燃煤过程中的氮氧化物介绍及生成机理

硝酸过氧化乙醘 (PAN) 醛类
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光化学烟雾的形成
1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。 3O2==2O3（光照，NO2） ｛ NO2==NO+O（条件为光照） O+O2==O3 2NO+O2==2NO2 ｝ 2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、 醇、酸等产物以及重要的中间产物ROO（过氧烷基自由基包 括HOO）、RCO（酰基自由基）等自由基的生成。 3、过氧自由基引起NO向NO2的转化，并导致O2和PAN（硝 酸过氧化乙醘,一种强氧化剂）等的生成。
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降低大气的能见度
光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低，视程缩短。
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其他危害
光化学烟雾会加速橡胶 制品的老化和龟裂，腐 蚀建筑物和衣物，缩短 其使用寿命。
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光化学烟雾的表现特征
光化学烟雾的表现特征 是烟雾弥漫，大气能见 度降低。光化学烟雾一 般发生在大气相对湿度 较低、气温为24～32℃ 的夏季晴天，污染高峰 出现在中午或稍后。
美国加利福尼亚州发生光化学烟雾事件 农作物损失达2500多万美元。 日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件 使一些学生中毒昏倒。与此同时，日本的其他城市也有类似的事件发生。此后，日本一些大 城市连续不断出现光化学烟雾。 智利首都圣地亚哥也发生光化学烟雾事件 由于光化学烟雾的作用，迫使政府对该市实行紧急状态：学校停课、工厂停工、影院歇业， 孩子、孕妇和老人被劝告不要外出，使智利首都圣地亚哥处于“半瘫痪状态”。
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臭氧层破坏对全球气候的影响 平流层中臭氧 对气候调节具有两种相反的效应： 对气候调节具有两种相反的效应：如果平流层 中臭氧浓度降低， 中臭氧浓度降低，在这里吸收掉的紫外线辐射 就会相应减少，平流层自身会变冷，这样释放 就会相应减少，平流层自身会变冷， 出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。 出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。 另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加， 另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加， 会使地球增温变暖。 会使地球增温变暖。如果整个平流层中臭氧浓 度的减少是均匀的， 度的减少是均匀的，则上述两种效应可以互相 抵消，但是如果平流层的不同区域的臭氧层浓 抵消， 度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。 度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。现 在的状况是， 在的状况是，平流层臭氧层减少呈不均匀减少 趋势，这种变化的净效应如何， 趋势，这种变化的净效应如何，还有待科学研 究进一步证实。 究进一步证实。
影响植物生长
臭氧影响植物细胞的渗透性，可导致高产 作物的高产性能消失，甚至使植物丧失遗 传能力。植物受到臭氧的损害，开始时表 皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素 发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN使 叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的 生长，降低植物对病虫害的抵抗力。
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影响材料质量
光化学烟雾会促成酸雨形成，造成橡胶制 品老化、脆裂，使染料褪色，建筑物和机 器受腐蚀，并损害油漆涂料、纺织纤维和 塑料制品等
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1948年
1952年
1970年 1971年
1997年夏季
主要危害
损 害 动 物 的 健 康
影 响 植 物 生 长
影 响 材 料 质 量
降 低 大 气 能 见 度
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其
他
影响人和动物健康
人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺 激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶 化、儿童肺功能异常等。
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理解“保护伞”
所谓“臭氧层空洞” 所谓“臭氧层空洞”是指臭氧层的浓 度不到正常值的1/4的稀薄层 的稀薄层， 度不到正常值的 的稀薄层，而并非是 一点氧都没有的“空洞” 世纪70 一点氧都没有的“空洞” 。20世纪 世纪 年代以来，世界各地的观测表明,臭氧层 年代以来，世界各地的观测表明 臭氧层 中的臭氧有明显减少的趋势。臭氧（ ） 中的臭氧有明显减少的趋势。臭氧（O3） 是氧（ ）的一种异构体， 是氧（O2）的一种异构体，在大气中含 量甚微。在离地球表面10～ 量甚微。在离地球表面 ～50km的大气 的大气 平流层中集中了地球上90%的臭氧气体 的臭氧气体, 平流层中集中了地球上 的臭氧气体 在离地面25千米处臭氧浓度最大 千米处臭氧浓度最大， 在离地面 千米处臭氧浓度最大，形成 度约3 的臭氧集中层, 了厚 度约 mm的臭氧集中层 称为臭氧 的臭氧集中层 层。1985年英国南极考察队首次发现南 年英国南极考察队首次发现南 极上空出现臭氧空洞，之后全世界都密 极上空出现臭氧空洞， 切关注着臭氧层的变化。 切关注着臭氧层的变化。
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1987年又发现北极上空出现了臭氧层空洞。 年又发现北极上空出现了臭氧层空洞。 年又发现北极上空出现了臭氧层空洞 据国内外科学家观测， 年以来， 据国内外科学家观测，自1979年以来，青藏 年以来 高原上空每年夏季出现氧异常低值中心(中 高原上空每年夏季出现氧异常低值中心 中 心位置约在拉萨偏北)， 心位置约在拉萨偏北 ，而且臭氧总量平均 每年递减达到0.35%。这是地球上空首次发 每年递减达到 。 现的中低纬度地区大气臭氧层异常低值区。 现的中低纬度地区大气臭氧层异常低值区。 如果任其发展下去，青藏上空将可能出现地 如果任其发展下去， 球上空第三个臭氧层空洞。臭氧层的存在对 球上空第三个臭氧层空洞。 于地球上生物的生存至关重要，因为它阻挡 于地球上生物的生存至关重要， 了阳光中高能量的紫外线辐射，因此有人形 了阳光中高能量的紫外线辐射， 象地把臭氧层比做地球的“保护伞” 象地把臭氧层比做地球的“保护伞”。
煤燃烧过程中的NOx污染排放 与控制
煤燃烧过程中的NOx污染排放
课件作者：杨成功，武崇辉 指导老师：杨天华
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煤燃烧过程中的NOx污染排放
1.
