固定源氮氧化物污染控制

第九章固定源氮氧化物污染控制2一．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本章主要内容1.氮氧化物的种类和性质2.受人为活动影响的氮循环3.氮氧化物的来源与排放4.氮氧化物排放的环境影响5.氮氧化物减排措施与途径一、氮氧化物的性质、来源及影响341.氮氧化物的种类和性质一、氮氧化物的性质、来源及影响N•the34thmostabundantelementincrustalrocks,withanabundanceof20ppmNOx(NOy、NOz)•N2O、NO、NO2、HONO、NO3、N2O3、N2O4、N2O5、PAN、RNO3、aerosolNO3反应还原元素氧化氧化氧化氧化与水反应与阳离子反应价态-30+1+2+3+4+5+5物种NH3N2N2ONOHONONO2-NO2HNO3NO3-硝酸盐颗粒物51.氮氧化物的种类和性质一、氮氧化物的性质、来源及影响NOx=NO+NO2NOy=NO+NO2+HNO3+PAN+HONO+NO3+N2O5+RNO3+NO3-+…NOz=NOy–NOx6NO、NO2一、氮氧化物的性质、来源及影响1.氮氧化物的种类和性质7N2O一、氮氧化物的性质、来源及影响1.氮氧化物的种类和性质气体影响份额,%来源CO249化石燃料燃烧、生物焚烧CH418农业CFC11~1214化学工业N2O6肥料、生物焚烧、化石燃料燃烧其他（如O3）13臭氧•单个分子的温室效应为CO2的300倍，并参与臭氧层的破坏8一、氮氧化物的性质、来源及影响2.受人为活动影响的氮循环动植物需要N形成蛋白质，少数微生物和植物使用大气中的氮，多数动植物依赖于固定氮在化石燃料形成过程中，动植物中的氮也被键合进来所有的硝酸盐均可溶解，因此沉降到土地上的硝酸盐都溶入土壤降雨可去除大气中的NO2，并沉降在海洋上。海洋微生物将其还原成N2或者NH3NO在大气中氧化成NO2，进一步与水反应生成HNO3，再生成细颗粒物或者形成酸雨所有的高温过程，如闪电和燃烧，均使空气中的N2和O2反应形成NO，同时燃料中的部分氮也转化为NO或者NO2要控制燃料燃烧产生的NOx，由于所有的硝酸盐可溶，无法将NOx转化为固体，只能将其还原成N2并释放到大气中9一、氮氧化物的性质、来源及影响3.氮氧化物的来源与排放全球氮氧化物排放10一、氮氧化物的性质、来源及影响3.氮氧化物的来源与排放美国的氮氧化物排放11一、氮氧化物的性质、来源及影响3.氮氧化物的来源与排放我国的氮氧化物排放12一、氮氧化物的性质、来源及影响3.氮氧化物的来源与排放我国的氮氧化物排放电厂31%工业锅炉17%工艺过程19%民用炉灶5%道路交通17%非道路交通9%其它2%13一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx排放对NO2浓度的影响Richteretal.,2008NO2柱浓度月均值的变化1996-2007年卫星观测的NO2柱浓度月均值变化趋势14一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx排放对NO2浓度的影响2011年城市二氧化氮年均浓度分布15一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx排放对O3的影响NO+HC+O2——NO2+O3光照16一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx排放对PM2.5的影响城市年PM2.5质量浓度，ug/m3NO3-，%NO3-/SO42-北京1999-20071457.70.62上海2003-2005956.60.6大连2005574.30.59成都200210060.37广州20021056.90.6深圳2002625.80.33PM2.5中NO3-的比例17一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx排放对酸沉降的影响华北东部、东北、华东和华南部分地区，氮当量贡献接近或超过硫的一半CMA,200918一、氮氧化物的性质、来源及影响4.