《沈阳农业大学土地与环境学院大气污染控制工程课件第八章学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沈阳农业大学土地与环境学院大气污染控制工程课件第八章学习教案.pptx（50页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1沈阳农业大学土地与环境学院沈阳农业大学土地与环境学院(xuyun)大气污染控制工程课件大气污染控制工程课件 第八章第八章第一页，共50页。n n据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：1 1吨天然气吨天然气:6.35:6.35公斤公斤(n jn)(n jn)1 1吨石油吨石油:9.1-12.3:9.1-12.3公斤公斤(n jn)(n jn)1 1吨煤吨煤:8-9:8-9公斤公斤(n jn)(n jn)第1页/共50页第二页，共50页。bbNOxNOx包括包括bbN2ON2O、NONO、N2O3N2O3、NO2NO2、N2O4N2O4、N2O5N
2、2O5bb大气中大气中NOxNOx主要以主要以NONO、NO2NO2的形式存在的形式存在bbNOxNOx的性质的性质bbN2ON2O：单个分子的温室效应为：单个分子的温室效应为CO2CO2的的200200倍，并参与倍，并参与臭氧层的破坏臭氧层的破坏bbNONO：大气中：大气中NO2NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分跃组分bbNO2NO2：强烈刺激性，来源于：强烈刺激性，来源于NONO的氧化的氧化(ynghu)(ynghu)，酸，酸沉降沉降一、氮氧化物的性质一、氮氧化物的性质(xngzh)(xngzh)及来源及来源第2页/共50页第三页，共50页。n nNO
3、x的来源n n固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a）n n人类活动（5107t/a）n n燃料燃烧占 90n n95以NO形式(xngsh)，其余主要为NO2第3页/共50页第四页，共50页。二、不同浓度的二、不同浓度的 NO2NO2对人体对人体(rnt)(rnt)健康的影响健康的影响第4页/共50页第五页，共50页。第5页/共50页第六页，共50页。第二节第二节 燃烧过程燃烧过程(guchng)NOx的形成的形成机理机理n n在氮氧化物中，在氮氧化物中，NONO占有占有90%90%以上，二氧化氮占以上，二氧化氮占5%-10%5%-10%，产生机理一般分为如下三种：产生机理一般分为如下三种：
4、n n热力型热力型NOxNOxn n由大气中的氮生成，由大气中的氮生成，N2N2与与O2O2发生化学反应生成的发生化学反应生成的NOxNOx，这，这种种NOxNOx只在高温下形成只在高温下形成n n燃料燃料(rnlio)(rnlio)型型NOxNOxn n由燃料由燃料(rnlio)(rnlio)中的固定氮生成的中的固定氮生成的NOxNOxn n瞬时瞬时NOxNOxn n低温火焰中由于含碳自由基的存在生成的低温火焰中由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx第6页/共50页第七页，共50页。一、热力型一、热力型NOxNOx的形成的形成产生产生NONO和和NO2NO2的两个重要反应的两个重要反应 上述
5、反应的化学平衡受温度和反应物化学组上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成成(z(z chn chn)的影响的影响 平衡时平衡时NONO浓度随温度升高迅速增加浓度随温度升高迅速增加 当温度当温度1000K1000K1000K，将会形成可观的，将会形成可观的NONO。第7页/共50页第八页，共50页。（一）（一）热力热力(rl)(rl)型型NOxNOx的生成浓度与温度的关系的生成浓度与温度的关系第8页/共50页第九页，共50页。O2O2和和N2N2生成生成(shn chn)NO(shn chn)NO的平衡常数的平衡常数N N2 2O O2 22NO2NOT/KT/KKpKpKp=(pNO)Kp=
