中国氮氧化物的排放及控制..ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,level,level,中国环境科学研究院学术年会汇报,中国氮氧化物的排放及控制,郝 吉 明 专家/院长,清华大学环境科学与工程研究院,北京国际会议中心,二 三年十二月二十九日,NOX来源及环境影响,氮氧化物排放因子确实定,中国能源消费现实状况及发展趋势情景分析,中国NOX排放现实状况及发展趋势,发达国家NOX排放控制法规及政策,NOX排放控制对策及重点,结论,汇报内容,大气N循环,氮氧化物（NO,X,）来源,自然排放源,闪电过程,平流层光化学过程,NH3的氧化,森林大火,生态系统中的微生物过程以及土壤和海洋中NO2-的光解过程等。,人为排放源,化石燃料（煤、石油、天然气及汽车燃料）的燃烧,生物质燃料（秸秆、薪柴、牲畜粪便等）的燃烧,多种工业过程的工艺排放等：,包括硝酸的制造和使用、电镀、雕刻、焊接、金属清洗、炸药爆炸以及液态二氧化氮（火箭推进剂的基本成分）的应用等,全球NO,X,排放量估计,排放源类型,年生成量（10,12,ga,-1,，以纯氮计）,矿物燃料燃烧,1428,超音速飞机,0.150.3,平流层光化学,0.51.5,生物质燃烧,424,闪电,220,土壤排放,8,NH,3,的氧化,1 Mt,4省区1 Mt,7省区1 Mt,13省区1 Mt,未来30年各部门对NOX排放奉献率,未来30年不一样燃料品种对NOX排放奉献率,NO,X,生成及破坏机理,（1）热力型NOX：空气中N2和O2在高温下生成的NO和NO2的总和,Zeldovich不分支自由链式反应机理,（2）燃料型NOX：燃料中的杂环氮化物热分解与氧结合生成，生成机理非常复杂。,（3）迅速型NOX：产生于燃烧时CHi类原子团较多、O2浓度相对较低的富燃料区燃烧状况，多发生在内燃机的燃烧过程。,一般，最初燃烧生成的NOX中，NO占90%95%左右，NO2占5%10%，而N2O仅占1%左右。,燃煤NO,X,形成机理,温度（T）是热力型NOX形成的重要控制原因：当燃烧温度低于1800K时，热力型NOX生成量很少。,对燃煤而言，燃料型NOX的生成和破坏过程不仅与煤种特性、燃料构造、燃料中的N受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、成分和分布有关，并且大量反应过程还和燃烧条件如温度和氧及多种成分的浓度等亲密有关。一般的燃烧温度下，燃料型NOX重要来自挥发分N，煤粉燃烧时由挥发分生成的NOX占燃料型NO的60%80%，而由焦炭N所生成的NOX占20%40%。此外，燃料N转换成NOX的量重要取决于空气/燃料混合比（A/F），而对燃烧温度依赖性较弱。,常规燃料中，除天然气基本上不含氮化物外，其他燃料或多或少地具有氮化物，其中石油的平均含氮量为0.65%左右，煤的含氮量一般在0.5%2.5%左右。,一般，燃料中大概20%80%的N转化为NOX，其中NO又占90%95%。当燃料中的N含量超过0.1%时，燃料型NOX排放将是最重要的。,煤燃烧时，75%90%的NOX来自燃料型NOX。燃料的N含量增长时，虽然生成的燃料型NOX量增长，但NOX的转化率却减少；煤的燃料比FC/V越高，NOX的转化率越低。,煤粉炉NO,X,排放与燃烧方式关系,克制NOX生成和促使NOX破坏的途径,一级控制措施燃烧优化及改善技术,采用改善工艺和设备、改善燃烧以减少和克制NOX生成量的多种低NOX燃烧技术,二级控制措施尾部排气脱硝技术,固定源NO,X,排放控制技术低NO,X,燃烧技术,低NOX燃烧技术方略,减少燃烧室内火焰的峰值温度（Tmax）；减少气体在火焰区的停留时间（t）；减少火焰区的氧气浓度（O2）；加入NOX还原剂等,低过剩空气系数（LEA）：15%20%削减率；,空气分级燃烧（OFA）：天然气锅炉可减少60%70%，而燃煤和燃油锅炉可减少排放40%50%；,烟气再循环：烟气再循环率为15%20%时，大型煤粉炉NOX排放浓度可减少25%左右；,注入水或蒸汽：可使燃烧气体的燃气轮机NOX还原效率高达80%；,燃料分级或再燃烧技术：NOX排放浓度减少50%以上；,低NOX燃烧器（LNBs）：NOX削减率一般在30%60%之间。