大气污染治理.ppt

第三章大气污染控制技术 3 1大气污染的一般概念3 2大气污染气象学基础3 3空气除尘技术3 4可溶性气体污染物去除技术 3 1大气污染的一般概念 3 1 1大气污染及其分类3 1 2大气污染的对环境的影响3 1 3我国大气污染概况3 1 4大气污染控制及环境标准 3 2大气污染气象学基础 3 2 1大气圈结构与气象要素3 2 2大气的热力过程3 2 3大气的运动和风 3 1 1大气污染及其分类 1 大气污染的定义大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平 造成可测的对人体 动物 植被和材料的影响的大气状况 大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度 造成有害的影响的大气状况 这种成分可能对人体健康 植被 器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响 如果大气中的物质达到一定浓度 并持续足够的时间 以致对公众健康 动物 植物 材料 大气特性或环境美学产生可测量的不利影响 这就是大气污染 2 排放源分类 人为因素交通发电工业生产工业与民用燃烧其他 自然因素地理因素 火山天气因素 日照微生物作用 腐烂植被因素其他 亚洲的典型空气污染源 发电 工业 交通 民用燃料 植物燃烧等 3 形成类型分类 一次大气污染物 直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物一次大气污染物来源 3 形成类型分类 二次大气污染 二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质 光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物 光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧 O3 和过氧乙酰硝酸酯 PAN 光化学烟雾形成过程 光化学烟雾对比照片 细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大形成气溶胶 长期悬浮在空气中细颗粒物本身可能是有毒 有害物质细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体细颗粒物污染可导致低能见度显著降低 4 污染物性状分类 细颗粒物污染 碳氢气体污染物一氧化碳污染物二氧化硫氮氧化物臭氧层破坏气体温室气体 4 污染物性状分类 气态污染物 4 污染物性状分类 酸沉降 酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累 致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的 致酸物质按存在形态分为干和湿两种 自然源 电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质 酸雨的危害 水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长 最终导致死亡 引起树木的大量不正常死亡 严重腐蚀建筑物 中国酸雨的分布变化主要位于长江以南 3 1 2大气污染对环境的影响 1 对人体健康的影响CO对人体健康的影响 NO2对人体健康的影响 突发性严重大气污染事故 1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性 2 对植物的伤害 二氧化氮浓度和暴露时间与植物死亡 叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系 3 对器物和材料的影响 平均二氧化硫浓度和不同暴露时间对低碳钢的腐蚀作用关系 4 对大气能见度的影响 对大气能见度或清晰度有影响的污染物 一般应是气溶胶粒子 能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体 包括 总悬浮颗粒物 TSP SO2和其它气态含硫化合物 在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子NO和NO2 在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子光化学烟雾 反应生成亚微米气溶胶粒子 3 1 4大气污染控制及环境标准1 空气污染及控制系统 2 大气污染控制的研究内容 空气污染源污染物在大气中的物理 化学行为污染物对受体的影响污染控制技术控制大气污染的法律法规 3 2大气污染气象学基础3 2 1大气圈结构与气象要素 大气圈垂直结构 对流层 10km左右 集中了大气质量的3 4和全部的水蒸气 主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低 每升高100m平均降温0 650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均 近地层 地面上50 100m 热量和动量的常通量层 大气圈垂直结构 平流层 对流层顶 50 55km 同温层 对流层顶35 40km 气温 550C左右同温层以上 气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动 污染物停留时间很长中间层 平流层顶 85km 气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈 大气圈垂直结构 暖层 中间层顶 800km 