大气污染控制工程第七章教学内容.ppt

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1、大气污染控制工程第七章大气中大气中大气中大气中NOxNOxNOxNOx的来源：的来源：的来源：的来源：自然界中固氮菌、雷电等自然产生；自然界中固氮菌、雷电等自然产生；自然界中固氮菌、雷电等自然产生；自然界中固氮菌、雷电等自然产生；人类活动排放人类活动排放人类活动排放人类活动排放 主要集中于城市、工业区等人口稠密地区，由主要集中于城市、工业区等人口稠密地区，由主要集中于城市、工业区等人口稠密地区，由主要集中于城市、工业区等人口稠密地区，由燃料高温燃烧产生的占燃料高温燃烧产生的占燃料高温燃烧产生的占燃料高温燃烧产生的占90909090以上，其次是化工以上，其次是化工以上，其次是化工以上，其次是化工

2、生产中的硝酸生产、消化过程、炸药生产和金生产中的硝酸生产、消化过程、炸药生产和金生产中的硝酸生产、消化过程、炸药生产和金生产中的硝酸生产、消化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理。从燃烧系统中排出的氮氧化属表面硝酸处理。从燃烧系统中排出的氮氧化属表面硝酸处理。从燃烧系统中排出的氮氧化属表面硝酸处理。从燃烧系统中排出的氮氧化物物物物95959595以上是以上是以上是以上是NONONONO，其余主要为，其余主要为，其余主要为，其余主要为NO2NO2NO2NO2。1999199919991999年美年美年美年美国统计，约国统计，约国统计，约国统计，约55.5%55.5%55.5%55.5%的的的的NOx

3、NOxNOxNOx来源于交通运输，约来源于交通运输，约来源于交通运输，约来源于交通运输，约39.539.539.539.5来自固定燃烧源，来自固定燃烧源，来自固定燃烧源，来自固定燃烧源，3.7%3.7%3.7%3.7%来自工业过程，约来自工业过程，约来自工业过程，约来自工业过程，约1.3%1.3%1.3%1.3%来自其他源。来自其他源。来自其他源。来自其他源。第二节第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理燃烧过程中氮氧化物的形成机理燃烧过程中形成的燃烧过程中形成的NOxNOx分为三类。分为三类。一类为由燃料中固定氮生成的一类为由燃料中固定氮生成的NOxNOx，称，称为燃料型为燃料型NOx(fuel

4、 NOx)NOx(fuel NOx)；二类二类NOxNOx由大气中氮生成，主要产生于由大气中氮生成，主要产生于原子氧和氮之间的化学反应，这种原子氧和氮之间的化学反应，这种NOxNOx只在高温下形成，所以称为热力型只在高温下形成，所以称为热力型NOx(thermal NOx)NOx(thermal NOx)；第三类，在低温火焰中由于含碳自由基的第三类，在低温火焰中由于含碳自由基的存在还会生成存在还会生成NONO，通常称为瞬时，通常称为瞬时NO(prompt NO)NO(prompt NO)。一、热力型一、热力型NOxNOx形成的热力学形成的热力学1 1、NONO生成量与温度的关系生成量与温度的关

5、系 N N2 2OO2 22NO2NO NO NO0.5O0.5O2 2=NO=NO2 2 温度和反应物化学组成影响它们的平衡。温度和反应物化学组成影响它们的平衡。当温度当温度1000K1000K1000K，将会形成可观的，将会形成可观的NONO。O2和N2生成NO的平衡常数N N2 2OO2 22NO2NOT/KT/KKpKpKp=(pNO)Kp=(pNO)2 2/(P/(PO2O2)(P)(PN2N2)3003001010-30-30100010007.5107.510-9-9120012002.8102.810-7-7150015001.1101.110-5-5200020004.010

6、4.010-4-4250025003.5103.510-3-32 2、NONO与与NONO2 2之间的转化之间的转化NO+0.5ONO+0.5O2 2=NO=NO2 2T/KT/KKpKpKp=(pNOKp=(pNO2 2)/(pNO)(pO)/(pNO)(pO2 2)0.50.53003001061065005001.2101.2102 2100010001.1101.110-1-1150015001.1101.110-2-2200020003.5103.510-3-3可见，可见，可见，可见，KpKpKpKp随温度升高而减小，因此低温有利于随温度升高而减小，因此低温有利于随温度升高而减小，因

