氮氧化物污染控制技术[优质ppt]
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氮氧化物的生成和控制ppt
CH N 2 HCN N CH 2 N2 HCN NH
CH 3 N2 HCN NH 2 C2 N 2 2CN
弗尼莫尔反应机理
(2)燃烧火焰中生成大量的O、OH等原子团，
它们与上述反应生成的HCN、CN等反应生成
NHCCON O NCO H
HCN OH NCO H 2
5.4燃料型NOx的生成机理
5.4.1弗尼莫尔提出的模型
从燃料N向NO的转换是由两个互相竞争的过 程所决定的。 含有N原子的中间生成物I（主要是N、CN、 HCN和NHi等化合物）；含有氧原子的反应物 R（O、OH、O2等含氧化合物）
5.4.3燃料氮的转变率
燃烧过程中燃料N只有一部分转变成NO，故 把实际生成的NO浓度与燃料N全部转变成NO 时的浓度比，定义为燃料型NOx的转变率或燃 料N的转变率ηN，即
左图：燃料含氮量对NO的影响 右图：燃料NO与过剩空气系数的关系
控制燃料NOx生成的方法主要有 ：
a.使用含氮量低的燃料； b.采用燃料过浓燃烧，即α< 1； c.扩散燃烧时，抑制燃料与空气的混合
。
5.4.4煤燃烧时燃料NOx的生成
燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图
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(3N)CNOCOO被进NO一步CO氧化N成CONOOH NO CO H
(4)氨化物（NHi）和氧原子等快速反应而被氧 化成NHNOO NO H
CH 3 N2 HCN NH 2 C2 N 2 2CN
弗尼莫尔反应机理
(2)燃烧火焰中生成大量的O、OH等原子团，
它们与上述反应生成的HCN、CN等反应生成
NHCCON O NCO H
HCN OH NCO H 2
5.4燃料型NOx的生成机理
5.4.1弗尼莫尔提出的模型
从燃料N向NO的转换是由两个互相竞争的过 程所决定的。 含有N原子的中间生成物I（主要是N、CN、 HCN和NHi等化合物）；含有氧原子的反应物 R（O、OH、O2等含氧化合物）
5.4.3燃料氮的转变率
燃烧过程中燃料N只有一部分转变成NO，故 把实际生成的NO浓度与燃料N全部转变成NO 时的浓度比，定义为燃料型NOx的转变率或燃 料N的转变率ηN，即
左图：燃料含氮量对NO的影响 右图：燃料NO与过剩空气系数的关系
控制燃料NOx生成的方法主要有 ：
a.使用含氮量低的燃料； b.采用燃料过浓燃烧，即α< 1； c.扩散燃烧时，抑制燃料与空气的混合
。
5.4.4煤燃烧时燃料NOx的生成
燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图
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(3N)CNOCOO被进NO一步CO氧化N成CONOOH NO CO H
(4)氨化物（NHi）和氧原子等快速反应而被氧 化成NHNOO NO H
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
大气氮氧化物的排放及控制119页PPT文档
氧化产物
O3 伤害植物
PAN
伤害植物 刺激眼睛
甲醛、丙稀醛等 刺激眼睛
聚合与核长大
气溶胶 光雾
NOX－VOC－O3关系
NＯx污染的环境影响－－北京案例
³µ ¹« ׯ
(129 µg/m3)
δ ¼ø ±ð ³É ·Ö 20%
΢ Á¿ Ôª ËØ 1%
µØ ¿Ç ³¾ 12%
ï§ÑÎ Àë ×Ó 5% Ïõ Ëá ÑÎ Àë ×Ó 10%
NOX污染的环境影响
NO2（微量）
NO2 + UV → NO2
NO2 → NO + O
O3
O + O2 → O3
O3 + NO → NO2 + O2
紫外光 NO
O3 + HC → ↓
醛类及其它氧化物
刺激眼睛 醛类
复杂的有机化合物
汽车排气
太阳
HC
NO2
紫外光
HC + O2 + NO2 + UV ↓
O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物
辐射影响： －－直接影响 －－通过气溶胶
－－通过OH影响
PM SO2 NOX VOC NH3 CO2 CH4 N2O
CFCs HFCs SF6
√√√ √ √
√√
√√
√
√√
√
√
√
√√ √
√
√√√ √ √
√√
√
√
NOX污染的环境影响－－酸雨，PM2.5
N污染及其影响
英国氧化态N和还原型N质量平衡
北欧国家酸沉降和富营养化超量中N比例
部门内某燃料类型 NOX脱除率 NOX排放因子 燃料消耗量
