氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理
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催化法脱出氮氧化物的原理催化法脱除氮氧化物(NOx)的原理主要是利用催化剂将有害的NOx转化为无害的氮(N2)和水(H2O)。
在催化法脱除NOx中,常用的催化剂包括贵金属催化剂(如铂、钯、铑)、过渡金属催化剂(如钒、铁、钴)、氧化物催化剂(如二氧化钛、硝酸钾、硝酸石墨、过氧化氢)等。
催化法脱除NOx的步骤一般包括催化还原和催化氧化两个过程。
催化还原主要是通过还原剂将氮氧化物(主要是NO和NO2)还原为N2和H2O。
在这个过程中,催化剂起到了关键作用。
高效的催化剂能够提供活性位点,促使还原剂与NOx发生反应。
在还原过程中,还原剂(如氨气、碱金属、柴油等)与NO发生反应,生成无害的氮和水。
氨气是常用的还原剂,当氨气通过催化剂床层时与NOx发生反应,生成氮和水,并且催化剂能够重新催化氨和NO生成NH3,形成反应循环。
催化氧化是将氮氧化物中的NO转化为NO2,进而使其更易被还原为N2和H2O。
这一步骤也需要催化剂的参与。
氧化剂(如空气、O2、H2O2等)在催化剂存在的条件下与NO发生反应,将NO氧化为NO2。
NO2能够更容易地被还原剂还原为无害的氮和水。
因此,在催化氧化过程中,催化剂能够提供催化活性和增加反应速率,从而实现NO的有效转化。
催化法脱除NOx的优点主要体现在以下几个方面:1. 高效性:催化剂能够加速反应速率,降低反应温度,使得脱除NOx的效率更高。
相较于其他方法,催化法能够在较低的温度下进行催化反应,节约能源。
2. 选择性:催化剂能够选择性地将NOx转化为无害的氮和水,避免产生其他有害的化合物。
3. 稳定性:催化剂具有较高的热稳定性和抗毒性,能够在高温和恶劣的工作条件下长期使用。
4. 可再生性:催化剂能够对废气中的NOx进行催化转化后,不会被氧化剂消耗,因此可以循环使用,减少催化剂的消耗。
总之,催化法脱除NOx依靠催化剂的作用,通过催化还原和催化氧化两个过程将有害的氮氧化物转化为无害的氮和水。
大气中氮氧化物的形成与化学反应机制大气中的氮氧化物(NOx)是指氮氧化物(氮气(N2)氧化产生的化合物)的总称,主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
它们是大气中的重要污染物,对人类健康和环境造成不良影响。
因此,了解大气中氮氧化物的形成与化学反应机制对于减少这些污染物的排放至关重要。
1. 氮氧化物的来源氮氧化物主要来自燃烧过程,包括工业生产、交通运输和能源消耗等活动产生的废气排放。
具体而言,机动车辆排放是城市大气中氮氧化物的重要来源,尤其是柴油车的排放更为显著。
此外,燃煤、燃油以及其他高温燃烧过程也会释放大量氮氧化物。
森林、农田和废物处理等体系也可释放一定量的氮氧化物。
2. 形成机制氮氧化物的形成涉及多个化学反应。
首先,在高温(1000°C以上)下,氧气和氮气发生反应,生成一氧化氮:N2 + O2 → 2NO。
这个反应在燃烧过程中是主要的氮氧化物形成途径。
其次,一氧化氮会与大气中的氧气进一步反应,生成二氧化氮:2NO + O2 → 2NO2。
在大气中,氮氧化物的平衡浓度主要由一氧化氮和二氧化氮之间的反应控制。
3. 其他影响因素氮氧化物的形成还受到其他环境因素的影响。
温度是一个重要的因素,高温有利于氮氧化物的形成;而低温有助于一氧化氮与氮氧化物的转化为无毒的氮气。
此外,湿度也会影响氮氧化物的浓度。
高湿度条件下,氮氧化物会与大气中的水反应,生成硝酸等氮酸,从而减少氮氧化物的浓度。
4. 化学反应机制大气中氮氧化物的化学反应机制较为复杂。
一氧化氮和二氧化氮可以通过光解反应或与其他气体反应而进一步转化为其他化合物。
例如,一氧化氮可以通过与大气中的臭氧反应生成一氧化氮过氧化物:NO + O3 → NO2 + O2。
一氧化氮过氧化物是重要的臭氧生成物,它与VOC(挥发性有机化合物)在有光照的条件下进行反应,形成下午的臭氧。
此外,大气中的氮氧化物还可以与其他大气污染物发生复杂的化学反应。
例如,氮氧化物可以与二氧化硫(SO2)反应,生成硝酸和亚硫酸:NO2 + SO2 → HNO3 + HSO4。
NOX形成机理,如何控制NOX浓度1、NOx的危害:氮氧化物(NOx)是重要的空气污染物质,其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合,以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。
氮氧化物的环境危害有二种,在阳光的催化作用下,氮氧化物易与碳氢化物光化反应,造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。
2、NOx生成机理和特点2.1 NOx生成机理在NOx中,一氧化氮约占90%以上,二氧化氮占5%~10%,产生机理一般分为如下3种:(1)热力型NOx,燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(ZELDOVICH)反应式表示,即O2+N→2O+N, O+N2→NO+N, N+O2→NO+O在高温下总生成式为N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律增加。
当T<1 500 ℃时,NO的生成量很少,而当T>1 500 ℃时,T每增加100 ℃,反应速率增大6~7倍。
(2)快速型NOx,快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx,由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx,其形成时间只需要60 ms,所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