7、此低温有利于随温度升高而减小，因此低温有利于NONONONO2 2 2 2形成。形成。形成。形成。在高温在高温在高温在高温NONONONO2 2 2 2分解为分解为分解为分解为NONONONO，温度，温度，温度，温度1000K1000K1000K1000K时，时，时，时，NONONONO2 2 2 2生成量比生成量比生成量比生成量比NONONONO低低低低得多。得多。得多。得多。这些热力学数据说明：这些热力学数据说明：在室温条件下，几乎没有在室温条件下，几乎没有NONO和和NONO2 2生成，生成，并且所有并且所有NONO转化为转化为NONO2 2；在在800K800K左右，左右，NONO和和

8、NONO2 2生成量仍然微不足生成量仍然微不足道，但道，但NONO得生成量已经超过得生成量已经超过NONO2 2；在常规得燃烧温度在常规得燃烧温度(1500K)(1500K)，有可观量得，有可观量得NONO生成，然而生成，然而NONO2 2得量仍然是微不足道。得量仍然是微不足道。3 3、烟气冷却对、烟气冷却对NONO和和NONO2 2平衡得影响平衡得影响大部分燃烧过程排出的尾气中大约大部分燃烧过程排出的尾气中大约90%-90%-95%95%的的NOxNOx仍然以仍然以NONO形式存在，并排放到形式存在，并排放到大气环境中。大气环境中。在低温下将氧化为在低温下将氧化为NONO2 2，而不是分解为

9、，而不是分解为N N2 2和和O O2 2，因为分解反应具有较高反应的活，因为分解反应具有较高反应的活化能。化能。二、热力型二、热力型NOxNOx形成的动力学泽形成的动力学泽利多维奇利多维奇(Zeldovich(Zeldovich）模型）模型O2M2OMON2NONNO2NOO温度温度温度温度20002000200020002200220022002200240024002400240026002600260026002800280028002800lgKp(OlgKp(OlgKp(OlgKp(O2 2 2 2=2O)=2O)=2O)=2O)-6.356-6.356-6.356-6.356-5

10、.142-5.142-5.142-5.142-4.130-4.130-4.130-4.130-3.272-3.272-3.272-3.272-2.536-2.536-2.536-2.536lgKp(N2=2NlgKp(N2=2NlgKp(N2=2NlgKp(N2=2N)-18.092-18.092-18.092-18.092-15.810-15.810-15.810-15.810-13.908-13.908-13.908-13.908-12.298-12.298-12.298-12.298-10.914-10.914-10.914-10.914 应当指出应当指出应当指出应当指出OOOO2 2

11、2 2分解的平衡常数是非常小的，即使在分解的平衡常数是非常小的，即使在分解的平衡常数是非常小的，即使在分解的平衡常数是非常小的，即使在火焰区温度下，氧原子浓度也非常低；火焰区温度下，氧原子浓度也非常低；火焰区温度下，氧原子浓度也非常低；火焰区温度下，氧原子浓度也非常低；NNNN2 2 2 2分解的分解的分解的分解的平衡常数更小，氮原子浓度实际上可以忽略。平衡常数更小，氮原子浓度实际上可以忽略。平衡常数更小，氮原子浓度实际上可以忽略。平衡常数更小，氮原子浓度实际上可以忽略。形成形成形成形成NONONONO的净速率：的净速率：的净速率：的净速率：NONONONO的总速率：的总速率：的总速率：的总速

12、率：假定假定假定假定NNNN原子以稳定的浓度存在原子以稳定的浓度存在原子以稳定的浓度存在原子以稳定的浓度存在在稳定状态下在稳定状态下在稳定状态下在稳定状态下这是燃烧过程中由空气中氮形成这是燃烧过程中由空气中氮形成NONO的速率的速率方程式的一种可能表达形式。方程式的一种可能表达形式。各种温度下形成各种温度下形成各种温度下形成各种温度下形成NONONONO的浓度时间分布曲线的浓度时间分布曲线的浓度时间分布曲线的浓度时间分布曲线三、瞬时三、瞬时NONO的形成的形成燃料中的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：燃料中的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：燃料中的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：燃料中的含

13、碳自由基与氮气分子发生如下反应：CH+N CH+N CH+N CH+N2 2 2 2=HCN+N=HCN+N=HCN+N=HCN+N反应生成的原子反应生成的原子反应生成的原子反应生成的原子N N N N再与再与再与再与O O O O2 2 2 2反应，增加了反应，增加了反应，增加了反应，增加了NONONONO的生的生的生的生成量；成量；成量；成量；部分部分部分部分HCNHCNHCNHCN与与与与O O O O2 2 2 2反应生成反应生成反应生成反应生成NONONONO，部分，部分，部分，部分HCNHCNHCNHCN与与与与NONONONO反应反应反应反应生成生成生成生成N N N N2 2

