工业炉窑新技术五.pptx

第7章工业炉窑烟气净化新工艺新技术有毒有害气体工业炉烟气中的有害气体主要有二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、氟化氢(HF)和光化学烟雾。二氧化硫(SO2):主要来自于含硫燃料的燃烧氮氧化物(NOx)：(ThermalNO)/(FuelNO)一氧化碳(CO)：主要来源于燃料的不完全燃烧和输气管道的泄露光化学烟雾：碳氢化合物在阳光作用下与氮氧化合物相互作用而形成的烟雾氟化氢：含氟矿石冶炼或者加热中产生的烟气中二氧化硫的控制二氧化硫的生成机理煤中所含的硫分是燃煤过程中生成气相二氧化硫的主要来源。根据含硫量高低可将分出低硫煤(3.0%)。煤中的硫分为有机和无机硫两类，各占(30%-40%)和(60%-70%)。有机硫构成煤分子的一部分，在煤中均匀分布。无机硫(又称矿物硫)的主要成分是黄铁矿(FeS2)，在煤中呈独立相弥散分布。在煤燃烧过程中，两种硫都会随挥发分一道析出，通过燃烧直接被氧化残留在焦炭中的无机硫及其分解产物将在燃烧过程中，与灰中的碱金属氧化物反应生成硫酸盐，留在灰渣中。所生成的的SO2还会进一步氧化成三氧化硫(SO3)。过量空气系数越大，燃烧火焰温度越高，SO3的生成量越多。SO3比SO2更易于与钙基吸收剂反应生成稳定的硫酸盐。因此，人们一直在寻求将更多的转化为并加以脱除的方法，如用碳氢化合物进行催化的方法等。SO2的脱除机理SO2遇到碱金属氧化物氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等时，会反应生成硫酸钙(CaSO4)和硫酸镁(MgSO4)等而被脱除。最经济的脱硫方法就是采用石灰石和生石灰，其主要成分分别是碳酸钙(CaCO3)和氧化钙(CaO)。也有采用熟石灰，即氢氧化钙(Ca(OH)2)的。这些脱硫剂统称为“钙基脱硫剂”。脱硫技术脱硫技术分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三类。燃烧前脱硫的目的减少参与燃烧过程的硫分，减轻后续脱硫处理工艺的压力。煤的洗选用于脱除含无机硫的黄铁矿(FeS2)，利用其比重比煤的比重大得多的特点，将煤破碎至0.5mm大小的颗粒，就可以利用洗选法除去30%-50%的FeS2。将煤颗粒的细度进一步提高，可以将煤中大部分的FeS2脱除。洗选法不能脱除有机硫。煤燃烧设备脱硫技术概览烟气脱硫（FlueGasDesulfurization,FGD）是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染的最为有效的和主要的技术手段。目前，世界上各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了数十种行之有效的脱硫技术，但是，其基本原理都是以一种碱性物质作为SO2的吸收剂，即脱硫剂。按脱硫剂的种类划分，烟气脱硫技术可分为如下几种方法。（1）以CaCO3（石灰石）为基础的钙法；（2）以MgO为基础的镁法；（3）以Na2SO3为基础的钠法；（4）以NH3为基础的氨法；（5）以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法，所占比例在90%以上。烟气脱硫装置相对占有率最大的国家是日本。日本的燃煤和燃油锅炉基本上都装有烟气脱硫装置。众所周知，日本的煤资源和石油资源都很缺乏，也没有石膏资源，而其石灰石资源却极为丰富。因此，FGD的石膏产品在日本得到广泛的应用。这便是钙法在日本得到广泛应用的原因。因此，其他发达国家的火电厂锅炉烟气脱硫装置多数是由日本技术商提供的。在美国，镁法和钠法得到了较深入的研究，但实践证明，它们都不如钙法。在我国，氨法具有很好的发展土壤。我国是一个粮食大国，也是化肥大国。