固定源氮氧化物污染控制
吸 附 法
吸 收 法
分 级 燃 烧
低 氮 燃 烧
烟 气 再 循
器
环
选 择 性 催 化 还 原 法
选 择 性 非 催 化 还 原
电 子 束 法
脉 冲 电 晕 放 电 法
直 流 电 晕 放 电 法
介 质 阻 挡 放 电 法
表 面 放 电 法
氧 化 吸 收 法
络 合 吸 收 法
还 原 吸 收 法
法
思考题：氮氧化物和硫氧化物在性质、来源、影响和控制上的异同？
0 +1 +2 +3 +4 +5
+5
N2
N2O
NO
HONO NO2-
NO2
HNO3 硝酸盐颗 NO3- 粒物
➢ NOx(NOy、NOz)
• N2O、NO、NO2、HONO、NO3、N2O3、N2O4、 N2O5、PAN、RNO3、aerosol NO3
4
一、氮氧化物的性质、来源及影响
1. 氮氧化物的种类和性质
21
本章主要内容
一．氮氧化物的性质、来源及影响 二．低氮氧化物燃烧技术 三．烟气脱硝技术 四．烟气同时脱硫脱硝技术 五．固定源氮氧化物控制技术评价 六．我国氮氧化物排放控制策略
22
二、低氮氧化物燃烧技术
1. 低氮氧化物燃烧技术概述 2. 传统低氮氧化物燃烧技术 3. 先进低氮氧化物燃烧技术 4. 低氮氧化物燃烧技术比较
年
PM2.5
质量浓度，ug/m3 NO3-，%
1999-2007
145
7.7
2003-2005
95
6.6
2005
57
4.3
2002
大气污染控制工程 第九章 氮氧化物污染控制
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
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
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
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
3)
常规燃烧温度（>1500K，有可观的NO生成，但NO2量仍
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
先进的低NOx燃烧技术
2. 空气分级的低NOx旋流燃烧器
第七章 第三节 氮氧化物污染控制技术
• 反应温度区域：750℃~1000℃，最佳： 900℃~950℃；
• 加入过量的氨（NH3/ NOX =1.5），反应停留 时间约：0.25 S；
• NOX与NH3选择性反应在锅炉的炉膛中进行。
27
选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)
SNCR优点 • 投资工艺简单； • 费用低，为SCR的1/3~1/4 。
高温下空气中N2与O2反应生成的NOx
➢燃料型NOx
燃料中的固定氮生成的NOx
➢瞬时NOx (prompt NOx)
低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO
第2节 燃烧时氮氧化物减排技术
➢ 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(停留时间t)
烟雾箱模拟曲线
C3H6-NO-空气(O2、N2)混合物经 紫外线照射后的时间-成分关系图
光化学烟雾的形成
形成过程：
① NO被氧化为NO2; ② 碳氢化合物的氧化消耗； ③ 臭氧(O3)和其它氧化剂如PAN的生成。
光化学烟雾的形成
形成机制：
① NO2光解导致O3的生成
NO2 hv NO O O3 NO NO2 O2
燃料燃烧占 90％,其中95％以NO形式，其余主要为NO2。大气中NO→NO2
2 NOx在大气中反应
➢限制NOx排放的法规都建立在NO完全转化为NO2的假设之上， 常用NO2表示NOx
➢ 硝酸、硝酸铵和硝酸盐(粒径0.1~1μm)的形成, 最终导致酸雾和 酸 沉降以及PM10和PM2.5细粒子生成，能见度降低。
蒸汽换热器
空预器 电除尘器
去烟囱 气气换热器
尾部布置SCR流程
39
三种SCR工艺的布置华 电特电点力 科 学 研 究 院 华电集团动力技术研究中心
• 加入过量的氨（NH3/ NOX =1.5），反应停留 时间约：0.25 S；
• NOX与NH3选择性反应在锅炉的炉膛中进行。
27
选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)
SNCR优点 • 投资工艺简单； • 费用低，为SCR的1/3~1/4 。
高温下空气中N2与O2反应生成的NOx
➢燃料型NOx
燃料中的固定氮生成的NOx
➢瞬时NOx (prompt NOx)
