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更新時間：2022-06-23 10:59:59瀏覽次數(shù)：450次
聯(lián)系我時，請告知來自 環(huán)保在線NOx生成原理一般燃煤設備燃燒過程中生成的氮氧化物包括NO、NO2、N2O等，其中NO占90%以上，NO2占5-10%，N2O只占1%左右，因此燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要是指NO和NO2
一般燃煤設備燃燒過程中生成的氮氧化物包括NO、NO2、N2O等，其中NO占90%以上，NO2占5-10%，N2O只占1%左右，因此燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要是指NO和NO2。在含氮物質(zhì)的氧化和還原反應過程中，按照NOx生成的主要途徑和來源可以分為熱力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx（見圖1）。
（1）熱力型NOx
熱力型NOx主要是指在燃燒過程中參與燃燒的空氣中的氮氣被氧化生成的NOx，其中的生產(chǎn)過程是一個不分支連鎖反應。熱力型NOx的生成機理是前蘇聯(lián)科學家捷里多維奇（Zeldovich）于1946年提出的?？偡磻饺缦拢?/span>
圖1 燃燒中NOX生成和脫除的反應途徑
圖2 熱力型NO與溫度的關(guān)系
根據(jù)Zeldovich實驗結(jié)果，通過推導計算可以得到Zeldovich機理的NO生成速率的簡化表達式：
由式（5）和圖2可以看出，熱力型NOx的生成速率受到有效反應成分濃度以及溫度的影響。在燃燒溫度低于1773K（1500℃）時，幾乎觀察不到NOx的生成，只有當溫度高于1773K（1500℃）時才變得明顯，能占到NOx生成總量的20%以上，而且溫度每增加100K（100℃）時，反應速率增大6~7倍。因此熱力型NOx的控制原理就是降低高溫火焰區(qū)的氧濃度、降低燃燒溫度以及縮短在高溫區(qū)的停留時間，在工程實踐中體現(xiàn)為利用低NOx燃燒器、貧氧強化擴散燃燒、濃淡燃燒、水蒸氣噴射以及高溫空氣燃燒等措施來有效控制熱力型NOx的生成。
（2）快速型NOx
Fenimore根據(jù)碳氫燃料預混火焰軸向NO分布的實驗結(jié)果，指出碳氫自由基（CHi）在燃燒過程中撞擊空氣中的N2分子生成HCN、NH、CN和N等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物再進一步氧化生成NOx，稱為快速型NOx?？焖傩蚇Ox中的氮雖然也是來自空氣中的氮氣，但是同熱力型NOx的生成機理卻不相同，其主要生成路徑如圖3所示。
快速型NOx的生成對溫度的依賴性很低，然而過量空氣系數(shù)對快速型NOx的影響較大。燃燒過程中快速型NOx的生成量很少，一般不作為NOx控制的主要考慮對象。
圖 快速型NOX的費尼莫爾反應機理
（3）燃料型NOx
燃料型NOx是指燃料中的氮化合物在燃燒過程中熱分解后又氧化而的NOx，其主要生成路徑如圖4所示。由于N-H鍵和N-C鍵的遠比N≡N鍵要小得多，燃料型NOx的生成要比熱力型NOx容易得多，生成NOx的最主要來源，約占NOx生成總量的60-80%。
圖4 燃料型NOX生成機理
煤中的燃料氮一部分在高溫下轉(zhuǎn)變成揮發(fā)分氮，另一部分留在焦炭中焦炭氮。從圖4可見，揮發(fā)分氮和焦炭氮在一定的條件下又生成NO2。燃料氮轉(zhuǎn)化成揮發(fā)分氮的比例、揮發(fā)分氮以及焦炭氮轉(zhuǎn)化生成NO例和燃燒溫度、過量空氣系數(shù)、空氣與燃料的混合情況等燃燒條件以種特性有關(guān)。
通過對熱力型、燃料型和快速型NOx生成機理和主要反應途徑的研究，發(fā)展了多種NOx控制技術(shù)，并廣泛應用于燃煤電站。已有的各種NOx控制技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟性比較見表1。