(3)燃料型NOx,指燃料中含氮化合物,在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。
由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度,在600~800 ℃时就会生成燃料型NOx。
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NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
氮氧化物生成的原理
氮氧化物(NOx)生成的原理主要有两个方面:热氧化生成和燃烧生成。
1. 热氧化生成:在高温条件下,氮气和氧气会发生氧化反应生成氮氧化物。
这种情况经常出现在工业燃烧过程中,特别是高温燃烧。
2. 燃烧生成:在燃烧过程中,燃料中的氮(通常是空气中的氮气)会与氧气反应生成氮氧化物。
这主要是由于燃料氮在高温燃烧区域内与氧气发生复杂反应,其中包括氧化、还原和氮气的氧化等过程。
总体来说,氮氧化物的生成与燃料中的氮含量、燃烧过程中的温度和氧气的供应有关。
高温和富氧条件下,气体燃烧过程中产生的氮氧化物含量较高。
随着我国实行可持续发展的战略,经济建设和环境的协调发展已成为可持续发展的一项重要内容,因此环境保护已成为当前和今后一项任重而道远的工作。
在燃煤电厂排放的大气污染物中,氮氧化物(NOx)因为对生态环境和人体健康的危害极大,且难以处理,所以成为重点控制排放的污染物之一。
由于环保滞后,特别是治理资金的匮乏,我国对NOx的治理还很有限,因此通过燃烧调整来减少燃煤电厂污染物的排放,特别是NOx的排放,具有积极的意义。
1NOx的生成机理NOx主要指NO和NO2,其次是N2O3,N2O,N2O4和N2O5。
在发电厂锅炉的煤粉燃烧过程中,NOx的形成途径主要有两条:一是有机地结合在煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解,并进一步氧化而生成NOx;二是供燃烧用的空气中的氮在高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成NOx。
在煤粉锅炉生成的NOx中,主要是NO,约占95%,而NO2仅占5%左右,N2O3,N2O,N2O4和N2O5的量很少。
NOx的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关。
煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型,即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。
1.1热力型NOx的生成热力型NOx是燃烧空气中的氮在高温下氧化而成的。
其生成机理是由前苏联科学家捷里道维其(Zeldovich)提出的,按这一机理,热力型NOx的生成主要由以下链锁反应来描述:式中:t——反应时间;T——反应温度;c(NO)——NO的浓度;c(O2)——O2的浓度;c(N2)——N2的浓度。
由上式可以看出,影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间,而且温度对热力型NOx的生成影响最大。
实际上在1 350 ℃以下,热力型NOx 生成量很少,但随着温度的上升,热力型NOx生成量迅速增加,温度达1 600 ℃以上时,热力型NOx占NOx生成总量的25%~30%。
1.2燃料型NOx的生成燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%~80%。
燃煤电站锅炉氮氧化物形成机理及防治措施燃煤电站锅炉是一种常见的能源转换设备,它通过燃烧煤炭释放能量,并将其转化为电力。
锅炉燃烧煤炭过程中会产生大量的氮氧化物(NOx),这对环境和人体健康都带来了严重的影响。
本文将介绍燃煤电站锅炉氮氧化物的形成机理,并提出了一些防治措施。
燃煤电站锅炉氮氧化物主要由两种氮氧化物组成:一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
它们的形成机理如下:1. 燃烧过程中的热力反应:燃煤电站锅炉中的燃烧过程会使空气中的氮气与煤炭中的氮元素发生反应,生成一氧化氮和二氧化氮。
这是氮氧化物形成的主要途径。
2. 脱氮反应:一氧化氮和二氧化氮在高温环境下会与燃烧产物中的还原剂(如CO、H2等)发生反应生成氮气。
这种反应被称为脱氮反应,通过这种反应可以减少一氧化氮和二氧化氮的排放。
为了减少燃煤电站锅炉氮氧化物的排放,可以采取以下防治措施:1. 技术措施:引入新的燃烧技术,如低氮燃烧技术、超临界燃烧技术等,可以降低锅炉燃烧过程中氮氧化物的产生量。
还可以采用烟气脱硝技术对烟气进行处理,将氮氧化物转化为无毒的氮气。
2. 设备改造:对燃煤电站锅炉进行改造,增加脱硝装置,以降低氮氧化物的排放。
目前常用的脱硝设备有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)等。
3. 燃烧管理:通过优化燃烧工艺、燃烧控制系统和燃烧参数的调整,可以降低锅炉燃烧过程中氮氧化物的生成。
4. 排放控制:对烟气进行净化处理,通过除尘器、脱硫装置等设备去除大部分氮氧化物。
燃煤电站锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物对环境和人体健康都具有潜在的危害。
为了减少其排放,需要采取一系列的技术措施、设备改造、燃烧管理、排放控制和燃料处理等防治措施。
这将有助于改善空气质量和保护人体健康。