6、(pNO)2 2/(P/(PO2O2)(P)(PN2N2)3003001010-30-30100010007.5107.510-9-9120012002.8102.810-7-7150015001.1101.110-5-5200020004.0104.010-4-4250025003.5103.510-3-3第9页/共50页第十页，共50页。（二）NO与NO2之间的转化(zhunhu)NO+0.5ONO+0.5O2 2=NO=NO2 2T/KT/KKpKpKp=(pNOKp=(pNO2 2)/(pNO)(pO)/(pNO)(pO2 2)0.50.530030010106 65005001.21
7、01.2102 2100010001.1101.110-1-1150015001.1101.110-2-2200020003.5103.510-3-3可见，可见，KpKp随温度升高而减小，因此随温度升高而减小，因此(ync)(ync)低温有利于低温有利于NO2NO2形成。形成。在高温在高温NO2NO2分解为分解为NONO，温度，温度1000K1000K时，时，NO2NO2生成量比生成量比NONO低得多。低得多。第10页/共50页第十一页，共50页。这些热力学数据说明：在室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有NO转化为NO2；在800K左右，NO和NO2生成量仍然微不足道，但NO得生成量
8、已经(y jing)超过NO2；在常规得燃烧温度(1500K)，有可观量得NO生成，然而NO2得量仍然是微不足道。第11页/共50页第十二页，共50页。（三）烟气（三）烟气（三）烟气（三）烟气(yn q)(yn q)冷却对冷却对冷却对冷却对NONO和和和和NO2NO2平衡得影响平衡得影响平衡得影响平衡得影响n n烟气冷却烟气冷却(lngqu)(lngqu)过程中，根据热力学计算，过程中，根据热力学计算，NOxNOx应主要应主要以以NO2NO2的形式存在，但实际大部分燃烧过程排出的尾气中的形式存在，但实际大部分燃烧过程排出的尾气中大约大约90%95%90%95%的的NOxNOx仍然以仍然以NON
9、O形式存在，并排放到大气环形式存在，并排放到大气环境中，主要原因在于动力学控制境中，主要原因在于动力学控制n n在低温下将氧化为在低温下将氧化为NO2NO2，而不是分解为，而不是分解为N2N2和和O2O2，因为分解，因为分解反应具有较高反应的活化能。反应具有较高反应的活化能。第12页/共50页第十三页，共50页。二、瞬时二、瞬时二、瞬时二、瞬时(shn sh)NOx(shn sh)NOx的形成的形成的形成的形成n n快速型快速型NONO是是19711971年年FenimoreFenimore通过实验发现通过实验发现(fxin)(fxin)的。碳氢化的。碳氢化合物燃料燃烧，在燃料过浓时，在反应区
10、附近会快速生成合物燃料燃烧，在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NONO。n n由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CHCH自由基可以和自由基可以和空气中氮气反应生成空气中氮气反应生成HCNHCN和和N N，再进一步与氧气作用以极快的，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要速度生成，其形成时间只需要60ms60ms，所生成的与炉膛压力，所生成的与炉膛压力0.50.5次次方成正比，与温度的关系不大。方成正比，与温度的关系不大。n n上述两种氮氧化物都不占上述两种氮氧化物都不占NOxNOx的主要部分，不是主要来源。的主要部分，不是主要来源。