气温随高度升高而增高气体分子高度电离 电离层散逸层 暖层以上 气温很高 空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸 主要气象要素 1 气温天气预报中 1 5m高 百叶箱内气温 野外空气流通 不受太阳直射下 2 气压单位 mb 毫巴 大气的压强1atm 101326Pa 1013 26mb 760mmHg 主要气象要素 3 气湿绝对湿度 1m3湿空气中含有的水汽质量相对湿度 空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比含湿量 湿空气中1kg干空气包含的水汽质量水汽体积分数 水汽在湿空气中所占的体积分数露点 同气压下空气达到饱和状态时的温度 主要气象要素 4 风向和风速水平方向的空气运动叫做风 垂直方向 升降气流 风的来向叫风向 16个方位圆周等分 风速 单位时间内空气在水平方向上运动距离 2或10min平均 km h F 风力级 0 12级 主要气象要素 5 云大气中水汽的凝结现象叫做云 使气温随高度变化小 云量 天空被云遮蔽的成数 我国10分 国外8分 云高 云底距地面底高度低云 2500m以下 中云 2500 5000m 高云 5000m以上 云状 卷云 线 积云 块 层云 面 雨层云 无定形 主要气象要素 6 能见度正常视力的人 在天空背景下能看清的水平距离级别 0 9级 相应距离为50 50000米 3 2 2大气的热力过程 太阳 大气和地面的热交换太阳以紫外线 可见光 红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化 气温的垂直分布 温度层结 气温的垂直分布 温度层结 大气稳定度及其判据 定义 大气在垂直方向上稳定的程度 反映其是否容易对流 大气稳定度 定性描述 不稳定条件下有利于扩散 逆温 逆温不利于扩散辐射 辐射逆温 地面白天加热 大气自下而上变暖 地面夜间变冷 大气自下而上冷却 逆温 辐射逆温的生消过程 烟流型与大气稳定度的关系 波浪型 不稳 锥型 中性or弱稳 扇型 逆温 爬升型 下稳 上不稳 漫烟型 上逆 下不稳 温度垂直分布 本节内容 3 3颗粒物污染控制技术3 3 1颗粒污染物性质表征3 3 2机械除尘技术3 3 3电除尘技术3 3 4湿式除尘技术3 3 5过滤除尘技术3 3 6除尘器的选择 3 3 1颗粒污染物性质表征 1 颗粒粒径A 显微镜观测法粒径测量 显微镜法观测粒径直径的三种方法 B 筛分法筛分直径 颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示 每英寸长度上筛孔的个数C 光散射法等体积直径de 与颗粒体积相等的球体的直径D 沉降法斯托克斯 Stokes 直径ds 同一流体中与颗粒密度相同 沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da 在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度 1g cm3 的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关 是除尘技术中应用最多的两种直径 2 粒径分布描述粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数 或质量或表面积 所占的比例 粒数分布 每一间隔内的颗粒个数粒数频率 第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数 ni之比粒数筛下累积频率 小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比 连续化描述 频率分布 粒径dp到dp dp之间的尘样质量占总尘样质量的百分数 即频率密度分布 即单位粒径间隔宽度的频率分布筛下累积频率分布 小于某一粒径dp的尘样占尘样总质量的百分数 粒径分布函数 用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布正态分布频率密度筛下累积频率标准差 3 平均粒径长度平均直径表面积平均直径体积平均直径体积 表面积平均直径 4 粉尘密度单位体积粉尘的质量 kg m3或g cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙 真密度 p用堆积体积计算 堆积密度 b空隙率 粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比 5 粉尘的比表面积单位体积粉尘所具有的表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积 6 粉尘的安息角与滑动角 安息角 粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角滑动角 自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标安息角和滑动角的影响因素 粉尘粒径 含水率 颗粒形状 颗粒表面光滑程度 粉尘粘性 7 粉尘的含水率 粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分含水率 水分质量与粉尘总质量之比含水率影响粉尘的导电性 粘附性 流动性等物理特性吸湿现象平衡含水率 8 粉尘的润湿性 润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿性与粉尘的种类 粒径 形状 生成条件 组分 温度 含水率 表面粗糙度及荷电性有关 