NOX形成机理,如何控制NOX浓度1、NOx的危害:氮氧化物(NOx)是重要的空气污染物质,其产生的途径为燃烧火焰在高温下氮气与氧气的化合,以及燃料中的氮成分在燃烧时氧化而成。
氮氧化物的环境危害有二种,在的催化作用下,氮氧化物易与碳氢化物光化反应,造成光雾及臭氧之二次空气污染;此外氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨。
2、NOx生成机理和特点2.1 NOx生成机理在NOx中,一氧化氮约占90%以上,二氧化氮占5%~10%,产生机理一般分为如下3种:(1)热力型NOx,燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(ZELDOVICH)反应式表示,即O2+N→2O+N, O+N2→NO+N, N+O2→NO+O在高温下总生成式为N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律增加。
当T<1 500 ℃时,NO的生成量很少,而当T>1 500 ℃时,T每增加100 ℃,反应速率增大6~7倍。
(2)快速型NOx,快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx,由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx,其形成时间只需要60 ms,所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。
(3)燃料型NOx,指燃料中含氮化合物,在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。
由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度,在600~800 ℃时就会生成燃料型NOx。
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NOx的形成也由气相氮的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
一、氮氧化物的产生机理在氮氧化物中,NO占有90%以上,二氧化氮占5%-10%,产生机理一般分为如下三种:(a)热力型燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。
随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律。
当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。
热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)在高温下总生成式为(b)瞬时反应型(快速型)快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx。
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,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60ms,所生成的与炉膛压力次方成正比,与温度的关系不大。
上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分,不是主要来源。
(c)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600-800℃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的示意图二、低NOx燃烧技术原理对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说,也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
1)在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。
燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx,燃料中氮并非全部转变为NOx,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOx排放总量,可采取:(1)减少燃烧的过量空气系数;(2)控制燃料与空气的前期混合;(3)提高入炉的局部燃料浓度。
我们通常所说的氮氧化物(NOx)主要包括NO、NO2、N2O、N2O4和N2O5等几种化合物,导致大气污染的主要是NO和NO2,此外N2O5也是大气的污染物之一。
氮氧化物主要形成于人类活动、燃料燃烧和工业生产等,其中主要来源于燃料燃烧。
NOx的形成机理主要有以下三种:
(1)瞬时机理
这是在较低温度下常见的重要机理,改机理认为NOx是N2、O2和碳氢化合物的自由基之间发生快速反应生成的,方程式如下:
CH4+N2+O2→NO,NO2,CO2+H2O
(2)热机原理
改机理认为NOx是空气中的氮气和氧气在高温下反应生成的,并且氮氧化物的产量和生成速度都随着温度的升高而增长。
方程式如下:N2+O2→NO,NO2
当温度鳌鱼1373K时,是生成NOx的主要温度范围,温度低于1273K 时,NOx生成的量。
因此温度对NOx 的形成有重要的作用。
根据这一机理只要家底燃烧区的温度,避免产生局部高温区,就可以减少NOx的形成。
(3)燃料型
该机理认为,NOx是由燃料中的含氮有机物直接氧化生成的。
方程式如下:
R3N+O2→NO,NO2CO2+H2O
相比含有三个键的N2,含氮有机物中氮更容易和O2和其他中间产物发生反应而生成NOx,因此该机理是在较低温度下NOx生成的重要机理。