低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO
第2节 燃烧时氮氧化物减排技术
➢ 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(停留时间t)
烟雾箱模拟曲线
C3H6-NO-空气(O2、N2)混合物经 紫外线照射后的时间-成分关系图
光化学烟雾的形成
形成过程：
① NO被氧化为NO2; ② 碳氢化合物的氧化消耗； ③ 臭氧(O3)和其它氧化剂如PAN的生成。
光化学烟雾的形成
形成机制：
① NO2光解导致O3的生成
NO2 hv NO O O3 NO NO2 O2
燃料燃烧占 90％,其中95％以NO形式，其余主要为NO2。大气中NO→NO2
2 NOx在大气中反应
➢限制NOx排放的法规都建立在NO完全转化为NO2的假设之上， 常用NO2表示NOx
➢ 硝酸、硝酸铵和硝酸盐(粒径0.1~1μm)的形成, 最终导致酸雾和 酸 沉降以及PM10和PM2.5细粒子生成，能见度降低。
蒸汽换热器
空预器 电除尘器
去烟囱 气气换热器
尾部布置SCR流程
39
三种SCR工艺的布置华 电特电点力 科 学 研 究 院 华电集团动力技术研究中心
第10章 氮氧化物控制技术
大气污染防治原理与技术
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 催化剂
➢ 含铂、钯的贵重金属
➢ 含铜、铁、钒、铬和锰的非贵重金属 ➢ 烟气中二氧化硫和粉尘会对催化剂产生不良影响
大气污染防治原理与技术
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 工艺流程
➢ 将烟气除尘、脱硫、干燥，进行预热，将烟气和氨按比例 混合后送入装有催化剂的反应器内，反应后的气体经分离 器除去粉尘，经膨胀器回收能量后排空
➢ 特点
➢ 是一种最简单的降低NOx、排放和燃料消耗的改进方法 ➢ 可降低15%左右的NOx的排放 ➢ 缺点：增加不完全燃烧热损失，降低燃烧效率；还原性气
氛降低灰熔点，引起炉膛结渣和腐蚀
大气污染防治原理与技术
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 概述
➢ 工业上应用最多的一种脱硝技术 ➢ 利用氨作为还原剂，在催化剂的作用下，还原烟气中的NOx
NO
O,H,OH
O,H,OH
Fuel N fast
HCN
O,H,OH NHi fast fast (i=0,1,2)
NHi slow
NHi,NO
slow
N2
大气污染防治原理与技术
第一节 氮氧化物控制技术基础
三种NOx的贡献
大气污染防治原理与技术
第二节 燃烧时氮氧化物减排技术
减排方法
➢ 燃烧中氮氧化物减排技术
➢ 影响因素
➢ 燃料品种、烟气循环量
➢ 特点
➢ 缺点：大量烟气流过炉膛，缩短了烟气在炉内停留时间， 引起煤粉燃烧不稳定，甚至灭火
➢ 脱硝率较低，一般25%～35%
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 催化剂
➢ 含铂、钯的贵重金属
➢ 含铜、铁、钒、铬和锰的非贵重金属 ➢ 烟气中二氧化硫和粉尘会对催化剂产生不良影响
大气污染防治原理与技术
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 工艺流程
➢ 将烟气除尘、脱硫、干燥，进行预热，将烟气和氨按比例 混合后送入装有催化剂的反应器内，反应后的气体经分离 器除去粉尘，经膨胀器回收能量后排空
➢ 特点
➢ 是一种最简单的降低NOx、排放和燃料消耗的改进方法 ➢ 可降低15%左右的NOx的排放 ➢ 缺点：增加不完全燃烧热损失，降低燃烧效率；还原性气
氛降低灰熔点，引起炉膛结渣和腐蚀
大气污染防治原理与技术
第三节 燃烧后氮氧化物控制技术
选择性催化还原技术（SCR）
➢ 概述
➢ 工业上应用最多的一种脱硝技术 ➢ 利用氨作为还原剂，在催化剂的作用下，还原烟气中的NOx
NO
O,H,OH
O,H,OH
Fuel N fast
HCN
O,H,OH NHi fast fast (i=0,1,2)
NHi slow
NHi,NO
slow
N2
大气污染防治原理与技术
第一节 氮氧化物控制技术基础
三种NOx的贡献
大气污染防治原理与技术
第二节 燃烧时氮氧化物减排技术
减排方法
➢ 燃烧中氮氧化物减排技术
➢ 影响因素
➢ 燃料品种、烟气循环量
➢ 特点
➢ 缺点：大量烟气流过炉膛，缩短了烟气在炉内停留时间， 引起煤粉燃烧不稳定，甚至灭火
➢ 脱硝率较低，一般25%～35%
9-固定源氮氧化物污染控制
液 膜 法
等
法
离 子
体
生 物 法
吸 附 法
吸 收 法
分 级 燃 烧
低 氮 燃 烧
烟 气 再 循
器
