氮氧化物污染控制技術當前1頁，總共50頁。目錄氮氧化物性質、來源、危害及控制標準氮氧化物形成機理低氮氧化物燃燒技術煙氣脫硝技術當前2頁，總共50頁。一、氮氧化物性質、來源及危害當前3頁，總共50頁。1、氮氧化物性質

NOx：

N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5

大氣中NOx主要以NO、NO2的形式存在性質：

N2O：單個分子的溫室效應為CO2的200倍，并參與臭氧層的破壞，其環境循環系統不依賴于其他氮氧化物；

NO：大氣中NO2的前體物質，形成光化學煙霧的活躍組分；

NO2：強烈刺激性，來源于NO的氧化，會轉換成硝酸和亞硝酸；5-10%1%90%2%大氣污染物NOx成分當前4頁，總共50頁。2、氮氧化物來源

自然過程

固氮菌、雷電等，每年約生成5×108t；人類活動(>5×107t/a)

燃料燃燒占90％以上化工生產中的硝酸生產、硝化過程、炸藥生產和金屬表面硝酸處理等

95％為NO，其余主要為NO2

由于在環境中NO最終將轉化為NO2，因此，估算氮氧化物的排放時都按計算NO2。當前5頁，總共50頁。2、氮氧化物來源

6當前6頁，總共50頁。2、氮氧化物來源

我國NOx污染現狀及排放特點7當前7頁，總共50頁。2、氮氧化物來源

我國NOx污染現狀及排放特點8當前8頁，總共50頁。3、氮氧化物危害

人體健康1.NOX中的NO2，進入人體會對呼吸道以及肺部造成嚴重的損害2.灰霾中的SO2和NO2極易形成二次氣溶膠污染，侵入呼吸道3.NOX還可以與碳氫化合物發生光化學煙霧，刺激人的眼睛及黏膜案例1952年

美國洛杉磯光化學煙霧事件當前9頁，總共50頁。不同濃度的NO2對人體健康的影響當前10頁，總共50頁。3、氮氧化物危害

環境1.形成酸霧、酸雨2.影響植物正常生命活動，造成作物產量下降3.參與破壞臭氧層4.間接導致灰霾天氣的出現11當前11頁，總共50頁。4、氮氧化物控制標準

12《大氣污染防治法》2015.8.29修訂版《環境空氣質量標準》GB3095—2012《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223—2011《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13217—2014《石油煉制工業污染物排放標準》GB31570-2015我國“十三五”期間將執行更為嚴格的“超低排放”標準，氮氧化物排放量排放標準將進一步趨嚴，且減排力度繼續加強。當前12頁，總共50頁。13環境空氣質量評價標準濃度限值對比表（μg/m3）當前13頁，總共50頁。14二、氮氧化物形成機理當前14頁，總共50頁。

燃燒過程中形成的分為三類：

燃料型NOx（FuelNOx）燃料中固定氮生成的NOx

熱力型NOx（ThermalNOx）高溫下N2與O2反應生成的NOx

瞬時NO（PromptNOx）低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO15當前15頁，總共50頁。1、燃料型

燃料中的N多為以C—N鍵存在的有機化合物。理論上講，氮氣分子中的N≡N鍵能比有機化合物中的C—N鍵能大得多，燃燒時C—N容易分解，經氧化形成NOx

火焰中燃料氮轉化為NOX的比例受爐膛溫度、過量空氣系數以及燃煤的品質的影響燃料中60％～80％的氮轉化為NOx

燃料中的氮化物氧化成NO是快速的燃燒區附近的NO實際濃度顯著超過計算的量，原因在于使NO量減少到平衡濃度的下列反應都較緩慢。16當前16頁，總共50頁。17當前17頁，總共50頁。2、熱力型在高溫下產生NO和NO2的兩個重要反應18NOx生成量隨溫度增高而增大，當溫度低于1350℃時,幾乎不生成熱力NOx熱力型NOx的生成是一個緩慢的反應過程，隨在爐膛內停留時間增加而增大NO濃度與燃燒氣中氮氧的比例有關，與氧濃度平方根成正比上述反應為可逆反應，化學平衡受溫度和反應物化學組成的影響當前18頁，總共50頁。3、瞬時型

