氮氧化物控制技术的综述Word文档下载推荐.docx
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1大气污染过程中的主要污染物
经调查，大气的污染主要包括氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅、二氧化硫、二氧化碳、微粒、醛类、粉尘、电辐射、噪声等。
目前，在工农业生产、开发过程中，氮氧化物的无序排放对环境的影响极大。
2大气污染过程中氮氧化物的主要来源、生成机理及危害
2．1大气中氮氧化合物的主要来源
大气污染过程中氮氧化合物主要来自三方面：
工业污染、生活污染、交通污染
①工业污染主要是由于在工业生产过程中（特别是在石油化工企业）燃烧化石燃料而产生的，它主要包括二部分：
一是在工艺生产过程中排放的泄漏的气体污染物，如化工厂及煤制气厂；
二是在工业生产用的各种锅炉、窑炉排放的污染物；
②生活污染主要是指城镇居民、机关和服务性行业，因做饭、取暖、沐浴等生活需要，燃烧矿物质燃料而向大气排放的氮氧化合物等污染染物质，是大气污染的有害气体产生的主要来源之一。
③交通污染主要来自两个方面：
一是汽车、火车、轮船和飞机等交通工具在运动过程中排放的一氧化碳、氮氧化合物等；
二是在原料运输过程中，由于某些原料的泄漏及直接向空排放而造成的污染。
对于燃烧汽油的车辆（指汽油机和摩托车）来说，危害最大的排放物有三类：
CO、HC、NOX；
对于柴油机来说，除排放CO、HC、NOX外，还排放其它有害物质。
2．2大气污染过程中氮氧化物的生成机理
煤在燃烧过程中排放到空气中的氮氧化合物主要是NO（占9O%一95%），仅有少量的NO，近几年发展起来的流化床燃煤器，由于燃烧温度较低，还会产生一定量的NO，NO是一种无色无味的气体，共有11个价电子，电子结构可表示NO[KK（a2s）2（a2s*）2（a2p）2（7c2py）2（2pz）2（π2py*）23，因其由一个a键、一个双电子π键和一个三电子π键组成，常温下在空气中很容易被氧化生成NO2。
在燃煤过程中NO的生成机理非常复杂。
大量的实验表明，NO的生成包括一系列的平行反应与顺序反应、均相反应与多相反应、自由基反应与分子反应。
一般认为，NO的生成有以下三种途径：
（1）在高温下燃烧，空气中的N被氧化形成N0，称为热力型NO，其生成机理为
N2+0=NO+N
（1）
N+O2=N0+O
（2）
在1000℃条件下，热力型NO高达12%，但热力型NO的百分含量随温度的降低而迅速下降，大约800℃时基本为零。
（2）在燃料富集区，碳氢化合物的自由基与N碰撞迅速反应形成NO的前驱体HCN，随后HCN氧化生成NO，称为瞬发型NO。
有关碳氢化合物碎片与NO的反应很多，其中以下两个反应最为重要
CH+N2一HCN+N（3）
C+N2一CN+N（4）
HCN可进一步氧化生成NO。
（3）煤中的含氮化合物被氧化成N0，称为燃料型N0。
燃料型N0是燃煤过程中NOx的主要来源（75%一95%），原因是燃烧温度不太高，燃料中的氮以NC键或NH键的形式存在，其键能比氮分子中的NN键能弱，更易于氧化断裂生成NO，所以，燃料型N0比热力型NO更易于形成。
煤的燃烧过程首先要发生的是热解脱除挥发份。
因为燃料氮分为挥发份氮和半焦氮，前者以HCN、NH和焦油氮的形式存在，然后，在气相中又迅速被氧化燃烧生成N2、N2O、NO；
半焦氮的氧化则缓慢得多。
实验结果表明，NO主要来源于半焦氮，而N2O主要来源于挥发份氮，燃料氮生成NO及N2O的转化率随煤阶的升高而增加，但NO的生成量与煤阶关系相对较小；
燃料氮转化生成NO的量随温度的升高而下降，但转化生成N0的量随温度的升高而增加。
2．3大气污染过程中氮氧化合物的危害
以一氧化碳和二氧化碳为主的氮氧化物对人类的危害是多方面的。
它对人体的危害主要体现在三个方面：
一是对人体造成病变；
二是对植物的生长产生影响，三是产生光化学烟雾。
氮氧化合物对人的呼
吸器官有较大的刺激作用，引起气管炎、肺炎、肺气肿等冷疾病。
氮氧化物与水作用可产生硝酸盐、亚硝酸盐。
亚硝酸进入人体可生成强致癌物亚硝酸氨，也可与人体血液中的血红蛋白结合，形成正铁血红蛋白，使人产生缺氧症状（见图1）。
氮氧化物还是形成酸雨的重要成分，酸雨对我国危害很大，不但破坏森林、植被，而且还污染水源，每年给我国人民带来经济损失数以亿计。
大气中的氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）等一次污染物在阳光照射下发生一系列光化学反应，生成O3、PAN，高活性自由基、醛、酮等二次污染物，人们把参与反应过程的这些一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾。
光化学烟雾对人类危害极大，可随气流飘移数百公里，使远离城市的乡村也受其害。
1970年美国加利福尼亚州发生的光化学烟雾事件使农作物损失2500多万美元。
