃煤电厂大气控制标准
GB13223-2011
此标准已于实行 29
我国火电厂氮氧化物控制政策
国外对氮氧化物进行严格控制已经有近20年的历 史.我国长期以来对火电厂产生的大气污染物的控 制主要集中在烟尘和二氧化硫上,对氮氧化物排放 的治理尚处于起步阶段,对氮氧化物的总量控制也 刚列入工作日程.我国现阶段与氮氧化物控制有关 的法规政策及标准如下：
法规：我国20XX4月颁布的《大气污染防治法》 第30条规定："企业应当对燃料燃烧过程中产生 的氮氧化物采取控制措施".
中国NOX排放现状及其发展趋势具有如下特征：
排放总量巨大且将呈继续增加态势、不同地区间 NOX排放量相差悬殊,主要集中在人口密集、 工业集中的中东部省区；
环境标准：1996年出台的《环境空气质量标准》 〔GB3095－1996经20XX修订后,标准中对大气中的 NO2的浓度限值做了明确的规定.
20XX修订的《火电厂大气污染物排放标准》 〔GB13223－2003,则按时段和燃料特性分别规定了 燃煤、燃油锅炉的氮氧化物排放限值,规定了火电厂 氮氧化物的排放限值.除国家标准外之外,个别地方根 据当地实际情况,颁布更为严格的地方性排放标准.
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烟气不透光率（%）
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烟气黑度 （林格曼，级）
1级
注1：自备电站锅炉执行工业锅炉大气污染物排放限值。
注：第Ⅰ时段为自本标准实施之日起至20XX6月30日； 第Ⅱ时段为自20XX7月1日起.
修改后的燃煤电厂大气控制标准
GB13223-2011
此标准已于实行 29
我国火电厂氮氧化物控制政策
国外对氮氧化物进行严格控制已经有近20年的历 史.我国长期以来对火电厂产生的大气污染物的控 制主要集中在烟尘和二氧化硫上,对氮氧化物排放 的治理尚处于起步阶段,对氮氧化物的总量控制也 刚列入工作日程.我国现阶段与氮氧化物控制有关 的法规政策及标准如下：
法规：我国20XX4月颁布的《大气污染防治法》 第30条规定："企业应当对燃料燃烧过程中产生 的氮氧化物采取控制措施".
中国NOX排放现状及其发展趋势具有如下特征：
排放总量巨大且将呈继续增加态势、不同地区间 NOX排放量相差悬殊,主要集中在人口密集、 工业集中的中东部省区；
大气污染控制工程-09氮氧化物污染控制43页PPT
谢谢！
大气污染控制工程-09氮氧化物污染控制
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹ห้องสมุดไป่ตู้不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
大气氮氧化物的排放及控制
政策执行与监管
设立排放标准
实施排放限制
各国政府根据自身情况 设立了氮氧化物的排放 标准，并要求企业遵守。
政府通过实施严格的排 放限制来控制氮化物
的排放量。
建立监管机构
政府设立专门的监管机 构来监督和管理企业排 放行为，确保其符合法
规要求。
处罚违规行为
对于违反排放法规的企 业，政府将给予相应的 处罚，以此来警示其他
交通排放的氮氧化物 中，一氧化氮占比相 对较高。
飞机和船舶等交通工 具也会排放一定量的 氮氧化物。
生活排放
生活排放的氮氧化物主要来源于居民生活和商业活动，如餐 饮、取暖等。
生活排放的氮氧化物中，以一氧化氮为主，占比相对较高。
03
氮氧化物的环境影响
对人类健康的影响
01
02
03
呼吸系统疾病
氮氧化物能够刺激呼吸道， 引发哮喘、支气管炎等疾 病。
吸附技术
利用吸附剂吸附尾气中的氮氧化 物，达到净化尾气的目的。
液体吸收技术
利用液体吸收剂吸收尾气中的氮 氧化物，再通过再生处理将吸收
剂中的氮氧化物释放出来。
清洁能源替代
推广使用清洁能源
如太阳能、风能等，减少对化石燃料的依赖，从 根本上降低氮氧化物的排放。
能源结构调整
优化能源结构，提高可再生能源在总能源中的比 例，减少化石燃料的使用量。
节能减排
通过节能技术和设备的推广应用，降低能源消耗， 减少氮氧化物的排放。
05
政策与法规
国际政策与法规
联合国气候变化框架公约（UNFCCC）
该公约要求各国采取措施减少温室气体排放，包括氮氧化物。
京都议定书
规定了工业化国家在2008-2012年间的温室气体减排目标，其中也包括氮氧化物。
氮氧化物污染控制技术 ppt课件
《火电厂大气污染物排放标《锅炉大气污染物排放标 《石油炼制工业污染物排放
准》
准》
标准》
GB 13223—2011
GB 13217—2014
GB 31570-2015
我国“十三五”期间将执行更为严格的“超低排放”标准，氮氧化物排放量排放 标准将进一步趋严，且减排力度继续加强。
12
环境空气质量评价标准浓度限值对比表 （μg/m3）
26
▪ 烟气脱硝
➢ 对冷却后的烟气进行处理，以降低NOx的排放量。
▪ 烟气脱硝非常困难，主要问题在于：
➢ 处理烟气体积大 ➢ NOx浓度相当低 ➢ NOx的总量相对较大
▪ 对于火电厂烟气NOx污染控制，目前有 两类商业化的烟气脱硝技术：
➢ 选择性催化还原法(SCR) ➢ 选择性非催化还原法(SNCR)27
➢NO浓度与燃烧气中氮氧的比18例有关，与氧浓度平方根
氮氧化物污染控制技术
两个重要 反应
CH+N2→HCN+N
CH2+N2→HCN+