根据含氮有机物的实际燃烧情况,发现在低于1500K,该机理型NO 与两种机理相比可以忽略不计,但在高于1500K的高温情况下生成量却很高。
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理:一、氮氧化物的产生机理在氮氧化物中,NO占有90%以上,二氧化氮占5%-10%,产生机理一般分为如下三种:(a)热力型燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。
随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律。
当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。
热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)在高温下总生成式为(b)瞬时反应型(快速型)快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx。
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,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60ms,所生成的与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。
上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分,不是主要来源。
(c)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600-800℃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的示意图二、低NOx燃烧技术原理对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说,也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
1)在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。
燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx,燃料中氮并非全部转变为NOx,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOx排放总量,可采取:(1)减少燃烧的过量空气系数;(2)控制燃料与空气的前期混合;(3)提高入炉的局部燃料浓度。
氮氧化物产生与控制分析引言氮氧化物(NOx)是指氮气和氧气在高温燃烧过程中生成的一类气体。
它们包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),其中NO2是NO和氧气在大气中发生反应生成的主要产物。
氮氧化物的来源主要包括工业生产、交通运输、能源消耗等。
由于其对大气环境和人体健康的不良影响,控制氮氧化物的排放已成为环保领域的重要课题。
氮氧化物产生机理氮氧化物的产生与燃烧过程紧密相关。
主要有以下两种机理:热辐射机理在高温条件下,氮气和氧气发生反应生成氮氧化物。
在燃烧区域中,氮气和氧气首先生成一氧化氮(NO),然后氧化为二氧化氮(NO2)。
这个过程主要发生在火焰核心区域,是燃烧时主要产生氮氧化物的机制。
燃烧温度和燃料类型燃烧温度是影响氮氧化物生成的重要因素。
在高温燃烧条件下,氮气和氧气的反应速度增加,从而增加了氮氧化物的生成。
此外,不同燃料中氮的含量也会影响氮氧化物的产生量。
例如,含有高氮含量的煤炭和重油燃烧时会产生更多的氮氧化物。
氮氧化物控制方法为了减少氮氧化物的排放,我们可以采取以下控制方法:燃烧过程优化通过优化燃烧过程可以降低燃料中氮的反应温度和时间,从而减少氮氧化物的生成。
这可以通过调整燃烧设备的工作参数,如燃料喷射、空气供应等来实现。
氮氧化物净化技术氮氧化物净化技术主要包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。
SCR技术是通过在废气中加入还原剂(如氨水或尿素溶液),与氮氧化物发生反应生成氨气,并通过催化剂催化还原氮氧化物为氮气和水。
而SNCR技术是在废气中直接加入还原剂,通过高温作用使氮氧化物发生非催化还原,从而减少氮氧化物的排放。
燃烧前后处理燃烧前后处理是通过在烟气中加入吸收剂或催化剂,使氮氧化物与之发生化学反应,并转化为无害物质。
例如,燃煤锅炉可以使用石灰石等材料来吸收废气中的氮氧化物,而汽车尾气中的氮氧化物可以通过装置催化转化为氮气和水。
氮氧化物的监测与控制为了有效监测和控制氮氧化物的排放,我们需要建立完善的监测系统和控制方案。
NOx生成及控制措施一、NOx生成机理氮氧化物(NOx)是指一类由氮气和氧气反应而生成的氮氧化合物,包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)以及氮氧化合物(N2O、N2O4等)。
在大气环境中,NOx的生成主要与燃烧过程和工业生产中的高温化学反应相关。
1. 燃烧过程中的NOx生成当有机物(如煤、原油、天然气)在高温条件下与氧气反应时,会生成NOx。
燃烧过程中的NOx生成主要分为两个步骤:燃料氮的氧化和燃料和空气中氮气的反应。
燃烧过程中的氮氧化合物种类和含量取决于燃料中氮的含量、燃烧温度和氧气浓度等因素。
2. 工业生产中的高温化学反应除了燃烧过程外,工业生产过程中的高温化学反应也会产生大量的NOx。
例如,一些化学反应、电弧炉、高温窑炉等工艺过程都会释放出大量的氮氧化物。