瞬時性NOx生成途徑19兩個重要反應CH+N2→HCN+NCH2+N2→HCN+NH瞬時型NOx主要產生于HC含量較高、氧濃度較低的富燃料區，多發生在內燃機的燃燒過程，而在燃煤鍋爐中其生成量極少。當前19頁，總共50頁。20三種NOx形成機理在煤燃燒過程中對NOx排放總量的貢獻當前20頁，總共50頁。21三、低氮氧化物燃燒技術當前21頁，總共50頁。源頭控制、末端治理22源頭控制燃燒條件低氮氧化物燃燒技術煤特性兩段燃燒熱力系統設計燃燒器配制與燃燒方式運行狀況低空氣過剩燃燒煙氣循環燃燒鍋爐設計與運行參數當前22頁，總共50頁。

低空氣過剩系數運行技術

降低NOx的同時減少了鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐熱效率

CO、HC、碳黑產生量增多，飛灰中可燃物質也可增加，從而使燃燒效率下降23空氣過剩系數對NOX生成量影響當前23頁，總共50頁。

煙氣循環燃燒采用燃燒產生的部分煙氣冷卻后，在循環送回燃燒區，起到降低氧濃度和燃燒區溫度的作用，以達到減少NOX生成量的目的－主要減少熱力型NOx；24煙氣循環燃燒對降低NOX的影響當前24頁，總共50頁。

兩段燃燒技術

燃料在接近理論空氣量下燃燒第一段：氧氣不足，煙氣溫度低，NOx生成量很小第二段：通入二次空氣，CO、HC完全燃燒，煙氣溫度低在低空氣過剩系數下，不利的燃料—空氣分布可能出現，這將導致CO和粉塵排放量增加，使燃燒效率降低。25煤兩段燃燒對NOX生成量的影響當前25頁，總共50頁。26四、煙氣脫硝技術當前26頁，總共50頁。

煙氣脫硝

對冷卻后的煙氣進行處理，以降低NOx的排放量。

煙氣脫硝非常困難，主要問題在于：

處理煙氣體積大

NOx濃度相當低

NOx的總量相對較大

對于火電廠煙氣NOx污染控制，目前有兩類商業化的煙氣脫硝技術：選擇性催化還原法(SCR)

選擇性非催化還原法(SNCR)27當前27頁，總共50頁。1、選擇性催化還原法(SCR)脫硝

原理

以氨作還原劑，通常在空氣預熱器的上游注入含NOx的煙氣，在含有催化劑的反應器內被還原成N2和水。

催化劑：貴金屬、堿性金屬氧化物28當前28頁，總共50頁。29典型工藝布置脫硝原理當前29頁，總共50頁。SCR工藝主要由三部分組成，即催化反應器、供氨系統以及控制系統，對于某些布置方式還有煙氣再熱系統等附屬設施。根據不同種類催化劑的適宜工作溫度范圍，SCR可分為高溫工藝、中溫工藝和低溫工藝，其劃分標準是：

1.高溫SCR工藝的適宜溫度范圍為345℃~590℃；

2.中溫SCR工藝的適宜溫度范圍為260℃~380℃；

3.低溫SCR工藝的適宜溫度范圍為80℃~300℃。30當前30頁，總共50頁。SCR的影響因素

1.反應溫度的影響31反應溫度對SCR脫硝效率影響反應溫度決定反應物的反應速度,而且決定催化劑的反應活性。催化劑使得SCR反應溫度大大下降且反應器體積變小當前31頁，總共50頁。SCR的影響因素

2.NH3/NOx摩爾比的影響

圖右實驗中得到的溫度為310℃時NH3/NOx的摩爾比對NOx脫除率影響的實測結果。32氨氮摩爾比對SCR脫硝效率影響當前32頁，總共50頁。SCR的影響因素

3.接觸時間33一般的，反應物在反應器中停留時間越長，脫硝效率越高，操作溫度與最佳反應溫度接近時，停留時間降低。停留時間過短，反應不完全，氨逃逸量增大，時間過長會發生氨的氧化導致脫硝效率下降。停留時間與脫硝效率的關系當前33頁，總共50頁。SCR的影響因素

4.催化劑的影響催化劑是SCR工藝的核心，催化劑對脫除率的影響與催化劑的活性、類型、結構、表面積等特性有關。其中催化劑的活性是對NOx的脫除率產生影響的最重要因素。34當前34頁，總共50頁。SCR催化反應器的布置