14、2 2。目前没有任何简化的模型可以预测这种机理生目前没有任何简化的模型可以预测这种机理生目前没有任何简化的模型可以预测这种机理生目前没有任何简化的模型可以预测这种机理生成的成的成的成的NONONONO的量。的量。的量。的量。低温生成的低温生成的低温生成的低温生成的NONONONO称为瞬时称为瞬时称为瞬时称为瞬时NONONONO。三、瞬时三、瞬时NONO的形成的形成在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮在燃烧的第一阶段，来自燃料的含碳自由基与氮气分子发生如下反应：气分子发生如下反应：气分子发生如下反应：气分子

15、发生如下反应：CH+N CH+N2 2=HCN+N=HCN+N反应生成的原子反应生成的原子反应生成的原子反应生成的原子N N通过与通过与通过与通过与OO2 2反应，增加了反应，增加了反应，增加了反应，增加了NONO的生的生的生的生成量；部分成量；部分成量；部分成量；部分HCNHCN与与与与OO2 2反应生成反应生成反应生成反应生成NONO，部分，部分，部分，部分HCNHCN与与与与NONO反应生成反应生成反应生成反应生成N N2 2。目前还没有任何简化的模。目前还没有任何简化的模。目前还没有任何简化的模。目前还没有任何简化的模型可以预测这种机理生成型可以预测这种机理生成型可以预测这种机理生成型

16、可以预测这种机理生成NONO的量，但是在低的量，但是在低的量，但是在低的量，但是在低温火焰中生成温火焰中生成温火焰中生成温火焰中生成NONO的量明显高于根据泽利多维的量明显高于根据泽利多维的量明显高于根据泽利多维的量明显高于根据泽利多维奇模型预测的结果。通常将这种机理形成的奇模型预测的结果。通常将这种机理形成的奇模型预测的结果。通常将这种机理形成的奇模型预测的结果。通常将这种机理形成的NONO称为瞬时称为瞬时称为瞬时称为瞬时NONO。可以相信低温火焰中形成的。可以相信低温火焰中形成的。可以相信低温火焰中形成的。可以相信低温火焰中形成的NONO多数为瞬时多数为瞬时多数为瞬时多数为瞬时NONO。四

17、、燃料型四、燃料型NOxNOx的形成的形成近来研究表明，燃用含氮燃料的燃烧系统近来研究表明，燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量也会排出大量NOxNOx。燃料中氮的形态多为以燃料中氮的形态多为以C CN N键存在的有键存在的有机化合物，理论上机化合物，理论上N NN N的键能比的键能比C CN N的的键能大得多，因此氧倾向于首先破坏键能大得多，因此氧倾向于首先破坏CCN N键。键。化石燃料中的氮含量差别很大。石油的平化石燃料中的氮含量差别很大。石油的平均含氮量为均含氮量为0.65%(0.65%(重量），而大多数煤的重量），而大多数煤的含氮量为含氮量为1%-2%1%-2%。四、燃料型四、燃料型NO

18、x的形成的形成燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量燃用含氮燃料的燃烧系统也会排出大量NOxNOx。燃料中氮的形态多为以燃料中氮的形态多为以燃料中氮的形态多为以燃料中氮的形态多为以C CN N键存在的有机化键存在的有机化键存在的有机化键存在的有机化合物，从理论上讲，合物，从理论上讲，合物，从理论上讲，合物，从理论上讲，N N2 2分子中氮氮键能比有机分子中氮氮键能比有机分子中氮氮键能比有机分子中氮氮键能比有机化合物中化合物中化合物中化合物中C-NC-N的键能大得多，因此氧倾向于首的键能大得多，因此氧倾向于首的键能大得多，因此氧倾向

19、于首的键能大得多，因此氧倾向于首先破坏先破坏先破坏先破坏C-NC-N键。键。键。键。化石燃烧的氮含量差别很大。石油中含氮量平化石燃烧的氮含量差别很大。石油中含氮量平化石燃烧的氮含量差别很大。石油中含氮量平化石燃烧的氮含量差别很大。石油中含氮量平均为均为均为均为0.650.65(重量），而大多数煤的含氮量为重量），而大多数煤的含氮量为重量），而大多数煤的含氮量为重量），而大多数煤的含氮量为1 12 2。当燃用含氮燃烧时，含氮化合物在。当燃用含氮燃烧时，含氮化合物在。当燃用含氮燃烧时，含氮化合物在。当燃用含氮燃烧时，含氮化合物在进入燃烧区之前，很可能产生某些离解。因此，进入燃烧区之前，很可能产生某

