烟尘净化开题报告.doc

题 目2t/h生活锅炉烟尘净化系统的设计题目类型设计型一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）随着锅炉的广泛应用及人们的环保意识的逐渐加强，越来越多的人把目光关注到了锅炉燃烧过程中产生的烟尘及烟气黑度的治理等相关问题上，下面初步分析了烟尘的产生原因和改善黑度超标的措施这两方面的问题。（1） 烟尘的产生 燃烧时产生的烟尘，按其生成机理，主要有气相析出型和残炭型两种。 1气相析出型烟尘 气相析出型烟尘时气体燃料、液体燃料和固体燃料在燃烧过程中放出的气体可燃物。当空气不足时，因热分解而产生的固体烟尘，一般又称作炭黑。这种烟尘很细，用电子显微镜才能够测定。由于重油燃烧产生的炭黑，其粒径在0.020.05m范围内，由于粒径很小，表面积很大，每千克可达数万平方米，收集下来的烟尘呈絮状，看起来很多，但重量却很小。因此，炉膛内已明显冒黑烟时所造成的不完全燃烧损失一般还不到0.1%。 2残炭型烟尘这种烟尘是液体燃料燃烧室剩余下来的固体物，常称油灰，颗粒尺寸较大，通常为10300m，其中大颗粒较少，多数是外形接近球形的微小空心粒子，部分粒子的表面残留有气体喷出的痕迹，还有部分粒子表面光滑而且致密，又称作空心微珠（Cenosphere）。 3雪片尘 雪片尘时上述两种烟尘在烟气温度接近露点温度时，吸收烟气中的H2SO4,长大成为像雪片形状的烟尘。因还有H2SO4，又称为酸性烟尘（Acid Smut）。由于颗粒较大而沉落在烟囱附近。 4积炭 积炭是残炭型烟尘的一种，是油滴附着在燃烧器壁、燃烧器口以及燃烧室炉墙上，受炉内高温气化而剩下来的。由于油滴附着处的形状和附近烟气流动的情况不同，积炭的形状不定，但其粒度较大。 气体燃料和液体燃料所产生的烟尘一般可以认为是含炭物质，但并非由单一的炭所组成，还含由许多其它成分。分析表明，含水为1%3%，还含有许多游离基，如C10H16等，是一种复杂的集合物。至于雪片尘，分析结果表明，含有25%左右的无水硫酸和20%左右的灰。而固体燃料产生的粉尘主要是由炭和灰组成。从烟尘生成机理来看，影响烟尘生成量的因素主要有：（1） 燃料种类。不同成分和种类的燃料生成的烟尘形式不同，生成量也不同。（2） 过剩空气量。理论分析和实验证明，过剩空气量大，则烟尘生成量可减少；（3） 燃烧温度。提高燃烧温度可以增大反应速度，因而可见山烟尘生成量；（4） 惰性气体。在助燃空气中加入惰性气体（如N2,CO2）,可以有效的抑制烟尘的生成。（5） 压力。在加压燃料时，会导致某些物质重组，因而增加烟尘生成量。黑度超标的控制措施 控制烟气中污染物排放的标准可分为两大类。一类是以烟气中有害物质的排放浓度和排放量作为控制指标的，其监测方法是客观的实际测定。另一类是以人的感官对烟气的反应（如气味、颜色等）强弱作为控制指标的，其监测方法是凭人的感官主观反应。烟气黑度标准就是属于后者，在废气污染源监测中，烟气黑度是燃料燃烧污染源的一项重要控制指标。由于很难确定烟气的视觉黑度与其中有害物质含量之间的精确对应关系，因此这种方法不能取代前述排放浓度和排放量的实际监测。但烟气黑度的监测具有简便易行、成本低廉、快捷省时的优点，故在国内外得到广泛的应用，在许多国家被列为常用的烟气排放监测方法之一。1. 国内外研究情况及标准的主要内容 林格曼烟气黑度图是十九世纪末法国巴黎的林格曼（Ringelmann）教授研发出来的。林格曼诞生于 1861 年，1888 年在巴黎国家农艺研究所任农业工程教授，此后许多年他都从事这个工作。林格曼认为燃煤锅炉排放黑烟是由于不良的燃烧效率造成的，烟气颜色越深意味着燃烧效率越差。为了测量烟气的黑度，他制作了一组卡片，在面积相同的四张白色背景的卡片上面，划上不同粗细的黑色网格。当他把这组卡片放在一定距离以外远处观看时，这些网格看上去显示出深浅不同的灰色影调。林格曼将烟气的黑度与一组卡片中的某一网格表现的影调进行比较，利用获得的信息来调整炉子的空燃比，这样当调整到烟气黑度最小的时候，就表明燃烧效率最高。（3 1897 年 11 月 11 日，威廉.