关于NOx的介绍 NOx对环境的影响
2.
3. 煤燃烧过程中NOx的生成原理
2
1.关于关于NOx的介绍
氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮 氧化物： 一氧化氮 (NO) 二氧化氮 (NO2) 一氧化二氮 (N2O) 叠氮化亚硝酰 (N4O) 三氧化氮自由基(NO3) 三氧化二氮 (N2O3) 四氧化二氮 (N2O4) 五氧化二氮 (N2O5) 三硝基胺 (N(NO2)3) 其中除五氧化二氮常态下呈固体外，其他氮氧化物常态下都呈 空气污染物的氮氧化物（NOx）常指NO和NO2 气态。作为空气污染物 空气污染物
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臭 氧层
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臭氧层破坏的原因
关于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为，太阳活 关于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为， 动引起的太阳辐射强度变化， 动引起的太阳辐射强度变化，大气运动引起的大气温度 场和压力场的变化以及与臭氧生成有关的化学成分的移 输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响， 动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响，从而影响 臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引人， 臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引人，则将直接地 参与反应而对臭氧浓度产生更大的影响。 参与反应而对臭氧浓度产生更大的影响。 人类活动的 影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、 影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排 放方面。 放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗 和破坏。 和破坏。 在所有与臭氧起反应的物质中， 在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼 的是含碳 含碳、 氯和氮几种元素的化学物质， 的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚 （Ｎ2Ｏ）、水蒸汽（Ｈ Ｏ）、四氯化碳（ＣＨ4）、 Ｏ）、水蒸汽（Ｈ2Ｏ）、四氯化碳（ＣＨ 氮（Ｎ Ｏ）、水蒸汽（Ｈ Ｏ）、四氯化碳（ＣＨ ）、 甲烷（ＣＨ 和现在最受重视的氯氟烃（ＣＦＣ） （ＣＨ4） （ＣＦＣ）等 甲烷（ＣＨ ）和现在最受重视的氯氟烃（ＣＦＣ）等。 这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的， 这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流 层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。 层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这种 反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡， 反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致 地面紫外线辐射的增加. 地面紫外线辐射的增加
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2. NOx对环境的影响
•
NOx对人类健康的影响 NOx导致酸雨的形成 NOx导致光化学烟雾的形成 N2O导致臭氧层的破坏
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•
•
•
NOx对人类健康的影响
•
一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物是常见的大气污染物，能刺激呼 吸器官，引起急性毒作用和慢性毒作用，影响和危害人体健康。
危害和机理 氮氧化物中二氧化氮的毒性比一氧化氮高4～5倍。 氮氧化物主要是对呼吸器官有刺激作用。氮氧化物较难溶于水， 因而能侵入呼吸道深部细支气管和肺泡，并缓慢地溶于肺泡表面 的水分中，形成亚硝酸、硝酸，对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀 作用，引起肺水肿。亚硝酸盐进入血液后，与血红蛋白结合生成 高铁血红蛋白，引起组织缺氧。在一般情况下，污染物以二氧化 氮为主时，对肺的损害比较明显；污染物以一氧化氮为主时，高 铁血红蛋白症和对中枢神经损害比较明显。
由于二氧化硫的粉尘，一周内近60人死亡，千人呼吸系统致病。
洛杉矶光化学烟雾事件 由于大量汽车尾气在紫外线照射下产生光化学烟雾，大量居民出现眼睛红肿、流 泪等症状。 美国多诺拉烟雾事件 发生于美国宾夕法尼亚州多诺拉镇，由于大气严重污染，有5900多人患病，17人 死亡。 伦敦烟雾事件 由于烟尘和二氧化硫在浓雾中积聚不散，先后死亡1万多人。
和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光 的作用下发生化学反应，生成臭氧（O3）、 醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二 次污染物，参与光化学反应过程的一次污 染物和二次污染物的混合物所形成的淡蓝 色烟雾污染现象叫做光化学烟雾。
