氮氧化物ppt課件

1、熄滅污染物及生成機(jī)理熄滅污染物及生成機(jī)理 1 概述概述2 熱力型熱力型 NOx氮氧化物的生成機(jī)理氮氧化物的生成機(jī)理3 快速型快速型 NOx氮氧化物的生成機(jī)理氮氧化物的生成機(jī)理4 燃料型燃料型 NOx氮氧化物的生成機(jī)理氮氧化物的生成機(jī)理氮氧化物氮氧化物 1、NOx的構(gòu)成與分類的構(gòu)成與分類 氮氧化物：氮氧化物：NO，NO2，N2O、N2O3，N2O4，N2O5等，但在熄滅等，但在熄滅過(guò)程中生成的氮氧化物，幾乎全是過(guò)程中生成的氮氧化物，幾乎全是NO和和NO2。通常把這兩種氮的氧化。通常把這兩種氮的氧化物稱為物稱為NOx。 煤炭、天然氣、重油等天然礦物煤炭、天然氣、重油等天然礦物燃料在熄滅過(guò)程生成的氮

2、氧化物中，燃料在熄滅過(guò)程生成的氮氧化物中，NO占占90%左右，其他為左右，其他為NO2。1 概概 述述 燃料熄滅過(guò)程生成的燃料熄滅過(guò)程生成的NOx，按其，按其構(gòu)成分類，可分為三種：構(gòu)成分類，可分為三種：熱力型熱力型NOx ，它是空氣中的氮?dú)庠诟?，它是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻臏叵卵趸傻腘Ox 快速型快速型NOx，它是熄滅時(shí)空氣中的氮和，它是熄滅時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反響生成等反響生成的的NOx燃料型燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合，它是燃料中含有的氮化合物在熄滅過(guò)程中熱分解而又接著氧化而物在熄滅過(guò)程中熱分解而又接著氧化而生成的生成的NOx

3、NOx的生成是熄滅反響的一部分?？諝庵械牡纳墒窍绶错懙囊徊糠??？諝庵械牡脱踉诟邷叵律梢谎趸姆错?，可用下式和氧在高溫下生成一氧化氮的反響，可用下式表示：表示： 在討論某些問(wèn)題時(shí)，只寫(xiě)出這一結(jié)果也就夠了。在討論某些問(wèn)題時(shí)，只寫(xiě)出這一結(jié)果也就夠了。但實(shí)踐的熄滅反響是極其復(fù)雜的化學(xué)反響過(guò)程，但實(shí)踐的熄滅反響是極其復(fù)雜的化學(xué)反響過(guò)程，有許多問(wèn)題必需研討反響的中間過(guò)程才干找到有許多問(wèn)題必需研討反響的中間過(guò)程才干找到處理的方法。處理的方法。 鍋爐熄滅過(guò)程中，按上式反響生成的鍋爐熄滅過(guò)程中，按上式反響生成的NO非常非常少，而是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的反響過(guò)程而生成的。少，而是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的反響過(guò)程而生成的。2、氮

4、氧化物的根本特性、氮氧化物的根本特性 NO是無(wú)色無(wú)臭的氣體，分子量為是無(wú)色無(wú)臭的氣體，分子量為30.01，其融點(diǎn)，其融點(diǎn)為為-16l ，沸點(diǎn)為，沸點(diǎn)為-152。 NO略溶于水，在空略溶于水，在空氣中易氧化為氣中易氧化為NO2 NO2是一種紅棕色有害的惡臭氣體。其含量為是一種紅棕色有害的惡臭氣體。其含量為0.1ppm時(shí)即可嗅到，時(shí)即可嗅到，14ppm時(shí)，有惡臭，而到時(shí)，有惡臭，而到達(dá)達(dá)25ppm時(shí)，那么惡臭難聞。它的分子量為時(shí)，那么惡臭難聞。它的分子量為46.01。密度約為空氣的密度約為空氣的1.5倍。倍。 氮氧化物進(jìn)入大氣后發(fā)生一系列變化，它在空氣氮氧化物進(jìn)入大氣后發(fā)生一系列變化，它在空氣中的

5、含量一直處在變動(dòng)之中，既有日變化，又有中的含量一直處在變動(dòng)之中，既有日變化，又有季節(jié)變化。在一天中，其含量早上最高，傍晚次季節(jié)變化。在一天中，其含量早上最高，傍晚次高，午后最低；在一年中，冬季高，夏季低高，午后最低；在一年中，冬季高，夏季低氮氧化物的變動(dòng)主要由于光化學(xué)作用，氮氧化物的變動(dòng)主要由于光化學(xué)作用，它與陽(yáng)光強(qiáng)弱親密相關(guān)它與陽(yáng)光強(qiáng)弱親密相關(guān)從圖中可看出，早上從圖中可看出，早上NO2含量最高，隨著含量最高，隨著太陽(yáng)上升，光照加強(qiáng)，太陽(yáng)上升，光照加強(qiáng)，光化學(xué)作用逐漸加快，光化學(xué)作用逐漸加快，耗費(fèi)耗費(fèi)NO2不斷添加，不斷添加，構(gòu)成的構(gòu)成的O3隨之增多，隨之增多，不斷到午后不斷到午后2時(shí)左右，時(shí)