NH
瞬时性NOx 生成途径
Байду номын сангаас
瞬时型NOx主要产生于HC含量较高、氧浓度较低 的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程，而在燃煤
19
三种NOx形成机理在煤燃烧过程中对NOx排放总 量的贡献
➢ 燃料中的氮化物氧化成NO是快速的
16
17
氮氧化物污染控制技术
在高温下产生NO和NO2的两个重要反应
N2 O2 2NO 1 NO12O2 NO2 2
➢NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1350℃时, 几乎不生成热力NOx
➢热力型NOx的生成是一个缓慢的反应过程，随在炉膛内 停留时间增加而增大
氮氧化物污染控制技术
15
16
2、热力型
在高温下产生NO和NO2的两个重要反应
N2 O2 2NO 1
NO
1 2
O2
NO 2
2
➢NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1350℃时, 几乎不生成热力NOx
➢热力型NOx的生成是一个缓慢的反应过程，随在炉膛内 停留时间增加而增大
➢NO浓度与燃烧气中氮氧的1比7 例有关，与氧浓度平方根
GB 13217—2014
GB 31570-2015
我国“十三五”期间将执行更为严格的“超低排放”标准， 氮氧化物排放量排放标准将进一步趋严，且减排力度继续加强。
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环境空气质量评价标准浓度限值对比表 （μg/m3）
12
二、氮氧化物形成机理
13
▪ 燃烧过程中形成的分为三类：
➢ 燃料型NOx（Fuel NOx）
根据不同种类催化剂的适宜工作温度范 围，SCR可分为高温工艺、中温工艺和 低温工艺，其划分标准是： 1.高温SCR工艺的适宜温度范围为
345℃~590℃； 2.中温SCR工艺的适宜温度范围为
260℃~380℃； 3.低温SCR工艺的适宜温度范围为
80℃~300℃。
29
SCR的影响因素
1.反应温度的影响
➢ NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分；
➢ NO2：强烈刺激性，来源于NO的氧化，会转换成硝酸和亚硝 酸；
2、氮氧化物来源
自然过程
➢ 固氮菌、雷电等，每年约生成5×108t；
人类活动(>5×107t/a)
➢ 燃料燃烧占90％以上 ➢ 化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸
处理等 ➢ 95％为NO，其余主要为NO2 ➢ 由于在环境中NO最终将转化为NO2，因此，估算氮氧化物的
16
2、热力型
在高温下产生NO和NO2的两个重要反应
N2 O2 2NO 1
NO
1 2
O2
NO 2
2
➢NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1350℃时, 几乎不生成热力NOx
➢热力型NOx的生成是一个缓慢的反应过程，随在炉膛内 停留时间增加而增大
➢NO浓度与燃烧气中氮氧的1比7 例有关，与氧浓度平方根
GB 13217—2014
GB 31570-2015
我国“十三五”期间将执行更为严格的“超低排放”标准， 氮氧化物排放量排放标准将进一步趋严，且减排力度继续加强。
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环境空气质量评价标准浓度限值对比表 （μg/m3）
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二、氮氧化物形成机理
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▪ 燃烧过程中形成的分为三类：
➢ 燃料型NOx（Fuel NOx）
根据不同种类催化剂的适宜工作温度范 围，SCR可分为高温工艺、中温工艺和 低温工艺，其划分标准是： 1.高温SCR工艺的适宜温度范围为
345℃~590℃； 2.中温SCR工艺的适宜温度范围为
260℃~380℃； 3.低温SCR工艺的适宜温度范围为
80℃~300℃。
29
SCR的影响因素
1.反应温度的影响
➢ NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分；
➢ NO2：强烈刺激性，来源于NO的氧化，会转换成硝酸和亚硝 酸；
2、氮氧化物来源
自然过程
➢ 固氮菌、雷电等，每年约生成5×108t；
人类活动(>5×107t/a)
➢ 燃料燃烧占90％以上 ➢ 化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸
处理等 ➢ 95％为NO，其余主要为NO2 ➢ 由于在环境中NO最终将转化为NO2，因此，估算氮氧化物的
大气污染物的氧化机理与控制
大气污染物的氧化机理与控制为了保护大气环境和人类健康，如何有效地控制大气污染成为一个全球性的难题。
大气污染物的氧化机理是其控制的基础。
本文将重点讨论这一机理和控制方法。
1、大气污染物的类型和来源大气中污染物包括人类活动产生的和自然界产生的两种类型。