肯特发表在工程新闻上的一篇文章将林格曼烟气黑度图介绍到了美国。文章所附的注释说明，他是从伦敦的一次私人谈话中知道了这个图。据说，当时林格曼烟气黑度图在欧洲已经得到相当广泛的应用。 1899 年，威廉.肯特建议采纳林格曼烟气黑度图作为发电厂试验标准条例中烟气密度的标准测定方法，这个条例是由美国机械工程学会制定的。 1904 年，美国地理测量技术部门（后来成为了现在的矿业署的核心）的工程师在圣路易斯开始进行的无烟燃烧的研究中使用了林格曼烟气黑度图。 1905 年，在芝加哥一个案件的现场调查中，法院发现从高烟囱排放的烟气会扩散到广阔的地区，在浓度很高时，它沉积的烟灰会达到这样的程度，以致对它所扩散到的地方的财物和健康造成伤害。因此，芝加哥法院支持这样的观点：“在人口稠密的公众中，浓烟的排放是一种公害”。此后，使用颜色深浅等级测量烟气得到了芝加哥官方的支持。 1908 年，地理学会技术部制作了林格曼烟气黑度图的拷贝，以便其燃料工程师使用和公开散发。在这个组织的基础上，1910 年矿业署与技术部门的另一个试验机构一起承担了这项任务。 1910 年，在由马塞诸萨州立法机关通过的波士顿烟气法规中，林格曼烟气黑度图得到了官方的认可。同年，该图的使用也得到纽约州法规的支持。 20 世纪 20 年代以后，许多市政当局将林格曼烟气黑度图纳入他们的健康与安全法规，力图把烟气作为公害进行控制。在 1948 年宾夕法尼亚州发生了一系列与死亡有关的空气污染事件以后，卫生部长宣布烟气不仅是一种公害，而且也是健康的杀手。这就将联邦实施空气污染排放控制提到了议程。在 50 和 60 年代，洛杉机将两条明确表达的条款加入到可看见的污染排放条例中。其一是使用具有不透明度测量器的烟气发生装置训练和认证检测人员。为了避免观察人员之间的个体差异对观察精度所产生的影响，洛杉矶空气污染控制区技术部门研究了对观察人员进行训练的方法。他们用一个机械送风的燃油炉作为标准烟气的发生器，调节燃料和空气量以达到所需的烟气黑度。在发生器的烟囱出口两边，分别装上标准光源和光电管，光电管接上电表。当烟气从烟囱冒出时，光电管的电路可以测出从标准光源发出的光透过烟气后到达光电管的相对强度。一个有经验的标准鉴定小组将烟气黑度与林格曼图进行对照，以小组成员的林格曼读数的统计平均值作为标准。大量的数据统计表明，未经训练的观察人员之间有 0.5 至 0.6 林格曼级数的差别，经过训练的观察人员之间只有 0.28 至 0.32 林格曼级数的差别。此外，洛杉机还通过引入“等效的不透明度”的概念，把林格曼方法扩展到白色和其它颜色的烟气。等效的不透明度是指白色烟气等效于能够使背景视图模糊的林格曼级数。在某些州，等效不透明度仍然用林格曼级测量，而其它州使用了 0 到 100%的分级。在 60 年代，联邦政府公布了 AP-30，描述了与大气透射度计相比较，烟气观察者的观测准确度。它还提出了由于太阳处于排放源相反的位置所造成的观察烟羽的问题。 1974 年，配合新污染源性能标准（NSPS）的 EPA 方法 9 发布，NSPS 程序是以不透明度为基础的。虽然国家的趋势是以不透明度百分数来测量所有的排放，但某些州的法规（特别是加利福尼亚）仍然规定了林格曼系统用于黑色和灰色烟羽。今天，随着对废物焚烧和 PM-10 排放与不透明度的关系的重视，可看见的污染排放的监测显得更为重要。林格曼烟气黑度图仍然广泛应用于烟气排放的监测，用来测量烟气排放是否在规定的限值或标准允许的范围内，作为控制烟气排放的执法依据。应该指出，通过林格曼烟气黑度图的使用和观测所获得的数据，实质上是以经验为基础的，因而具有一定的局限性。烟气黑度的表观，取决于排气中颗粒物的浓度、颗粒物的粒径、颗粒物的颜色、被观察的烟羽的厚度、以及自然光的条件如太阳相对于观察者的方向等许多因素。此外，观测者在身体条件和判断能力上的差异，也会对观测结果有所影响。尽管有许多局限性，然而在经过良好训练的操作者手里，使用林格曼烟气黑度图仍然能够得到很好的实际结果，这已经被长期的实际应用所证明。 众所周知，黑烟的主要成分是煤的燃气体未能充分燃烧而形成的碳黑颗粒，其粒度细微，难以经除尘器去除，只有改善锅炉燃烧效果才能消除。