还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关 粉尘的润湿性随压力增大而增大 随温度升高而下降润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 9 粉尘的荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷荷电因素 电离辐射 高压放电 高温产生的离子或电子被捕获 颗粒间或颗粒与壁面间摩擦 产生过程中荷电天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1 10荷电量随温度增高 表面积增大及含水率减小而增加 且与化学组成有关 10 粉尘的导电性比电阻 表征粉尘的导电性指标 以电阻率表示 由于其电阻率与测定时的条件有关 只是一种可以相互比较的表观电阻率 通常称为比电阻 单位 m 导电机制 高温 200oC以上 粉尘本体内部的电子和离子 体积比电阻低温 100oC以下 粉尘表面吸附的水分或其他化学物质 表面比电阻中间温度 同时起作用比电阻对电除尘器运行有很大影响 适宜范围104 1010 m 11 粉尘的粘附性 粘附和自粘现象 粉尘粘附在固体表面 或颗粒彼此相互附着现象粘附力 克服附着现象所需要的力粘附力 分子力 范德华力 毛细力 静电力 库仑力 分类 不粘性 微粘性 中等粘性 强粘性粒径 形状 表面粗糙度 润湿性 荷电量均影响粘附性有利的方面 有利于粉尘颗粒的捕集不利的方面 管道或设备堵塞 12 粉尘的自燃性和爆炸性 粉尘的自燃性自燃自然发热的原因 氧化热 分解热 聚合热 发酵热影响因素 粉尘的结构和物化特性 粉尘的存在状态和环境 13 粉尘的爆炸性 粉尘发生爆炸必备的条件 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度 爆炸浓度下限爆炸浓度上限存在能量足够的火源 3 3 2机械除尘技术 机械除尘器通常指利用质量力 重力 惯性力和离心力 的作用使颗粒物与气体分离的装置 常用的有 重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器 1 重力沉降室 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置气流进入重力沉降室后 流动截面积扩大 流速降低 较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降层流式和湍流式两种 重力沉降室原理 沉降室的长宽高分别为L W H 处理烟气量为Q气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率 层流式重力沉降室 对于stokes粒子 重力沉降室能100 捕集的最小粒子的dmin计算 重力沉降室 提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0 3 2 0m s 重力沉降室 重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小 一般为50 100Pa 维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置 除去较大和较重的粒子 2 惯性除尘器 机理沉降室内设置各种形式的挡板 含尘气流冲击在挡板上 气流方向发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性力作用 使其与气流分离 惯性除尘器应用 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高 一般只用于多级除尘中的一级除尘 捕集10 20 m以上的粗颗粒压力损失100 1000Pa 3 旋风除尘器 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器内气流与尘粒的运动 普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体和排气管等组成气流沿外壁由上向下旋转运动 外涡旋少量气体沿径向运动到中心区域旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转 内涡旋气流运动包括切向 轴向和径向 切向速度 轴向速度和径向速度 旋风除尘器气流与尘粒的运动 切向速度决定气流质点离心力大小 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上涡旋 气流从除尘器顶部向下高速旋转时 一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上 到达顶部后 再沿排出管外壁旋转向下 最后从排出管排出 分离机理 在内 外旋涡的交界面上 作用在粒子上的离心力FC mvt2 r向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD Avr若FC FD 颗粒移向外壁若FC FD 颗粒进入内涡旋当FC FD时 有50 的可能进入外涡旋 既除尘效率为50 影响旋风分离器效率的因素 结构尺寸 直径 錐角 内外旋涡分界烟尘物性 气体粘度 颗粒密度操作条件 进风量 切向线速度 旋风分离器设计考虑关键因素分离效率气体压降 3 3 3电除尘技术 旋风除尘器对于dp 5 m的粒子效率低 必须借助外力 电场力等 捕集更小的粒子使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于 分离力直接作用在粒子上 而不是作用在整个气流上具有耗能小 气流阻力小的特点 1 