氮肥以合成氨计，我国的需求量目前达到33Mt/a，其中近45%是由小型氮肥厂生产的，而且这些小氮肥厂的分布很广，每个县基本上都有氮肥厂。因此，每个电厂周围100km内，都能找到可以提供合成氨的氮肥厂，SO2吸收剂的供应很丰富。更有意义的是，氨法的产品本身就是化肥，就有很好的应用价值。在电力界，尤其是脱硫界，还有两种分类方法，一种方法将脱硫技术根据脱硫过程是否有水参与及脱硫产物的干湿状态分为湿法、干法和半干（半湿）法。另一种分类方法是以脱硫产物的用途为根据，分为抛弃法和回收法。在我国，抛弃法多指钙法，回收法多指氨法。石灰石石膏湿法脱硫技术石灰石/石灰石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、工程应用业绩最多的脱硫工艺；适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到95%以上。世界上有多家公司开发研究这种工艺，如德国的Bischoff公司、奥地利的CE公司，日本的三菱重工、川畸重工、石川岛播磨，美国的B&W公司等等。应用此脱硫工艺最多的国家是美国、日本及德国，该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的90%，单塔容量适用于1000MW机组。石灰石/石灰一石膏湿法烟气脱硫工艺是采用廉价的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液；石灰石浆液经泵打入吸收塔与烟气充分接触，使烟气中的SO2与浆液中的CaCO3进行反应生成亚硫酸钙（同时去除烟气中部分其他污染物，如粉尘、HCl、HF、SO3），从吸收塔下部浆池鼓入氧化空气使亚硫酸钙氧化成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。石膏浆液可脱水后用于综合利用或送至灰场堆放。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴、加热器加热升温后，由烟囱排入大气。脱硫的化学过程如下：烟气中氮氧化物的防治与控制燃料燃烧过程中生成的氮氧化物中，NO占90%(体积分数)，其余为NO2。燃料燃烧生成的氮氧化物的来源有两部分：一是燃料中含有的氮的有机物，在一定温度下放出大量氮原子而生成大量的NO，通常称为燃料型NO，二是空气中的氮在高温下氧化为氮氧化物，称为温度型NOx。燃料含氮量的多少对烟气中氮氧化物浓度的高低影响较大，而温度是影响温度型氮氧化物生成量大小的主要因素。从烟气中去除氮氧化物的过程与烟气脱硫相似，也是应用液态或固态吸收剂或吸附剂来吸收吸附NOx，以达到脱氮目的。以化工过程可分为：催化还原法、吸收法和固体吸附法。降低NOx排放量的措施欲降低燃烧装置的NOx排放量，须遵守以下原则：使用含氮少的燃料，必要时对高氮燃料进行脱氮；降低火焰温度，特别是控制高温区的温度；降低燃烧区的氧浓度，即采用低过量空气运行；降低燃烧产物在高温区域的停留时间；对燃烧产物进行净化处理。目前，各主要工业发达国家在锅炉及其他燃烧设备上所采用的降低NOx的措施可归纳为3大类，即使用低氮燃料、低NOx燃烧技术及烟气净化。选用不含氮或少含氮燃料措施气体燃料中无氮化合物，重油的含氮量较少，平均为0.02%-0.27%，而煤的含氮量则达0.5%-2.5%。就燃料燃烧中排出NOx的倾向来说，沥青最高，其次为重油和轻油，最低是燃烧煤气，所以煤气是低污染型燃料。油渗水燃烧技术：油在燃烧时，水滴汽化而吸收热量，从而抑制了火焰局部高温的形成。另外，水滴汽化所形成的蒸汽与火焰中的碳粒子化合后生成H2和CO，该反应属吸热反应，有利于抑制NOx生成。低NOx燃烧技术低NOx燃烧技术包括抑制NOx生成的运行方式、抑制NOx的燃烧技术和低燃烧器。