,三菱MACT 低NO,X,燃烧系统,PM型低NOX燃烧器为重要燃烧器,集低NOX燃烧器、炉膛空气分级、燃料分级和烟气再循环于一体,合用于四角切向燃烧的燃烧器布置方式，可达100ppm如下,固定源NO,X,排放控制技术烟气脱硝技术,选择性催化还原法（SCR）,原理：运用NH3做还原剂，在300400温度范围和一定的催化剂（铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物）作用下，使烟气中的NOX还原为无害的N2和H2O。,主反应机理：,8NH3+6NO2 7N2+12H2O,4NH3+6NO 5N2+6H2O,SCR特点：,（1）9095NOX削减率；,（2）氨泄漏量低,0-5ppm,（3）极好的空燃比控制，靠近1.0.,（4）广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉,问题：投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存、粉煤灰综合运用,SCR 系统布置,锅炉,NH,3,3,SCR,空气预热器,空气,静电除尘器,FGD,烟囱,SCR,烟囱k,FGD,空气预热器,空气,NH,3,3,锅炉,高温静电除尘器,FGD,ESP,空气,空气预热器,烟囱,燃料,NH,3,SCR,再生热,换热器,烟道燃烧器,High Dust,高粉尘,Low Dust,低粉尘,Tail End,末端布置,锅炉,SCR系统构成,VAPORIZER,蒸发器,AIR空气预热器,PREHEATER,CONTROL SYSTEM,控制系统,AQUEOUS,NH3 TANK,液氨罐,HEATER,加热器,FAN,风扇,PUMP泵,MIXER搅拌器,NH3 INJECTION GRID加氨槽,CATALYST,LAYERS,催化剂涂层,SOOTBLOWERS,吹灰器,FLOW CONTROL,流量控制,SCR催化剂,不一样NOX控制技术比较,LNB-低氮氧化物燃烧,AOFA-改进的燃尽风法,SCR-选择性催化还原,SNCR-选择性非催化还原,机动车NO,X,排放控制技术,机内净化技术,汽油发动机机内净化措施,稀薄燃烧技术,废气再循环（EGR）,控制进气与燃烧,改善点火系统(包括延迟点火、加大点火能量以及电子控制点火正时),电控汽油喷射以及采用综合控制的发动机管理系统等,柴油发动机的机内净化措施,电控柴油喷射,废气再循环（EGR）,改善进气系统、,采用分隔式燃烧室,进气管喷水以及乳化燃油等,机动车NO,X,排放控制技术,机外净化技术,催化转化法,三元催化转化器,一般采用铂、铑、钯等贵金属催化剂；,使HC、CO氧化成H2O、CO2，同步使NOX还原生成N2；,最佳工作温度为400800；,须精确地控制在理想的空燃混合比（A/F=14.71）附近。,替代低污染燃料和新型低污染发动机,替代燃料：,甲醇、变性酒精及其他醇类，甲醇、变性酒精等与汽油混合物，天然气（LNG/CNG）、液化石油气（LPG）和氢气；,从煤中提取的液体燃料、非醇类生物燃料和电等。,新型低污染发动机：电动车、混合动力车、燃料电池车,NO,X,排放控制法规,及政策分析,火力发电世界第一，80%左右煤炭用于发电,1998年，火电厂NO,X,排放量,565万t,，占美国排放量,25.6%,美国,电站锅炉NO,X,控制法规及政策,1998年美国电厂NO,X,排放量,1999年美国NO,X,排放状况,锅炉类别,锅炉炉膛型式,第I时段（19962000年）,第II时段(2000年后),g/MJ,mg/m,3,(,2,=6%),g/MJ,mg/m,3,(,2,=6%),I类锅炉,旋流燃烧器,固态排渣锅炉,0.215,610,0.194,554,四角切圆燃烧锅炉