20、些离解。因此，进入燃烧区之前，很可能产生某些离解。因此，进入燃烧区之前，很可能产生某些离解。因此，在生成在生成在生成在生成NONO之前将会出现低分子量的氮化物或之前将会出现低分子量的氮化物或之前将会出现低分子量的氮化物或之前将会出现低分子量的氮化物或一些自由基（一些自由基（一些自由基（一些自由基（NHNH2 2、HCNHCN、CNCN、NHNH3 3等）。等）。等）。等）。反应过程：反应过程：大部分燃料氮首先在火焰中转化为大部分燃料氮首先在火焰中转化为HCNHCN，然后转化为，然后转化为NHNH或或NHNH2 2；NHNH2 2和和NHNH能够与氧反应生成能够与氧反应生成NONOH H2 2O

21、O，或者它们与，或者它们与NONO反应生成反应生成NN2 2和和H H2 2OO。因此，在火焰中燃料氮转化为因此，在火焰中燃料氮转化为NONO的比例的比例依赖于火焰区内依赖于火焰区内NO/ONO/O2 2之比。之比。试验结果表明，燃料中试验结果表明，燃料中20208080的氮的氮转化为转化为NOxNOx。燃烧中氮转变称为燃烧中氮转变称为NOx被广泛接受的反应过程为：被广泛接受的反应过程为：因此，在火焰中燃烧氮转化为因此，在火焰中燃烧氮转化为因此，在火焰中燃烧氮转化为因此，在火焰中燃烧氮转化为NONO的比例依赖于火焰区内的比例依赖于火焰区内的比例依赖于火焰区内的比例依赖于火焰区内NO/ONO/O

22、2 2之比。一些试验结果表明，燃烧过程中，燃料氮接之比。一些试验结果表明，燃烧过程中，燃料氮接之比。一些试验结果表明，燃烧过程中，燃料氮接之比。一些试验结果表明，燃烧过程中，燃料氮接近近近近100100的转化为的转化为的转化为的转化为NOxNOx。所有试验数据都表明：燃料中的氮化物氧化成所有试验数据都表明：燃料中的氮化物氧化成所有试验数据都表明：燃料中的氮化物氧化成所有试验数据都表明：燃料中的氮化物氧化成NONO是快是快是快是快速的，反应所需要的时间与燃烧器中能量释放反应的时间速的，反应所需要的时间与燃烧器中能量释放反应的时间速的，反应所需要的时间与燃烧器中能量释放反应的时间速的，反应所需要的

23、时间与燃烧器中能量释放反应的时间差不多。燃烧区附近的差不多。燃烧区附近的差不多。燃烧区附近的差不多。燃烧区附近的NONO实际浓度显著超过计算的量，实际浓度显著超过计算的量，实际浓度显著超过计算的量，实际浓度显著超过计算的量，其原因在于使其原因在于使其原因在于使其原因在于使NONO量减少到平衡浓度的反应都慢。量减少到平衡浓度的反应都慢。量减少到平衡浓度的反应都慢。量减少到平衡浓度的反应都慢。减少减少NO的反应为的反应为:O+NON+O2NO+NON2O+O在燃烧后区，贫燃料混合气中在燃烧后区，贫燃料混合气中在燃烧后区，贫燃料混合气中在燃烧后区，贫燃料混合气中NONO浓度减少得浓度减少得浓度减少得

24、浓度减少得十分缓慢，十分缓慢，十分缓慢，十分缓慢，NONO生成量较高；而在富燃混合气生成量较高；而在富燃混合气生成量较高；而在富燃混合气生成量较高；而在富燃混合气中中中中NONO浓度减少的比较快；浓度减少的比较快；浓度减少的比较快；浓度减少的比较快；NONO生成量相对也低，生成量相对也低，生成量相对也低，生成量相对也低，NONO的生成量仅与温度略有关系，因此它是一的生成量仅与温度略有关系，因此它是一的生成量仅与温度略有关系，因此它是一的生成量仅与温度略有关系，因此它是一个的活化能步骤。个的活化能步骤。个的活化能步骤。个的活化能步骤。含氮燃烧形成含氮燃烧形成含氮燃烧形成含氮燃烧形成NONO的反应

25、动力学至今仍不清除，的反应动力学至今仍不清除，的反应动力学至今仍不清除，的反应动力学至今仍不清除，已提出的理论包括（已提出的理论包括（已提出的理论包括（已提出的理论包括（1 1）运用）运用）运用）运用CNCN基作为中间体；基作为中间体；基作为中间体；基作为中间体；（2 2）当键破坏时释放出原子态氮；）当键破坏时释放出原子态氮；）当键破坏时释放出原子态氮；）当键破坏时释放出原子态氮；(3)(3)部分平部分平部分平部分平衡机理。衡机理。衡机理。衡机理。试验表明，燃料中的氮化物氧化成试验表明，燃料中的氮化物氧化成NONO是是快速的，反应所需时间与燃烧器中能量快速的，反应所需时间与燃烧器中能量释放反应

