中国氮氧化物的排放及控制.ppt
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1、中国氮氧化物的排放及控制 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望NOX来源及环境影响来源及环境影响氮氧化物排放因子的确定氮氧化物排放因子的确定中国能源消费现状及发展趋势情景分析中国能源消费现状及发展趋势情景分析中国中国NOX排放现状及发展趋势排放现状及发展趋势发达国家发达国家NOX排放控制法规及政策排放控制法规及政策NOX排放控制对策及重点排放控制对策及重点结论结论报告内容报告内容大气大气大气大气N NN N循环循环循环循环氮氧化物(氮氧化物(氮氧化物(氮
2、氧化物(NONONONOX X X X)来源)来源)来源)来源 自然排放源自然排放源闪电过程平流层光化学过程NH3的氧化森林大火生态系统中的微生物过程以及土壤和海洋中NO2-的光解过程等。人为排放源人为排放源化石燃料(煤、石油、天然气及汽车燃料)的燃烧生物质燃料(秸秆、薪柴、牲畜粪便等)的燃烧各种工业过程的工艺排放等:包括硝酸的制造和使用、电镀、雕刻、焊接、金属清洗、炸药爆炸以及液态二氧化氮(火箭推进剂的基本成分)的应用等全球全球NONOX X排放量估计排放量估计排放源类型年生成量(1012ga-1,以纯氮计)矿物燃料燃烧1428超音速飞机0.150.3平流层光化学0.51.5生物质燃烧424
3、闪电220土壤排放8NH3的氧化1Mt4省区省区1Mt7省区省区1Mt13省区省区1Mt未来未来3030年各部门对年各部门对NONOX X排放贡献率排放贡献率未来未来3030年不同燃料品种对年不同燃料品种对NONOX X排放贡献率排放贡献率NONONONOX X X X生成及破坏机理生成及破坏机理生成及破坏机理生成及破坏机理1.1.(1 1)热力型热力型NONOX X:空气中:空气中N N2 2和和O O2 2在高温下生成的在高温下生成的NONO和和NONO2 2的总和的总和 Zeldovich Zeldovich不分支自由链式反应机理不分支自由链式反应机理 1.1.(2 2)燃料型燃料型NO
4、NOX X:燃料中的杂环氮化物热分解与氧结合生成,生成机理非常复:燃料中的杂环氮化物热分解与氧结合生成,生成机理非常复杂。杂。2.2.(3 3)快速型快速型NONOX X:产生于燃烧时:产生于燃烧时CHCHi i类原子团较多、类原子团较多、O O2 2浓度相对较低的富燃料浓度相对较低的富燃料区燃烧情况,多发生在内燃机的燃烧过程。区燃烧情况,多发生在内燃机的燃烧过程。3.3.通常,最初燃烧生成的通常,最初燃烧生成的NONOX X中,中,NONO占占90%95%90%95%左右左右,NONO2 2占占5%10%5%10%,而,而N N2 2O O仅占仅占1%1%左右。左右。燃煤燃煤燃煤燃煤NONO
5、NONOX X X X形成机理形成机理形成机理形成机理温度(温度(T T)是热力型)是热力型NONOX X形成的主要控制因素:当燃烧温度低于形成的主要控制因素:当燃烧温度低于1800K1800K时,热力时,热力型型NONOX X生成量很少。生成量很少。对燃煤而言,燃料型对燃煤而言,燃料型NONOX X的生成和破坏过程不仅与的生成和破坏过程不仅与煤种特性煤种特性、燃料结构燃料结构、燃料、燃料中的中的N N受热分解后在受热分解后在挥发分和焦炭中的比例挥发分和焦炭中的比例、成份和分布有关,而且大量反应、成份和分布有关,而且大量反应过程还和燃烧条件如温度和氧及各种成分的浓度等密切相关。通常的燃烧温度过
6、程还和燃烧条件如温度和氧及各种成分的浓度等密切相关。通常的燃烧温度下,燃料型下,燃料型NONOX X主要来自挥发分主要来自挥发分N N,煤粉燃烧时由挥发分生成的,煤粉燃烧时由挥发分生成的NONOX X占燃料型占燃料型NONO的的60%60%80%80%,而由焦炭,而由焦炭N N所生成的所生成的NONOX X占占20%20%40%40%。另外,燃料。另外,燃料N N转换成转换成NONOX X的量主要取决于的量主要取决于空气空气/燃料混合比(燃料混合比(A/FA/F),而对燃烧温度依赖性较弱。,而对燃烧温度依赖性较弱。常规燃料中,除天然气基本上不含氮化物外,其他燃料或多或少地含有氮化物,常规燃料中