环
选 择 性 催 化 还 原 法
选 择 性 非 催 化 还 原
电 子 束 法
脉 冲 电 晕 放 电 法
直 流 电 晕 放 电 法
介 质 阻 挡 放 电 法
表 面 放 电 法
氧 化 吸 收 法
络 合 吸 收 法
NOx平均去除 效率，% 39.2 53.3 45.5 63.4 35.0 36.6 54.9 45.4 45.6 60.5
锅炉 数量
62 16 16 4 26 15 19 18 3 23
42
二、低氮氧化物燃烧技术
4. 低氮氧化物燃烧技术比较
不同低NOX燃烧技术的NOX排放值比较
43
二、低氮氧化物燃烧技术
28
二、低氮氧化物燃烧技术
2. 传统低氮氧化物燃烧技术
③ 烟气循环燃烧
• 适合液态排渣炉、燃油和燃气锅炉
降低氧浓度和燃烧区温度－ 主要减少热力型NOx
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
29
二、低氮氧化物燃烧技术
2. 传统低氮氧化物燃烧技术
③ 烟气循环燃烧
• 不适于固态排渣炉
➢ N2O
• 单个分子的温室效应为CO2的300倍，并参与臭氧层 的破坏
气体
影响份额,%
来源
CO2
49
CH4
18
CFC11~12
14
化石燃料燃烧、生物焚烧 农业
大气污染控制工程第七章固定源氮氧化物污染控制 ppt课件
ppt课件
3
第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理
燃烧过程中形成的NOx分为三类。
• 一类为由燃料中固定氮生成的NOx，称 为燃料型NOx(fuel NOx)；
• 二类NOx由大气中氮生成，主要产生于 原子氧和氮之间的化学反应，这种NOx 只在高温下形成，所以称为热力型 NOx(thermal NOx)；
ppt课件
16
三、瞬时NO的形成
在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮 气分子发生如下反应：
CH+N2=HCN+N 反生H应C成生N量成与；的NO部原反分子应HN生通CN成过与N与O2。O2反2目反应前应生还，成没增N有加O任，了何部NO简分的化
的模型可以预测这种机理生成NO的量，但是 在低温火焰中生成NO的量明显高于根据泽利 多维奇模型预测的结果。通常将这种机理形成 的NO称为瞬时NO。可以相信低温火焰中形成 的NO多数为瞬时NO。
形成NO的净速率：
d[NO] dt k4[O] k4[NO][N]
NO的总速率：
d[NO] dt k4[O][N2 ] k4[NO][N] k5[N][O2 ] k5[O][NO]
ppt课件
11
假定N原子以稳定的浓度存在
d[N] dt k4[O][N2 ] k4[NO][N] k-5[NO][O] k5[O2 ][N]
NO+0.5O2=NO2
T/K Kp
300 500
1000 Kp=(pNO2)/(pNO)(pO2)0.5 1500
2000
106 1.2×102 1.1×10-1 1.1×10-2 3.5×10-3
可见，Kp随温度升高而减小，因此低温有利于NO2形成。
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(共50张PPT)
➢ 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响过程，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比例有关，与氧浓度平方根成正比
18
➢ 上述反响为可逆反响，化学平衡受温度和反响物化学组成的影响
3、瞬时型
两个重要 反应
HC完全燃烧，烟气温度低
在低空气过剩系数下，不利的燃料— 空气分布可能出现，这将导致CO和粉 尘排放量增加，使燃烧效率降低。
25
煤两段燃烧对NOX生成量的影
响
四、烟气脱硝技术
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
41
SNCR的影响因素
1.温度及其控 N制Ox复原有其特定温度。温度低于
800℃，反响速率下降，反响不充 分，NOx脱除率下降，同时氨气逸 出量可能增加。当温度高于1100℃ 时，NOx的脱除率由于氨气的热分 解而降低。
以到达排放要求。
是由于经过除尘之后烟气中的颗粒物，尤 第二段：通入二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低
复原剂液滴的大小对反响的影响也是SNCR工艺中必须注意的一个问题。 热力型NOx〔Thermal NOx〕 SNCR以炉膛或流化床为反响器，将复原剂喷入与烟气混合，在900~1100℃区间复原剂迅速与烟气中的NOx反响，而氧气极少与复原剂反