人类活动产生的污染物主要包括燃料燃烧时产生的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体和粉尘，以及一些有机物和重金属等。
自然界产生的污染物主要包括火山爆发、风暴、沙尘暴等自然现象导致的气溶胶。
2、大气污染物的化学特性大气污染物的化学特性影响着它们的氧化机理。
二氧化硫和氮氧化合物等化合物在空气中容易与氧气反应生成二氧化硫和三氧化氮等氧化物，同时也易与水反应生成硫酸和硝酸，从而加剧酸雨的形成。
颗粒物则是各种颗粒混合而成，它会在大气中与其他物质交互作用，从而改变其组成和形态。
有机物主要以挥发性有机物为主，它在大气中易被化学反应氧化，并形成一系列有害的大气颗粒物。
3、大气污染物的氧化机理大气污染物的氧化机理主要是在大气中与氧气、氮氧化物和水等反应，从而生成更有害的大气颗粒物。
以二氧化硫为例，它在大气中与氧气反应，生成二氧化硫和三氧化硫等氧化物。
同时，二氧化硫也容易与水反应生成硫酸，形成有害的酸雨。
氮氧化物在大气中的反应形成了一系列的化合物，包括一氧化氮、二氧化氮、硫酸二氮酯等。
同时，氮氧化物反应与大气中的氢氧自由基等反应物质反应，形成有机氮物质和硝酸，也加剧了酸雨的形成。
4、大气污染物的控制方法控制大气污染物需要综合考虑多种因素。
一方面需要压缩排放源，在工业、交通、农业和民用方面采取严格的环保措施以及强制执行毒性废气控制标准。
同时，也需要革新能源结构，转向氢、太阳能、地热这类清洁能源，并大力推广新能源汽车的使用。
另一方面，大气污染物的控制还需要尽可能减少大气中污染物的氧化反应。
其中需要采取技术措施，比如加装空气过滤器，使用低排放发动机，加强道路清洁等。
同时，也需要加强环境监测力度，准确测量大气污染物的浓度和成分，及时采取有效的控制措施。
大气氮氧化物的排放及控制
煤炭 66.9%
➢燃煤是最大来源： 60％～70% ➢柴油、焦炭、汽油次之
➢近年燃煤贡献率略有下降 ➢汽油、柴油贡献率上升较快
中国能源消费现状，1980－2004
能源生产总量及构成，Mtce
能源消费量(Mtce)
2000 1500 1000
Hydro-power Natural gas
Petroleum Coal
0
30
60
90
120
150
NOX排放量，万t
各省区NOX排放强度分布
>10
•西部地区排放强度很小
各经济部门NOX排放状况
➢ 90%左右NOX排放源于 火力发电、工业、交通运输
➢火电厂已成为最大排放源 ➢交通部门贡献率增长迅速
2003年中国NOX排放的部门清单
服务业 生活消费 2.2% 1.5%
交通运输 21.4%
500
0 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 (a)
2000 1500 1000
水电(Hydro-power) 天然气(Natural Gas) 石油(Oil) 煤炭(Coal)
500
0 1980
1985
1990
1995
2000
能源消费总量及其构成
年 份 总量（万tce） 煤炭(%) 石油（%) 天然气(%) 水电(%) 1990 98703 76.2 16.6 2.1 5.1 1996 138948 74.7 18.0 1.8 6.1 2000 130297 66.1 24.6 2.5 6.8 2001 2003 170943 67.6 22.7 2.7 7.0 2002 2004 197000 67.7 22.7 2.6 7.0
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HCN OH CN H 2O CN O2 CO NO CN O CO N NH OH N H 2O NH O NO H N OH NO H N O2 NO O
燃料型NOx的形成
燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N
再生：天然气、CO
NOx控制技术比较
LNB-低氮氧化物燃烧 AOFA-改进的燃尽风法 SCR-选择性催化还原 SNCR-选择性非催化还原
代入6式得
k4 [ N 2 ] (k4 k5 [ NO]2 / k5 [O2 ]) d [ NO] 2[O] dt 1 (k4 [ NO] / k5 [O2 ]) = 2k4 [O][ N 2 ]{1 [ NO]2 /( K p , NO [ N 2 ][O2 ])} 1 (k4 [ NO] / k5 [O2 ])
第十章 氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源
NOx包括
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
NOx的性质
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
催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 还原反应
4 NH3 4 NO O2 4 N2 6H 2O 8NH3 6 NO2 O2 7 N2 12H 2O
潜在氧化反应
4 NH3 5O2 4 NO 6H 2O 4 NH3 3O2 2 N2 6H 2O
烟气脱硝技术
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 NO 燃料中20-80％的氮转化为NO