7、,除天然气基本上不含氮化物外,其他燃料或多或少地含有氮化物,其中石油的平均含氮量为其中石油的平均含氮量为0.65%0.65%左右,煤的含氮量一般在左右,煤的含氮量一般在0.5%0.5%2.5%2.5%左右。左右。通常,燃料中大约通常,燃料中大约20%20%80%80%的的N N转化为转化为NONOX X ,其中,其中NONO又占又占90%90%95%95%。当燃料。当燃料中的中的N N含量超过含量超过0.1%0.1%时,燃料型时,燃料型NONOX X排放将是最主要的。排放将是最主要的。煤煤燃烧时,燃烧时,75%75%90%90%的的NONOX X来自燃料型来自燃料型NONOX X 。燃料的。燃
8、料的N N含量增加时,虽然生成含量增加时,虽然生成的燃料型的燃料型NONOX X量增加,但量增加,但NONOX X的转化率却减少;煤的燃料比的转化率却减少;煤的燃料比FC/VFC/V越高,越高,NO NOX X的的转化率越低。转化率越低。煤粉炉煤粉炉煤粉炉煤粉炉NONONONOX X X X排放与燃烧方式关系排放与燃烧方式关系排放与燃烧方式关系排放与燃烧方式关系 抑制抑制抑制抑制NONONONOX X X X生成和促使生成和促使生成和促使生成和促使NONONONOX X X X破坏的途径破坏的途径破坏的途径破坏的途径一级控制措施一级控制措施燃烧优化及改进技术燃烧优化及改进技术采用改进工艺和设备
9、、改进燃烧以减少和抑制NOX生成量的各种低NOX燃烧技术二级控制措施二级控制措施尾部排气脱硝技术尾部排气脱硝技术 固定源固定源固定源固定源NONONONOX X X X排放控制技术低排放控制技术低排放控制技术低排放控制技术低NONONONOX X X X燃烧技术燃烧技术燃烧技术燃烧技术 低低NONOX X燃烧技术策略燃烧技术策略n降低燃烧室内火焰的峰值温度(降低燃烧室内火焰的峰值温度(T Tmaxmax);减少气体在火焰区的停留时间();减少气体在火焰区的停留时间(t t);降低火焰);降低火焰区的氧气浓度(区的氧气浓度(O O2 2);加入);加入NONOX X还原剂等还原剂等低过剩空气系数
10、(低过剩空气系数(LEALEA):):15%15%20%20%削减率;削减率;空气分级燃烧(空气分级燃烧(OFAOFA):天然气锅炉可降低):天然气锅炉可降低60%60%70%70%,而燃煤和燃油,而燃煤和燃油锅炉可降低排放锅炉可降低排放40%40%50%50%;烟气再循环:烟气再循环率为烟气再循环:烟气再循环率为15%15%20%20%时,大型煤粉炉时,大型煤粉炉NONOX X排放浓度排放浓度可降低可降低25%25%左右;左右;注入水或蒸汽:可使燃烧气体的燃气轮机注入水或蒸汽:可使燃烧气体的燃气轮机NONOX X还原效率高达还原效率高达80%80%;燃料分级或再燃烧技术:燃料分级或再燃烧技术
11、:NO NOX X排放浓度降低排放浓度降低50%50%以上;以上;低低NONOX X燃烧器(燃烧器(LNBsLNBs):):NO NOX X削减率通常在削减率通常在30%30%60%60%之间之间 。三菱三菱三菱三菱MACT MACT MACT MACT 低低低低NONONONOX X X X燃烧系统燃烧系统燃烧系统燃烧系统 PM型低NOX燃烧器为主要燃烧器集低NOX燃烧器、炉膛空气分级、燃料分级和烟气再循环于一体适用于四角切向燃烧的燃烧器布置方式,可达100ppm以下 固定源固定源固定源固定源NONONONOX X X X排放控制技术烟气脱硝技术排放控制技术烟气脱硝技术排放控制技术烟气脱硝技
12、术排放控制技术烟气脱硝技术 选择性催化还原法(选择性催化还原法(选择性催化还原法(选择性催化还原法(SCRSCRSCRSCR)原理:原理:利用利用NHNH3 3做还原剂,在做还原剂,在300400300400温度范围和一定的催化剂(铁、温度范围和一定的催化剂(铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物)作用下,使烟气中的钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物)作用下,使烟气中的NONOX X还原为无还原为无害的害的N N2 2和和H H2 2O O。主主反应机理反应机理:8NH8NH3 3+6NO+6NO2 2 7N 7N2 2+12H+12H2 2O O4NH4NH3 3+6NO 5N+6NO 5N2 2+
