大型电站煤粉锅炉烟气脱硫脱硝技术培训讲稿 长沙理工大学能源与动力工程学院   第一章（绪论）基础概论 第一节 我国NOX的污染及危害 第二节 燃煤电厂NOX的排放与控制对策 第三节 低NOX燃烧技术 第四节 烟气脱硝技术  第一节 我国NOX的污染及危害 氮氧化物种类：NO 、 NO2 、 N2O、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5;大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在  特性：一氧化氮是无色、无刺激气味的不活泼气体，可被氧化成二氧化氮，二氧化氮是棕红色有刺激性臭味的气体。 N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏 NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分 第一节 我国NOX的污染及危害 NOx的来源 固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a） 人类活动（5×107t/a）   主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧以及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。 燃料燃烧占 90％ 95％以NO形式，其余主要为NO2  氮氧化物的来源 NOx的危害性及排放情况(一) NOx的危害性及排放情况(一) 氮氧化物气体对人体健康的直接危害。 参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。 氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。  NOx的危害性及排放情况(二) 光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。 光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。 氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。 不同浓度的NO2对人体健康的影响 我国NOX污染排放现状 NOx排放总量快速增长，抵消SO2的控制效果，酸雨的恶化得不到根本控制。 排放NOX经济行业： 工业、电力和交通运输部门,占排放总量 90%以上，交通运输排放NOX及其贡献率稳步增长; 70%以上的NOX排放来自燃煤,汽油、柴油等，车用燃料消耗对NOX贡献率逐年加大; 80%以上NOX来自占国土面积45%的华东、中南、华北及东北地区,而占国土面积55%的西南和西北地区NOX排放量不足全国排放总量的1/5.NOX排放大省包括河北、江苏、辽宁、山东、广东、河南等.  火电厂发电用煤又占了全国燃煤的70%。2000年我国火电厂氮氧化物排放量控制在500万ｔ左右,按照目前的排放控制水平,到2020年,氮氧化物排放量将达到1000万ｔ以上。   因环保滞后，火电厂NOx直接污染越来越大，NOx的污染问题也日趋突出，尽管目前NOx治理力度有所加强，但是由于对NOx认识还有待进一步提高，可以说治理NOx任重而道远。  第二节 燃煤电厂NOX的排放与控制对策 1996年3月7日，首次GB13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》规定了NOX浓度排放限制值 1997年1月1日，300MW以上机组，NOX排放浓度不超过标态650mg/m3  2000年9月1日开始执行《中华人民共和国大气污染法》第三章第30条规定：企业应当对燃料燃烧过程产生的NOX采取控制措施 2004年1月1日，GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》规定，NOX 最高允许排放浓度450--650mg/m3     第三节 煤燃烧过程NOx的形成机理 一、形成机理 热力型NOx 高温下N2与O2反应生成的NOx 燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的NOx 快速型NO 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO  NOx的形成机理 热力型NOx的形成 产生NO和NO2的两个重要反应     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  热力型NOx的形成 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 800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2 常规燃烧温度（ 1500K）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小 热力型NOx的形成 热力型NOx形成的动力学——Zeldovich模型     热力型NOx的形成 假定N原子的浓度保持不变   得到  代入（6）式得 热力型NOx的形成 假定O原子的浓度保持不变    最终得 热力型NOx的形成 积分得NO的形成分数与时间t之间的关系 热力型NOx的形成             热力型NOx的形成 燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800oC时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx 。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。 燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图 燃料型NOx的形成 燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N ≡N 小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx 火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例 燃料中20％～80％的氮转化为NOx 燃料型NOx的形成         快速型NO的形成 碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生如下反应 快速型NOx的费尼莫尔反应机理 NOx的形成 热解温度对燃料N转化为挥发分N 比例的影响 煤粉细粒对燃料N转化为挥发分N比例的影响 过量空气系数对燃料N转化为挥发分N比例的影响 挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，HCN氧化的主要反应途径为： NH3氧化的主要反应途径为： 燃料型NOx的转化率CR 转化率CR：燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃料中氮全部转化成NO时的浓度比       CR＝【最终生成的NO浓度】÷【燃料全部转化成NO的浓度】  试验研究表明，影响CR的主要因素是煤种特性以及炉内的燃烧条件。 燃料中氮含量对NOx转化率的影响 煤燃料比FC/V对NOx转化率的影响 过量空气系数对NOx转化率的影响 NOx转化率与燃烧温度和过量空气系数的关系 如上所述，NOx的生成和破坏规律十分复杂，而影响NOx转化率的因素又很多，所以对燃料型NOx的转化率进行理论计算非常困难；但目前已建立数百个与NOx生成规律及其破坏有关的化学反应在内的数学模型。 日本丰桥大学在试验研究的基础上得出燃料型NOx的转化率CR和燃料中含氮量N(干基)、挥发分含量V(干基)、过量空气系数α、燃烧时的最高温度Tmax(oC)和燃烧时氧的浓度RO2的经验公式： CR=4.07?10-1-1.28 ?10-1N+3.34 ?10-4V2(α-1)        +5.55?10-4 Tmax+3.50 ?10-3RO2 从热力型对、燃料型和快速型三种NOx生成机理可以得出抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径，图中还原气氛箭头所指即抑制和促使NOx破坏的途径 第四节 影响和降低NOX排放的主要措施 探讨生成规律可以知道，NO的生成及破坏与以下因素有关：  (a).煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量，燃料比FC/V以及V-H/V-N等。 (b).燃烧温度。 (c).炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO和CHi的含量。 (d).燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。 （e)
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