氮氧化物排放的环境影响NOx污染控制的环境效益SO2NOXNH3VOC一次PM一次污染√√√√√酸沉降√√√地表O3√√细颗粒物√√√√√富营养化√√19一、氮氧化物的性质、来源及影响5.氮氧化物减排措施与途径燃烧过程产生的NOx…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NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx20一、氮氧化物的性质、来源及影响5.氮氧化物减排措施与途径固定燃烧源氮氧化物排放控制技术污染源平均排放系数煤民用（包括商业）工业及电力4kg/t煤7-18.5kg/t煤燃料油民用（包括商业）工业电力1.4-8.6kg/1000升油8.7kg/1000升油12.5kg/1000升油天然气民用（包括商业）工业电力1.85kg/1000m3天然气3.4kg/1000m3天然气6.25kg/1000m3天然气未采取控制措施时的NOX排放系数21一、氮氧化物的性质、来源及影响5.氮氧化物减排措施与途径固定燃烧源氮氧化物排放控制技术锅炉NOX排放控制技术燃料脱氮烟气脱硝燃烧调整催化还原催化分解液膜法等离子体法生物法吸附法吸收法低氮燃烧器分级燃烧烟气再循环选择性催化还原法选择性非催化还原法直流电晕放电法脉冲电晕放电法电子束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？22一．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本章主要内容23二、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24控制NOx形成的因素①燃烧区温度及其分布二、低氮氧化物燃烧技术1.低氮氧化物燃烧技术概述25控制NOx形成的因素二、低氮氧化物燃烧技术1.低氮氧化物燃烧技术概述①燃烧区温度及其分布②氧浓度：空气－燃料比③反应时间：燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间④后燃烧区的冷却程度26主要低NOx燃烧技术二、低氮氧化物燃烧技术1.低氮氧化物燃烧技术概述传统低NOx燃烧技术先进低NOx燃烧技术•低氧燃烧•降低助燃空气预热温度•烟气循环燃烧•分段燃烧技术•再燃技术•炉膛内整体空气分级的低氮直流燃烧器•空气分级的低氮旋流燃烧器•浓淡偏差型低氮燃烧器•空气/燃料分级低氮燃烧器27•与燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关•CO、HC、碳黑产生量增加二、低氮氧化物燃烧技术①低氧燃烧2.传统低氮氧化物燃烧技术最小空气过剩系数28•燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍•降低火焰区的温度峰值，适合燃气锅炉二、低氮氧化物燃烧技术②降低助燃空气预热温度2.传统低氮氧化物燃烧技术29•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再循环风机去引风机送风机空气烟气混合器空气预热器锅炉二、低氮氧化物燃烧技术③烟气循环燃烧2.传统低氮氧化物燃烧技术30•不适于固态排渣炉二、低氮氧化物燃烧技术③烟气循环燃烧2.传统低氮氧化物燃烧技术31•第一段：氧气不足，烟气温度低，抑制燃料型和热力型NOx生成•第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低，动力学上限制了NOx的生成燃尽风喷口一次风、煤粉和二次风低氧燃烧抑制NOx生成保证完全燃烧燃尽风风量：5%～30%喷嘴位置二、低氮氧化物燃烧技术④分段燃烧技术2.传统低氮氧化物燃烧技术32二、低氮氧化物燃烧技术④分段燃烧技术2.传统低氮氧化物燃烧技术33•在炉膛的特定区域内注入再燃燃料(占燃料总量的10%-30%)•再燃燃料：天然气；微细的煤粉(停留时间长)•与燃尽风配合使用可减少60%的氮排放二、低氮氧化物燃烧技术⑤再燃技术2.传统低氮氧化物燃烧技术34二、低氮氧化物燃烧技术⑤再燃技术2.