电除尘器的工作原理 三个基本过程悬浮粒子荷电 高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集 延续的电晕电场 单区电除尘器 或光滑的不放电的电极之间的纯静电场 双区电除尘器 捕集物从集尘表面上清除 振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗 3 3 4湿式除尘技术 使含尘气体与液体 一般为水 密切接触 利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置可以有效地除去直径为0 1 20 m的液态或固态粒子 亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器的压力损失为0 2 1 5kPa 对10 m以上粉尘的净化效率可达90 95 高能湿式除尘器的压力损失为2 5 9 0kPa 净化效率可达99 5 以上 湿式除尘器 湿式除尘器 湿式除尘器 根据湿式除尘器的净化机理 大致分为重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器文丘里洗涤器其他形式 湿式除尘器 主要湿式除尘装置的性能和操作范围 湿式除尘器的优点 在耗用相同能耗时 比干式机械除尘器高 高能耗湿式除尘器清除0 1 m以下粉尘粒子 仍有很高效率 可与静电除尘器和布袋除尘器相比 而且还可适用于它们不能胜任的条件 如能够处理高温 高湿气流 高比电阻粉尘 及易燃易爆的含尘气体在去除粉尘粒子的同时 还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物 既起除尘作用 又起到冷却 净化的作用 湿式除尘器的缺点 排出的污水污泥需要处理 澄清的洗涤水应重复回用净化含有腐蚀性的气态污染物时 洗涤水具有一定程度的腐蚀性 因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器 容易结冻 应采取防冻措施 3 3 5过滤除尘技术 使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置分类 空气过滤器滤纸或玻璃纤维 颗粒层除尘器砂 砾 焦炭等颗粒物 袋式除尘器纤维织物 袋式除尘器 采用纤维织物作滤料的袋式除尘器 主要讨论 在工业尾气的除尘方面应用较广除尘效率一般可达99 以上效率高 性能稳定可靠 操作简单 因而获得越来越广泛的应用 袋式除尘器的工作原理 含尘气流从下部进入圆筒形滤袋 在通过滤料的孔隙时 粉尘被捕集于滤料上沉积在滤料上的粉尘 可在机械振动的作用下从滤料表面脱落 落入灰斗中粉尘因截留 惯性碰撞 静电和扩散等作用 在滤袋表面形成粉尘层 常称为粉层初层 袋式除尘器的工作原理 新鲜滤料的除尘效率较低粉尘初层形成后 成为袋式除尘器的主要过滤层 提高了除尘效率随着粉尘在滤袋上积聚 滤袋两侧的压力差增大 会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去 使除尘效率下降 除尘器压降过高 还会使除尘系统的处理气体量显著下降 因此除尘器阻力达到一定数值后 要及时清灰清灰不应破坏粉尘初层 袋式除尘器除尘效率的影响因素 粉尘负荷过滤速度 烟气实际体积流量与滤布面积之比 也称气布比过滤速度是一个重要的技术经济指标 选用高的过滤速度 所需要的滤布面积小 除尘器体积 占地面积和一次投资等都会减小 但除尘器的压力损失却会加大 一般来讲 除尘效率随过滤速度增加而下降过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关 压力损失 重要的技术经济指标 不仅决定着能量消耗 而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等滤料的要求 容尘量大 吸湿性小 效率高 阻力低使用寿命长 耐温 耐磨 耐腐蚀 机械强度表面光滑的滤料容尘量小 清灰方便 适用于含尘浓度低 粘性大的粉尘 采用的过滤速度不宜过高表面起毛 绒 的滤料容尘量大 粉尘能深入滤料内部 可以采用较高的过滤速度 但必须及时清灰清灰 清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环 多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 常用的清灰方式有三种 机械振动式逆气流清灰脉冲喷吹清灰 袋式除尘器的应用 袋式除尘器作为一种高效除尘器 广泛用于各种工业部门的尾气除尘比电除尘器结构简单 投资省 运行稳定 可以回收高比电阻粉尘与文丘里洗涤器相此 动力消耗小 回收的干粉尘便于综合利用对于微细的干燥粉尘 采用袋式除尘器捕集是适宜 3 3 6除尘器的选择 评价净化装置性能的指标技术指标处理气体流量净化效率压力损失经济指标设备费运行费占地面积 除尘器的合理选择 1 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度2 粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响 除尘器的合理选择 除尘器的合理选择 3 气体的含尘浓度气体的含尘浓度较高时 在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备 去除粗大尘粒4 气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素高温 高湿气体不宜采用袋式除尘器烟气中同时含有SO2 NO等气态污染物 可以考虑采用湿式除尘器 但是必须注意腐蚀问题5 选择除尘器时 必须同时考虑捕集粉尘的处理问题 