26、的时间差不多。释放反应的时间差不多。含氮燃料形成含氮燃料形成NONO的反应动力学至今仍不的反应动力学至今仍不十分清楚，已提出的理论包括：（十分清楚，已提出的理论包括：（1 1）运）运用用CNCN基作为中间产物；（基作为中间产物；（2 2）当键破坏时）当键破坏时释放出原子态氮；（释放出原子态氮；（3 3）部分平衡机理）部分平衡机理 。第三节第三节 低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术控制控制NOxNOx排放的技术措施：排放的技术措施：源头控制，特征是通过各种技术手段，控源头控制，特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中制燃烧过程中NOxNOx的生成反应；的生成反应；尾部控制，把已经生成的尾部控制，

27、把已经生成的NOxNOx通过某种手通过某种手段还原为段还原为NN2 2，从而降低，从而降低NOxNOx的排放量。的排放量。2020世纪世纪5050年代就开始燃烧过程中氮氧化年代就开始燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究，到物生成机理和控制方法的研究，到7070年代年代末和末和8080年代，低年代，低NONO燃烧技术的研究和开燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出低发达到高潮，开发出低NONO燃烧器；燃烧器；9090年年代改进开发的低代改进开发的低NOxNOx燃烧器，使其日臻完燃烧器，使其日臻完善。善。影响燃烧过程影响燃烧过程NOxNOx生成的主要因素：燃烧生成的主要因素：燃烧温度、烟气在高

28、温区的停留时间、烟气中温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种组分的浓度以及混合度。各种组分的浓度以及混合度。控制燃烧过程中控制燃烧过程中NONO形成的因素包括：空形成的因素包括：空气燃烧比；燃烧区的温度及其分布；后气燃烧比；燃烧区的温度及其分布；后燃烧区的冷却程度；燃烧器的形状设计。燃烧区的冷却程度；燃烧器的形状设计。一、传统的低一、传统的低NOxNOx燃烧技术燃烧技术 不要求改动燃烧系统，调整或改进燃烧装不要求改动燃烧系统，调整或改进燃烧装置的运行方式或部分运行方式。简单易行，置的运行方式或部分运行方式。简单易行，方便，但方便，但NONO的降低幅度有限。的降低幅度有限。这类技术包括氧燃烧、

29、烟气循环燃烧、分这类技术包括氧燃烧、烟气循环燃烧、分段燃烧、浓淡燃烧技术。段燃烧、浓淡燃烧技术。1 1、低空气过剩系数运行技术、低空气过剩系数运行技术为了降低为了降低为了降低为了降低NOxNOxNOxNOx的排放量，锅炉应在炉内空气量的排放量，锅炉应在炉内空气量的排放量，锅炉应在炉内空气量的排放量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行。不仅可以降低较低的工况下运行。不仅可以降低较低的工况下运行。不仅可以降低较低的工况下运行。不仅可以降低NOxNOxNOxNOx排放，排放，排放，排放，而且减少了锅炉排烟热损失，可提高锅炉热效率。而且减少了锅炉排烟热损失，可提高锅炉热效率。而且减少了锅炉排烟热损失，

30、可提高锅炉热效率。而且减少了锅炉排烟热损失，可提高锅炉热效率。低空气过剩系数运行抑制低空气过剩系数运行抑制低空气过剩系数运行抑制低空气过剩系数运行抑制NOxNOxNOxNOx生成量的幅度与生成量的幅度与生成量的幅度与生成量的幅度与燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关。燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关。燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关。燃料种类、燃烧方式以及排渣方式有关。缺点：将导致缺点：将导致缺点：将导致缺点：将导致COCOCOCO、HCHCHCHC以及炭黑增多，飞灰中可以及炭黑增多，飞灰中可以及炭黑增多，飞灰中可以及炭黑增多，飞灰中可燃物质增加，燃烧效率下降，因此电站锅炉的空燃物质增加，燃

31、烧效率下降，因此电站锅炉的空燃物质增加，燃烧效率下降，因此电站锅炉的空燃物质增加，燃烧效率下降，因此电站锅炉的空气过剩系数不能有较大调整。必须同时考虑锅炉气过剩系数不能有较大调整。必须同时考虑锅炉气过剩系数不能有较大调整。必须同时考虑锅炉气过剩系数不能有较大调整。必须同时考虑锅炉和燃烧效率高。和燃烧效率高。和燃烧效率高。和燃烧效率高。2 2、降低助燃空气预热温度、降低助燃空气预热温度实际操作中，经常利用尾气的废热预热实际操作中，经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气。虽然有助于节约能进入燃烧器的空气。虽然有助于节约能源和提高火焰温度，但也导致了源和提高火焰温度，但也导致了NOxNOx排排放量的

