第五章 氮氧化物的生成和控制
第五章 氮氧化物的生成和控制
主要内容 15.1NO2的形成、分类和危害 5.2温度型NOx的生成机理 5.3快速型NOx的生成机理 5.4燃料型NOx的生成机理 5.5煤燃烧时NO的控制机理 5.6降低NOx排放的主要技术措施
主要内容 5.1 NOx的形成、分类和危害 5.2 温度型NOx的生成机理 5.3 快速型NOx的生成机理 5.4 燃料型NOx的生成机理 5.5 煤燃烧时NOx的控制机理 5.6 降低NOx排放的主要技术措施
5.1NO的形成、分类和危害 在燃烧过程中生成的氮氧化物,几乎全是 通常把这两种氮的氧化物称为 NOx的危害 NO: 2NO+ O2 2NO2 -/NO2:红棕色有害的恶臭气体,发生光化学反应 ∠NO2→NO+O O+O2+M→O2+M O2+NO→NO2+O □ 20:破坏大气平流层中的臭氧层
5.1 NOx的形成、分类和危害 在燃烧过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和 NO2通常把这两种氮的氧化物称为NOx。 NOx的危害 NO：2NO + O2 2NO2 NO2：红棕色有害的恶臭气体，发生光化学反应 NO2 → NO+O O+O2+M→O3+M O3+NO→NO2 +O2 N2O: 破坏大气平流层中的臭氧层
NO2和O3浓度的日变化 4.0 0.8 O 0.6 0.2 1146t8 时间(h)
NO2和O3浓度的日变化
三种不同生成机理的Nox 燃料燃烧过程生成的三种不同生成机理 的NOx (也称热机理型NOX, Thermal NOx) (也称瞬时NOx, Prompt NOX) (Fuel NOx)
三种不同生成机理的NOx 燃料燃烧过程生成的三种不同生成机理 的NOx： (1)温度型NOx(也称热机理型NOx， Thermal NOx) (2)快速型NOx(也称瞬时NOx，Prompt NOx) (3)燃料型NOx(Fuel NOx)
NO和NO2的热力学平衡 在高温下生成NO和NO2的总反应式可以简写 为 N+O2NO NO+-O NO 2 实际上排烟中约有90~95%的NO、仍然是NO ,这主要是由于当温度降到1300°以下时,生 5成NO2的反应速率将变得非常缓慢
NO和NO2的热力学平衡 在高温下生成NO和NO2的总反应式可以简写 为： 实际上排烟中约有90～95%的NOx仍然是NO ，这主要是由于当温度降到1300℃以下时，生 成NO2的反应速率将变得非常缓慢 N2 +O2 2NO 2 2 2 1 NO + O NO
52温度型NOx的生成机理 5.2.1捷里道维奇机理:No的生成是在存在氧原 子的条件下由以下这一组链锁反应来进行的 O2+M分20+M N,+OON+NO (E,=314KJ/mol, E_=O) 02+NNO+O (E2=29KJ/mol, E2=165KJ/mo)
5.2温度型NOx的生成机理 5.2.1捷里道维奇机理:NO的生成是在存在氧原 子的条件下由以下这一组链锁反应来进行的 O2 + M 2O + M ( 314 / 0) 2 1 1 1 1 + + = − = − N O N NO E KJ mol E k k ， ( 29 / 165 / ) 2 2 2 2 2 O N NO O E KJ mol E KJ mol k k + + = = −
按照化学反应动力学,No的生成速率: dNO kIN2OJ-kINOJN]+k2[N[O2-k2INOJlOr N处于稳定状态:mIN=0 d[N=k,[N2O]-k-INOILN|-k2INJ1O2]+k[NOJO]=0 dt 因此,/~kN2O]+k2[NOIO kNOI+h,oI 将上市代入NO的生成速率一式,可得, dINo=2 k,k,lolo2N2-kk2lNOlOI k2[O2]+k_1[NO]
按照化学反应动力学，NO的生成速率 ： N处于稳定状态： 因此， 将上市代入NO的生成速率一式，可得， [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ] k1 N2 O k 1 NO N k2 N O2 k 2 NO O dt d NO = − − + − − 0 [ ] = dt d N [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] 0 [ ] = k1 N2 O − k−1 N O N − k2 N O2 + k−2 N O O = dt d N [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ] 1 2 1 2 2 k NO k O k N O k NO O N + + = − − [ ] [ ] [ ][ ][ ] [ ] [ ] 2 [ ] 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 k O k NO k k O O N k k NO O dt d NO − − − + − =
在求解过程中作出下列假定 a氧气的离解反应处于平衡状态 0]=kolo b k,[NO]<< k,[O,] 最后可得No的浓度计算公式: MO1+ex-a)3其中,=2NOk.k [NO] 1-exp(-aT) 10, 1 扩大的捷里道维奇机理还需要考虑以下反应 +or NO+h
在求解过程中作出下列假定： a.氧气的离解反应处于平衡状态， b.k-1 [NO]<< k2 [O2 ] 最后可得NO的浓度计算公式： 扩大的捷里道维奇机理还需要考虑以下反应： O2 O 2 1 2 1 [ ] [ ] 0 O2 O = k 2 1 2 e [ ] 2[NO] , 1 exp( ) 1 exp( ) [ ] [ ] O k N O N O b e + − − − = 其中，＝ N OH NO H k k + + − 3 3
5.2.2热力型NoX的生成的影响因素 影响热力No生成量的主要因素是温度氧气 浓度和停留时间。 1o00 900 反应时间为5秒 8o0 70O =0.4 喜∞o 10.6 油 500 30 气体 100 1600 1800 000 4000 温度(℃) 温度,K NO生成量和温度的关系 NO的化学平衡浓度
5.2.2热力型NOx的生成的影响因素 影响热力NO生成量的主要因素是温度，氧气 浓度和停留时间。 NO生成量和温度的关系 NO的化学平衡浓度
