南京航空航天大学能源与动力学院.ppt

1 热动力装置的排气污染与噪声 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 2 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃料燃烧与大气污染煤粉燃烧Nox的产生机理降低Nox的燃烧技术Sox的生成与控制烟尘的生成与控制 3 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 能源构成 4 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 能源构成我国每年的一次能源消耗约为9 7亿吨标准煤 我国能源构成是 2002 煤占75 8 石油占17 0 天然气占2 1 水电占4 9 5 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 我国NOx污染现状1990年我国氮氧化物的排放量约为910万吨 其中近70 来自于煤炭的直接燃烧 固定源是NOx排放的主要来源1995年全国机动车辆 不包括农用车辆 的NOx排放量为141 3万吨2000年1561万吨2010年2194万吨 6 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 时段 1992年8月1日之前建成投产或初步设计已通过审查批准的新 扩 改建火电厂 时段 1992年8月1日起至1996年12月31日期间环境影响报告书通过审查批准的新 扩 改建火电厂 包括1992年8月1日之前环境影响报告书通过审查批准 初步设计待审查批准的新 扩 改建火电厂 时段 1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新 扩 改建火电厂 7 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 第 时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度 mg m3注 1 锅炉额定蒸发量低于1000t h的暂不要求 中华人民共和国国家标准火电厂大气污染物排放标准GB13223 1996 8 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 锅炉最高允许烟尘排放浓度和烟气黑度 9 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 锅炉最高允许SO2和NOx排放浓度 10 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 气体燃料为清洁燃料煤为污染燃料 11 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 含N量原油0 1 1 0wt 12 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 不同燃烧方式煤粉炉链条炉抛煤机炉沸腾炉 13 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃煤产生Nox的方式 1600K 基本全来自 燃料 NO 1700K 75 来源于 燃料 NO 1873K 热力 NO占 25 30 燃料中的氮化合物分解产生HCN CN NHi 键能比N2小 低温分解 14 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图 15 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 氮的转换率与含氮化合物的种类无关与含氮量有关 16 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 氮的转换率与燃料 空气当量系数关系 17 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃料氮与含N量和过量空气系数的关系Turner 上升 NO 上升含氮量上升 NO 上升 18 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 挥发N与焦炭N 19 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 热速率与挥发N 20 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 挥发N反应机理HCN CN N NO N2 21 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 影响挥发NO的因素挥发份释放总量挥发份量越多 挥发NO越多 温度的影响着火区氧浓度过量空气系数稀释效应停留时间贫燃料富燃料 22 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 焦炭No焦炭NO释放量与燃尽率的关系 23 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 焦炭NO的生成机理焦炭NO的氧化速率焦炭NO的生成速率 24 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 焦炭NO的消耗反应 25 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 煤粉炉内焦炭NO的消耗反应速率 26 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃烧方式对NO生成的影响过量空气系数 27 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 炉内燃烧过程影响温度的影响 28 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 温度变化 29 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 降低Nox途径 低N燃料过浓燃烧N NO N2过淡燃烧 空气过量 降低温度 增加停留时间 燃料过量 30 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 降低Nox具体方法 分级燃烧 空气分级 再燃烧 燃料分级 低氧燃烧浓淡偏差燃烧烟气再循环 31 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 降低Nox具体方法 炉膛喷射脱硝 包括喷氨及尿素 喷入水蒸汽 喷入二次燃料 烟气脱硝 1 干法脱硝 烟气催化脱硝 电子束照射烟气脱硝 2 湿法脱硝 32 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 分级燃烧将燃料的燃烧过程分阶段完成 第一阶段减少供气量到70 75 第二阶段将完全燃烧所需的其余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA OverFireAir 火上风 喷入炉膛 为了保证既能减少排放 又能保证锅炉燃烧的经济 可靠性 必须正确组织空气分级燃烧过程 33 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 分级燃烧1级空气富燃料燃烧2级空气贫燃料燃烧 34 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 分级燃烧燃烧室内分级燃烧燃烧器内分级燃烧 35 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃烧室内分级燃烧减少Nox排放 15 30 36 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃烧器内分级燃烧 37 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 采用分级燃烧需注意 一次风量与二次风量比例燃尽风率 38 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 采用分级燃烧需注意 二次风送入位置燃尽风率 39 