32、增加。因此，降低助燃空气预热放量的增加。因此，降低助燃空气预热温度可降低火焰区的温度峰值，从而减温度可降低火焰区的温度峰值，从而减少热力型的少热力型的NOxNOx生成量。生成量。该措施不宜于燃煤、燃油锅炉，对于燃该措施不宜于燃煤、燃油锅炉，对于燃气锅炉有降低气锅炉有降低NOxNOx排放的明显效果。排放的明显效果。3 3、烟气循环燃烧、烟气循环燃烧将燃烧产生的部分烟气冷却后，再循环将燃烧产生的部分烟气冷却后，再循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少温度的作用，以达到减少NONO生成量的目生成量的目的。的。主要是减少了热力型主要是减少了热力型

33、NONO的生成量，对燃的生成量，对燃料型料型NONO和瞬时和瞬时NONO的减少作用很小。对固的减少作用很小。对固态排渣锅炉而言，大约态排渣锅炉而言，大约8080的的NONO是由燃是由燃料氮生成的，这种方法就非常有限。料氮生成的，这种方法就非常有限。4 4、两段燃烧技术、两段燃烧技术仍然是利用空气过剩系数低的原理。仍然是利用空气过剩系数低的原理。燃料在接近理论空气量下燃烧；通常空气燃料在接近理论空气量下燃烧；通常空气总需要量的总需要量的85859595与燃料一起供到与燃料一起供到燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，使第一段燃烧的烟气温度较低，此时氧量使第一

34、段燃烧的烟气温度较低，此时氧量不足，不足，NOxNOx生成量很小；在燃烧装置的末生成量很小；在燃烧装置的末端通过第二次空气，使第一阶段剩余的不端通过第二次空气，使第一阶段剩余的不完全燃烧产物完全燃烧产物COCO和和CHCH完全燃尽，这时虽完全燃尽，这时虽然氧过剩，氮烟气温度低，限制了然氧过剩，氮烟气温度低，限制了NOxNOx的的形成。形成。二、先进的低二、先进的低NOxNOx燃烧器技术燃烧器技术 原理是低空气过剩系数运行技术和燃烧原理是低空气过剩系数运行技术和燃烧器火焰区分段燃烧技术的结合。器火焰区分段燃烧技术的结合。先进燃烧技术的特征：助燃空气分级进先进燃烧技术的特征：助燃空气分级进入燃烧装

35、置，降低初始燃烧区（一次区）入燃烧装置，降低初始燃烧区（一次区）的氧浓度，以降低火焰的峰值温度；有的氧浓度，以降低火焰的峰值温度；有的还引入分级燃料，形成可使部分已生的还引入分级燃料，形成可使部分已生成的成的NOxNOx还原的二次火焰区。还原的二次火焰区。目前有多种类型的低目前有多种类型的低NOxNOx燃烧器广泛用燃烧器广泛用于电站锅炉和大型工业锅炉。于电站锅炉和大型工业锅炉。1 1、炉膛内整体空气分级的低、炉膛内整体空气分级的低NOxNOx直流燃烧器直流燃烧器n n设置了一层或两层所谓的燃尽风喷口，一部分设置了一层或两层所谓的燃尽风喷口，一部分助燃空气通过这些喷口进入炉膛。助燃空气通过这些喷

36、口进入炉膛。n n这种燃烧器的主燃区处于空气过剩系数较低的这种燃烧器的主燃区处于空气过剩系数较低的工况，抑制了工况，抑制了NOxNOx的生成，顶部引入的燃尽风的生成，顶部引入的燃尽风用于保证燃料完全燃烧。用于保证燃料完全燃烧。要求：要求：要求：要求：（1 1 1 1）合理确定燃尽风喷口与最上层煤粉喷口的距离。距离大，分级效）合理确定燃尽风喷口与最上层煤粉喷口的距离。距离大，分级效）合理确定燃尽风喷口与最上层煤粉喷口的距离。距离大，分级效）合理确定燃尽风喷口与最上层煤粉喷口的距离。距离大，分级效果好，果好，果好，果好，NONONONO生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳生成量的下降

37、幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。（2 2 2 2）燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起）燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起）燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起）燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的一次燃烧区因

38、严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的燃尽风量约为燃尽风量约为燃尽风量约为燃尽风量约为20202020左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。（3 3 3 3）燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。）燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。）燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。）燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。2 2、空气分级的低、空气分级

