郝吉明-中国NOx污染及控制技术

中国NOx污染及控制技术郝吉明清华大学环境科学与工程研究院2007.10.16¾NOX污染的环境影响¾中国NOX排放现状及发展趋势¾中国NOX排放控制策略的确定¾固定源SCR技术的研究¾稀燃发动机尾气脱氮技术研究内容提要空气质量管理的新挑战：氮氧化物空气质量管理的新挑战：氮氧化物SO2NOXNH3VOCPrimaryPMAcidification√√√Eutrophication√√GroundlevelO3√√Healthimpactbyfineparticles√√√√√氮氧化物产生多种环境影响城市城市NOx/SONOx/SO22比值呈增长趋势比值呈增长趋势NOx/SO201231990199520002005BJ,GZ,PRD0246810HKGZPRDBJHK氮氧化物污染受到国际同行关注氮氧化物污染受到国际同行关注DaChina'sspectacularChina'sspectaculareconomicgrowtheconomicgrowthhasbroughtmanyhasbroughtmanybenefitsbenefits––andandsomechallenges:somechallenges:theworld'slargestamountofNO2hangingaboveBeijingandnortheastChina.reportedinNature(Sep.1,2005).NO3-DepositionandNO3-ConcentrationinPrecipitation012349091929394959697989900010203mg/l(t/km2/year)浓度沉降量中国酸雨在发展中国酸雨在发展SO42-DepositionandSO42-ConcentrationinPrecipitation89101112131415169091929394959697989900010203mg/l(t/km2/year)浓度沉降量SO42-DepositionandSO42-ConcentrationinPrecipitation89101112131415169091929394959697989900010203mg/l(t/km2/year)浓度沉降量臭氧污染臭氧污染O3non-attainmentdays774557670204060801002001200220032004Numberofdays北京市臭氧超标天数NNＯＯxx污染的环境影响污染的环境影响清华(145µg/m3)有机物34%微量元素1%未鉴别成分21%硫酸盐离子12%地壳尘11%硝酸盐离子8%铵盐离子5%元素碳8%车公庄(129µg/m3)有机物30%元素碳7%微量元素1%未鉴别成分20%地壳尘12%铵盐离子5%硫酸盐离子15%硝酸盐离子10%““长距离输送长距离输送””的国际压力：的国际压力：Transportmaybeobservedas„discreteeventsinwhichplumesofpollutioncanbetrackedacrossoceansandcontinentsor„anincreaseinthegeneralbackgroundconcentration.AsiaN.AmericaEuropeBoundaryLayerFreeTroposphereWarmConveyorBeltSubsidenceBoundaryLayerAdvectionHEMISPHERICPOLLUTIONBACKGROUNDMixingFromDanielJacobDeepConvection证据之一：北半球臭氧浓度升高证据之一：北半球臭氧浓度升高152025303540455055Jan-87Jan-88Jan-89Jan-90Jan-91Jan-92Jan-93Jan-94Jan-95Jan-96Jan-97Jan-98Jan-99Jan-00Jan-01Jan-02Jan-03Jan-04OZONECONC(PPB)OzoneBaselinemonthlymeans12-monthmovingaverageEuropeMaceHead,Ireland(DickDerwent,ICAPworkshop,2004)证据之一：北半球臭氧浓度升高证据之一：北半球臭氧浓度升高USALassenN.P.,CA(DanJaffe,ICAPworkshop,2004)证据之一：北半球臭氧浓度升高证据之一：北半球臭氧浓度升高AsiaJapan(341sitesavg.)(OliverWild,ICAPworkshop,2004)¾NOX污染的环境影响¾中国NOX排放现状及发展趋势¾中国NOX排放控制策略的确定¾固定源SCR技术的研究¾稀燃发动机尾气脱氮技术研究内容提要全球全球NONOXX排放量排放量SO2NH3NOX氮氧化物（氮氧化物（NONOXX）排放量的变化）排放量的变化¾1975年(FirstInternational2000年(6thAcidRainConference)InternationalAcidRainConference)9全球人口：40亿60亿9能源消耗：61亿TOE100亿TOE9SO2排放：60TgS75TgS9NO排放：20TgNofNO33TgNofNO9NH3排放：23TgNofNH350TgNofNH39在25年内，人口增长50％，SO2增长25％，NO增长65％,NH3增长120％全球NOX排放量估计排放源类型年生成量（1012g·a-1，以氮计）矿物燃料燃烧14～28超音速飞机0.15～0.3平流层光化学0.5～1.5生物质燃烧4～24雷电2～20土壤排放～8NH3的氧化5海洋NO2－的光解0.5~1.5合计34~88developednewNOdevelopednewNOxxemissioninventoriestocompareemissioninventoriestocomparewiththesatellitetrendwiththesatellitetrend0.00.51.01.52.02.595969798990001020304EmissionsGOMESCIAMACHYEmissionDistributionin2004MonthlyEmissionTrendsNOxEmissionGrowthinChina(Tg)19952004AGR*(%)Powerplants4.17.16.6Heatingplants0.460.978.7Industry3.04.75.2Residential1.01.10.7Transportation2.34.78.0Total10.918.66.1*AGR:annualgrowthrateWeuseadynamicmethodologytorepresentWeuseadynamicmethodologytorepresenttherapidtechnologychangeinthelastdecadetherapidtechnologychangeinthelastdecade0.700.800.901.001.101.201.301.401.501.601995199619971998199920002001200220032004Coal-firedpowerplantsCementproductionGasolineVehiclesDieselVehiclesEmissionsourceTrendsofNOxEFDrivingforcesPowerplantsDecreasedLNBtechnologyVehiclesDecreasedVehicleemissiontandardsCementKilnsIncreasedNewdry-processkilnsTrendsofNOxemissionfactors,1996=1.0UpdatedtemporalprofilesaredevelopedusingvariouslocalUpdatedtemporalprofilesaredevelopedusingvariouslocalinformation,e.g.,monthlyprofileofNOinformation,e.g.,monthlyprofileofNOxxemissionsbysectoremissionsbysector0.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.1800.200JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDECAllSourcesPowerIndustryHeating&ResidentialMeasuredNOMeasuredNO22concentrations,2001concentrations,2001--2004,inChinesecitiesdo2004,inChinesecitiesdoNOTshowaconsistentgrowthtrend(localurbanconcentrationNOTshowaconsistentgrowthtrend(localurbanconcentrationchangesmaynotreflectregionalemissionchanges)changesmaynotreflectregionalemissionchanges)R,Y,G=increaseLB,B=decrease1.21.1-1.21.0-1.10.9-1.00.9¾NOX污染的环境影响¾中国NOX排放现状及发展趋势¾中国NOX排放控制策略的确定¾固定源SCR技术的研究¾稀燃发动机尾气脱氮技术研究内容提要中国NOX排放控制策略的确定¾国家年度环境公报未包括NOX的排放数据；¾缺乏对全国NOX排放状况、环境影响及控制对策系统研究；¾欧洲、北美的教训：控制酸沉降最初重视SO2控制而轻视NOX控制，NOX排放增长及高氧化性可能抵消SO2控制的效果；如果NOX排放量增加，即使SO2排放量不变，微细颗粒物中硫酸盐含量也会大幅增加；¾美国控制电站NOx排放的努力，被机动车排放的不断增长所抵消，应同步控制固定源与流动源的NOx排放因此，控制NOx污染应成为中国环境保护的重要部分，应抓住机遇，制定中国NOx排放的控制策略。NONOXX优先控制领域优先控制领域„火电厂¾－－排放量大，排气集中有利于采取控制措施；¾－－已有成熟的商业化控制技术；¾－－解决我国区域酸雨污染问题的关键之一；¾－－对地区烟霾的形成有重要贡献„机动车¾－－保有量增长迅速，尤其大城市；¾－－排气高度低，地形影响大；¾－－对大城市局地空气污染的贡献大.抑制抑制NONOXX生成和促使生成和促使NONOXX破坏的途径破坏的途径复杂复杂鉴于排放因子确定过程的随机性和不确定性，应加强对各种燃烧设备及工艺NOX排放水平的调查，提高排放因子的等级，编制中国NOx排放清单电站锅炉电站锅炉NONOXX控制技术选择控制技术选择¾燃烧系统优化与改进¾烟气脱硝技术广泛采用的广泛采用的选择性催化还原法（选择性催化还原法（SCRSCR））¾国际上商业化的技术，在中国的广泛应用，需积累经验：SCR催化剂构造如何适应高烟尘浓度；中国燃料、飞灰组分构成对催化剂性能有哪些要求:中国煤质对催化剂中毒最主要原因是CaSO4的影响烧结、碱金属污染、砷中毒、飞灰堵塞、磨蚀等SCR催化剂失活诱因的影响；系统设计、运行条件及费用评估；中国控制氮氧化物的技术条件尚未成熟：通过示范工程开展技术、经济评价,包括电站锅炉SCR技术开发及实践：催化剂及其管理、降低费用固定源不同固定源不同NONOXX控制技术经济性比较控制技术经济性比较LNB-低氮氧化物燃烧AOFA-改进的燃尽风法SCR-选择性催化还原SNCR-选择性非催化还原重视重视NOxNOx的污染控制的污染控制„建立和逐步完善排放量的统计,建立排放清单和