技術(shù)名稱 | SCR | SNCR | 臭氧氧化法 | LNC |
還原劑 | NH3為主 | 氨水或尿素溶液 | O3 | 無 |
反應溫度 | 320~400℃ | 850~1100℃ | 100-200℃ | 燃燒溫度 |
反應器 | 需要建設 | 不需要 | 不需要 | 不需要 |
催化劑 | 需要，且定期更換，價格貴 | 不需要 | 不需要 | 不需要 |
脫硝效率 | 70~95% | 30~40% | 80-95% | 15-60% |
還原劑噴射位置 | 多選擇于省煤器與空氣預熱器之間 | 爐膛或爐膛出口 | 不需要 | 燃燒區(qū) |
SO2/SO3轉(zhuǎn)化 | 有 | 無 | 無 | 無 |
NH3逃逸 | 3~5ppm | 10~15ppm | 無 | 無 |
對空氣預熱器影響 | NH3與SO3易形成NH4HSO4，造成堵塞或腐蝕 | 幾乎沒有影響 | 沒有影響 | 無 |
系統(tǒng)壓損 | 1000pa左右 | 無 | 無 | 無 |
燃料影響 | 高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會鈍化催化劑 | 無 | 無 | 無 |
鍋爐影響 | 受省煤器出口煙氣溫度影響 | 受爐膛內(nèi)煙流及溫度分布情形影響 | 無 | 無 |
占地面積 | 大 | 小 | 小 | 無 |
投資 | 高 | 低 | 中等 | 低 |
運行費用 | 高 | 低 | 中等 | 無 |
選擇氧化脫硝裝置
選擇性氧化脫硝技術(shù)的基本原理為臭氧氧化法脫硝主要是利用臭氧的強氧化性，將不可溶的低價態(tài)氮氧化物氧化為可溶的高價態(tài)氮氧化物，然后在洗滌塔內(nèi)將氮氧化物吸收，達到脫除的目的。
我公司在臭氧同時脫硫脫硝過程中NO 的氧化機理進行了研究，對臭氧在煙道的投放、布氣方式、氣相混合方式，溫度控制影響、粉塵影響等做了全面的模擬實驗，總結(jié)了煙構(gòu)建出O3與NOX 之間詳細的化學反應機理，該機理比較復雜。在實際試驗中，可根據(jù)低溫條件下臭氧與NO 的關(guān)鍵反應進行研究。
低溫條件下，O3與NO 之間的關(guān)鍵反應如下：
NO+O3→NO2+O2
NO2+O3→NO3+O2
NO3+NO2→N2O5
2NO+O2=2NO2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
2NO+O2=2NO2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
與氣相中的其他化學物質(zhì)如 CO，SOx 等相比，NOx 可以很快地被臭氧氧化，這就使得 NOx 的臭氧氧化具有很高的選擇性。因為氣相中的 NOx 被轉(zhuǎn)化成溶于水溶液的離子化合物，這就使得氧化反應更加*，從而不可逆地脫除了 NOx，而不產(chǎn)生二次污染。經(jīng)過氧化反應，加入的臭氧被反應所消耗，過量的臭氧可以在噴淋塔中分解。除了 NOx之外，一些重金屬，如汞及其他重金屬污染物也同時被臭氧所氧化。煙氣中高濃度的粉塵或固體顆粒物不會影響到 NOx 的脫除效率。
臭氧氧化脫硝可應用于：以煤、焦炭、褐煤為燃料的公用工程鍋爐；以燃氣、煤、重油為燃料的工業(yè)鍋爐；鉛、鐵礦、鋅/銅，玻璃、水泥加工、生產(chǎn)的各種爐窯；用于處理生物廢料，輪胎及其他工業(yè)廢料的燃燒爐；來自于酸洗和化工過程的酸性氣流；催化裂化尾氣；各種市政及工業(yè)垃圾焚化爐等。
脫硝過程是利用氧化性的臭氧氣體將煙氣中的NO轉(zhuǎn)換為易溶于水的NOx，產(chǎn)物在后級脫硫塔中被吸收。形成硝酸、亞硝酸等物質(zhì)。
脫硝場地主要分臭氧制備區(qū)和鍋爐選擇氧化區(qū)、氧氣區(qū)、控制區(qū)四部分。
在鍋爐選擇氧化區(qū)通過對除塵后煙道改造，在煙道內(nèi)加裝布氣裝置。
脫硝工程用電、用水等全部按就近接引。