6、左右，光化學(xué)作用達(dá)最高點(diǎn)，光化學(xué)作用達(dá)最高點(diǎn)，此時(shí)此時(shí)NO2含量最低。含量最低。以后陽(yáng)光逐漸減弱，以后陽(yáng)光逐漸減弱， NO2耗費(fèi)逐漸減少，耗費(fèi)逐漸減少，傍晚又出現(xiàn)了次高點(diǎn)傍晚又出現(xiàn)了次高點(diǎn)3、氮氧化物的危害、氮氧化物的危害氮氧化物對(duì)人類安康的影響氮氧化物對(duì)人類安康的影響對(duì)森林和作物生長(zhǎng)的影響對(duì)森林和作物生長(zhǎng)的影響對(duì)全球氣候變化的影響以及對(duì)高空臭氧對(duì)全球氣候變化的影響以及對(duì)高空臭氧層的破壞層的破壞4、煤熄滅過(guò)程中的氮氧化物、煤熄滅過(guò)程中的氮氧化物 煤熄滅過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮煤熄滅過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮NO ，占，占90%以上和二氧化氮以上和二氧化氮NO2 ，占，占510

7、%。此外，還有少量的氧化二氮。此外，還有少量的氧化二氮N2O ，只占只占1%左右產(chǎn)生。左右產(chǎn)生。 和和SO2的生成機(jī)理不同，在煤熄滅過(guò)程中氮氧的生成機(jī)理不同，在煤熄滅過(guò)程中氮氧化物的生成量和排放量與煤熄滅方式，特別是化物的生成量和排放量與煤熄滅方式，特別是熄滅溫度和過(guò)量空氣系數(shù)等熄滅條件關(guān)系親密熄滅溫度和過(guò)量空氣系數(shù)等熄滅條件關(guān)系親密 以煤粉熄滅為例，在不加控制時(shí)，液態(tài)排渣爐以煤粉熄滅為例，在不加控制時(shí)，液態(tài)排渣爐的的NOx排放值要比固態(tài)排渣爐的高得多。即使排放值要比固態(tài)排渣爐的高得多。即使是固態(tài)排渣爐，熄滅器布置方式不同時(shí)不加控是固態(tài)排渣爐，熄滅器布置方式不同時(shí)不加控制的制的NOx的排放值也

8、很不一樣。的排放值也很不一樣。煤粉爐煤粉爐的的NOx排放值排放值和熄滅和熄滅方式及方式及鍋爐容鍋爐容量的關(guān)量的關(guān)系系 煤粉熄滅所生成的煤粉熄滅所生成的NOx中，燃料型中，燃料型NOx是最主要的，它占是最主要的，它占NOx總生成總生成量的量的6080%以上；熱力型以上；熱力型NOx的生的生成和熄滅溫度的關(guān)系很大，在溫度成和熄滅溫度的關(guān)系很大，在溫度足夠高時(shí)，熱力型足夠高時(shí)，熱力型NOx的生成量可的生成量可占到占到NOx總量的總量的2030%；快速型；快速型NOx在煤熄滅過(guò)程中的生成量很小在煤熄滅過(guò)程中的生成量很小 假設(shè)燃料假設(shè)燃料N全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂先哭D(zhuǎn)變?yōu)槿剂螻Ox，那么燃料中，那么燃料中1%N

9、熄滅生成熄滅生成NOx為為1300ppm，實(shí)踐上燃料，實(shí)踐上燃料N只是一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹皇且徊糠洲D(zhuǎn)變?yōu)镹Ox，取轉(zhuǎn)變率為，取轉(zhuǎn)變率為25%，那，那么燃料么燃料NOx為為325ppm，即，即650mg/Nm3。 熱力熱力NOx普通占總普通占總NOx的的20%30%，現(xiàn)取，現(xiàn)取25%，即為，即為217 mg/Nm3。 因此，總的因此，總的NOx生成量為生成量為867 mg/m3。 假設(shè)鍋爐采用了低假設(shè)鍋爐采用了低NOx熄滅器、頂部燃盡風(fēng)等熄滅器、頂部燃盡風(fēng)等分級(jí)熄滅、以及提高煤粉細(xì)度和低分級(jí)熄滅、以及提高煤粉細(xì)度和低措施等，措施等，爐內(nèi)脫硝率可達(dá)爐內(nèi)脫硝率可達(dá)NOx50%，因此估計(jì)，因此估計(jì)NOx排排