11、第13页/共50页第十四页，共50页。b碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等含碳基团，与N2发生如下(rxi)反应b 火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应第14页/共50页第十五页，共50页。三、燃料三、燃料三、燃料三、燃料(rnlio)(rnlio)型型型型NOxNOxn n近来研究表明，燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大近来研究表明，燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量量NOxNOx。n n由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。n n在生成燃料型在生成燃料型NOxNOx过程中，首先是含有氮的有机化合过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生物热裂解产
12、生N N，CNCN，HCNHCN和等中间产物基团和等中间产物基团(j(j tun)tun)，然后再氧化成，然后再氧化成NOx NOx。第15页/共50页第十六页，共50页。燃烧中氮转变称为燃烧中氮转变称为燃烧中氮转变称为燃烧中氮转变称为NOxNOx被广泛接受被广泛接受被广泛接受被广泛接受(jishu)(jishu)的反应过的反应过的反应过的反应过程为：程为：程为：程为：因此，在火焰中燃烧氮转化为因此，在火焰中燃烧氮转化为NONO的比例依赖于火焰区内的比例依赖于火焰区内NO/O2NO/O2之比。一些之比。一些(yxi)(yxi)试验结果表明，燃烧过程中，燃料试验结果表明，燃烧过程中，燃料氮接近氮
13、接近100100的转化为的转化为NOxNOx。第16页/共50页第十七页，共50页。燃料中氮分解为挥发燃料中氮分解为挥发(huf)(huf)分分N N和焦炭和焦炭N N的示意图的示意图煤粒N挥发(huf)分挥发(huf)分N焦炭焦炭NNON2N2第17页/共50页第十八页，共50页。第18页/共50页第十九页，共50页。第19页/共50页第二十页，共50页。第三节第三节 烟气烟气(yn q)脱硝脱硝技术技术n n选择性催化还原法SCRn n选择性非催化还原法SNCRn n吸收法净化(jnghu)烟气中NOx 除通过除通过(tnggu)(tnggu)改进燃烧技术控制改进燃烧技术控制NOxNOx排
14、放外，有些情况还要排放外，有些情况还要对冷却后的烟气进行处理，以降低对冷却后的烟气进行处理，以降低NOxNOx的排放量，通常称为烟气脱的排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发多项烟气脱硝技术，有些还在研究中。硝。目前已开发多项烟气脱硝技术，有些还在研究中。第20页/共50页第二十一页，共50页。一、选择性催化一、选择性催化一、选择性催化一、选择性催化(cu hu)(cu hu)还原法还原法还原法还原法（SCRSCR）selective catalytic reductionselective catalytic reduction基本原理基本原理SCRSCR系统构成系统构成(guchng)(gu
15、chng)SCRSCR工艺流程工艺流程催化剂催化剂影响影响SCRSCR脱硝效果的主要因素脱硝效果的主要因素第21页/共50页第二十二页，共50页。（一）基本原理：（一）基本原理：脱硝效率在脱硝效率在6090%6090%压力损失和催化转化器空间气速的选择是压力损失和催化转化器空间气速的选择是SCRSCR系系统设计统设计(shj)(shj)的关键。的关键。第22页/共50页第二十三页，共50页。与氨有关与氨有关(yugun)(yugun)的潜在氧化反应包括：的潜在氧化反应包括：第23页/共50页第二十四页，共50页。温度对还原效率有显著影响，提高温度能改进温度对还原效率有显著影响，提高温度能改进N