O,H,OH O,H,OH O,H,OH fast
Fuel N
fast
HCN
NHi (i=0,1,2)
fast
NHi slow
NHi,NO slow
N2
燃料型NOx的形成
热力型NOx的形成
假定O原子的浓度保持不变
[O]e
2 [O2 ]1/ e K p , NO
( RT )1/ 2
dY M (1 Y2 ) dx 2(1 CY ) M C 4k4 K p , NO [ N 2 ]1/ 2 ( RT )1/ 2 ( K p , NO )1/ 2 k5 [O2 ]1/ 2
最终得
k4 ( K p , NO )1/ 2 [ N 2 ]1/ 2
Y [ NO] /[ NO]e
热力型NOx的形成
积分得NO的形成分数与时间t之间的关系
(1 Y )c1 (1 Y )c1 exp(Mt )
= 1.0 [NO]/ [NO]e 0.5
0
0.5
1
1.5 2.0
1. 选择性催化还原法（SCR）
烟气脱硝技术
1. 选择性催化还原法（SCR）
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
尿素和氨基化合物作为还原剂，较高反应温度 化学反应
4 NH3 6 NO 5N2 6H 2O CO( NH 2 )2 2 NO 0.5O2 2 N2 CO2 2H 2O
2. 降低助燃空气预热温度
燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍
传统低NOx燃烧技术
3. 烟气循环燃烧
降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx
传统低NOx燃烧技术
4. 两段燃烧技术
第一段：氧气不足， 烟气温度低，NOx生成 量很小
第二段：二次空气，
CO、HC完全燃烧，烟
Na2CO3 Al2O3 2 NaAlO2 CO2 2 NaAlO2 H 2O 2 NaOH Al2O3 2 NaOH SO2 0.5O2 Na2 SO4 H 2O 2 NaOH 2 NO 1.5O2 2 Na2 NO3 H 2O 2 NaOH 2 NO2 0.5O2 2 Na2 NO3 H 2O
boiler nature gas coal 6# fuel oil
热力型NOx的形成
热力型NOx形成的动力学——Zeldovich模型
O2 M 2O M
N 2 O NO N
1 1
3
4 5
N O2 NO O
2
2
NO生成的总速率
d [ NO] k4 [O][ N 2 ] k4 [ N ][ NO] k5 [ N ][O2 ] k5 [O][ NO] 6 dt
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
上述数据说明：
1)
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
2)
800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已 经超过NO2
气温度低
先进的低NOx燃烧技术
原理：低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术
1. 炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器
炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴
类似于两段燃烧技术Biblioteka 先进的低NOx燃烧技术
2. 空气分级的低NOx旋流燃烧器
一次火焰区：富燃，N组分析出但难以转化 二次火焰区：燃尽CO、HC等
形成机理
燃料型NOx
燃料中的固定氮生成的NOx
热力型NOx
高温下N2与O2反应生成的NOx
瞬时NOx
低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx
NOx的形成机理
热力型NOx的形成
产生NO和NO2的两个重要反应
2 NO N2 O2 1 NO2 NO O2 2 1 2
3)
常规燃烧温度（>1500K)下，有可观的NO生成，但NO量
仍然很小
热力型NOx的形成
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 Ratio vehicles 0.9-1.0 0.95-1.0 0.96-1.0 diesel engine 0.77-1.0 internal comb. engine 0.99-1.0
先进的低NOx燃烧技术
3. 空气/燃料分级
的低NOx燃烧器
空气和燃料均 分级送入炉膛 一次火焰区下
游形成低氧还
原区，还原已 生成的NOx
先进的低NOx燃烧技术
第四节 烟气脱硝技术
脱硝技术的难点
处理烟气体积大
NOx浓度相当低
NOx的总量相对较大
烟气脱硝技术
1. 选择性催化还原法（SCR）
Mt
热力型NOx的形成
热力型NOx的形成
在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2／O2＝40：1)
瞬时NOx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CH N2 HCN N
CH 2 N2 HCN NH C2 N2 2CN
