大气污染控制工程课件 第9章

§1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
§1氮氧化物的来源
§2燃烧过程NOx的形成机理
随着反应温度 T的升高，其反应速率按指数规 律增加。当 T<1500 oC时,NO的生成量很少 ,而当 T>1500oC时,T每增加100oC,反应速率增大 6-7倍。
二.热力型NOx形成的动力学——
Zeldovich(捷里多维奇)模型
O2 ? N ? 2O? N O? N2 ? NO? N N ? O2 ? NO? O
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）下，有可观的 NO生成，但 NO2 量仍然很小
一.热力型NOx形成的热力学
? 3.烟气冷却对 NO和NO2平衡的影响
§1氮氧化物的性质及来源
? 1952年，洛杉矶上空笼罩在浅蓝色的烟雾之中，这是在强烈阳光 照射下，污染物发生的化学反应， 400多名老人因此丧失了生命. 附近农作物一夜之间严重受害； 6.5万公顷的森林，29％严重受害 ，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。美国光化学烟雾对农 业和林业的危害曾波及27个州。
产生 NO和 NO2的两个重要反应
N 2 ? O 2 ?????? 2 NO
1Leabharlann Baidu
NO
?
1 2
O2
??? ???
NO 2
2
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
1.热力型NOx的生成浓度与温度的关系
800
700
600
(ppm) ?è
500 400
?μáD 1
NO?¨ 300
§1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 ? 氮氧化物（NOX）种类很多，造成大气污染的主要是 一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），因此环境学 中的氮氧化物一般就指这二者的总称。 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
0.95～1.0
6# fuel oil
0.96～1.0
diesel engine
0.77～1.0
二.热力型NOx形成的动力学——
Zeldovich(捷里多维奇)模型
燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生 成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用 捷里多维奇 (Zeldovich) 反应式表示。
? 之后，日本、英国、德国、澳大利亚先后出现过光化学污染， 我国兰州、上海也发生过类似的光化学烟雾事件。 氮氧化物（NOx），普通人并不熟悉的名字，它，就是上述 光化学烟雾的罪魁祸首，它还会造成大气层中臭氧含量减少、引 发硝酸雨，致使人们感染气喘病、肺水肿、鼻炎、头痛等疾病。 据测算，每燃烧一吨煤，就要产生 5－30kg氮氧化物。可我 国能源结构中有70%－80％由煤的燃烧来提供。煤炭高温燃烧成 为我国排放氮氧化物的主要来源之一。
? 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/NO x Ratio
boiler
vehicles
nature gas
0.9～1.0 internal comb. engine
0.99～1.0
coal
? NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃 组分
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
? 在氮氧化物中， NO占有90%以上，二氧化氮占 5%10%，产生机理一般分为如下三种： 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NO
?低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的 NO
一.热力型NOx形成的热力学
? 1.热力型NOx的生成浓度与温度的关系
第9章 氮氧化物污染控制
? 教学内容: ? §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
建议学时数：4学时
第9章 氮氧化物污染控制
? 1、教学要求 ? 要求了解氮氧化物性质和来源， ? 理解燃烧过程中氮氧化物的形成机理 , ? 掌握低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术。 ? 2、教学重点 ? 燃烧过程中氮氧化物的形成机理，烟气脱硝技术 ? 3、教学难点 ? 烟气脱硝技术、低氮氧化物燃烧技术
§1氮氧化物的性质及来源
? 就全球来看，空气中的氮氧化物主要来源于天然源，但城市大气 中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源 ，工业窑炉等固定源。 据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为： 1吨天然气:6.35公斤 1吨石油: 9.1-12.3公斤 1吨煤: 8-9公斤 而以汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中氮氧化物的浓度相当高。 在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物来自机动车排放。 氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降 水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染 物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。
在高温下总生成式为
N 2 ? O2 ? 2 NO
200
100
0 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 ? ?è (?é ê? ?è )
一.热力型NOx形成的热力学
? 平衡常数和平衡浓度
一.热力型NOx形成的热力学
? 2. NO与NO2之间的转化
? 平衡常数和 ? 平衡浓度
一.热力型NOx的形成的热力学
? 上述数据说明：