2、选择性非催化复原法(SNCR)脱 硝
SNCR的机理
SNCR以炉膛或流化床为反响器，将复原剂喷入与烟气混合， 在900~1100℃区间复原剂迅速与烟气中的NOx反响，而氧气 极少与复原剂反响，实现NOx的“选择性复原〞。
➢ 热力型NOx的生成是一个缓慢的反响过程，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比例有关，与氧浓度平方根成正比
18
➢ 上述反响为可逆反响，化学平衡受温度和反响物化学组成的影响
3、瞬时型
两个重要 反应
HC完全燃烧，烟气温度低
在低空气过剩系数下，不利的燃料— 空气分布可能出现，这将导致CO和粉 尘排放量增加，使燃烧效率降低。
25
煤两段燃烧对NOX生成量的影
响
四、烟气脱硝技术
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
41
SNCR的影响因素
1.温度及其控 N制Ox复原有其特定温度。温度低于
800℃，反响速率下降，反响不充 分，NOx脱除率下降，同时氨气逸 出量可能增加。当温度高于1100℃ 时，NOx的脱除率由于氨气的热分 解而降低。
以到达排放要求。
是由于经过除尘之后烟气中的颗粒物，尤 第二段：通入二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低
复原剂液滴的大小对反响的影响也是SNCR工艺中必须注意的一个问题。 热力型NOx〔Thermal NOx〕 SNCR以炉膛或流化床为反响器，将复原剂喷入与烟气混合，在900~1100℃区间复原剂迅速与烟气中的NOx反响，而氧气极少与复原剂反
2、选择性非催化复原法(SNCR)脱 硝
SNCR的机理
SNCR以炉膛或流化床为反响器，将复原剂喷入与烟气混合， 在900~1100℃区间复原剂迅速与烟气中的NOx反响，而氧气 极少与复原剂反响，实现NOx的“选择性复原〞。
17182第4章固定源氮氧化物污染控制
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
HCN OH CN H2O CN O2 CO NO CN O CO N
NH OH N H2O NH O NO H
3.5 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
➢ 特征：助燃空气 分级加入，降低 火焰温度峰值
➢ 燃料分级加入， 使部分已经生成 的NOx还原
第四章 固定源氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源 第二节 中国NOx排放现状及控制 第三节 低NOx燃烧技术
第四节 燃煤烟气脱硝技术
➢ 为了满足日益严格的排放标准，NOx排放控制的技术
路线：低NOx燃烧技术＋烟气脱硝技术
第四章 固定源氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源 第二节 中国NOx排放现状及控制 第三节 低NOx燃烧技术 第四节 燃煤烟气脱硝技术
第五节 非电行业烟气治理
一、从电力转向非电 非电成大气治理的重点
➢ 在2018年全国环境保护工作会议上，生态环境部部长李干杰 表示，2018年启动钢铁、玻璃、水泥、焦化、陶瓷等非电行 业超低排放改造。
思考题：
1. 简要分析NOx的排放对环境可能产生的影响。 2. 简述中国NOx排放的控制策略与技术措施。 3. 如何控制燃烧过程引起的NOX污染？ 4. 简述对固定源氮氧化物、硫氧化物污染控制与治
氮氧化物的来源 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
氮氧化物的分类
燃料型NOx：燃料中的固定氮 瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基形成的NOx 热力型NOx： 高温下N2与O2反应生成的NOx
➢ 火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应
HCN OH CN H2O CN O2 CO NO CN O CO N
NH OH N H2O NH O NO H
3.5 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
➢ 特征：助燃空气 分级加入，降低 火焰温度峰值
➢ 燃料分级加入， 使部分已经生成 的NOx还原
第四章 固定源氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源 第二节 中国NOx排放现状及控制 第三节 低NOx燃烧技术
第四节 燃煤烟气脱硝技术
