固源氮氧化物的污染控制

2、氮氧化物来源
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▪ 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，估算氮氧化物的排放时都 按计算NO2。
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C
k 4 ( K
p ,N O
)1/2[ N
]1 / 2
2
k 5[O
]1 / 2
2
Y [ N O ] /[ N O ]e
假设后燃烧区为常温区，积分得
NO的形成分数与时间t之间的关系：
(1 Y )c 1(1 Y )c 1ex p ( M t)
1
M 4k4 K p,O gP 2 RTK p,NO
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➢ 烟气冷•却常对规N燃O烧与温N度O（2平>衡15的0影0K响）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很 小
✓ 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
✓ 高温下形成的氮氧化物将以形式NO排入大气环境；
✓ NO转化为NO2的氧化反应将主要发生在大气中，所需时间由反应动力 学支配。
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污染源 煤 ： 民 用 (包 括 商 业 )
工业及电力 燃 料 油 ： 民 用 (包 括 商 业 )
工业 电力 天 然 气 ： 民 用 (包 括 商 业 ) 工业 电力 燃气轮机 移动燃烧源：汽油机
柴油机 硝酸生产工厂
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第一节 氮氧化物的性质及来源
1、氮氧化物性质
▪ NOx：
➢ N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 ➢ 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在
▪ 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， 其环境循环系统不依赖于其他氮氧化物； ➢ 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；
➢ NO和NO2之间的转化 ✓ 低温有利于NO2的生成
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✓上述数据说明：
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• 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
• 800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过 NO2
各种温度下形成NO的浓度－时间分布曲线
3、瞬时NO的形成
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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 CH2 N2 HCN NH C2 N2 2CN
火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应：
H C N O H C N H 2O CN O2 CO NO CN O CO N N H O H N H 2O NH O NO H N OH NO H N O2 NO O
1、热力型NO 形成的热力学 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
x
▪ NO生成量与温度的关系
➢ 在高温下产生NO和NO2的两个重要反应
N2 O2 ƒ 2NO
NO
1 2
O2
ƒ
NO2
✓ 上述反应为可逆反应，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
✓ 平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级
第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
▪ 燃烧过程中形成的分为三类：
➢ 燃料型NOx（Fuel NOx） ✓ 燃料中固定氮生成的NOx
➢ 热力型NOx（Thermal NOx） ✓ 高温下N2与O2反应生成的NOx
➢ 瞬时NO（Prompt NOx） ✓ 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO
d d N t O k 4 O N 2 k 4 N N O k 5 N O 2 k 5 O N O
▪ 假定N原子的浓度保持不变 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
d d N t O k 4 O N 2 k 4 N N O k 5 N O O k 5 N O 2 0
2、热力型NOx形成的热资料力仅供参考学,不当之—处，请联Z系改e正。ldovich模型
▪ 主要反应式
O2 M 2O M O N2 NO N N O2 NO O
▪ 应用化学动力学基本理论，上述第2式生成NO的净速率：
dd N tO k4O N 2k 4N N O
▪ 上述第2、3式NO生成的总速率
则： [N ]稳 态 k4[O k][4[N N 2O ] ] k k 55 [[O O ]2 []N O ]
即：
d[NO]2[O]k4[N2](k4k5[NO]2/k5[O2])
dt
1(k4[NO]/k5[O2])
=2k4[O][N2]{1[NO]2/(Kp,NO[N2][O2])} 1(k4[NO]/k5[O2])
NOx 排 放 系 数
平均排放系数 4 kg/t 煤 7～18.5kg/t 煤 1.4～8.6kg/1000L 油 8.7kg/1000L 油 12.5kg/1000L 油 1.85kg/1000m3 天 然 气 3.4kg/1000m3 天 然 气 6.25kg/1000m3 天 然 气 3.2kg/1000m3 天 然 气 13.6kg/1000L 汽油 26.0kg/1000L 柴油 28.5kg/吨 酸
其中： Kp,NON N 2O O 22kk44k5 k5
▪ 假定O原子的浓度保持不变 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
[O]e
[O2]1e/ 2 Kp,NO (RT)1/2
得到：
d Y M (1 Y 2 ) d x 2 (1 C Y )
M
4k4K
p ,O [ N
]1 / 2
2
( R T ) 1 / 2 ( K p ,N O ) 1 / 2