如下措施：（1）维持燃烧室内的高温；（2）使供风量与需氧量同步增减；（3）提高燃烧室内气体湍流程度；低硫原料配入法; 2)高烟囱稀释排放; 3)烟气脱硫法。1. 1 低硫原料配入法 烧结烟气中的SO2的来源主要是铁矿石中的FeS2或FeS、燃料中的S(有机硫、FeS2或FeS)与氧反应产生的,一般认为S 生成SO2的比率可以达到85%95%. 因此,在确定烧结原料方案时,适当地选择配入含硫低的原料,从源头实现对SO2排放量的控制,是一种简单易行有效的措施。该法因对原料含硫要求严格,使其来源受到了一定的限制,烧结矿的生产成本也会随着低硫原料的价格上涨而增加。就目前原料短缺的现状来看, 此法难以全面推广应用。1. 2 高烟囱稀释排放烧结烟气中SO2的质量浓度一般在10003000 mg/m3且烟气量大,若回收在经济上投资较大,故大多数国家仍以高烟囱排放为主,如美国烟囱最高达360m.我国包钢烧结厂目前采用低含硫原料、燃料,烧结烟气经200m高烟囱排放,SO2最大落地质量浓度在0. 017mg/m3以下。宝钢的烧结厂采用200 m高烟囱稀释排放。这种方法简单易行,又比较经济。从长远来看,高烟囱排放仅是一个过渡。但在当时条件下,采用高烟囱稀释排放作为控制SO2 污染的手段是正确的。1. 3 烟气脱硫法低硫原料配入法和高烟囱排放简单易行,又较经济。但我国SO2的控制是排放浓度和排放总量双重控制,因此,为根本消除SO2污染,烟气脱硫技术在烧结厂的应用势在必行。烟气脱硫是控制烧结烟气中SO2污染最有效的方法。目前世界上研发的烟气脱硫技术有200多种,进入大规模商业应用的只有10余种,我国也先后引进了不同的脱硫装置主要用于火电厂,而国内用于烧结烟气脱硫的技术进展较慢。国内仅有几个小烧结上了脱硫设施。如广钢2台24平烧结机采用双碱法工艺,临汾钢厂利用烧结烟气处理焦化废水等,因脱硫设施或多或少存在一些问题,所以运行也不正常。2. 烧结烟气的特点烧结烟气是烧结混合料点火后,随台车运行,在高温烧结成型过程中所产生的含尘废气。它与其他环境含尘气体有着明显的区别,其主要特点是:1) 烟气量大,每生产1t烧结矿大约产生40006000m3烟气。2) 烟气温度较高,随工艺操作状况的变化,烟气温度一般在150 上下。3) 烟气挟带粉尘多。4) 含湿量大。为了提高烧结混合料的透气性, 混合料在烧结前必须加适量的水制成小球,所以含尘烟气的含湿量较大,按体积比计算,水分含量在 10 %左右。 5) 含有腐蚀性气体。高炉煤气点火及混合料的烧结成型过程,均将产生一定量的SOx,NOx,它们遇水后将形成酸,对金属结构会造成腐蚀。6) 含SO2浓度较低,根据原料和燃料差异而变化,一般在10003000 mg/m3 .3. 烧结烟气脱硫技术3. 1 技术现状分析烧结烟气脱硫的研究,日本居于世界领先地位, 按照严格的环境保护标准,在上世纪70年代建设的大型烧结厂采用了烧结烟气脱硫法,脱硫工艺多为湿式吸收法。80年代以后,主要采用钢渣石膏法、氨硫铵法、活性焦吸附法、电子束照射法等。钢渣石膏法是利用转炉废渣研磨制成的浆液为脱硫剂,产品为低浓度石膏。该法脱硫效率高、投资省。利用了废渣,但易结垢、产品不能利用。氨硫铵法脱硫工艺是利用焦化厂产生的氨气, 脱除烧结烟气中的SO2 . 该法脱硫效率高,副产品可利用。但存在氨损、副产物稳定化、副产品品质、副产品的市场化等问题。活性焦吸附法烟气脱硫在脱除SO2的同时,能不同程度脱除废气中的HCl 、HF等有害气体;装置占地面积较小;副产品经综合加工后可利用。但存在运行成本高、设备庞大且造价高、腐蚀问题突出、硫资源回收处理等外围系统复杂、系统长期运行稳定性差等问题。电子束法烟气脱硫能同时脱硫脱硝,过程简单, 不产生废水废渣,副产品可用作化肥。但系统的安全性差,运行成本高,电子加速器价格昂贵,脱硫产物难以有效捕集及利用,应用范围受到限制。3. 2 密相干塔烟气脱硫技术密相干塔烟气脱硫技术是北京科技大学环境工程中心针对我国国情开发的一种先进的半干法烟气脱硫技术,具有脱硫效率高、投资运行费用低、可靠性高、占地面积小、无废水产生、副产物易处理等优点。