13、6H+6H2 2O OSCRSCR特点:特点:(1 1)90909595NONOX X削减率;削减率;(2 2)氨泄漏量低)氨泄漏量低,0-5,0-5ppmppm (3 3)极好的空燃比控制,接近极好的空燃比控制,接近1.0.1.0.(4 4)广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉)广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉问题:投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存、粉煤灰综合利用问题:投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存、粉煤灰综合利用SCR SCR SCR SCR 系统布置系统布置系统布置系统布置锅炉NH33SCR空气预热器空气静电除尘器FGD烟囱SCR烟囱kFGD空气预热器空气NH3
14、3锅炉高温静电除尘器FGDESP空气空气预热器烟囱燃料 NH3SCR再生热 换热器烟道燃烧器High Dust高粉尘Low Dust低粉尘Tail End末端布置锅炉SCRSCRSCRSCR系统构成系统构成系统构成系统构成VAPORIZER蒸发器蒸发器AIR空气预热器空气预热器 PREHEATERCONTROL SYSTEM控制系统控制系统AQUEOUS NH3 TANK液氨罐液氨罐HEATER加热器加热器FAN风扇风扇PUMP泵泵MIXER搅拌器搅拌器NH3 INJECTION GRID加氨槽加氨槽CATALYST LAYERS催化剂涂层催化剂涂层SOOTBLOWERS吹灰器吹灰器FLOW
15、CONTROL流量控制流量控制SCRSCRSCRSCR催化剂催化剂催化剂催化剂不同不同不同不同NONONONOX X X X控制技术比较控制技术比较控制技术比较控制技术比较LNB-LNB-低氮氧化物燃烧低氮氧化物燃烧AOFA-AOFA-改进的燃尽风法改进的燃尽风法SCR-SCR-选择性催化还原选择性催化还原SNCR-SNCR-选择性非催化还原选择性非催化还原机动车机动车机动车机动车NONONONOX X X X排放控制技术排放控制技术排放控制技术排放控制技术机内净化技术机内净化技术 汽油发动机机内净化措施汽油发动机机内净化措施稀薄燃烧技术废气再循环(EGR)控制进气与燃烧改进点火系统(包括延迟
16、点火、加大点火能量以及电子控制点火正时)电控汽油喷射以及采用综合控制的发动机管理系统等柴油发动机的机内净化措施柴油发动机的机内净化措施电控柴油喷射废气再循环(EGR)改善进气系统、采用分隔式燃烧室进气管喷水以及乳化燃油等机动车机动车机动车机动车NONONONOX X X X排放控制技术排放控制技术排放控制技术排放控制技术机外净化技术机外净化技术 催化转化法催化转化法 三元催化转化器三元催化转化器通常采用铂、铑、钯等贵金属催化剂;使HC、CO氧化成H2O、CO2,同时使NOX还原生成N2;最佳工作温度为400800;须精确地控制在理想的空燃混合比(A/F=14.71)附近。替代低污染燃料和新型低
17、污染发动机替代低污染燃料和新型低污染发动机 替代燃料:替代燃料:甲醇、变性酒精及其它醇类,甲醇、变性酒精等与汽油混合物,天然气(LNG/CNG)、液化石油气(LPG)和氢气;从煤中提取的液体燃料、非醇类生物燃料和电等。新型低污染发动机新型低污染发动机 :电动车、混合动力车、燃料电池车:电动车、混合动力车、燃料电池车NONOX X排放控制法规排放控制法规 及政策分析及政策分析 火力发电世界第一,火力发电世界第一,80%80%左右煤炭用于发电左右煤炭用于发电19981998年,火电厂年,火电厂NONOX X排放量排放量565565万万t t,占美国排放量,占美国排放量25.6%25.6%美国美国电
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- 中国 氧化物 排放 控制
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