39、的低NOxNOx旋流燃烧器旋流燃烧器n n技术关键：准确地控制燃烧器区域燃料与助燃技术关键：准确地控制燃烧器区域燃料与助燃空气的混合过程，以便能有效地控制燃料型空气的混合过程，以便能有效地控制燃料型NOxNOx和热力型和热力型NOxNOx的生成；要具有较高的燃烧的生成；要具有较高的燃烧效率。效率。n n用于壁燃锅炉的分级混合低用于壁燃锅炉的分级混合低NOxNOx燃烧器原理。燃烧器原理。紧靠燃烧器的前沿产生一个主燃区，称为一次紧靠燃烧器的前沿产生一个主燃区，称为一次火焰区。一次火焰区燃料相对比较富裕，经常火焰区。一次火焰区燃料相对比较富裕，经常形成实际空气量低于理论空气量的状况。一次形成实际空气

40、量低于理论空气量的状况。一次火焰区的外围供入过剩空气，形成二次火焰区，火焰区的外围供入过剩空气，形成二次火焰区，将燃料燃尽。挥发分和含氮组分的大部分在一将燃料燃尽。挥发分和含氮组分的大部分在一次火焰区析出，但因处于缺氧、高次火焰区析出，但因处于缺氧、高COCO和高和高CHCH浓度区，限制了含氮组分向浓度区，限制了含氮组分向NOxNOx的转化。的转化。3 3、空气、空气/燃料分级低燃料分级低NOxNOx燃烧器燃烧器n n空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可在一空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可在一空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可在一空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入

41、可在一次火焰区的下游形成一个富集次火焰区的下游形成一个富集次火焰区的下游形成一个富集次火焰区的下游形成一个富集NH3NH3NH3NH3、CHCHCHCH、HCNHCNHCNHCN的低的低的低的低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOxNOxNOxNOx会会会会部分的被还原为部分的被还原为部分的被还原为部分的被还原为N2N2N2N2。分级送入的燃料常称为辅助燃。分级送入的燃料常称为辅助燃。分级送入的燃料常称为辅助燃。分级送入的燃料常称为辅助燃料或还原燃料。料或还原燃料。料

42、或还原燃料。料或还原燃料。n n斯坦缪勒公司开发的空气斯坦缪勒公司开发的空气斯坦缪勒公司开发的空气斯坦缪勒公司开发的空气/燃料分级低燃料分级低燃料分级低燃料分级低NOxNOxNOxNOx燃烧器的燃烧器的燃烧器的燃烧器的原理。首先，与空气分级低原理。首先，与空气分级低原理。首先，与空气分级低原理。首先，与空气分级低NOxNOxNOxNOx燃烧器一样形成一次燃烧器一样形成一次燃烧器一样形成一次燃烧器一样形成一次火焰区，接近理论空气量燃烧可保证火焰稳定；还原火焰区，接近理论空气量燃烧可保证火焰稳定；还原火焰区，接近理论空气量燃烧可保证火焰稳定；还原火焰区，接近理论空气量燃烧可保证火焰稳定；还原燃料在

43、一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰(超低氧条件），在此区域内，已经生成的超低氧条件），在此区域内，已经生成的超低氧条件），在此区域内，已经生成的超低氧条件），在此区域内，已经生成的NOxNOxNOxNOx被被被被NH3NH3NH3NH3、HCNHCNHCNHCN和和和和COCOCOCO等还原基还原为等还原基还原为等还原基还原为等还原基还原为N2N2N2N2；分级风在第三；分级风在第三；分级风在第三；分级风在第三阶段送入完成燃尽阶段。阶段送入完成燃尽阶段。阶段送

44、入完成燃尽阶段。阶段送入完成燃尽阶段。这种燃烧器的成功与否取决于：这种燃烧器的成功与否取决于：n n一次火焰的扩散度；一次火焰的扩散度；n n二次火焰区的空气二次火焰区的空气/燃烧比例（还原燃料量）；燃烧比例（还原燃料量）；n n燃烧产物在二次火焰区的停留时间；燃烧产物在二次火焰区的停留时间；n n还原燃烧的还原活性。还原燃烧的还原活性。增加还原燃料量有利于增加还原燃料量有利于NOxNOx的还原，但还的还原，但还原燃烧过多会使一次火焰不能维持其主导原燃烧过多会使一次火焰不能维持其主导作用并产生不稳定状况，最佳还原燃料比作用并产生不稳定状况，最佳还原燃料比例在例在20203030之间。还原燃料的