二、NOx控制措施由于NOx对环境和人体健康造成的危害,控制和减少NOx排放已成为工业生产和城市建设中的重要任务。
下面介绍几种常见的NOx控制措施:1. 燃烧控制技术通过改变燃料供给方式、优化燃烧设备设计和调整燃烧过程参数等方法,可以有效降低NOx的生成。
例如,采用低氮燃烧器、增加过量空气系数、控制燃烧温度等手段都能降低燃烧过程中的NOx产生量。
2. 尾气处理技术尾气处理技术是一种常见且有效的NOx控制手段。
其中最常用的技术是选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)技术。
这两种技术通过添加还原剂(如氨水或尿素)来将NOx还原为无害的氮气和水蒸气。
3. 排放监测和管理对NOx排放进行实时监测和合理管理对于控制和减少NOx污染具有重要意义。
建立健全的监测系统,加强排放标准的制定和执行,并进行定期监督和评估,能够有效地减少NOx排放。
4. 新技术研发随着科技的不断进步,一些新技术也被应用于NOx控制中。
例如,低温等离子体处理技术和吸附剂材料的研发都为NOx的控制和去除提供了新的思路和方法。
总结:针对NOx污染的严重性,我们需要采取有效的措施来降低NOx的生成和排放。
氮氧化物的产生机理及脱氮技术原理:
一、氮氧化物的产生机理
在氮氧化物中,NO占有90%以上,二氧化氮占5%-10%,产生机理一般分为如下三种:(a)热力型
燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。
随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律。
当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。
热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)
在高温下总生成式为
(b)瞬时反应型(快速型)
快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。
在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx。
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,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60ms,所生成的与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。
上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分,不是主要来源。
(c)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600-800℃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
二、低NOx燃烧技术原理
对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说,也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
1)在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。
燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx,燃料中氮并非全部转变为NOx,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOx排放总量,可采取:
(1)减少燃烧的过量空气系数;
(2)控制燃料与空气的前期混合;
(3)提高入炉的局部燃料浓度。
2)热力型NOx:是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx,产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增加化学活性;然后是高的氧浓度,要减少热力型NOX的生成,可采取:
(1)减小燃烧最高温度区域范围;
(2)降低锅炉燃烧的峰值温度;
(3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。
具体来说,就是在保证锅炉燃烧安全的前提下,采取以下措施来减少氮氧化物的生成:
1、低过量空气燃烧
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制NOx的生成。
这是一种最简单的降低NOx排放的方法。
一般可降低NOx排放15~20%。
但如
炉内氧浓度过低(3%以下),会增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,使锅炉燃烧效率下降。
因此,在锅炉运行时,应选取最合理的过量空气系数。
2、空气分级送入炉膛
基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成,采用倒三角的配风方式。
在第一阶段预燃阶段,将从一次风室供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。
此时密相区内过量空气系数α<1,因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。
因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。