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人类历史上的光化学烟雾主要事例
1930年 1943年
比利时马斯河谷烟雾事件
•
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肺水肿
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NOx导致酸雨的形成
氮的氧化物溶于水形成酸： a.NO→HNO3 总的化学反应方程式 ： 4NO+2H2O+3O2＝4HNO3 b.NO2→HNO3 总的化学反应方程式： 4NO2+2H2O+O2→4HNO3
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NOx导致光化学烟雾的形成
洛 杉 矶 烟 雾 事 件
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光化学烟雾简介
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光化学烟雾的组成成分
光化学烟雾包括以下几种物质： 氮氧化物，例如二氧化氮 对流层臭氧 挥发性有机化合物 (VOCs--沸点50℃—260℃的各种有机化
合物。VOC按其化学结构，可以进一步分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其 他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、 三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。 )
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控制污染源
预防光化学烟雾主要是控制污染源，减少氮氧化物和 碳氢化合物的排放。为此应采取以下措施： （1 ）改善能源结构。推广使用天然气和二次能源， 如煤气、液化石油气、电等，加强对太阳能、风能、 地热等清洁能源的利用。 （2）区域集中供热发展区域集中供暖供热，设立规 模较大的热电厂和供热站，取缔市区矮小烟囱。 （3）推广燃煤电厂烟气脱N技术。
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光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称 为光化学氧化剂，以臭氧为代表，所以光化学烟雾 污染的标志是臭氧浓度的升高。
光化学烟雾刺激人的眼、鼻、气管和肺 等器官,使人发生眼红流泪、气喘咳嗽、 头晕恶心等症状。
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预防措施
控制污染源， 控制污染源，减少氮氧化物和碳氢化合物 污染源的排放 减少机动车尾气的排放 利用化学抑制剂 植树造林
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氮氧化物都为非可燃物，不过都可以助燃。因此一 氧化二氮、二氧化氮和五氧化二氮等遇高温或可燃性物 质能引起爆炸。 此外许多氮氧化物有毒，且多为神经毒气。
氮氧化物中有许多酸酐，遇水可生成硝酸、亚硝酸 等酸类。 一氧化氮尚可与血红蛋白结合引起高铁血红蛋白血症
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一氧化氮
二氧化氮
五氧化二氮
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煤燃烧过程中的氮氧化物
快速型nox在煤燃烧过程中的生成量很小在温度足够38煤粉燃烧中各种类型nox的生成量生成量和炉膛温度的关系392热力型nox的生成机理热力型nox是燃烧时空气中的氮n2和氧o2在高温下生成的no和no2o2十m2o十m中间物o十n2no十nn十o2no十o因此高温下生成no和nox的总反应式为n2十o22nono十12o2no2zeldovich捷里多维奇机理40n2和o2生成no的平衡常数kp当温度低于l000k时kp值非常小也就是no的分压力浓度很小
26Leabharlann 一、臭氧层概念及功能臭氧层概念：臭氧层是指距离地球20～30公里 处臭氧分子相对富集的大气平流层。如果在0℃ 下将大气圈中全部臭氧垂直向下压缩至1013hpa， 臭氧层的厚度只有3mm左右，大气当中的臭氧含 量近一亿分之一，有人形象地把它比喻为大气 圈中一层薄薄的轻纱。 紫外线（UV）就是太阳辐射中波长100～400 nm 的电磁波，其中，UV-C 射线（波长为100～ 280 nm）对人类和其他生命具有强大的杀伤力； UV-B 射线(波长280～315nm) 对人类和其他生 物有害，能诱发眼病和皮肤癌；UV-A 射线(波 长315～400nm) 危害性较小。
煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮 90%以上 和二氧化氮（ 以上） （NO ，占90%以上）和二氧化氮（NO2 ，占 5~10%）。此外，还有少量的氧化二氮（ ）。此外 5~10%）。此外，还有少量的氧化二氮（N2O ， 只占1%左右）产生。 1%左右 只占1%左右）产生。
的生成机理不同， 和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧 化物的生成量和排放量与煤燃烧方式， 化物的生成量和排放量与煤燃烧方式，特别是 燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切