選擇氧化脫硝系統(tǒng)總平面布置
臭氧系統(tǒng)集成由臭氧發(fā)生器，控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、檢測儀器儀表等組成。買方提供的氧氣經(jīng)露點檢測后分別進入臭氧發(fā)生器、精密過濾器過濾、減壓穩(wěn)壓后進入臭氧發(fā)生室。在臭氧發(fā)生室內(nèi)，部分氧氣通過中頻高壓放電變成臭氧，產(chǎn)品氣體經(jīng)溫度、壓力、流量監(jiān)測調(diào)節(jié)后由臭氧出氣口產(chǎn)出。臭氧發(fā)生室上設有臭氧取氣口，通過在臭氧發(fā)生器配備的臭氧濃度檢測儀在線監(jiān)控臭氧發(fā)生器的出氣濃度，通過控制系統(tǒng)計算出臭氧產(chǎn)量
臭氧發(fā)生器的進氣管道上設計了安全閥，當系統(tǒng)壓力超過設計值后開啟，以保證系統(tǒng)工作安全。臭氧車間安裝臭氧泄漏報警儀及氧氣泄漏報警儀，監(jiān)測設備間內(nèi)環(huán)境中臭氧及氧氣泄露超標時報警。
臭氧發(fā)生器采用的中頻放電技術(shù)，內(nèi)部設有 CPU 核心控制，設計了軟啟動及軟卸載功能，并可平滑調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的投加功率，以達到 10%-99%調(diào)節(jié)臭氧產(chǎn)量，
限度降低買方的運行成本。
臭氧發(fā)生器內(nèi)的放電管留有 10%的余量。每臺發(fā)生器的臭氧反應槽使用 316L 不銹鋼材料制造，符合環(huán)保臭氧發(fā)生器相關(guān)標準。
臭氧發(fā)生器的核心采用了*的介質(zhì)阻擋雙間隙放電技術(shù)，原料氣流經(jīng)過絕緣介質(zhì)與高壓電極之間以及絕緣介質(zhì)層和臭氧發(fā)生器罐體接地極之間的狹小間隙，兩個環(huán)狀間隙之間的高壓電場雙面放電，將通過的氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧，臭氧產(chǎn)生效率高。
工業(yè)上一般采用電暈放電法制取，其原理：
臭氧發(fā)生器最重要的部分是臭氧放電管，我公司采用的是的自有臭氧放電管，設備采用高質(zhì)量的耐臭氧腐蝕的316L不銹鋼材料，PTFE（聚四氟乙烯）制造，提高了系統(tǒng)的長期可靠運行。放電管數(shù)量在設計時留有10%的余量，可抵消不可預見放電管污染帶來的效率降低。
臭氧發(fā)生器安裝的形式為水平安裝，可以直接將臭氧發(fā)生器放在基礎上，方便安裝和檢修。
臭氧發(fā)生器出廠前已將管道、閥門、儀表和電纜安裝好，并且全套系統(tǒng)在工廠完成全部技術(shù)指標測試。臭氧發(fā)生器設計運行方式為24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)。
臭氧產(chǎn)生機理為原料氣流經(jīng)絕緣介質(zhì)層和臭氧發(fā)生器罐體接地極之間的狹小間隙，在一定頻率的高壓電場作用下將通過的氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧。絕緣介質(zhì)層的沿面光潔度和均勻度對放電效率和穩(wěn)定性具有重大影響，如果沿面不平整或有凹凸點，將引起電場強度不均、放電密集導致介質(zhì)擊穿。因此，放電管是發(fā)生室設計的基本依據(jù)，在國內(nèi)，放電管技術(shù)是大型臭氧發(fā)生器制造技術(shù)的瓶頸。
選用德國肖特高硼硅特種玻璃作為臭氧放電管的絕緣介質(zhì)，該玻璃產(chǎn)品是一種具有一級耐水性的特殊高硼硅酸鹽玻璃，它的發(fā)明是奧托.肖特博士的偉大成就之一，以其杰出的化學穩(wěn)定性、可加工性和熱穩(wěn)定性而著稱，所有規(guī)格的玻璃管材均具有很高的尺寸精度。
德國肖特高硼硅玻璃的性能如下：
1、力學性能