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 再燃烧法 再燃低NOX燃烧技术又称为燃料分级或炉内还原 IFNR 技术 它是近二十年发展起来的一种很有前途的低NOX技术 其原理示意图见图再燃低NOX燃烧技术可以大幅度降低NOX排放 一般情况下可以使NOX排放浓度降低50 以上再燃技术可以保证燃料燃烧初期的良好燃烧条件 可以解决其他低NOX燃烧技术在燃用低挥发分煤种效果较差的问题 40 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 再燃烧区燃尽区 41 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 42 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 国内外的研究者对天然气 煤粉 焦炉煤气 生物质燃料 水煤浆等不同燃料作为再燃燃料还原NOx机理和燃料特性 主燃区化学当量比 再燃区化学当量比 再燃燃料比例 再燃区温度和再燃区停留时间等因素对NOx再燃的影响及NOx再燃的数值模拟进行了研究 研究 尤其是NOx再燃的数值模拟 主要针对天然气再燃 早在1980年日本三菱公司就将再燃技术应用于实际锅炉 NOx排放减少50 以上 美国能源部的 洁净煤技术 计划也包括再燃技术 其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料 NOx排放减少30 到70 在日本 美国 欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉改造 在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益 43 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 低氧燃烧扩散燃烧 44 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 低氧燃烧 45 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧技术通过燃烧器将燃料空间分级 导致在燃烧室空间上形成偏离化学当量比的浓燃料区和淡燃料区分级燃烧和燃料再燃的方法是通过组合燃料和配风的空间位置来组织浓淡燃烧的一种形式 46 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 47 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 关键是如何组织浓淡分开 48 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 烟气再循环再循环率r 49 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 烟气再循环 50 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 低N燃烧器阶段燃烧器自身再循环型浓淡燃烧器分割火焰型混合促进型 51 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 阶段燃烧器 52 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 阶段燃烧器 53 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 阶段燃烧器 54 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 阶段燃烧器 55 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 阶段燃烧器 56 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 自身再循环型 57 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 自身再循环型 58 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 59 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 60 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 61 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 清华大学的方案 62 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 63 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 64 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 65 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 66 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 浓淡燃烧器 67 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 分割火焰型 68 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 69 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 各种低NO燃烧技术是降低燃煤锅炉NO排放值最主要亦较经济的技术 但一般只降低排放50 左右 据环保法对排放的要求 应低于40 方可 故应考虑燃烧后的烟气脱硝处理技术 炉膛内脱硝烟道内烟气脱硝新型燃烧技术 70 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 炉膛内脱硝向炉膛喷射某种物质 可在一定温度条件下还原或氧化已生成的一氧化氮 以降低的排放量 包括喷水法 二次燃烧法 喷氨法 71 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷水法NO NO2 NO2 HNO3但NO氧化较困难 需喷入臭氧或高锰酸钾 不现实 72 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷二次燃料即前述燃料分级燃烧 但二次燃料不会仅选择NO反应 它还会与氧气反应 使烟气温度上升 73 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷氨法 尿素等氨基还原剂 74 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷氨法 尿素等氨基还原剂 75 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷氨法 尿素等氨基还原剂 由于氨只和烟气NO中反应 而一般不和氧反应 这种方法亦称选择性非催化剂吸收 SNCR 法 但不用催化剂 氨还原NO仅在950 1050这一狭窄范围内进行 故喷氨点应选择在炉膛上部对应位置 采用炉膛喷射脱硝 喷射点必须在950 1050摄氏度之间 喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行 使用最少量氨达到最好效果的重要条件 76 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷氨法 尿素等氨基还原剂 若喷入的氨未充分反应 则泄漏的氨会到锅炉炉尾部受热面 不仅使烟气飞灰容易沉积在受热面 且烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫酸氨 粘性 易堵塞空气预热器 并有腐蚀危险 总之 SNCR喷氨法投资少 费用低 但适用范围窄 要有良好的混合及反应空间 时间条件 当要求较高的脱除率时 会造成氨泄漏过大 77 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 喷氨法 尿素等氨基还原剂 可以加入催化剂TiO2或碳基催化剂 