低NOx运行方式可以通过下述各种措施来实现：采用低过量空气系统运行；降低热风温度；增加烟气再循环；改变多只燃烧器各层喷嘴的燃料量和配风情况；对油炉进行喷水或喷蒸汽等。浓淡燃烧。在装有多只燃烧器的大型锅炉上，把燃烧器分成两组：一组（下层）使其燃料过量（富粉），另一组（上层）使其空气过量（贫粉）。这样，前者在低氧状态下燃烧，后者因空气过量，燃烧温度不高，就使总的NOx生成减少。要较大幅度降低NOx的排放量，需要采用设计性能良好的低NOx燃烧器。目前国外已采用了多种低NOx型燃烧器，它们的机理主要是采用分级火焰、延迟混合、烟气再循环以及它们的复合形式。烟气净化排烟净化脱NOx的方法很多，从化学原理上可分为氧化、还原、吸附等方法，还可区别为干式或湿式，有触媒的或无触媒的，目前国外已投入工业性应用的主要有：选择性催化还原法；选择性非催化还原法；干式除NOx法等。采用烟气净化技术，可大幅度地减少NOx排放量，有时并可同时除去烟气中SOx。但投资高、运行费用高。在用于老厂改造时，还存在系统布置等方面困难。基于中国电站锅炉以燃煤为主的国策，以及烟气净化投资高的原因，中国现有电站锅炉降低NOx排放量的改造只能以改进燃烧技术和采用低NOx燃烧器为主。空气的净化处理为保护自然生态和人群的健康，锅炉和工业炉窑在使用时必须注意空气的质量要求。它必须符合国家标准中规定的大气环境质量标准。标准共分三级：一级标准、二级标准和三级标准。分别对总悬浮微粒、飘尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳的浓度限值做出规定。对于不同的场合选用不同的标准，如：精密仪器、电子、制药对空气环境、尘埃的要求大大超过人体从卫生角度对空气环境的要求。减少悬浮微粒除去空气中悬浮微粒是空气净化的主要任务之一。将微粒从空气中分离出来，通常是利用过滤器或称为除尘器。按分离的方法可分为下列几种：机械分离重力过滤、惯性过滤和旋风过滤等；洗涤分离喷雾除尘和水膜除尘；过滤分离填充式过滤和袋式过滤等；电除尘。空气除臭空气除臭作用是除去空气中某种有害气体和臭气。最常用的空气除臭装置是活性炭过滤器。当空气通过活性炭的孔隙时，有害气体就被活性炭吸附。负离子发生器空气离子对人体健康有一定影响。大气中的离子有轻离子、中离子和重离子。空气中的重离子易收集和排除，空气净化处理后数目很少。在城市中由于空气被污染，常常缺乏轻离子，在空调房间中一般要求有少数的轻离子，特别是负离子（带负电荷的轻离子称为负离子），因为负离子可以对人体的神经系统起镇静作用，促进消除疲劳，并有抑制哮喘、降低血压的作用。而轻离子寿命很短，在空气加热、过滤过程中，轻离子与金属表面接触后就会很快消失。因此如不采取措施，轻离子密度会比室外少一半。为改善卫生条件，应该设置负离子发生器。产生负离子的方法很多，最常用的方法是电晕放电法。它是利用针状电极与平板电极间，在高压作用下产生不均匀的电场，使流过的空气电离化。图中细金属网上加有负的高压脉冲，把细线旁的空气离子化。正离子被吸收在细线上，负离子则向金属网电极移动，在风力的作用下，负离子从金属网孔间被带走。第第8章章工业炉窑烟尘净工业炉窑烟尘净化新工艺新技术化新工艺新技术烟尘的污染情况除工业过程产生的粉尘外，烟尘主要是燃料燃烧的产物。工业用煤排烟量大致是燃烧的重量的318%，褐煤为11%，无烟煤为89%。同样一吨煤，居民用比工业用所产生的粉尘要多23倍。烟尘一般含硫、氮、碳的氧化物等有毒气体和粉尘。粉尘颗粒大于十微米的，很快会沉降到地面，称为降尘；颗粒小于十微米的称为飘尘，其中相当大一部分比细菌还小，可以几小时，甚至几天，几年地飘浮在大气中，尤其是直径在0.55微米的飘尘，不能为人的鼻毛所阻滞和呼吸道粘液所排除，可直接到达肺泡，被血液带到全身。有的飘尘还附有苯或本身就是一些有毒的金属(如铬、铍、镍)化合物、石棉、砷化物等，可以致癌。细小的飘尘随呼吸道进入人体后将有一半粘附在肺部细胞上，是构成人类和动植物呼吸道疾病的重要原因。