10、放濃度放濃度433mg/Nm3。煤粉熄煤粉熄滅中各滅中各種類型種類型NOx的的生成量生成量和爐膛和爐膛溫度的溫度的關(guān)系關(guān)系 2 熱力型熱力型 NOx的生成機(jī)理的生成機(jī)理 熱力型熱力型NOx是熄滅時(shí)空氣中的氮是熄滅時(shí)空氣中的氮N2和氧和氧O2在高溫下生成的在高溫下生成的NO和和NO2 O2十十M2O十十M O十十N2NO十十N N十十O2NO十十O因此，高溫下生成因此，高溫下生成NO和和NOx的總反響式為的總反響式為 N2十十O22NO NO十十1/2O2NO2Zeldovich 捷里多維奇機(jī)理捷里多維奇機(jī)理N2和和O2生成生成NO的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)Kp 當(dāng)溫度低于當(dāng)溫度低于l000K時(shí)時(shí)Kp

11、值非常小，值非常小，也就是也就是NO的分壓力的分壓力(濃度濃度)很小很小溫度和溫度和N2O2(ppm)初始比對(duì)初始比對(duì)NO平衡濃度的影平衡濃度的影響響 40N2O2(ppm)是是N2和和O2之比為之比為40:1的情況，的情況，這大致相當(dāng)于過(guò)量空氣系數(shù)為這大致相當(dāng)于過(guò)量空氣系數(shù)為1.1時(shí)的煙氣時(shí)的煙氣 NO氧化成氧化成NO2反響的平衡常數(shù)反響的平衡常數(shù)Kp 由表可以看出由表可以看出Kp隨溫度的升高反而減小，因此低溫隨溫度的升高反而減小，因此低溫有利于有利于NO氧化成氧化成NO2。當(dāng)溫度升高超越。當(dāng)溫度升高超越1000時(shí)，時(shí)，NO2大量分解為大量分解為NO，這時(shí)，這時(shí)NO2的生成量比的生成量比NO

12、低得低得多多在不同溫度下在不同溫度下NO 和和NO2的平衡濃度計(jì)算值的平衡濃度計(jì)算值 在熄滅溫度大于在熄滅溫度大于1200的常規(guī)燃煤設(shè)備中，在不的常規(guī)燃煤設(shè)備中，在不采取控制措施時(shí)，將會(huì)有數(shù)百采取控制措施時(shí)，將會(huì)有數(shù)百ppm至至1000ppm的的NO生成，但生成，但NO2的生成量幾乎可以忽略不計(jì)的生成量幾乎可以忽略不計(jì) 當(dāng)煙氣溫度降低至排煙溫度的程度時(shí)，實(shí)際上講當(dāng)煙氣溫度降低至排煙溫度的程度時(shí)，實(shí)際上講煙氣中一切的煙氣中一切的NO將氧化成將氧化成NO2，但實(shí)踐上排煙中，但實(shí)踐上排煙中90%95%的的NOx依然是依然是NO 燃料熄滅時(shí)產(chǎn)生燃料熄滅時(shí)產(chǎn)生CH原子團(tuán)撞擊原子團(tuán)撞擊N2分子分子而生成而

13、生成CN類化合物，然后再被氧化成類化合物，然后再被氧化成NOx 1971年費(fèi)尼莫爾年費(fèi)尼莫爾(Fenimore)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰的軸向的，根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰的軸向NO分分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以為在反響區(qū)附近會(huì)快速布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以為在反響區(qū)附近會(huì)快速生成生成NO，于是起名為，于是起名為“快速快速NO。稱費(fèi)。稱費(fèi)尼莫爾的反響機(jī)理尼莫爾的反響機(jī)理 3 快速型快速型 NOx的生成機(jī)理的生成機(jī)理 在碳?xì)浠衔锵鐣r(shí)，特別是富燃料熄滅時(shí)，會(huì)分解在碳?xì)浠衔锵鐣r(shí)，特別是富燃料熄滅時(shí)，會(huì)分解出大量的出大量的CH，CH2，CH3和和C2等離子團(tuán)，它們會(huì)破等離子團(tuán)，它們會(huì)破壞熄滅空氣

14、中壞熄滅空氣中N2分子的鍵而反響生成分子的鍵而反響生成HCN，CN等：等：CH十十N2HCN十十NCH2十十N2HCN十十NHC2十十N22CNHCN十十OHCN十十H2OCN十十O2CO十十NOCN十十OCO十十NNH十十OHN十十H2ONH十十ONO十十HN十十OHNO十十HN十十O2NO十十O Miller等在等在1989年指出，年指出，“快速快速NO的構(gòu)成與以下三的構(gòu)成與以下三個(gè)要素有關(guān)個(gè)要素有關(guān)1、CH原子團(tuán)的濃度及其構(gòu)成過(guò)程原子團(tuán)的濃度及其構(gòu)成過(guò)程2、N2分子反響生成氯化物的速率分子反響生成氯化物的速率3、氮化物間相互轉(zhuǎn)化率、氮化物間相互轉(zhuǎn)化率他們發(fā)現(xiàn)：他們發(fā)現(xiàn)：CH + N2 H