人和动物受到光化学烟雾的伤害后眼睛和呼吸道粘膜就会受到强烈的刺激，引起眼睛红肿、视觉敏感度、视力降低以及喉炎、感觉头痛、呼吸困难，严重的还可诱发淋巴细胞染色体畸变，损害酶的活性和溶血反应，加速衰老。
植物受到光化学烟雾损害后，开始表皮褪色，呈蜡质状，经一段时间后，色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。
PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生命，降低植物对病虫害的抵抗力。
另外光化学烟雾还促成酸雨的形成，并使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，织物、纸张等变脆。
3、燃煤电厂NOX控制技术及应用现状
控制NOX排放的方法分为两大类：
①在燃烧过程中控制NOX的生成，主要有：
低NOX燃烧技术和整体煤气化联合循环洁净煤发电技术（IGCC）；
②烟气脱硝技术——使生成后的NOX还原，主要有：
选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）、固体吸附/再生技术和高能辐射化学技术等。
3.1低NOX燃烧技术
我国低NOX燃烧技术的研究始于1980s，主要包括：
低NOX燃烧器技术（LNBs）、空气分级燃烧技术和再燃技术等。
目前，国内新建的300MW及以上火电机组已普遍采用LNBs技术，对现有100～300MW机组也开始进行LNBs技术改造[2]。
采用LNBs技术，只需用低NOX燃烧器替换原来的燃烧器，燃烧系统和炉膛不需做任何更改，是在现有炉子上最容易实现的、最经济的降低NOX排放的技术措施。
LNBs技术的缺点是：
单靠这种技术只能实现减排NOX30%～40%，无法满足更加严格的排放法规标准，因此，LNBs技术通常和烟气脱硝技术联合使用。
空气分级燃烧技术是通过设置的燃尽风口，把燃烧需要的一部分空气送入炉膛，实现燃料在炉内分级分段充分燃烧，通过降低锅炉主燃烧区的氧气浓度达到降低NOX生成量的目的。
采用该技术，NOX减排效率可略高于LNBs系统，但需要对现有供风系统和炉膛进行部分改造。
再燃技术是在炉膛内设置二次燃料贫氧燃烧的NOX还原区段，以控制NOX排放量的一种技术，将锅炉炉膛分为主燃区、再燃区和燃尽区三段区域。
在再燃区域内，只供给全部燃料的10%～30%，而不供入空气，从而保证该区域的还原性气氛，使在主燃区域内生成的NOX与再燃燃料分子破裂的碳氢化合物碎片发生还原反应，生成N2分子。
但为了减少未完全燃烧损失，通常需要采用挥发分较高的煤种，且平均粒径小于43μm的超细煤粉作为再燃燃料。
3.2整体煤气化联合循环洁净煤发电技术
IGCC发电技术是将煤气化与联合循环发电相结合的一种洁净煤发电技术。
具有燃料适应性广、热效率高、对环境污染小、废物利用条件好、多联产和节水等优点，因此成为世界上极有发展前途的一种洁净煤发电技术。
1992年，我国开始IGCC示范项目可行性研究，1999年国家计委批准在山东省烟台电厂建设300MWIGCC示范电站。
3.3选择性催化还原技术
SCR技术主要是利用液氨、尿素等作为还原剂，在一定温度和催化剂的作用下，有选择性的将烟气中的NOX还原为无害的N2和水。
SCR技术利用催化剂加速NOX的还原反应，在反应温度为300～450℃时，脱硝效率可达70%～90%。
该技术成熟可靠，是目前工业上应用最广泛的一种脱硝技术，与其他技术相比，具有没有副产物、不形成二次污染、装置结构简单、运行可靠、便于维护等优点。
但烟气中共存的SO2易使催化剂中毒失效，以及尾气中残留NH3是SCR技术多年来未能解决的关键难题
3.4选择性非催化还原反应
SNCR技术与SCR技术最大的不同在于脱硝过程中不适用催化剂，将含氨基的还原剂喷入锅炉炉膛内，在900～1100℃的高温下，还原剂快速热解成NH3，将烟气中的NOX还原为N2和水。
SNCR工艺整个还原过程在锅炉内部进行，不需要另外设立反应器，更加适合受场地限制的老机组改造项目。
该技术投资成本低、建设周期短、占用空间小，与SCR工艺相比，对下游的空气预热器造成堵塞的机会非常小，但SCNR技术NOX脱除率不高，通常情况下可达到25%～40%，因此，需要与LNBs工艺或者SCR工艺联合使用，从而获得更高的脱硝效率。
3.5固体吸附/再生技术
固体吸附/再生技术可达到同时脱硫脱硝的目的，该工艺采用固体吸附剂吸附烟气中的SO2和NOX，然后在再生器中将SO2和NOX从吸附剂中释放出来，吸附剂可重新回吸附收器中循环使用，回收的SO2可进一步处理得到各种有价值的副产品，如单体硫磺、液体SO2或浓硫酸等，NOX通过喷射NH3或再循环至锅炉内分解为N2和水。
目前应用较多的有活性炭和CuO吸附/再生工艺。
活性炭吸附/再生工艺流
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