传统低氮氧化物燃烧技术35•燃尽风量：5-30%，燃煤炉20%•减少NOx排放20%-60%二、低氮氧化物燃烧技术①炉膛整体空气分级的低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术四角切圆燃烧器偏转二次风上下左右摆动SOFA一次风夹角大小非常关键36二、低氮氧化物燃烧技术•改造案例①炉膛整体空气分级的低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术思考题：设计炉膛整体空气分级的直流低NOx燃烧器关键是什么？37与燃尽风结合可减少50%以上NOx二、低氮氧化物燃烧技术•一次火焰区：富燃，N组分析出但难以转化•二次火焰区：燃尽CO、HC等②空气分级的低NOx旋流燃烧器(燃烧器分级燃烧)3.先进低氮氧化物燃烧技术38•富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx的生成；•贫粉流因空气量多，燃料型NOx生成增多，但因温度低，热力型NOx减少二、低氮氧化物燃烧技术③浓淡偏差型低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术39•接近理论空燃比的空气和燃料形成稳定的一次火焰•一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx•通入分级空气，控制氧的浓度，减少NOx的发生还原燃料比例20～30%二、低氮氧化物燃烧技术④空气/燃料分级的低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术40直流燃烧器三级燃烧技术二、低氮氧化物燃烧技术④空气/燃料分级的低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术41燃料分级燃烧时炉内NOX浓度沿燃烧室长度分布二、低氮氧化物燃烧技术④空气/燃料分级的低NOx燃烧器3.先进低氮氧化物燃烧技术42各种低NOx燃烧技术的运行效果燃烧器布置形式煤种一次控制技术NOx去除效率范围，%NOx平均去除效率，%锅炉数量墙式烟煤低氮燃烧器8.6～70.139.262墙式烟煤低氮燃烧器+燃尽风32.7～71.953.316墙式亚烟煤低氮燃烧器19.4～80.345.516墙式亚烟煤低氮燃烧器+燃尽风40.0～80.963.44切圆烟煤强耦合燃尽风17.2～65.435.026切圆烟煤分离燃尽风23.3～70.836.615切圆烟煤低氮燃烧器+燃尽风38.1～72.254.919切圆亚烟煤强耦合燃尽风11.3～74.445.418切圆亚烟煤分离燃尽风33.9～65.445.63切圆亚烟煤低氮燃烧器+燃尽风48.2～77.260.523二、低氮氧化物燃烧技术4.低氮氧化物燃烧技术比较43不同低NOX燃烧技术的NOX排放值比较二、低氮氧化物燃烧技术4.低氮氧化物燃烧技术比较44低氮燃烧技术小结技术名称效果优点缺点低氧燃烧最多降低20%投资最少有运行经验导致飞灰含碳量增加烟气再循环（FGR）最多20%能改善混合和燃烧中等投资增加再循环风机空气分级燃烧（OFA）最多30%投资低有运行经验并不是对所有炉膛都适用，有可能引起炉内腐蚀和结渣，并降低燃烧效率燃料分级燃烧（再燃）达到50%适用于新的和改造的锅炉；可减少已形成的NOx；中等投资可能需要第二种燃料，可能导致飞灰含碳量增加低NOx燃烧器与空气分级燃烧合用时超过60%适用于新的和改造的锅炉，中等投资有运行经验结构比常规燃烧器复杂，有可能引起炉膛结渣和腐蚀，并降低燃烧效率二、低氮氧化物燃烧技术4.低氮氧化物燃烧技术比较45一．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本章主要内容46三、烟气脱硝技术1.烟气脱硝技术概述2.选择性非催化还原技术3.选择性催化还原技术4.吸收法烟气脱硝技术5.吸附法烟气脱硝技术47选择性催化还原(Selectivecatalyticreduction,SCR)吸收法脱硝技术的难点:处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大硝酸盐可溶选择性非催化还原(Selectivenoncatalyticreduction,SNCR)吸附法三、烟气脱硝技术1.烟气脱硝技术概述48烟气脱硝技术在美国火电厂的应用三、烟气脱硝技术1.烟气脱硝技术概