45、反应活之间。还原燃料的反应活性会影响燃尽时间和燃烧产物在还原区的性会影响燃尽时间和燃烧产物在还原区的停留时间。用氮含量低、挥发分高的燃料停留时间。用氮含量低、挥发分高的燃料作为还原燃料较佳。作为还原燃料较佳。与此类似，利用直流燃烧器可以在炉膛内与此类似，利用直流燃烧器可以在炉膛内同时实现和燃料分级，在炉膛内形成同时实现和燃料分级，在炉膛内形成3 3个个区域，即一次区、还原区和燃尽区，常称区域，即一次区、还原区和燃尽区，常称为三级燃烧技术。为三级燃烧技术。目前，市场上有多种新开发的低目前，市场上有多种新开发的低NOx燃燃烧器。例如，角置直流低烧器。例如，角置直流低NOx燃烧器、燃烧器、低低NOx

46、同轴燃烧系统、壁似燃烧低同轴燃烧系统、壁似燃烧低NOx漩流燃烧器等。漩流燃烧器等。另外，采用循环流化床锅炉也是控制氮另外，采用循环流化床锅炉也是控制氮氧化物排放的先进技术，循环流化床氧化物排放的先进技术，循环流化床炉膛的燃烧温度低，只有炉膛的燃烧温度低，只有8509500C，在此温度下产生的热力型，在此温度下产生的热力型NOx极少，极少，加上分级燃烧，可有效的抑制燃烧型加上分级燃烧，可有效的抑制燃烧型氮氧化物的生成。氮氧化物的生成。第四节第四节 烟气脱硝技术烟气脱硝技术除通过改进燃烧技术控制除通过改进燃烧技术控制除通过改进燃烧技术控制除通过改进燃烧技术控制NOxNOxNOxNOx排放外，有些情

47、况排放外，有些情况排放外，有些情况排放外，有些情况还要对冷却后的烟气进行处理，以降低还要对冷却后的烟气进行处理，以降低还要对冷却后的烟气进行处理，以降低还要对冷却后的烟气进行处理，以降低NOxNOxNOxNOx的的的的排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发多项排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发多项排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发多项排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发多项烟气脱硝技术，有些还在研究中。烟气脱硝技术，有些还在研究中。烟气脱硝技术，有些还在研究中。烟气脱硝技术，有些还在研究中。烟气脱硝十分困难烟气脱硝十分困难烟气脱硝十分困难烟气脱硝十分困难,因为因为因为因为(1)(1)(1)(

48、1)需要处理的烟气体积大，如需要处理的烟气体积大，如需要处理的烟气体积大，如需要处理的烟气体积大，如1000MW1000MW1000MW1000MW的电厂的的电厂的的电厂的的电厂的烟气可达烟气可达烟气可达烟气可达3106M3106M3106M3106M3 3 3 3/h/h/h/h，NOxNOxNOxNOx的排放速率约的排放速率约的排放速率约的排放速率约4500kg/h4500kg/h4500kg/h4500kg/h，而浓度又相当低（体积分数为，而浓度又相当低（体积分数为，而浓度又相当低（体积分数为，而浓度又相当低（体积分数为2.0102.0102.0102.010-4-4-4-41.0101

49、.0101.0101.0103 3 3 3）。在未处理的烟气中，）。在未处理的烟气中，）。在未处理的烟气中，）。在未处理的烟气中，与与与与SOSOSOSO2 2 2 2相比，可能只有相比，可能只有相比，可能只有相比，可能只有SOSOSOSO2 2 2 2浓度的浓度的浓度的浓度的1/3-1/51/3-1/51/3-1/51/3-1/5。（2 2 2 2）NOxNOxNOxNOx的总量相对较大，如果用吸收或吸附的总量相对较大，如果用吸收或吸附的总量相对较大，如果用吸收或吸附的总量相对较大，如果用吸收或吸附过程脱硝，必须考虑废物最终处置的难度和费过程脱硝，必须考虑废物最终处置的难度和费过程脱硝，必须

50、考虑废物最终处置的难度和费过程脱硝，必须考虑废物最终处置的难度和费用。只有当有用组分能够回收，吸收剂或吸附用。只有当有用组分能够回收，吸收剂或吸附用。只有当有用组分能够回收，吸收剂或吸附用。只有当有用组分能够回收，吸收剂或吸附剂能够循环使用时才可能考虑选择烟气脱硝。剂能够循环使用时才可能考虑选择烟气脱硝。剂能够循环使用时才可能考虑选择烟气脱硝。剂能够循环使用时才可能考虑选择烟气脱硝。最近有一种将最近有一种将NOxNOx催化还原或非催化还原催化还原或非催化还原为为N N2 2的技术，相对于吸收和吸附过程有明的技术，相对于吸收和吸附过程有明显的优势。该技术需要加入帮助显的优势。该技术需要加入帮助N