,0.194,554,0.163,467,II类锅炉,旋流燃烧器,液态排渣锅炉,-,0.370,1058,前置式旋风炉膛锅炉,-,0.400,1156,竖立式燃烧锅炉,-,0.344,984,孔格式燃烧器,-,0.293,836,流化床炉膛锅炉,-,0.125,357,1990年美国CAAA规定的燃煤锅炉NOX容许排放限值,CAAA-第I篇（臭氧）和第IV篇（酸雨）,OTC:美国东北部22州和哥伦比亚特区，NOX排污交易,1997年新源性能排放原则(NPS):100mg/m3（与燃料无关）,火电厂发电量仅次于美国和中国，居世界第3位；,1973年空气污染防治法开始，几经修订，成为当今世界上NOX容许排放限值最低、排放原则规定最严的国家之一。,电站锅炉NOX排放原则,锅炉类型,锅炉容量（,t/h,）,NO,X,最高允许排放限值，,mg/m,3,ppm(10,-6,),mg/m,3,(,以,NO,2,计,),燃煤,(,2,=6%),570,250,513,570,200,410,燃油,(,2,=4%),540,150,308,540,130,267,燃气,(,2,=5%),506,100,205,506,60,123,开发并应用先进的低,NO,X,燃烧技术；,1976,年在,350,MW,机组试验,SCR，,至今,15,GW,燃煤电站机组安装,SCR,；,采用低,NO,X,燃烧技术及安装,SCR,脱销装置，燃煤电站烟气,NO,X,浓度已降至,45,ppm,日本,电站锅炉NO,X,控制法规,1983年,大型燃烧装置法规,（,GFAVO）,生效,时,限,机组容量,NO,X,排放限值，,mg/m,3,（,2,=6%,）,1984,年前建成机组,300MW,且剩余寿命,3,万,h,200,50,300,且剩余寿命,3,万,h,650,（液态排渣,1300,）,50MW,且剩余寿命,300MW,200,50MW,30MW,400,1MW,50MW,500,控制措施：,低,NO,X,燃烧技术,烟气脱硝：,19821991,年，,28,GW,的,60,座,火电厂安装烟气脱销装置。其中，,SCR,占95%,；,SNCR,占4%,；联合脱硫脱硝,1,德国,电站锅炉NO,X,控制法规及政策,美国机动车NOX排放原则,美国轻型汽车尾气排放原则 g/km,年份,CO,HC,NO,X,测试循环,1960,46.67,5.89,2.28,US FTP,1970,18.89,2.78,2.28,US FTP,1980,8.33,0.83,1.72,US FTP,1994,1.89,0.14,0.22,US FTP,2004（建议）,0.94,0.07,0.11,US FTP,美国加州机动车尾气排放原则,项目,CO，g/km,HC，g/km,NO,X,，g/km,测试循环,过渡低排放车辆（TLEV）,2.11,0.08,0.25,US FTP,低排放车辆（LEV）,2.11,0.05,0.12,US FTP,超低排放车辆（ULEV）,1.06,0.02,0.12,US FTP,日本机动车NOX排放原则,柴油车排放限值,生效日期,燃料/车型,CO，g/km,HC，g/km,NO,X,，g/km,PM，g/km,测试循环,2000年,柴油/乘用车1.25t,0.63,0.12,0.28,0.052,J10.15,2000-2002年,柴油/乘用车1.25t,0.63,0.12,0.3,0.56,J10.15,2002年,柴油/轻型载货车1.7t,0.63,0.12,0.28,0.052,J10.15,2003年,柴油/轻型载货车1.7t,0.63,0.12,0.49,0.06,J10.15,欧盟机动车NOX排放原则,Euro III（）和Euro