燃煤过程中NOx的排放与控制

燃煤过程中NOx的排放与控制主讲人：贾译钧陈启主要内容NOx的危害我国NOx的排放现状及发展趋势NOx的生成机理NOx的控制41231.NOx的危害NONO2N2ON2O5一氧化氮一氧化二蛋，俗称笑气二氧化氮五氧化二氮，常态下为固体1.1氮氧化物的种类N2O3三氧化二氮N2O4四氧化二氮，剧毒，有腐蚀性1.2NOx有哪些危害c.破坏臭氧层a.危害人体健康，使人体产生病变d.产生光化学烟雾b.形成酸雨或酸雾NOx1.2.1危害人体健康，是人体产生病变刺激呼吸器官气管炎肺炎肺气肿a1.2.1危害人体健康，是人体产生病变氮氧化物水硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸铵（致癌）与血红蛋白结合而使人体缺氧b1.2.2形成酸雨或酸雾氮氧化物水硝酸亚硝酸酸雨破坏森林和植被污染水源1.2.3破坏臭氧层反应式影响催化作用，加速臭氧分解为氧气降低臭氧对太阳紫外线的吸收，地球紫外线辐射增强NO+O3＝NO2+O2O+NO2=NO+O2O+O3=2O21.2.4形成光化学烟雾光化学烟雾形成过程：氮氧化物（NOx）碳氢化合物（CH）光照O3、PAN、高活性自由基、醛、酮等一次污染物、二次污染物的混合物（气体和颗粒物）一次污染物二次污染物a1.2.4形成光化学烟雾光化学烟雾的危害：人和动物植物其他眼睛、呼吸道粘膜受到强力刺激，引起眼睛红肿、视力下降引起喉炎、头痛、呼吸困难促成酸雨形成，使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，织物、纸张变脆人和动物植物其他表皮褪色，呈蜡质状，色素发生变化，叶片出现红色斑点b1.2.4形成光化学烟雾从1943年开始，洛杉矶每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。1952年12月的一次光化学烟雾事件中，洛杉矶市65岁以上的老人死亡400多人。1955年9月，短短两天之内，65岁以上的老人又死亡400余人，许多人出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状。1943年以后1952年12月1955年9月美国洛杉矶烟雾事件c1.2.4形成光化学烟雾2.我国NOx的排放现状及发展趋势2.我国NOx的排放现状及发展趋势NOx排放量的统计与预测燃煤过程中NOx的排放量我国NOx排放强度空间分布2.12.22.32.1.1大气中NOx来源自然界固氮菌、雷电等自然过程生成量全球每年约5×108t人类活动燃煤、机动车尾气、制酸等生成量全球每年多于5×108t2.1.2我国NOx排放情况NOx排放量计算方法iNiNTtQtQjNjiNitQtQ,fkNfkjiNjitQtQ)(),(,,)()())(1(),(,).(,),(,),(,tFtKtPtQfkjiNfkjiNfkjiNfkji自下而上全国各省、市、区省内各部门部门内某燃料类型燃料消耗量NOX排放因子NOX脱除率燃料消耗的排放因子法2.1.2我国NOx排放情况煤炭焦炭原油汽油煤油柴油燃料油LPG炼厂气焦炉气煤气天然气薪柴秸秆排放源类型kg/tkg/m3×10-4kg/t火力发电8.857.2416.721.27.410.063.740.7513.641.7940.96供热7.259.05.0916.77.467.45.842.630.539.581.2620.85炼焦0.37炼油0.24制气0.750.95.840.96农业3.754.53.0516.74.485.773.51.580.326.691.2614.62工业7.259.05.0916.77.469.625.842.630.539.581.2620.85建筑业7.259.016.77.469.625.842.631.2620.85交通运输业公路31.727.427.427.418.1铁路7.59.036.2536.25其它7.59.05.0916.727.454.154.120.85服务业3.754.53.0516.74.485.773.51.580.326.690.8914.62城市居民1.882.251.716.72.493.211.950.880.186.690.8914.62乡村居民1.882.251.716.72.493.211.950.880.180.890.701.29分部门、燃料品种的NOX排放因子集2.1.2我国NOx排放情况a.