防治烟尘污染措施主要有：1、改变燃料构成和燃烧方式。如用无污染或少污染的燃料(天然气、煤气、石油炼厂气或其他日光、沼气、风、潮汐等能源)代替煤炭；现有炉窑实行技术改革。2、区域集中供热，大的燃煤电站实行热电并供，以集中的高效锅炉代替分散的低效锅炉；3、采用各种烟尘消烟除尘方式。等等。中国的能源消费结构是以煤炭为主，煤炭在较长时期内是中国的主要能源。由于中国煤炭加工、转化比较落后，火力发电、工业锅炉和窑炉以及民用炉灶均为煤炭直接燃烧，燃烧效率又低，燃煤对大气造成严重污染，所以中国的大气污染是煤烟型的。工业烟尘排放量中绝大部分为工业锅炉和电站锅炉燃煤排放的烟尘。所以控制煤炭燃烧中烟尘的排放显得愈发重要。烟气除尘除尘器按其作用原理可分为：机械式除尘器（重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器），湿式除尘器（冲击式除尘器、泡沫除尘器、文氏管水膜除尘器、喷雾式除尘器），过滤式除尘器（袋式除尘器、颗粒层除尘器）和静电除尘器。旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的结构由进气口、圆筒体、圆锥体、排气管和排尘装置组成。旋风除尘器的工作原理如图所示。当含尘气流由切线进口进入除尘器后，气流在除尘器内作旋转运动，气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动，到达壁面，并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒除尘效率可达80以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器其除尘效率可达95以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高布袋除尘器含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板的作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒粉尘由于惯性力的作用被分离出来落入灰斗。含尘气体进入中箱体经滤袋的过滤净化，粉尘被阻留在滤袋的外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。布袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。一般取过滤速度为052mmin，对于大于01m的微粒效率可达99以上，设备阻力损失约为980I470Pa电除尘器工作原理电除尘器工作原理电除尘器的原理是含尘烟气通过高压电场时，与电极间的正、负离子和电子发生碰撞或在离子扩散运动中荷电，带上电子和离子的尘粒在电场力的作用下向异极性电极运动并吸附在异极性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入集灰器中。实践证明：静电场强度越高，电除尘器的效果越好；且以负电晕捕集灰尘之效果最好；所以，本类设备设计为高压负电晕电极结构型式。旋风除尘器结构简单、投资省、除尘效率较高、负荷适应性较强、操作管理方便。文氏管水膜除尘器除尘效率高、取材方便、造价中等、抗腐蚀、耐磨性好，但需要一套灰水处理装置，若循环水采用闭式循环，其PH值会越来越低，系统需采取防腐措施。袋式除尘器除尘效率很高、对负荷适应性强，但滤袋材料使用寿命短、设备构造复杂、体积庞大、投资较大，目前在工业锅炉房中很少采用。静电除尘器的除尘效率很高、处理烟气量大、阻力低，但其效率受粉尘的静电性能影响较大、外形庞大、投资昂贵、运行维护要求较高，目前在一般工业锅炉上极少采用，只在有特殊环境要求时考虑采用。