16、OxNOx的还原，但当温度进一步提高氧化反应变得的还原，但当温度进一步提高氧化反应变得越来越快，从而导致越来越快，从而导致NOxNOx的产生。的产生。铂、钯等贵金属催化剂的最佳操作温度为铂、钯等贵金属催化剂的最佳操作温度为1752900C1752900C；金属氧化物催化剂，如二氧化钛为载；金属氧化物催化剂，如二氧化钛为载体的五氧化二钒催化剂，在体的五氧化二钒催化剂，在2604500C2604500C下操作效果下操作效果最好；对于沸石催化剂，通常最好；对于沸石催化剂，通常(tngchng)(tngchng)可在更可在更高温度下操作。高温度下操作。工业实践表明，工业实践表明，SCRSCR系统对系统
17、对NOxNOx的转化率为的转化率为60%90%60%90%。压力损失和催化转化器空间气速的选择是压力损失和催化转化器空间气速的选择是SCRSCR系系统设计的关键。统设计的关键。第24页/共50页第二十五页，共50页。第25页/共50页第二十六页，共50页。（二）SCR系统(xtng)构成反应器催化剂氨储存罐和氨喷射器第26页/共50页第二十七页，共50页。SCRSCR喷氨法催化剂反应器喷氨法催化剂反应器(SCR(SCR反应器反应器)置于空气置于空气(kngq)(kngq)预热器前的高尘烟气中预热器前的高尘烟气中锅炉(gul)静电除尘器SCR反应器空气(kngq)预热器NH3储罐蒸发器去湿法烟气
18、脱硫系统NH3空气NH3NH3+空气第27页/共50页第二十八页，共50页。SCR喷氨法催化剂反应器置于空气(kngq)预热器与静电除尘器之间锅炉(gul)静电除尘器SCR反应器空气(kngq)预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气去烟囱空气第28页/共50页第二十九页，共50页。第29页/共50页第三十页，共50页。SCRSCR加氨系统加氨系统加氨系统加氨系统(xtng)(xtng)第30页/共50页第三十一页，共50页。（三）影响（三）影响（三）影响（三）影响SCRSCR脱硝效果的主要脱硝效果的主要脱硝效果的主要脱硝效果的主要(zh(zh yo)yo)因素因素因素因素
19、n n反应温度(wnd)n nNH3/NOXn n空间速度n n烟气与NH3的混合n n催化剂中毒和钝化第31页/共50页第三十二页，共50页。1.催化剂失活：“毒物”积累是其主要原因，降低含尘量可有效延长催化剂的使用寿命。寿命受下列因素影响(yngxing):烟气飞灰中Na,K,Ca,Si,As会使催化剂中毒或污染；飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器蜂窝堵塞；如烟气温度升高,会使CATA.烧结或使之再结晶失效；如烟气温度降低,氨会和三氧化硫生成硫酸氢铵,堵塞烟道；高活性CATA.会使二氧化硫氧化成三氧化硫。两个两个(li(li n n )关键因素关键因素第32页/共50页第三十三页，共
20、50页。2.2.残留氨：未反应的残留氨：未反应的NH3NH3都将转化为硫酸盐：都将转化为硫酸盐：2NH3(g)2NH3(g)SO3(g)+H2O(g)(NH4)2SO4(s)SO3(g)+H2O(g)(NH4)2SO4(s)生成的硫酸铵为亚微米级的微粒，易于附着生成的硫酸铵为亚微米级的微粒，易于附着(fzhu)(fzhu)在催化器内或者在催化器内或者下游的空气预热器以及引风机。下游的空气预热器以及引风机。随着随着SCRSCR系统运行时间的增加，催化剂活性逐渐丧失，烟气中残留系统运行时间的增加，催化剂活性逐渐丧失，烟气中残留的氨或者的氨或者“氨泄漏氨泄漏”也将增加。也将增加。第33页/共50页第
21、三十四页，共50页。二、选择性非催化二、选择性非催化二、选择性非催化二、选择性非催化(cu hu)(cu hu)还原法还原法还原法还原法SNCRSNCR SNCR SNCR工艺中，尿素或氨基工艺中，尿素或氨基(nj)(nj)化合物作为还化合物作为还原剂将原剂将NOxNOx还原为还原为N2N2。因为需要较高的反应温度。因为需要较高的反应温度（93010900C93010900C），还原剂通常注进炉膛或者紧靠），还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。炉膛出口的烟道。第34页/共50页第三十五页，共50页。（一）基本原理及工艺流程(n y li chn)尿素尿素(nio s)(nio s)的水溶