除尘器的合理选择 6 其他因素设备的位置 可利用的空间 环境条件设备的一次投资 设备 安装和工程等 以及操作和维修费用 小结 颗粒污染物性质粒径 密度 比表面积 润湿性 荷电性 导电性 机械除尘技术重力沉降 惯性除尘 旋风分离电除尘技术湿式除尘技术喷淋塔 旋液塔 文丘里管过滤除尘技术袋式过滤除尘器的选择 本节内容 3 4气态污染物控制技术3 4 1气态污染物种类与性质3 4 2气态污染物一般净化方法3 4 3SO2去除技术3 4 4NOX去除技术3 4 5VOC去除技术 3 4 1气态污染物种类与性质 种类 SO2 NOX HC 碳氢化合物 CO VOC 酸碱性 SO2气体呈酸性 NH3气体呈碱性溶解性 SO2 NOX 水氧化还原性 CO 碳氢化合物 VOC等呈还原性 NOX呈氧化性 可吸附性 HC VOC 活性炭 说明 HC烃类 VOC versatileorganiccarbon 挥发性有机物 3 4 2气态污染物一般净化方法 1 冷凝法2 燃烧法3 吸收法4 吸附法5 催化转化法 1 冷凝法 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质 对气体进行冷却 使处于蒸汽状态的有害物质冷凝成液体 从废气中分离出来 达到净化的目的 适于高浓度有害气体的去除常作为吸收 吸附 燃烧等净化过程的前处理 2 燃烧法 利用氧化燃烧或高温分解的原理 把有害气体转化为无害气体的方法 直接燃烧法催化燃烧法适用于可燃或高温分解的物质不能回收有用物质 但可回收热量 3吸收法 原理 利用污染物在吸收液中的溶解性 气液平衡原理常见污染气体的平衡溶解度 右图 4 吸附法 利用某些多孔性固体吸附剂来吸附去除有害气体的方法 常用的气体吸附剂有 活性碳分子筛活性氧化铝吸附过程 物理吸附 化学吸附 反应 常用作深度净化 5 催化转化法 含污染物气体通过催化床层发生催化反应 使污染物转化为无害或易于处理的物质 应用 工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化 3 4 3SO2去除技术 1 SO2产生源2 源头控制3 燃烧中同步控制4 末端治理A 吸收法B 催化转化法C 吸附法 1 SO2产生源 人类使用的化石燃料都含有一定量的硫 燃料燃烧时 其中的硫大部分转化为SO2人为活动是SO2大量排放的主要原因 大部分的控制方法可用以下反应表示 硫氧化物的污染 早期局地环境中二氧化硫的浓度升高近100年来二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降最近二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子 硫循环与硫排放 控制技术 燃烧前常规脱硫技术 煤炭洗选 物理洗煤 化学洗煤 微生物洗煤煤炭气化 液化燃烧中脱硫技术 型煤技术循环流化床燃烧燃烧后脱硫技术 烟气脱硫 2 燃烧前脱硫技术 1 煤炭洗选技术同原煤相比 可节能10 左右 可减少二氧化硫排放量40 60 洗选煤方法可分为物理法 微生物法和化学法 广泛采用物理法中的重介质 跳汰和浮选技术 重介质法是利用密度介于煤和矸石之间的液体作为分选介质进行选煤 分选介质通常采用磁铁矿粉与水配制成的悬浮液 跳汰选煤是利用被选煤在上下波动的变速脉动将相对密度不同的煤和矸石分开 浮选是利用煤和矸石的颗粒亲水性及疏水性的差异 将其在浮选液中分开 我国以物理选煤为主 跳汰占59 重介质占23 浮选占14 燃烧前脱硫技术 2 煤炭的转化煤的气化采用空气 氧气 CO2和水蒸气作为气化剂 在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床 流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品直接液化和间接液化 燃烧前脱硫技术 3 重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应 切断碳与硫的化学键 使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫 3 燃烧中脱硫技术 1 型煤加工技术型煤是用煤粉搀加少量固硫剂加工压制成具有一定强度和形状的煤制品型煤有民用型煤和工业型煤两类 型煤固硫率一般在50 左右 并可节煤和减少烟尘排放 燃烧中脱硫技术 2 流化床燃烧技术流化床燃烧是把燃料煤和吸附剂 石灰石或白云石 加入燃烧室的床层中 从炉底鼓风使床层悬浮 形成湍流混合进行燃烧 主要特点是 1 燃烧温度低温范围 NOX的生成量仅为煤粉炉的1 3 1 4 可将石灰石粉直接混入煤粒脱硫 2 燃料适应性强 床内97 98 为惰性物料 热容量大 可燃用劣质燃料 燃烧效率达95 99 3 燃烧强度大 床内传热能力强 4 可用较低成本在燃烧过程中实现脱硫 同时降低NOX排放 流化床燃烧脱硫 流化床脱硫的化学过程脱硫剂 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3 由于孔隙堵塞 CaO不可能完全转化为CaSO4 流化床燃烧脱硫 4 燃烧后脱硫 燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10 4 10 3数量级 由于SO2浓度低 烟气流量大 烟气脱硫通常比较昂贵 世界上目前应用最广泛的石灰 石灰石脱硫技术 占烟气脱硫装机容量的80 以上 其它烟气脱硫技术 催化转化吸收技术 适合高浓度 低尘尾气 吸附脱硫技术 低尘 石灰 石灰石湿法吸收脱硫 吸收剂 石灰石或石灰浆液 反应原理 石灰 石灰石湿法工艺流程 吸收剂储槽 石灰石研磨 制浆 石灰制浆 含尘烟气 再热器 去烟囱 固液分离 