15、CN + N是控制是控制NO、氰、氰(HCN)和其他氮化物生成速率的重要反和其他氮化物生成速率的重要反響。響?！翱焖倏焖貼O構(gòu)成的主要反響途徑如下：構(gòu)成的主要反響途徑如下： 對(duì)碳?xì)淙剂舷缇C合機(jī)理的計(jì)算闡明，在對(duì)碳?xì)淙剂舷缇C合機(jī)理的計(jì)算闡明，在溫度低于溫度低于2000K時(shí)，時(shí)，NO的構(gòu)成主要經(jīng)過(guò)的構(gòu)成主要經(jīng)過(guò)CH-N2反響，即反響，即“快速快速NO途徑。當(dāng)溫度升高，途徑。當(dāng)溫度升高，“熱力熱力NO比重添加，溫度在比重添加，溫度在2500K以上時(shí)，以上時(shí)，NO的生成主要由在的生成主要由在O與與OH超平衡加速下超平衡加速下的的Zeldovich機(jī)理控制。機(jī)理控制。 通常情況下，在不含氮的碳?xì)湎等?/p>

16、料低溫通常情況下，在不含氮的碳?xì)湎等剂系蜏叵鐣r(shí)，才重點(diǎn)思索熄滅時(shí)，才重點(diǎn)思索“快速快速NO。“快速快速NO的生成對(duì)溫度依賴性很弱。與的生成對(duì)溫度依賴性很弱。與“熱力熱力NO和和“燃料燃料NO相比，它的生成要少得多。相比，它的生成要少得多。煤炭中的氮含量普通在煤炭中的氮含量普通在0.5-2.5左右，它們左右，它們以氮原子的形狀與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成氮的以氮原子的形狀與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成氮的環(huán)狀化合物或鏈狀化合物，如喹啉環(huán)狀化合物或鏈狀化合物，如喹啉(C6H5N)和和芳香胺芳香胺(C6H5NH2)等等當(dāng)燃料中氮的含量超越當(dāng)燃料中氮的含量超越0.1時(shí)，所生成的時(shí)，所生成的NO在煙氣中的濃度將會(huì)超

17、越在煙氣中的濃度將會(huì)超越130ppm。煤熄滅時(shí)約。煤熄滅時(shí)約75-90的的NOx是燃料型是燃料型NOx。因此，燃料型。因此，燃料型NOx是煤熄滅時(shí)產(chǎn)生的是煤熄滅時(shí)產(chǎn)生的NOx的主要來(lái)源。研討的主要來(lái)源。研討燃料型燃料型NOx的生成和破壞機(jī)理，對(duì)于如何有效的生成和破壞機(jī)理，對(duì)于如何有效地在熄滅過(guò)程中控制地在熄滅過(guò)程中控制NOx的排放，具有重要的的排放，具有重要的意義意義4 燃料型燃料型 NOx的生成機(jī)理的生成機(jī)理 燃料型燃料型NOx的生成和破壞過(guò)程不僅和煤種特性、的生成和破壞過(guò)程不僅和煤種特性、煤的構(gòu)造、燃料中的氮受熱分解后在揮發(fā)分和煤的構(gòu)造、燃料中的氮受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比例、成分和分

18、布有關(guān)，而且大量的焦炭中的比例、成分和分布有關(guān)，而且大量的反響過(guò)程還和熄滅條件如溫度和氧及各種成分反響過(guò)程還和熄滅條件如溫度和氧及各種成分的濃度等親密相關(guān)，總結(jié)近年來(lái)的研討任務(wù)，的濃度等親密相關(guān)，總結(jié)近年來(lái)的研討任務(wù)，燃料型燃料型NOx的生成機(jī)理，大致有以下的規(guī)律的生成機(jī)理，大致有以下的規(guī)律1、燃料中的氮有機(jī)化合物隨揮發(fā)分一同從燃料、燃料中的氮有機(jī)化合物隨揮發(fā)分一同從燃料中析出，稱之為揮發(fā)分中析出，稱之為揮發(fā)分N。揮發(fā)分。揮發(fā)分N析出后仍殘析出后仍殘留在焦炭中的氮化合物，稱之為焦炭留在焦炭中的氮化合物，稱之為焦炭N 2、揮發(fā)分、揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是中最主要的氮化合物是HCN和和NH3 3、HCN和和NH3氧化生成氧化生成NOx燃料中氮分解為揮發(fā)分燃料中氮分解為揮發(fā)分N和焦炭和