1.高塵煙氣布置35當前35頁，總共50頁。煙氣尚未經過除塵，飛灰顆粒對催化劑的沖蝕比較厲害，飛灰中的有害物質，特別是其中砷（As）的氧化物對催化劑的活性損害會比較大。又由于催化劑處于高溫煙氣中，煙溫受上游燃燒設備的影響直接，若溫度過高會使催化劑燒結失活。所有這些情況都容易造成催化劑壽命縮短，所以這種布置方式往往需要加大催化劑體積以彌補以上各種因素對催化劑的不利影響。另外，由于催化反應器的下游還有空氣預熱器和煙氣脫硫（FGD）等重要設備，未反應完的NH3和煙氣中的SO3生成的硫酸銨、硫酸氫銨可能對后面這些設備產生損害，甚至還會影響粉煤灰的質量造成粉煤灰綜合利用的困難。高含塵段布置的另一個問題是，當對已經建成的機組進行加裝SCR系統的改造時，可能會因可利用場地的限制，使這種布置方案的實施遇到困難，出現這種情況往往還會同時帶來建造費用高、停機時間長等問題。36當前36頁，總共50頁。SCR催化反應器的布置

2.低塵煙氣布置37當前37頁，總共50頁。低含塵煙氣段布置方式彌補高含塵量和高溫所導致的某些缺點，但可能出現一些新問題。最常出現的是飛灰在催化劑上的沉積。這是由于經過除塵之后煙氣中的顆粒物，尤其是粒徑較大的顆粒物大大減少，使得煙氣粉塵含量高的時候所固有的自清潔作用隨之失去，因此煙氣中未被除去的極細小的粉塵非常容易沉積催化劑上，降低催化劑的活性。另外這種布置方式需要采用高溫電除塵器，投資費用和運行要求都要相應提高。再就是前面所談到的高含塵段布置易發生的由于硫酸銨和硫酸氫銨的沉積對空氣預熱器等下游設備的危害，在低含塵段布置方式中依然存在。38當前38頁，總共50頁。SCR催化反應器的布置

3.低尾部煙氣布置39當前39頁，總共50頁。優點是經過除塵和脫硫之后的煙氣可以使催化劑既不受高濃度煙塵的影響也不受SO3等氣態毒物的影響。有利于保持催化劑的活性和延長使用壽命，但缺點是煙氣溫度過低（濕法脫硫系統出口的煙氣溫度大約為55℃，半干法約為75℃）目前所有SCR催化劑都不能適用于如此低的溫度，所以必須重新對煙氣加熱另外，由于SCR反應器出來的煙氣溫度一般都在350℃~440℃之間，所以還需要利用熱交換器進行冷卻，使煙氣溫度降為120℃左右以達到排放要求。40當前40頁，總共50頁。2、選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝

SNCR以爐膛或流化床為反應器，將還原劑噴入與煙氣混合，在900~1100℃區間還原劑迅速與煙氣中的NOx反應，而氧氣極少與還原劑反應，實現NOx的“選擇性還原”。

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O41

SNCR的機理當前41頁，總共50頁。SNCR的影響因素1.溫度及其控制42NOx還原有其特定溫度。溫度低于800℃，反應速率下降，反應不充分，NOx脫除率下降，同時氨氣逸出量可能增加。當溫度高于1100℃時，NOx的脫除率由于氨氣的熱分解而降低。氨作為還原劑，最佳溫度為870~1000℃尿素作為還原劑，最佳溫度為920~1050℃NOx去除率隨溫度的變化當前42頁，總共50頁。SNCR的影響因素2.停留時間反應物在反應器內停留的總時間；在此時間內，NH3、尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發、還原劑的分解和NOx的還原等步驟必須完成。SNCR系統停留時間一般為0.001~10s。

43不同溫度下停留時間與脫硝效率的關系當前43頁，總共50頁。SNCR的影響因素3.化學當量比及其控制44不同溫度下NH3/NOx與NO濃度的關系理論上去除1molNO需要1mol還原劑（以氨計），受反應速率影響，實際摩爾比一般為0.5~3。實際鍋爐的運行中，盡量選擇較小的摩爾比，因為過量的尿素溶液噴入爐膛將會產生較大的氨逃逸，殘余的尿素溶液在爐膛中或者煙道中也會形成積灰腐蝕。

當前44頁，總共50頁。SNCR的影響因素4.混合均勻度。對于任何化學反應來說。參加反應物質的均勻混合都是保證反應充分的不可或缺的因素。因此，把含有氨基的藥劑充分地混合在爐膛的煙氣中是這項技術的另一個關鍵要求。5.還原劑液滴尺度及其控制。還原劑液滴的大小對反應的影響也是SNCR工藝中必須注意的一個問題。液滴太大，蒸發過慢，易導致反應在過低的溫度下進行，使脫硝率降低和氨逃逸率增加，顯然不好。但液滴太小也不好，因為會蒸發過快，無法保持反應所需要的時間，而且可能導致反應在過高