➢ 为了满足日益严格的排放标准，NOx排放控制的技术
路线：低NOx燃烧技术＋烟气脱硝技术
第四章 固定源氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物的性质及来源 第二节 中国NOx排放现状及控制 第三节 低NOx燃烧技术 第四节 燃煤烟气脱硝技术
第五节 非电行业烟气治理
一、从电力转向非电 非电成大气治理的重点
➢ 在2018年全国环境保护工作会议上，生态环境部部长李干杰 表示，2018年启动钢铁、玻璃、水泥、焦化、陶瓷等非电行 业超低排放改造。
思考题：
1. 简要分析NOx的排放对环境可能产生的影响。 2. 简述中国NOx排放的控制策略与技术措施。 3. 如何控制燃烧过程引起的NOX污染？ 4. 简述对固定源氮氧化物、硫氧化物污染控制与治
氮氧化物的来源 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
氮氧化物的分类
燃料型NOx：燃料中的固定氮 瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基形成的NOx 热力型NOx： 高温下N2与O2反应生成的NOx
氮氧化物污染控制
• 降低NOx的同时提高锅炉热效率 • CO、HC、碳黑产生量增加
• 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
• 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
• 4. 两段燃烧技术
– 第一段：氧气不足， 烟气温度低，NOx 生成量R）
• SCR过程是以氨作还原剂,通常在空气预热器的上游注入含NOX的烟气.此 处烟气温度约290—400℃，是还原反应的最佳温度.在含有催化剂的反应 器内NO被还原为N2和水，催化剂的活性材料通常由贵金属、碱性金属 氧化物和/或沸石等组成。
– 催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 – 还原剂：NH3 – 还原反应
4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H2O
• 3. 吸收法 – 碱液吸收 • 必须首先将一半以上的NO氧化为NO2 • NO/NO2＝1效果最佳
2NO2 2MOH MNO3 MNO2 H2O NO NO2 2MOH 2MNO2 H2O 2NO2 Na2CO3 NaNO3 NaNO2 CO2 NO NO2 Na2CO3 2NaNO2 CO2 M K , Na , Ca2 , Mg2 , (NH4 )
氮氧化物的性质及来源
–NO2:来源于NO的氧化，具有强烈刺激性，可 发生酸沉降
• 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
氮氧化物的主要人为来源
燃烧过程NOx的类型
–燃料型NOx
催化转化器空间气速: 当NOX的转化率为60％一90％
• 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
• 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
• 4. 两段燃烧技术
– 第一段：氧气不足， 烟气温度低，NOx 生成量R）
• SCR过程是以氨作还原剂,通常在空气预热器的上游注入含NOX的烟气.此 处烟气温度约290—400℃，是还原反应的最佳温度.在含有催化剂的反应 器内NO被还原为N2和水，催化剂的活性材料通常由贵金属、碱性金属 氧化物和/或沸石等组成。
– 催化剂：贵金属、碱性金属氧化物 – 还原剂：NH3 – 还原反应
4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H2O
• 3. 吸收法 – 碱液吸收 • 必须首先将一半以上的NO氧化为NO2 • NO/NO2＝1效果最佳
2NO2 2MOH MNO3 MNO2 H2O NO NO2 2MOH 2MNO2 H2O 2NO2 Na2CO3 NaNO3 NaNO2 CO2 NO NO2 Na2CO3 2NaNO2 CO2 M K , Na , Ca2 , Mg2 , (NH4 )
氮氧化物的性质及来源
–NO2:来源于NO的氧化，具有强烈刺激性，可 发生酸沉降
• 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
氮氧化物的主要人为来源
燃烧过程NOx的类型
–燃料型NOx
催化转化器空间气速: 当NOX的转化率为60％一90％
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3、氮氧化物危害