第二阶段:燃烬阶段,为了完成全部燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过布置在密相区中上部及过渡区的专门二次风喷口送入炉膛,与密相区下部在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合,在α>1的条件下完成全部燃烧过程。
这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。
在密相区内的过量空气系数越小,抑制NOx的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。
因此,为保证既能减少NOx的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性,必须正确组织空气分级燃烧过程。
3、燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO 的还原反应,重新还原为N2。
利用这一原理,将主要燃料送入密相区,在α>1条件下,燃烧并生成NOx。
送入密相区的燃料称为一次燃料,其余15~20%的燃料则在主燃烧器的上部送入悬浮区,在α<1的条件下形成很强的还原性气氛,使得在密相区中生成的NOx在悬浮区(再燃区)内被还原成氮分子,送入悬浮区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料。
在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原,还抑制了新的NOx的生成,可使NOx的排放浓度进一步降低。
三、低氮燃烧改造措施
1、锅炉NOX初始排放过高的原因
锅炉燃烧不合理,一、二次风没有做到合理分配,炉膛温度局部偏高,氧气浓度偏高,炉内燃烧不均匀,使得锅炉出口NOx含量偏高。
2、技改措施和方法
1)控制供煤系统的燃煤颗粒度
保证锅炉入口燃煤粒度控制在8mm以下,以降低锅炉一次风用量。
2)二次风的合理分级
降低一次风风量后,可适当增加二次风风量。
原锅炉设有三层二次风入口风管,但由于原锅炉设计一次风量较大,因此二次风管道配置偏小,考虑到降低锅炉燃烧系统改造投资成本,基本维持原有的二次风管道分配;但需要增加二次风管径,在每个二次风管道上设置手动调节门,根据锅炉燃烧情况,调整调节门开度,达到二次风的最佳合理分配。
为了更好的进行分级配风,减少NOx的生成,将原有三层入风口的中间一层进行封堵,在炉膛卫燃带上边沿下部约500mm处,增设二次风管。
除了考虑高度方向的分级,还要求对水平方向进行分级,以达到炉膛氧量分配均匀的目标。
水平方向的二次风分级主要通过适当调整两侧和中间风管管径的办法来实现。
对于目前设计的传统二次风母管前后联络风箱,这部分风箱一般都需要适当扩大,以满足二次风特殊送风比例关系的要求,否则会影响静压风箱或者等压风箱二次风分配原理,不利于二次风取风点的均匀性。
3)二次风入口端直管段的确定
为了形成良好的二次风进入炉内的射流喷射效果,保持基本射程而不被扩散,要求二次风入口端的直管段至少为二次风管内径的6~8倍以上,原来不足的要设法予以延长,可以在直
管段前设置大弯曲半径的弯管,达到基本直管段要求。
4)二次风喷口、射流水平角度和调节阀门的选择
为了不妨碍二次风形成直线型非扩散射流,采用直管段直接插入炉墙上的二次风喷口中。
在选材时,与高温物料接触的这一小段金属管件,必须选用耐磨抗高温金属材质。
每个二次风分风道,选用手动调节风门。
为了增加二次风在炉膛内的穿透性,提高燃烧效率,适当减少二次风入炉射流的水平夹角。
5)尾气再循环
煤进入炽热燃烧的料层之后受热分解,在热分解过程中,煤中含的氮也作为挥发分而气化。
但是温度不同,气化的氮氧化合物占总氮的化合物比例也不同。
温度为800~900℃时,只占总氮的30%,在1000℃时才占50%~60%。
在热分解气化的氮化合物中,主要成分是NH3、HCN和N2,这些中间产物再与含氧化合物反应生成NO。
随着床温不同,他们所占比例也不同。
在通常的床温条件下NH3占相当大的比例。
当温度升高时,NH3含量减少,这是因为在高温条件下NH3分解成N2和H2的结果。
通常NO浓度是指流化床锅炉出口处NO的浓度,没有涉及流化床锅炉内部各处NO的变化情况。
实际上,在布风板附近(约300mm高度),NO浓度因为燃料挥发分的析出氧化急剧达到最大值,然后随高度方向逐渐下降。
在沸腾层表面一定距离后,逐渐稳定在一定的浓度。
这是由于在床层底部给煤集中,空气与燃料分配的比例不均和底部燃烧还不够强烈,底部的气流具有较高的氧浓度,致使NO大量生成。
随着床层增高,一方面流化床顺苏处于强烈的流化燃烧状态,需要大量氧气,而气泡的分割使床层密相区处于空气不足状态,NO生成量减少。
另一方面流化床内含有大量的NH3、CO、H2等,使已经生成的NO与C、NH3等发生还原反应,NO浓度沿着流化床锅炉高度降低到一个稳定的数值。
因此,尽可能的减少一次风,使床层下部处于缺氧状态,可以减少NO的生成。
但是,由于维持良好流化与控制料层温度的需要,一次风的供入量有最低数值的要求,引入含氧量比较低的尾气混入一次风中,可以在不减少总一次风量的同时减少供入的氧气,料层底部处于缺氧状态,而依然可以维持正常流化,从而显著降低NO的排放。
在控制燃煤颗粒度的条件下,降低锅炉一次风的风量。
同时为了有效减小锅炉一次风含氧量,又满足锅炉一次风流化风量需求,从引风机出口挡板门后增设一台离心风机,将引风机出口净烟气通过加压后,送入锅炉一次风机入口,充当锅炉一次风。
以有效降低一次风含氧量,增加风量分配调节裕度。
四、恒涛公司性能保证
通过锅炉低氮燃烧改造,投标方保证:
1)低氮燃烧改造后,锅炉燃烧效率不小于现有水平,锅炉飞灰、渣的残碳含量不大于现运行值;
2)不降低现有锅炉运行出力;
3)在锅炉满负荷运行时,在不投入炉内喷钙脱硫的情况下,氮氧化物排放浓度不高于220mg/m3(标态,干基,6%O2)。