可以降低反应温度 控制在300 400 78 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 烟道内烟气处理在炉膛出口后部进行烟气处理基本方法同炉膛内烟气处理 79 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 干法脱硝包括使用催化剂来促进还原反应的选择性催化脱硝法 SCR 电子束照射法和同时脱硫脱硝法 80 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 选择性催化脱硝法 SCR 烟气SCR脱硝法采用催化剂促进氨与还原反应 若使用钛和铁氧化物类催化剂 其反应温度为300oC至400oC 当采用活性焦炭时 其反应温度为100oC至150oC 81 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 选择性催化脱硝法 SCR 反应器在锅炉尾部烟道的位置 有三种方案 1 在空气预热器前350摄氏度位置 2 在静电除尘器和空气预热器之间 3 布置在FGD 湿法烟气脱硫装置 之后 82 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 SCR反应器 置于空气预热器前的高尘烟气中 83 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 SCR反应器 置于空气预热器前的高尘烟气中此时 烟气中含有飞灰 二氧化硫 故反应器在 不干净 的高尘烟气中 但此处温度在300到500oC之间 适用于多数催化剂 但寿命受下列因素影响 烟气飞灰中Na K Ca Si As会使催化剂中毒或污染 飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器蜂窝堵塞 如烟气温度升高 会使CATA 烧结或使之再结晶失效 如烟气温度降低 氨会和三氧化硫生成硫酸氢铵 堵塞烟道 高活性CATA 会使二氧化硫氧化成三氧化硫 84 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 SCR喷氨法催化剂反应器置于空气预热器与静电除尘器之间 85 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 SCR喷氨法催化剂反应器布置在FGD 湿法烟气脱硫装置 之后 86 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 SCR喷氨法催化剂反应器布置在FGD 湿法烟气脱硫装置 之后布置在FGD 湿法烟气脱硫装置 之后其优点显而易见 此时可使用高活性CATA 且结构紧凑 其寿命较长 问题 反应器在FGD之后 温度仅有50 60度 故需加热升温 87 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 硫化物 硝化物和粉尘联合控制工艺近年来 美国巴布科克 威尔科克斯 B W 公司开发了一种SNRB技术 其特点是使用一种高温布袋除尘器 将脱硫脱硝和除尘结合到一起 其原理为 将钙基或钠基碱性吸收剂喷入烟气中脱硫 将高温催化剂喷入耐高温陶瓷纤维袋内并通过喷氨脱硝 高温脉冲喷射布袋除尘 88 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 硫化物 硝化物和粉尘联合控制工艺 89 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 湿法烟气脱硝 1 同时脱硫脱硝的湿式系统 石灰 石膏法 采用生石灰 消石灰和微粒碳酸钙制成吸收液 加入少量硫酸 将其PH调制4 4 5 在洗涤塔内反应如下 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H2OCaSO3 SO2 H2O Ca HSO3 2NO 2Ca HSO3 2 H2O 1 2N2 2CaSO4 2HO 2SO2NO2 2Ca HSO3 2 2H2O 1 2N2 2CaSO4 2HO 2SO2 氨 石膏法 90 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 湿法烟气脱硝 2 二氧化氯氧化吸收 91 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 湿法烟气脱硝 3 臭氧氧化吸收 4 高锰酸钾氧化吸收法 92 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 93 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 94 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 流化床燃烧炉内燃烧温度低 NO生成量少炉内脱硫 最佳温度为800 900 95 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 流化床燃烧炉内脱硝主要为燃料N1床温2过量空气系数3床内压力 96 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 97 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 二段燃烧部分空气从布风板进入床内 贫氧燃烧部分空气直接送入床层以上 98 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 99 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 增压流化床压力提高促进C对NO的还原反应压力延长挥发分在煤粒内的移动时间 降低挥发分的释出 减少挥发分N 100 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 燃气 蒸汽联合循环燃气轮机组合蒸汽轮机 可以回收从高温到低温的大量能量 可以提高总的热效率 101 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 整体煤气化联合循环发电 IGCC 102 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 增压流化床联合循环 PFBC CC 103 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 水煤浆燃烧 104 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 水煤浆燃烧水煤浆代油燃烧技术既保持了煤炭原有的物理特性 又具有石油一样的流动性和稳定性 被称为液态煤炭产品加入了表面活性剂后降低其粘度能够获得很好的流动性是一种很好的清洁燃料解决能源的运输问题 105 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 水煤浆低污染在水煤浆制备时可以进行净化处理水的降温作用 106 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 水煤浆燃烧 107 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 水煤浆制备原煤的洗选 添加剂 分散剂和稳定剂 的添加 水的配备 研磨 储存等在水煤浆制备时可以进行净化处理 含灰和硫都大为降低 108 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 109 Sox的生成与控制 110 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 煤内Sox的组成有机硫 硫茂 硫醇 二硫化物 均匀分布 无机硫 FeS2等 独立相 加热时 挥发分 残留在焦炭中的无机硫 与灰中碱金属氧化物反应成硫酸盐 111 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 煤内Sox的生成SO2 SO3氧原子氧化 火焰 催化作用 低温受热面 112 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 影响Sox生成量的因素燃料含S量过量空气系数大 SO