火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应
氮氧化物的性质及来源
NOx的性质（续）
NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降
NOx的来源
固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a） 人类活动（5×107t/a）
燃料燃烧占 90％ 95％以NO形式，其余主要为NO2
氮氧化物的来源
氮氧化物的来源
第二节 燃烧过程NOx的形成机理
烟气脱硝技术
3. 吸收法（续）
强硫酸吸收
NO NO2 2H2 SO4 2NOHSO4 H2O
4. 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-Al2O3
烟气脱硝技术
4. 吸附法（续）
Nox和SO2联合控制技术
反应式
NOx的形成
NOx的形成
第三节 低NOx燃烧技术原理
控制NOx形成的因素
空气－燃料比
燃烧区温度及其分布
后燃烧区的冷却程度 燃烧器形状
低NOx燃烧技术
传统低NOx燃烧技术
1. 低氧燃烧 降低NOx的同时提高锅炉热效率 CO、HC、碳黑产生量增加
传统低NOx燃烧技术
同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
烟气脱硝技术
3. 吸收法
碱液吸收
必须首先将一半以上的NO氧化为NOx NO/NOx＝1效果最佳
2 NO2 2MOH MNO3 MNO2 H 2O NO NO2 2MOH 2MNO2 H 2O 2 NO2 2 Na2CO3 NaNO3 NaNO2 CO2 NO NO2 2 Na2CO3 2 NaNO2 CO2 M K , Na , Ca 2 , Mg 2 , ( NH 4 )
燃料型NOx的形成
燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N
再生：天然气、CO
NOx控制技术比较
LNB-低氮氧化物燃烧 AOFA-改进的燃尽风法 SCR-选择性催化还原 SNCR-选择性非催化还原
代入6式得
k4 [ N 2 ] (k4 k5 [ NO]2 / k5 [O2 ]) d [ NO] 2[O] dt 1 (k4 [ NO] / k5 [O2 ]) = 2k4 [O][ N 2 ]{1 [ NO]2 /( K p , NO [ N 2 ][O2 ])} 1 (k4 [ NO] / k5 [O2 ])
第十章 氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源
NOx包括
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
NOx的性质
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
催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 还原反应
4 NH3 4 NO O2 4 N2 6H 2O 8NH3 6 NO2 O2 7 N2 12H 2O
潜在氧化反应
4 NH3 5O2 4 NO 6H 2O 4 NH3 3O2 2 N2 6H 2O
烟气脱硝技术
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 NO 燃料中20-80％的氮转化为NO
O,H,OH O,H,OH O,H,OH fast
Fuel N
fast
HCN
NHi (i=0,1,2)
fast
NHi slow
NHi,NO slow
N2
燃料型NOx的形成
热力型NOx的形成
假定O原子的浓度保持不变
[O]e
2 [O2 ]1/ e K p , NO
( RT )1/ 2
dY M (1 Y2 ) dx 2(1 CY ) M C 4k4 K p , NO [ N 2 ]1/ 2 ( RT )1/ 2 ( K p , NO )1/ 2 k5 [O2 ]1/ 2
最终得
k4 ( K p , NO )1/ 2 [ N 2 ]1/ 2
Y [ NO] /[ NO]e
热力型NOx的形成
积分得NO的形成分数与时间t之间的关系
(1 Y )c1 (1 Y )c1 exp(Mt )
= 1.0 [NO]/ [NO]e 0.5
0
0.5
1
1.5 2.0
1. 选择性催化还原法（SCR）
烟气脱硝技术
1. 选择性催化还原法（SCR）
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
尿素和氨基化合物作为还原剂，较高反应温度 化学反应
4 NH3 6 NO 5N2 6H 2O CO( NH 2 )2 2 NO 0.5O2 2 N2 CO2 2H 2O
2. 降低助燃空气预热温度
燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍
传统低NOx燃烧技术
3. 烟气循环燃烧
降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx
传统低NOx燃烧技术
4. 两段燃烧技术
第一段：氧气不足， 烟气温度低，NOx生成 量很小
第二段：二次空气，
CO、HC完全燃烧，烟