我国NOx排放量逐年增加b.1985~2000年之间稳步增长（6.2Tg/a~13.1Ta/a）c.2001~2005年之间增长迅速（13.4Tg/a~22.9Tg/a），年均增率88%。d.1997~1998年之间，NOx排放量有所下降；因为我国煤炭消费量下降。（1996年103792.4万t(标准煤)，1997年98801.2万t，1998年92020.9万t，1999年92463.8万t。全国NOx排放量：2.1.3我国NOx排放与GDP的关系利用SPSS软件对1985→2000年NOx年排量与每年GDP进行相关性分析可得如下公式：Y=672.18+0.00754X式中Y为NOx年排量（×104t）,X为GDP(×108元)④2.2燃煤生成NOx的量各部门对NOx排放贡献率火力发电NOx排放量处于第一2.2燃煤生成NOx的量不同燃料品种对NOx排放贡献率燃煤NOx排放量处于第一2.3我国NOx排放强度空间分布排放强度计算方法：各省份土地面积比率各省份年排放量全国各省排放强度GDPNOx2.3我国NOx排放强度空间分布2004年各省市NOx排放强度排名首尾数据排名前四位：排名后四位：上海北京天津江苏1637.2463.6353.9188.0内蒙新疆青海西藏3.31.70.80.2(单位：kg/hm2)2.3我国NOx排放强度空间分布2.3我国NOx排放强度空间分布0102030405060708090100北京天津河北山西内蒙辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆省区NOx排放量（万t)2000年1999年1998年1997年1996年NOX排放大省：河北、辽宁、江苏、山东、广东、山西、河南、四川等80％以上在中东部地区④3.NOx的生成机理3.NOx的生成机理煤燃烧NONO2N2O少量煤燃烧过程NOx产量主要与燃烧温度和过量空气系数有关。abc按生成机理，NOx可分为：热力型、快速型和燃料型。3.NOx的生成机理NOx生成量与温度关系图:d3.1热力型NOx生成机理定义：燃烧时，由空气中的N2在高温下氧化生成。反应式：N2+O=NO+NN+O2=NO+O主要影响因素温度氧浓度高温区停留时间温度越高、氧浓度越大、高温区停留时间越长，NOx浓度约大。当温度为1600摄氏度时，热力型NOx含量约为25~35%；当温度为1000摄氏度时热力型NOx含量约为12%；当温度为800摄氏度时，热力型NOx基本为零。abc3.2快速型NOx生成机理a定义：在燃料富集区，碳氢化合物的自由基与N2碰撞，迅速形成NO的前驱体HCN，随后HCN氧化生成NO,称为快速型NOx。反应式：CH+N2=HCN+NCH2+N2=HCN+NH主要影响因素温度氧浓度CHib3.2快速型NOx生成机理cHCN进一步反应：2222HCNOHCNHOCNOCONOCNOCONNHOHNHONHONOHNOHNOHNONOO3.2快速型NOx生成机理d快速型NOx转化流程：N2HCNCNNHNNOe碳氢化合物自由基起催化作用3.3燃料型NOx生成机理abc定义：煤中的含氮化合物被氧化成NOx，称为燃料型NOx。因为煤燃烧燃烧过程首先要发生热解脱出挥发分，而将燃料氮分为挥发分氮和半焦氮。前者以HCN、NH3和焦油氮的形式存在，在气相中迅速被氧化生成N2、NO、N2O。半焦氮的转化则缓慢得多。根据文献资料，NO主要来自与半焦氮，N2O主要来自于挥发分氮。3.4三种类型NOx所占比例燃料型NOx占燃煤NOx比例最大，约为75~95%。热力型NOx和快速型NOx占比比较小。当温度较高时，热力型NOx占比有所上升。abc