在欧洲,已有20多家相当规模的电站锅炉、工业锅炉和工业炉窑工业化应用了该技术。3. 2. 1工艺过程该工艺的原理是利用干粉状的钙基脱硫剂,与密相干塔及布袋除尘器除下的大量循环灰一起进入加湿器内进行增湿消化,使混合灰的水分含量保持在3%到5%之间,加湿后的循环灰由塔上部进料口进入塔内,工艺流程如图1所示。含水分的循环灰有极好的反应活性和流动性,与由塔上部进入的烟气发生反应。脱硫剂不断循环利用,脱硫效率可达95%。最终脱硫副产物由灰仓溢流出循环系统,通过气力输送装置送入废料仓。整个工艺流程主要包括:1) SO2的吸收。预除尘后的烟气由塔上部入口进入,在塔内与高活性的钙基脱硫剂进行SO2 吸收反应,反应后的烟气由塔下部烟道出口排出,经除尘器除尘净化后排入大气。2) 脱硫剂的循环利用。塔内落下的反应产物、除尘器收集的颗粒物和新吸收剂一起通过输送装置输送到塔上部的加湿器内,在加湿器内加少量水增湿活化后再次进入塔内进行脱硫反应,实现脱硫剂的循环利用。3) 该过程发生的主要反应式如(1)(7) 。CaO + H2O Ca (OH) 2 , (1) Ca (OH) 2 + SO2 + 1/ 2H2OCaSO3 1/2H2O + H2O , (2) Ca (O H) 2 + SO3 + H2OCaSO4 2H2O , (3) CaSO3 1/2H2O + 1/ 2O2 + 3/ 2H2O CaSO4 2H2O , (4) Ca (O H) 2 + CO2 CaCO3 + H2O , (5) Ca (OH) 2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O , (6) Ca (O H) 2 + 2HF CaF2 + 2H2O. (7)3. 2. 2 工艺特点1) 脱硫剂用量少而且利用率高,循环过程中的脱硫剂颗粒在搅拌器的破碎作用及烟气强烈湍流引起的相互摩擦作用下,包裹着CaSO3(或CaSO4)外壳的未反应的Ca(OH)2不断裸露出来,使脱硫反应不断充分地进行,脱硫率高达95%,同时可以去除SO3、HCl、HF等;2) 耗水量低,脱硫剂通过加湿提高其活性所用的水非常少,通常循环脱硫剂的含水质量比为3%5%;3) 塔内的搅拌器强化了传质过程,延长了脱硫反应的时间,保证了系统的运行效果;4) 系统对不同SO2 浓度的烟气及负荷变化的适应能力极强,这是该技术的显著优点;5) 脱硫剂在整个脱硫过程中处于干燥状态,操作温度高于露点,没腐蚀或冷凝现象,无废水产生;6) 塔体用普通钢材制作,无需合金、涂料和橡胶衬里等特殊防腐措施;7) 烟气无需再加热即可排放。3. 2. 3 系统的自动控制整个工艺过程设两个控制回路:通过调节加湿器内加入水量来保证密相干塔中反应的温度及恒定的烟气出口温度;通过对进出口烟气流量和SO2 浓度的连续监测,调整吸收剂的加入量。参考文献1小型燃煤锅炉冒黑烟的原因分析 殷宪芬 冯相华 煤矿环境保护20022锅炉烟尘净化及形成原因 孙连华 中国新技术新产品 20103环境保护标准制定项目【固体污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法】编制说明4 脱硫工艺技术2t/h生活锅炉主要用于为厂矿、企事业单位提供炊事、洗澡等生活用蒸汽，一般多配一台旋风除尘器净化烟气。随着烟气排放标准的日趋严格，致使烟气中的粉尘和二氧化硫浓度都大大地超过国家规定的现行锅炉烟气排放标准，故需设计一套锅炉烟气净化系统，降低锅炉烟气中的粉尘和二氧化硫浓度，使其实现达标排放。本课题的目的是使学生了解国内外生活锅炉烟气污染及治理现状，根据生活锅炉的实际工作情况，分析燃烧过程烟尘产生的原因，设计具有使用价值的锅炉烟气净化系统。掌握环境污染治理工程的设计方法和步骤。二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程1设计内容：2t/h生活锅炉烟尘净化系统的设计。根据相应的参数初步设计以脱硫除尘，防止黑度超标等工艺于一体的生活锅炉除尘技术。目的是使学生了解国内外生活锅炉烟气污染及治理现状，根据生活锅炉的实际工作情况，