密度ρ： 2.23±0.02g/cm3
莫氏硬度： 大于7
2、熱力學性能
熱膨脹系數(shù)： （0-300℃） （3.3±0.1）×10-6K -1
軟化點： 820±10℃
應變點： 516±10℃
比熱容： （20-100℃）0.82KJ×（㎏×K）-1
導熱系數(shù)： 1.2W×（m×K）-1
耐熱沖擊性： 180 K（經(jīng)鋼化以后，該指標可達300K以上）
同片溫差性能： 100 K（經(jīng)鋼化以后，該指標可達200K以上）
工作溫度： 短期(<10h) 500℃，長期(>10h) 450℃
3、化學性能
耐水性 ISO719/DIN12111 HGB1
ISO720 HGA1
耐酸性 ISO1776/DIN12116 1
耐堿性 ISO695/DIN52322 A2
4、電學性能
電阻率lgρ 250℃ 8.0Ω×㎝
介電損失 tanσ(1兆周20℃) 38×10-4
介電常數(shù)ε 3.7
抗擊穿電壓 37KV/mm，100℃時
肖特高硼硅特種玻璃*的物理和化學性質(zhì)，選用它作為臭氧發(fā)生器放電管的主要原因。肖特生產(chǎn)的產(chǎn)品除了在特種玻璃熔制和生產(chǎn)技術(shù)處于地位外，它的產(chǎn)品符合的精度標準也是同行業(yè)的，8-40mm的玻璃管可被鍍膜加工，防止刮傷，增加光潔度，使雜質(zhì)不容易附著，規(guī)避了國內(nèi)玻璃管光潔度和沿面加工精度不夠的缺陷，加之其更高的抗擊穿電壓（37KV/mm，100℃時），從而提高了放電管穩(wěn)定性和放電效率，延長玻璃管的維護時間，進而使臭氧發(fā)生器的運行更加穩(wěn)定和高效。
放電管數(shù)量在設計時留有充足的余量，即使由于不可預見放電管污染等（10％），臭氧系統(tǒng)還可以達到全負荷工作，臭氧產(chǎn)量不會低于設計產(chǎn)量。
每一根放電管在出廠之前都通過4倍的運行電壓測試，而且在系統(tǒng)安裝使用前再經(jīng)過同樣測試。所供臭氧發(fā)生器可每天24小時長期的連續(xù)運行，*工作積累時間不少于10000h。
放電管優(yōu)勢如下：
設備技術(shù)類型 | 高效玻璃介質(zhì)技術(shù) |
結(jié)構(gòu)特征 | 雙氣隙放電，采用螺旋支撐及導氣裝置實現(xiàn)對中 |
介質(zhì)類型 | 德國進口硼硅酸鹽玻璃 |
介質(zhì)材料來源 | 進口德國肖特 |
后期加工 | 專有納米涂層技術(shù)處理，實現(xiàn)表面一定程度自潔 |
機械性能 | 介質(zhì)有一定韌性，比普通玻璃管機械強度高 |
介質(zhì)層厚度 | 1.2-2.0mm |
裝配特點 | 介質(zhì)與電極通過螺旋導氣裝置裝配 |
正常維護周期 | 5年 |
結(jié)構(gòu)尺寸 | 放電管直徑小，發(fā)生室空間利用率高，大型設備結(jié)構(gòu)緊湊 |
工程示意圖：
技術(shù)特點
臭氧氧化脫硝的技術(shù)優(yōu)勢：
1) 與燃燒過程無關(guān)，可以是鍋爐煙氣、垃圾焚燒煙氣、水泥窯爐、玻璃窯 爐、燒結(jié)機等各種煙氣，只要有<150℃以下的煙氣條件和一定的停留時 間。
2) 臭氧脫除NOX的同時對煙氣中的重金屬有一定的去除能力，如汞等。
3) 臭氧脫硝技術(shù)脫除效率高，可以達到 90%以上的脫硫脫硝率，同時臭氧 自身分解產(chǎn)物是氧氣，不會引起類似氨泄漏的二次污染。
4) 臭氧的氧化有選擇性，可根據(jù)煙氣中各污染物的濃度進行配比調(diào)節(jié)，減 少不必要的消耗。
5) 臭氧與污染物的氣相反應為均相反應，反應迅速，而且與固體顆粒物的 反應不敏感。
6) 可與大部分燃煤電廠采用的濕法脫硫 WFGD 系統(tǒng)結(jié)合進行氧化產(chǎn)物的 吸收。
7) 臭氧脫硝安裝操作簡單，無需停爐，不影響正常生產(chǎn)。
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