Na2CO3 Al2O3 2 NaAlO2 CO2 2 NaAlO2 H 2O 2 NaOH Al2O3 2 NaOH SO2 0.5O2 Na2 SO4 H 2O 2 NaOH 2 NO 1.5O2 2 Na2 NO3 H 2O 2 NaOH 2 NO2 0.5O2 2 Na2 NO3 H 2O
boiler nature gas coal 6# fuel oil
热力型NOx的形成
热力型NOx形成的动力学——Zeldovich模型
O2 M 2O M
N 2 O NO N
1 1
3
4 5
N O2 NO O
2
2
NO生成的总速率
d [ NO] k4 [O][ N 2 ] k4 [ N ][ NO] k5 [ N ][O2 ] k5 [O][ NO] 6 dt
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
上述数据说明：
1)
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
2)
800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已 经超过NO2
气温度低
先进的低NOx燃烧技术
原理：低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术
1. 炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器
炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴
类似于两段燃烧技术Biblioteka 先进的低NOx燃烧技术
2. 空气分级的低NOx旋流燃烧器
一次火焰区：富燃，N组分析出但难以转化 二次火焰区：燃尽CO、HC等
形成机理
燃料型NOx
燃料中的固定氮生成的NOx
热力型NOx
高温下N2与O2反应生成的NOx
瞬时NOx
低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx
NOx的形成机理
热力型NOx的形成
产生NO和NO2的两个重要反应
2 NO N2 O2 1 NO2 NO O2 2 1 2
3)
常规燃烧温度（>1500K)下，有可观的NO生成，但NO量
仍然很小
热力型NOx的形成
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 Ratio vehicles 0.9-1.0 0.95-1.0 0.96-1.0 diesel engine 0.77-1.0 internal comb. engine 0.99-1.0
先进的低NOx燃烧技术
3. 空气/燃料分级
的低NOx燃烧器
空气和燃料均 分级送入炉膛 一次火焰区下
游形成低氧还
原区，还原已 生成的NOx
先进的低NOx燃烧技术
第四节 烟气脱硝技术
脱硝技术的难点
处理烟气体积大
NOx浓度相当低
NOx的总量相对较大
烟气脱硝技术
1. 选择性催化还原法（SCR）
Mt
热力型NOx的形成
热力型NOx的形成
在各种温度下NO浓度随时间的变化曲线(N2／O2＝40：1)
瞬时NOx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CH N2 HCN N
CH 2 N2 HCN NH C2 N2 2CN
火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应
氮氧化物的性质及来源
NOx的性质（续）
NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降
NOx的来源
固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a） 人类活动（5×107t/a）
燃料燃烧占 90％ 95％以NO形式，其余主要为NO2
氮氧化物的来源
氮氧化物的来源
第二节 燃烧过程NOx的形成机理
烟气脱硝技术
3. 吸收法（续）
强硫酸吸收
NO NO2 2H2 SO4 2NOHSO4 H2O
4. 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-Al2O3
烟气脱硝技术
4. 吸附法（续）
Nox和SO2联合控制技术
反应式
NOx的形成
NOx的形成
第三节 低NOx燃烧技术原理
控制NOx形成的因素
空气－燃料比
燃烧区温度及其分布
后燃烧区的冷却程度 燃烧器形状
低NOx燃烧技术
传统低NOx燃烧技术
1. 低氧燃烧 降低NOx的同时提高锅炉热效率 CO、HC、碳黑产生量增加
传统低NOx燃烧技术
同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
烟气脱硝技术
2. 选择性非催化还原法（SNCR）
烟气脱硝技术
3. 吸收法
碱液吸收
必须首先将一半以上的NO氧化为NOx NO/NOx＝1效果最佳
2 NO2 2MOH MNO3 MNO2 H 2O NO NO2 2MOH 2MNO2 H 2O 2 NO2 2 Na2CO3 NaNO3 NaNO2 CO2 NO NO2 2 Na2CO3 2 NaNO2 CO2 M K , Na , Ca 2 , Mg 2 , ( NH 4 )