环境 1.形成酸雾、酸雨 2.影响植物正常生命活动，造成作物产量下降 3.参与破坏臭氧层
O3+NO=NO2+O2 O+NO2=NO+O2
4.间接导致灰霾天气的出现
11
4、氮氧化物控制标准
《环境空气质量标准》
GB 3095—2012
《大气污染防治法》
2015.8.29 修订版
《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
1952年 美国洛杉矶光化 学烟雾事件
不同浓度的NO2对人体健康的影响
浓度(ppm)
1.0 5.0 10-15 50 80 100-150 200 以上
影响
闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－5 分钟内引起胸痛 人在30－60 分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡
6
2、氮氧化物来源
我国NOx污染现状及排放特点
7
2、氮氧化物来源
我国NOx污染现状及排放特点
8
3、氮氧化物危害
人体健康
1.N对O呼X中吸的道N以O及2，肺进部入造人成体严会重 的损害
2.灰成霾二中次的气S溶O胶2和污N染O，2极侵易入形呼 吸道
3. N生O光X化还学可烟以雾与，碳刺氢激化人合的物眼发 睛案及例黏膜
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
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
2、氮氧化物来源
燃料中60％～80％的氮转化为NOx
燃料中的氮化物氧化成NO是快速的
16
17
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比18例有关，与氧浓度平方根
3、瞬时型
两个重要 反应
CH+N2→HCN+N
CH2+N2→HCN+
NH
瞬时性NOx 生成途径
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
20
三、低氮氧化物燃烧技术
21
•锅炉设计与运
源头控制、末端治理
行参数 •运行
燃烧条件
状况 •煤特
性
•燃烧器配制与燃
源头控 制
烧方式 •热力系统设计
低氮氧化 •低空气过剩
物燃烧技
燃烧
术
•烟气循环燃烧
22 •两段燃烧
低空气过剩系数运行技术
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
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
1、选择性催化还原法(SCR)脱 硝
四、烟气脱硝技术
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
氮氧化物污染控制技 术
目录
氮氧化物性质、来源、危害及控 制标准
氮氧化物形成机理 低氮氧化物燃烧技术
烟气脱硝技术
一、氮氧化物性质、来源及危害
1、氮氧化物性质
NOx：
2
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、 % N2O5
90
%
大气中NOx主要以NO、NO2的大形气污式染物存NOx成在分
烟气循环燃烧对降低NOX 的影响
24
两段燃烧技术
燃料在接近理论空气量下燃 烧
第一段：氧气不足，烟气温度 低，NOx生成量很小
第二段：通入二次空气，CO、 HC完全燃烧，烟气温度低
在低空气过剩系数下，不利的
燃料—空气分布可能出现，这
将导致CO和粉尘排放量增加，
使燃烧效率降低。
25
煤两段燃烧对NOX生成量 的影响
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）
13
二、氮氧化物形成机理
14
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
15
1、燃料型
燃料中的N多为以C—N键存在的有机化合物。理 论上讲，氮气分子中的N≡N键能比有机化合物中 的C—N键能大得多，燃烧时C—N容易分解，经氧 化形成NOx 火焰中燃料氮转化为NOX的比例受炉膛温度、 过量空气系数以及燃煤 的品质的影响
降低NOx的同时减 少了锅炉排烟热损 失，提高锅炉热效 率
CO、HC、碳黑产 生量增多，飞灰中 可燃物质也可增加，
23
空气过剩
采用燃烧产生的部分烟气冷却后，在循环送回燃烧区， 起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少NOX 生成量的目的－主要减少热力型NOx；