22、液在炉膛上部注入的水溶液在炉膛上部注入1.1.主要主要(zhyo)(zhyo)化学反应化学反应同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生第35页/共50页第三十六页，共50页。可能竞争反应为（反应温度可能竞争反应为（反应温度11000C11000C，成为，成为(chngwi)(chngwi)主要反应）：主要反应）：4NH3 4NH35O24NO5O24NO6H2O6H2O 4NH3 4NH33O24N23O24N26H2O6H2O 还原剂必须注入最佳温度区，如果温度低于所希望的区间，残留还原剂必须注入最佳温度区，如果温度低于所希望的区间，残留(cnli)(cnli)氨量将增加。氨量将增加。第36页
23、/共50页第三十七页，共50页。2.工艺流程1mol的尿素可以还原2mol的NO,但实际运行时尿素的注入量控制在尿素中N与NO摩尔比为1，多余可能降解(jin ji)为氮、氨和CO2。工业运行表明，SNCR工艺的NO还原率较低，通常在3060的范围内。CO(NHCO(NH22)22+2NO+0.5O+2NO+0.5O222N2N22+CO+CO22+2H+2H22OO第37页/共50页第三十八页，共50页。喷入氨/尿素燃烧器烟气1050oC-950oC 选择性非催化选择性非催化(cu hu)(cu hu)脱硝法脱硝法(SNCR)(SNCR)炉墙上炉墙上 多层氨喷口位置示意图多层氨喷口位置示意图
24、第38页/共50页第三十九页，共50页。b若喷入的氨未充分反应，则泄漏的氨会到锅炉炉尾部受热(shu r)面，烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫酸氨（粘性，易堵塞空气预热器，并有腐蚀危险），使烟气飞灰容易沉积在受热(shu r)面。bSNCR喷氨法投资少，费用低，但适用范围窄，要有良好的混合及反应空间、时间条件。当要求较高的脱除率时，会造成氨泄漏过大。第39页/共50页第四十页，共50页。（二）影响(yngxing)SNCR的NOX脱除率的因素还原剂喷入点：温度窗比较窄，喷入点和位置合适的停留时间：适当的NH3/NOX还原剂与烟气的充分混合添加剂(如烃类物质)降低SNCR的最佳反应温度第40页/共5
25、0页第四十一页，共50页。（三）缺点（三）缺点1.1.效率不高效率不高(燃油锅炉的排放量仅降低燃油锅炉的排放量仅降低30%30%50%;50%;2.2.氨的泄漏量大氨的泄漏量大,不仅污染大气不仅污染大气,而且而且(r qi)(r qi)在燃烧在燃烧含硫燃料时含硫燃料时,由于有硫酸氢铵形成由于有硫酸氢铵形成,会使空气预热器会使空气预热器堵塞。堵塞。第41页/共50页第四十二页，共50页。三、吸收三、吸收三、吸收三、吸收(xshu)(xshu)法净化烟气中法净化烟气中法净化烟气中法净化烟气中NOxNOxn n原理：将NO通过与氧化剂O3、ClO2、KMnO4反应，氧化生成NO2，NO2被水或碱性溶
26、液吸收(xshu)，实现烟气脱硝。n n效率达到90%以上n n按所选的吸收(xshu)剂不同，可分为水吸收(xshu)法，酸吸收(xshu)法，碱吸收(xshu)法盐吸收(xshu)法等多种脱氮技术。第42页/共50页第四十三页，共50页。n n水对水对NONO的吸收效率有限，的吸收效率有限，NO2NO2能溶于水，但效率也很能溶于水，但效率也很难超过难超过50%50%。n n酸吸收法主要采用浓硫酸和稀硝酸做为吸收剂。酸吸收法主要采用浓硫酸和稀硝酸做为吸收剂。n n碱性溶液吸收法，用碱性溶液吸收法，用NaOHNaOH、KOHKOH、Na2CO3Na2CO3以及以及(yj)(yj)氨水等作为吸收