IV（）排放限值,生效日期,燃料/,车型,CO,g/km,HC,g/km,NO,X,g/km,HC+NO,X,g/km,测试,循环,2000,汽油/,乘用车,2.3,0.20,0.15,-,修订ECEEUDC,2005,汽油/,乘用车,1.0,0.10,0.08,-,修订ECEEUDC,2000,柴油/,乘用车,0.64,-,0.50,0.56,修订ECEEUDC,2005,柴油/,乘用车,0.50,-,0.25,0.30,修订ECEEUDC,政策措施,制定日趋严格的NOX排放原则是主线措施；,制定有助于技术进步的政策是有效保障；,强化排放源平常的监督管理等；,经济手段,严格执行排污收费,建立排污交易制度,先进技术设备的减免税等,发达国家控制NO,X,排放经验,NOX有关研究热点,NOX排放因子确实定与更新：源头控制,NOX排放的大气化学过程：,增进SO2向SO3转化，对区域酸雨奉献,微细颗粒物PM10/PM2.5,光化学烟雾形成O3：,大气中NOX与VOCs浓度变化影响,电站锅炉SCR技术开发及实践：催化剂及其管理、减少费用,SNCR在工业锅炉上的应用,机动车催化转化器催化剂：,金属氧化物催化剂,稀薄汽油/柴油机尾气净化,中国NO,X,排放控制及重点,（1）实行严格的NOX排放原则：基础与保障,（2）火力发电是中国NOX排放控制的重点行业,排放量巨大。占1/3以上，2030年达45左右；,高架烟囱排放，远距离传播对区域酸雨奉献很大；,烟气量大且集中排放，安装治理设备相对轻易；,多种成熟的低NOX燃烧技术和烟气脱硝技术可供选择；,美国、德国、日本等均首先从控制火电厂NOX排放着手。,（3）都市机动车是中国都市NOX排放控制的重点对象,北京、上海、广州等都市机动车NOX污染奉献率超过50%,（4）优化能源生产和消费构造：提高水电、核电、可再生能源比重,（5）推行清洁生产，减少终端能耗强度,（6）加强NOX排放控制技术的研究开发与推广应用,（7）强化对NOX排放源的监督管理,中国NO,X,排放的宏观控制对策,（1）严格的火电厂NOX排放原则,火电厂NO,X,排放控制对策,（2）淘汰技术落后小火电机组,小火电能耗比大机组高50%100%,，300MW以上机组比重仅38%,供电煤耗：392gce/kWh,比发达国家高60g左右,（3）部分现役燃煤锅炉实行低NOX燃烧技术改造,（4）积极推进先进洁净煤技术的推广与应用,超临界机组，CFBC、PFBC、IGCC,（5）增进NOX排放控制技术的研究开发及推广应用,北京/上海重点地区：SCR、SNCR、联合脱硫脱硝示范,（6）优化中国火电电源的燃料构成,（右图）,（7）调整和优化火电电源地区布局,“北煤南运”、“西煤东运”“西电东送”,（8）强化火电厂NOX排污收费政策,（9）火电厂NOX排放区域总量控制,火电厂NO,X,排放控制对策,结 论,（1），中国NOX排放量已高达1177万t。其中，燃煤占NOX排放总量62.8%；火力发电、工业和交通运送部门奉献率分别为35.8%、30.9%和21.3%；超过80%NOX排放来自河北、辽宁、山东、江苏、广东等中东部21省区，排放强度最大的地区是上海市；,（2）能源需求情景分析表明，2030年中国能源消费需求将到达3445亿t；,（3）由于大多数燃烧设备未采用减少NOX排放的技术措施，致使中国NOX排放水平较高，总体上仅相称于发达国家1980年代初期水平；,（4）若不采用深入控制措施，到，中国NOX排放总量将到达23632914万t 之间，超过美国成为世界第一大NOX排放国。,（5）燃煤仍然是未来NOX排放最重要来源（55%左右）；随电煤消费比重上升，未来火力发电奉献比目前更大，到2030年将到达45%左右。,（6）火电厂是中国NOX排放控制的重点；严格控制机动车NOX排放是处理大中都市NOX污染的最有效途径。,鉴于排放因子确定过程的随机性和不确定性，加强对不一样地区、不一样部门、不一样燃料的多种燃烧设备及工艺排放源NOX排放水平的调查，深入提高排放因子的等级；,加强火电厂和都市机动车NOX排放控制对策的深入研究；,结合SO42-和NO3-等的环境监测成果，开展NOX排放对区域酸雨奉献及其对生态环境影响的研究；,开展“西电东送”火电厂高架源SO2和NOX排放对区域酸雨影响研究,建 议,谢谢！,敬请多提宝贵,意见和建议！,