氮氧化物污染控制技术

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➢ 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。
2、氮氧化物来源
➢ 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
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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 ➢ 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 ➢ 燃烧区附近的NO实际浓度显著超过计算的量,原因在 于使NO量减少到平衡浓度的下列反应都较缓慢。
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
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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
氨作为还原剂,最佳温度为
870~1000℃
42
NOx去除率随温度的 变化
SNCR的影响因素
2.停留时间
反应物在反应器内停留的总时 间;在此时间内,NH3、尿素等 还原剂与烟气的混合、水的蒸 发、还原剂的分解和 NOx的还原 等步骤必须完成。 SNCR系统停 留时间一般为0.001~10s。
4.催化剂的影响 催化剂是SCR工艺的核心,催化剂对脱除率
的影响与催化剂的活性、类型、结构、表 面积等特性有关。其中催化剂的活性是对 NOx的脱除率产生影响的最重要因素。
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SCR催化反应器的布置 1.高尘烟气布置
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烟气尚未经过除尘,飞灰颗粒对催化剂的冲蚀比较厉害,飞灰中的有害物 质,特别是其中砷(As)的氧化物对催化剂的活性损害会比较大。又由于 催化剂处于高温烟气中,烟温受上游燃烧设备的影响直接,若温度过高会 使催化剂烧结失活。所有这些情况都容易造成催化剂寿命缩短,所以这种 布置方式往往需要加大催化剂体积以弥补以上各种因素对催化剂的不利影 响。
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空气过剩系数对NOX生成 量影响
烟气循环燃烧
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;
烟气循环燃烧对降低NOX 的影响
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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。
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煤两段燃烧对NOX生成量 的影响
四、烟气脱硝技术
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▪ 烟气脱硝
➢ 对冷却后的烟气进行处理,以降低NOx的排放量。
▪ 催化剂:贵金属、碱性金属氧化物
4NH3 4NO O2 催化剂4N2 6H2O 4NH3 2NO2 O2 催化剂3N2 6H2O 4NH3 4NO O2 4N2 6H2O 2CO(NH2)2 4NO O2 4N2 2CO2 4H2O
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。
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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:
2
%
1
%
性质:
90
➢ N2O:单个分子的温室效应为CO2的200倍% ,并参与臭氧层的 大气污染物NOx成分
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;
2、氮氧化物来源
自然过程
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
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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
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•锅炉设计与运
另外,由于催化反应器的下游还有空气预热器和烟气脱硫(FGD)等重要 设备,未反应完的NH3和烟气中的SO3生成的硫酸铵、硫酸氢铵可能对后 面这些设备产生损害,甚至还会影响粉煤灰的质量造成粉煤灰综合利用的 困难。
高含尘段布置的另一个问题是,当对已经建成的机组进行加装SCR系统的 改造时,可能会因可利用场地的限制,使这种布置方案的实施遇到困难, 出现这种情况往往还会同时带来建造费用高、停机时间长等问题。
源头控制、末端治理
行参数 •运行
燃烧条件
状况 •煤特

•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

•烟气循环燃烧
22 •两段燃烧
低空气过剩系数运行技术
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,从而 使燃烧效率下降
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典型工艺布置
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脱硝原理
SCR工艺主要由三部分组成,即催化反 应器、供氨系统以及控制系统,对于某 些布置方式还有烟气再热系统等附属设 施。
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
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
3、氮氧化物危害
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
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:
➢ N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5
5-10
➢ 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在 %
平台公司
氨氮摩尔比对SCR脱硝效 率影响
32
SCR的影响因素
3.接触时间
一般的,反应物在反应器中停留 时间越长,脱硝效率越高,操作 温度与最佳反应温度接近时,停
留时间降低。
停留时间过短,反应不完全,氨 逃逸量增大,时间过长会发生氨 的氧化导致脱硝效率下降。33
停留时间与脱硝效 率的关系
SCR的影响因素
260℃~380℃; 3.低温SCR工艺的适宜温度范围为
80℃~300℃。
30
SCR的影响因素
1.反应温度的影响
反应温度决定反应物的 反应速度, 而且决定催化 剂的反应活性。催化剂 使得SCR反应温度大大 下降且反应器体积变小
反应温度对SCR脱硝效率 影响
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SCR的影响因素
2. NH3/NOx摩尔比的影响 图右实验中得到的温度 为310℃时NH3/NOx 的摩尔比对NOx脱除 率影响的实测结果。
原”。
4NΒιβλιοθήκη Baidu3+4NO+O2→4N2+6H2O
2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+2CO41 2+4H2O
SNCR的影响因素
1.温度及其控制
NOx还原有其特定温度。温度低 于800℃,反应速率下降,反应 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。
▪ 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
1、选择性催化还原法(SCR)脱硝
▪ 原理
➢ 以氨作还原剂,通常在空气预热器的上游注入含NOx的 烟气,在含有催化剂的反应器内被还原成N2和水。
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.NOX中的NO2,进入人体会对 呼吸道以及肺部造成严重的损 害
2.灰霾中的SO2和NO2极易形成 二次气溶胶污染,侵入呼吸道
3. NOX还可以与碳氢化合物发生 光化学烟雾,刺激人的眼睛及 黏膜
➢ 案例
1952年 美国洛杉矶光化 学烟雾事件
另外,由于SCR反应器出来的烟气温度一般都在 350℃~440℃ 之 间,所以还需要利用热交换器进行冷 却,使烟气温度降为120℃左右以达到排放要求。
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2、选择性非催化还原法(SNCR)脱 硝
SNCR的机理
SNCR以炉膛或流化床为反应器,将还原剂喷入与烟气混 合,在900~1100℃区间还原剂迅速与烟气中的NOx反 应,而氧气极少与还原剂反应,实现NOx的“选择性还
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SCR催化反应器的布置 2.低尘烟气布置
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低含尘烟气段布置方式弥补高含尘量和高温所导致的某些缺点, 但可能出现一些新问题。
最常出现的是飞灰在催化剂上的沉积。这是由于经过除尘之后烟 气中的颗粒物,尤其是粒径较大的颗粒物大大减少,使得烟气粉 尘含量高的时候所固有的自清洁作用随之失去,因此烟气中未被 除去的极细小的粉尘非常容易沉积催化剂上,降低催化剂的活 性。
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2、氮氧化物来源
我国NOx污染现状及排放特点
3000.00
氮氧化物年排放量/万吨
2500.00 2000.00
2404.27 2337.77 2227.36 2078.00 1851.02 1776.98
1500.00
1000.00
500.00
0.00 2011年 2012年 2013年 2014年 2015年 2016年
16
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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
另外这种布置方式需要采用高温电除尘器,投资费用和运行要求 都要相应提高。
再就是前面所谈到的高含尘段布置易发生的由于硫酸铵和硫酸氢 铵的沉积对空气预热器等下游设备的危害,在低含尘段布置方式 中依然存在。
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SCR催化反应器的布置 3.低尾部烟气布

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优点是经过除尘和脱硫之后的烟气可以使催化剂既不受高 浓度烟尘的影响也不受SO3等气态毒物的影响。有利于保 持催化剂的活性和延长使用寿命,但缺点是烟气温度过低 (湿法脱硫系统出口的烟气温度大约为55℃,半干法约为 75℃)目前所有SCR催化剂都不能适用于如此低的温度, 所以必须重新对烟气加热
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