27、剂。其中氨水作吸收剂时效率较高。氨水等作为吸收剂。其中氨水作吸收剂时效率较高。第43页/共50页第四十四页，共50页。（一）同时脱硫脱硝的湿式系统（一）同时脱硫脱硝的湿式系统石灰石灰/石膏法石膏法:采用生石灰，消石灰和微粒碳酸钙制成吸收液，加入采用生石灰，消石灰和微粒碳酸钙制成吸收液，加入少量少量(sholing)(sholing)硫酸，将其硫酸，将其PHPH调制调制44.544.5，在洗涤塔内反应如，在洗涤塔内反应如下下:Ca(OH)2+SO2-CaSO3+H2O Ca(OH)2+SO2-CaSO3+H2O CaSO3+SO2+H2O-Ca(HSO3)2 CaSO3+SO2+H2O-Ca(H
28、SO3)2 2NO+2Ca(HSO3)2+2H2O-N2+2CaSO4.2H2O+2SO2 2NO+2Ca(HSO3)2+2H2O-N2+2CaSO4.2H2O+2SO22NO2+4Ca(HSO3)2+4H2O-N2+4CaSO4.2H2O+4SO22NO2+4Ca(HSO3)2+4H2O-N2+4CaSO4.2H2O+4SO2第44页/共50页第四十五页，共50页。n n用碱吸收时，首先要将一半以上(yshng)的NO氧化为NO2，或者向气流中添加NO2，当NO/NO2比等于1时，吸收效果最佳。n n 2NO22MOHMNO3MNO2H2On n NONO22MOH2MNO2H2On n 2
29、NO2Na2CO3NaNO3NaNO2CO2n n NONO2Na2CO32NaNO2CO2n n M：K、Na、Ca2、Mg2、NH4等。（二）碱液吸收（二）碱液吸收(xshu)(xshu)第45页/共50页第四十六页，共50页。NONO22H2SO42NOHSO4H2O烟气中的所有水都会被酸吸收，吸收后的水将会使上述反应向左移动。为减少水的不良影响，系统可在较高温度下(1150C)操作，以使溶液(rngy)中水的蒸气压等于烟气中水的分压。熔融碱类或碱性盐也可以吸收NOx。（二）强酸（二）强酸(qin sun)(qin sun)吸收吸收第46页/共50页第四十七页，共50页。四、吸附法净化四
30、、吸附法净化四、吸附法净化四、吸附法净化(jnghu)(jnghu)(jnghu)(jnghu)烟气中的烟气中的烟气中的烟气中的NOxNOxNOxNOxb可彻底消除NOx的污染，同时回收NOx。常用(chn yn)吸附剂为活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤等。b活性炭具有吸附速率快和吸附容量大的特点，但活性炭的再生是个大问题。此外，因烟气中有氧的存在，对于活性炭材料防止着火或爆炸也是一个问题。bMnO、FeO具有潜力，但吸附剂的磨损是技术的障碍。第47页/共50页第四十八页，共50页。NOx和和SO2联合联合(linh)控制技术控制技术 美国匹兹堡能源技术中心(zhngxn)采用浸滞Na2CO3的
31、Al2O3圆球作为吸附剂，同时除去烟气中的NOx和SO2,处理过程包括吸附、再生等步骤，主要反应为：Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2 2NaAlO2+H2O2NaOH+Al2O3 2NaOH+SO2+0.5O2Na2SO4+H2O 2NaOH+2NO+1.5O22NaNO3+H2O 2NaOH+2NO+0.5O22NaCO3+H2O第48页/共50页第四十九页，共50页。采用天然气、采用天然气、COCO可以对吸附剂再生，反应如下：可以对吸附剂再生，反应如下：4Na2SO4+CH44Na2SO3+CO2+2H2O 4Na2SO4+CH44Na2SO3+CO2+2H2O 4Na2SO3+3CH44Na2S+3CO2+6H2O 4Na2SO3+3CH44Na2S+3CO2+6H2O Al2O3+Na2SO32NaAlO2+SO2 Al2O3+Na2SO32NaAlO2+SO2 Al2O3+Na2S+H2O2NaAlO2+H2S Al2O3+Na2S+H2O2NaAlO2+H2S 对烟气对烟气(yn q)(yn q)脱硫的去除率达到脱硫的去除率达到9090，对，对NOxNOx的去除率的去除率达到达到70709090，但需要大量吸附剂，设备庞大，投资，但需要大量吸附剂，设备庞大，投资大，运行动力消耗也大。大，运行动力消耗也大。第49页/共50页第五十页，共50页。