第二级固液分离 固体废物 其它湿法烟气脱硫技术 双碱法用碱金属盐类 K Na 或碱溶液吸收SO2用石灰或石灰石再生吸收脱硫回流液得硫酸钙沉淀 再生液返回系统循环使用 如 Na2CO3和石灰双碱 一般Na补充量为0 05mol molSO2反应 再生 Na2CO3 半干法烟气脱硫 喷雾干燥吸收法脱硫技术 于七十年代中期在美国开发优点 脱硫产物呈干态 无需除雾器及烟气再热器 不产生微量金属元素污染的废水设备不易腐蚀投资费用低缺点 吸收剂采用石灰浆 费用较高 吸收剂利用率低 Ca S 1 5 效率80 用于高硫煤时经济性差 喷雾干燥吸收法烟气脱硫 工艺流程 喷雾干燥吸收法烟气脱硫 化学过程 生石灰制浆 SO2被液滴吸收 吸收剂与SO2的反应 液滴中过饱和沉淀析出 部分 液 被溶于液滴中的氧气所氧化 烟气脱硫工艺的综合比较 主要涉及因素脱硫效率钙硫比脱硫剂利用率脱硫剂的来源脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响对机组运行方式适应性的影响占地面积流程的复杂程度动力消耗工艺成熟度 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 评价指标1 技术成熟度 依脱硫技术目前所处的开发阶段 分为实验室 中试 示范和商业化四个阶段2 技术性能 包括脱硫效率 处理能力 技术复杂程度 占地情况 再热需要及副产品利用等 反映技术的综合性能3 环境特性 环境特性根据处理后烟气的SO2排放量与排放标准比较进行评价4 经济性 选用技术的总投资和SO2单位脱硫成本为综合经济性的评价指标 燃烧前和燃烧中技术综合评价 5 高浓度SO2尾气的回收和净化 冶炼厂 硫酸厂和造纸厂等工业 SO2浓度通常2 40 化学反应式反应1为放热反应 温度低时转化率高工业上一般采用多层催化床层 催化转化脱硫净化工艺 吸附法 SO2是一种以被吸附的气体 常用的吸附剂是活性碳 活性炭具有催化转化功能 吸附机理 第一步 物理吸附 无水蒸汽与氧气存在 第二步 化学反应 需要氧气与水蒸汽存在 反应式 活性碳脱附再生方法 加热再生 洗涤再生 NOX去除技术 1 NOX产生源2 燃烧控制3 末端治理A 催化还原法B 吸附法C 吸收法 NOX的来源 NOx包括N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5大气中NOx主要以NO NO2的形式存在NOx的来源固氮菌 雷电等自然过程 5 108t a 人类活动 5 107t a 燃料燃烧占90 95 以NO形式 其余主要为NO2由于人类活动处于集中空间范围 显示污染特性 NOX的性质 N2O 单个分子的温室效应为CO2的200倍 并参与臭氧层的破坏 NO 大气中NO2的前体物质 是形成光化学烟雾的活跃组分 NO2 硝酸酐 有强烈刺激性 来源于NO的氧化 是酸沉降的重要组成之一 燃烧过程NOx的形成机理 形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的Nox瞬时NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx NOX的主要形成机理 热力型NOX的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响 平衡时NO浓度随温度升高迅速增加 控制NOx形成的主要因素空气 燃料比 控制过氧量 燃烧区温度及其分布 燃烧控制 低NOX燃烧技术 传统低NOx燃烧技术1 低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO HC 碳黑产生量增加 传统低NOx燃烧技术 2 降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC NO排放量增加3倍 传统低NOx燃烧技术 3 烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度 主要减少热力型NOx 传统低NOx燃烧技术 4 两段燃烧技术第一段 氧气不足 烟气温度低 NOx生成量很小 第二段 二次空气 CO HC完全燃烧 烟气温度低 先进的低NOx燃烧技术 原理 低空气过剩系数运行技术 分段燃烧技术1 炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气 燃尽风 喷嘴类似于两段燃烧技术 先进的低NOx燃烧技术 2 空气分级的低NOx旋流燃烧器一次火焰区 富燃 含氮组分析出但难以转化二次火焰区 燃尽CO HC等 先进的低NOx燃烧技术 3 空气 燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛一次火焰区下游形成低氧还原区 还原已生成的NOx 烟气脱硝技术 脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 氨作为还原剂催化剂 贵金属 碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应 烟气脱硝技术 2 选择性非催化还原法 SNCR 尿素或氨基化合物作为还原剂 较高反应温度化学反应同样 需要控制温度避免潜在氧化反应发生 烟气脱硝技术 3 吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO NO2 1效果最佳 吸收法烟气脱硝 强硫酸吸收 烟气脱硝技术 4 吸附法吸附剂 活性炭 分子筛 硅胶 含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂 浸渍碳酸钠的 Al2O3反应式再生