氮氧化物污染控制优秀PPT.ppt
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1、氮氧化物污染控制你现在浏览的是第一页,共59页11氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源b19521952年,洛杉矶上空笼罩在浅蓝色的烟雾之中,这是在强烈阳光照射下,年,洛杉矶上空笼罩在浅蓝色的烟雾之中,这是在强烈阳光照射下,污染物发生的化学反应,污染物发生的化学反应,400400多名老人因此丧失了生命多名老人因此丧失了生命.附近农作物一夜之附近农作物一夜之间严重受害;间严重受害;6.56.5万公顷的森林,万公顷的森林,2929严重受害,严重受害,3333中等受害,其余中等受害,其余3838也也受轻度损害。美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及受轻度损害。美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波
2、及2727个州。个州。b 之后,日本、英国、德国、澳大利亚先后出现过光化学污染,我国之后,日本、英国、德国、澳大利亚先后出现过光化学污染,我国兰州、上海也发生过类似的光化学烟雾事件。兰州、上海也发生过类似的光化学烟雾事件。氮氧化物(氮氧化物(NOxNOx),普通人并不熟悉的名字,它,就是上述),普通人并不熟悉的名字,它,就是上述光化学烟雾的罪魁祸首,它还会造成大气层中臭氧含量减少、引发光化学烟雾的罪魁祸首,它还会造成大气层中臭氧含量减少、引发硝酸雨,致使人们感染气喘病、肺水肿、鼻炎、头痛等疾病。硝酸雨,致使人们感染气喘病、肺水肿、鼻炎、头痛等疾病。据测算,每燃烧一吨煤,就要产生据测算,每燃烧一
3、吨煤,就要产生5 530kg30kg氮氧化物。可我氮氧化物。可我国能源结构中有国能源结构中有70%70%8080由煤的燃烧来提供。煤炭高温燃烧成为我由煤的燃烧来提供。煤炭高温燃烧成为我国排放氮氧化物的主要来源之一。国排放氮氧化物的主要来源之一。b你现在浏览的是第二页,共59页11氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源b就全球来看,空气中的氮氧化物主要来源于天然源,但城市大气中的氮氧化就全球来看,空气中的氮氧化物主要来源于天然源,但城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧,即人为源,如汽车等流动源,工业窑炉等固定源。物大多来自于燃料燃烧,即人为源,如汽车等流动源,工业窑炉等固定源。据计算,各种燃
4、料燃烧产生的氮氧化物量为:据计算,各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为:1 1吨天然气吨天然气:6.35:6.35公斤公斤1 1吨石油吨石油:9.1-12.3:9.1-12.3公斤公斤1 1吨煤吨煤:8-9:8-9公斤公斤而以汽油、柴油为燃料的汽车,尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期,而以汽油、柴油为燃料的汽车,尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期,北京市一半以上的氮氧化物来自机动车排放。北京市一半以上的氮氧化物来自机动车排放。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐,随着降水和降尘从氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐,随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它
5、与其它污染物在一定条件下能产生空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。光化学烟雾污染。你现在浏览的是第三页,共59页11氮氧化物的性质及来源氮氧化物的性质及来源bbNONONONOx x x x包括包括包括包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在氮氧化物(NOX)种类很多,造成大气污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。NONOx x的性质的性质N2O:单个分子的温室效应为CO2的200倍,并参与臭氧层的破坏NO:大气中NO2的前体物质,形成光化
6、学烟雾的活跃组分你现在浏览的是第四页,共59页不同浓度的NO2对人体健康的影响你现在浏览的是第五页,共59页一些大城市对空气中NO含量的测定你现在浏览的是第六页,共59页NO2浓度的日变化你现在浏览的是第七页,共59页11氮氧化物的性质及来源bbNONONONOx x x x的性质(续)的性质(续)的性质(续)的性质(续)NO2:强烈刺激性,来源于NO的氧化,酸沉降bNONOx x x x的来源的来源固氮菌、雷电等自然过程(5108t/a)人类活动(5107t/a)燃料燃烧占燃料燃烧占 90 90 9595以以NONO形式,其余主要为形式,其余主要为NONO2 2你现在浏览的是第八页,共59页
7、11氮氧化物的来源你现在浏览的是第九页,共59页11氮氧化物的来源你现在浏览的是第十页,共59页2燃烧过程NOx的形成机理b在氮氧化物中,在氮氧化物中,NONO占有占有90%90%以上,二氧化氮占以上,二氧化氮占5%-5%-10%10%,产生机理一般分为如下三种:,产生机理一般分为如下三种:燃料型燃料型NONOx x 燃料中的固定氮生成的燃料中的固定氮生成的NONOx x热力型NOx 高温下高温下N N2 2与与O O2 2反应生成的反应生成的NONOx x瞬时NO 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NONO你现在浏览的是第十一页,共59页一.热力型NOx
8、形成的热力学b1.1.热力型热力型NOxNOx的生成浓度与温度的关系的生成浓度与温度的关系产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响平衡时NO浓度随温度升高迅速增加你现在浏览的是第十二页,共59页1.热力型NOx的生成浓度与温度的关系你现在浏览的是第十三页,共59页一.热力型NOx形成的热力学b平衡常数和平衡浓度平衡常数和平衡浓度你现在浏览的是第十四页,共59页一.热力型NOx形成的热力学b2.2.NONO与与NONO2 2之间的转化之间的转化b平衡常数和平衡常数和b平衡浓度平衡浓度你现在浏览的是第十五页,共59页一.热力型NOx的形成的热力学b上述数据说明:
9、上述数据说明:1)室温条件下,几乎没有NO和NO2生成,并且所有的NO都转化为NO22)800K左右,NO与NO2生成量仍然很小,但NO生成量已经超过NO23)常规燃烧温度(1500K)下,有可观的NO生成,但NO2量仍然很小你现在浏览的是第十六页,共59页一.热力型NOx形成的热力学b3.3.烟气冷却对烟气冷却对NONO和和NONO2 2平衡的影响平衡的影响b烟气冷却过程中,根据热力学计算,烟气冷却过程中,根据热力学计算,NONOx x应主要以应主要以NONO2 2的形式的形式存在,但实际存在,但实际90909595的的NONOx x以以NONO的形式存在,主要原因的形式存在,主要原因在于动
10、力学控制在于动力学控制 NO/NOx Ratio boilervehicles nature gas0.91.0 internal comb.engine 0.991.0 coal0.951.0 6#fuel oil0.961.0 diesel engine0.771.0你现在浏览的是第十七页,共59页二二.热力型热力型NONOx x形成的动力学形成的动力学 Zeldovich(Zeldovich(捷里多维奇捷里多维奇)模型模型 燃烧时,空气中氮在高温下氧化产生,其中的生成燃烧时,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过程是一个不分支连锁反应。其生成机
11、理可用捷里多维奇多维奇(Zeldovich)(Zeldovich)反应式表示。反应式表示。随着反应温度随着反应温度T T的升高,其反应速率按指数规的升高,其反应速率按指数规律增加。当律增加。当T1500T1500T1500o oC C时时,T,T每增加每增加100100o oC,C,反应速率增大反应速率增大6-76-7倍。倍。你现在浏览的是第十八页,共59页二二.热力型热力型NONOx x形成的动力学形成的动力学 Zeldovich(Zeldovich(捷里多维奇捷里多维奇)模型模型在高温下总生成式为在高温下总生成式为你现在浏览的是第十九页,共59页b NO NO生成的总速率生成的总速率二二.
12、热力型热力型NOx形成的动力学形成的动力学 Zeldovich(捷里多维奇捷里多维奇)模型模型你现在浏览的是第二十页,共59页b三三.瞬时反应型瞬时反应型(快速型快速型)快速型快速型NOxNOx是是19711971年年Fenimore(Fenimore(费尼莫尔费尼莫尔)通过实验发现的。在通过实验发现的。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NOxNOx。b由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CHCH自由基可以自由基可以和空气中氮气反应生成和空气中氮气反应生成HCNHCN和和N
13、N,再进一步与氧气作用以极快,再进一步与氧气作用以极快的速度生成,其形成时间只需要的速度生成,其形成时间只需要60ms60ms,所生成的与炉膛压力,所生成的与炉膛压力0.50.5次方成正比次方成正比,与温度的关系不大。与温度的关系不大。b上述两种氮氧化物都不占上述两种氮氧化物都不占NOxNOx的主要部分,不是主要来源。的主要部分,不是主要来源。你现在浏览的是第二十一页,共59页b 四四.燃料型燃料型NOxNOx的形成的形成b b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,在度低于煤粉燃烧温度,在600600
14、800800o oC C时就会生成燃料型,它在时就会生成燃料型,它在煤粉燃烧煤粉燃烧NOxNOx产物中占产物中占60608080。b在生成燃料型在生成燃料型NOxNOx过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N N,CNCN,HCNHCN和等中间产物基团,然后再氧化成和等中间产物基团,然后再氧化成NOxNOx 。由于煤的。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。
15、氧化(焦炭)两部分组成。你现在浏览的是第二十二页,共59页燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图煤粒N挥发分挥发分N焦炭焦炭NNON2N2你现在浏览的是第二十三页,共59页热解温度对燃料N转化为挥发分N 比例的影响1200oC1000oC800oC600oC你现在浏览的是第二十四页,共59页煤粉细粒对燃料N转化为挥发分N比例的影响你现在浏览的是第二十五页,共59页过量空气系数对燃料N转化为挥发分N比例的影响你现在浏览的是第二十六页,共59页b如上所述,如上所述,NOxNOx的生成和破坏规律十分复杂,而影响的生成和破坏规律十分复杂,而影响NOxNOx转化率的因素又很多,所以对燃料型转化率的因素又
16、很多,所以对燃料型NOxNOx的转化率进行理的转化率进行理 论计算非常困难;但目前已建立数百个与论计算非常困难;但目前已建立数百个与NOxNOx生成规律及生成规律及其破坏有关的化学反应在内的数学模型。其破坏有关的化学反应在内的数学模型。b日本丰桥大学在试验研究的基础上得出燃料型日本丰桥大学在试验研究的基础上得出燃料型NOxNOx的转化的转化率率CRCR和燃料中含氮量和燃料中含氮量N(N(干基干基)、挥发分含量、挥发分含量V(V(干基干基)、过量、过量空气系数空气系数、燃烧时的最高温度、燃烧时的最高温度T Tmaxmax(o oC)C)和燃烧时氧的浓度和燃烧时氧的浓度R RO2O2的经验公式:的
17、经验公式:bCR=4.07CR=4.07 1010-1-1-1.28-1.28 1010-1-1N+3.34 N+3.34 1010-4-4V V2 2(-1)-1)b +5.55 +5.55 1010-4-4 T Tmaxmax+3.50+3.50 1010-3-3R RO2O2你现在浏览的是第二十七页,共59页燃料型NOx的转化率CRb定义燃烧过程中最终生成的定义燃烧过程中最终生成的NONO浓浓度和燃料中氮全度和燃料中氮全部转化成部转化成NONO时的浓度比为燃料型时的浓度比为燃料型NOxNOx的转化率的转化率CRCRbCRCR【最终生成的【最终生成的NONO浓度】浓度】b 【燃料全部转化成
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