第七章气态污染物的控制.ppt

氮氧化物的排放及控制硫氧化物的排放及控制 2011年 全国化学需氧量排放总量2499 9万吨 比2010年下降2 04 氨氮排放总量260 4万吨 比2010年下降1 52 二氧化硫排放总量2217 9万吨 比2010年下降2 21 氮氧化物排放总量2404 3万吨 比2010年上升5 74 其中化学需氧量 二氧化硫和氧化物排放总量均是世界首位 从环境容量看 我国的年排放量 二氧化硫是1620万吨左右 氮氧化物为1880万吨 但目前已经超排 NOX污染的环境影响氮氧化物的来源与排放趋势中国NOX排放现状及发展趋势发达国家NOX排放控制中国NOX排放控制策略的确定选择性催化还原技术 SCR 结束语 氮氧化物的排放及控制 NOX含义 NOx 氮氧化合物 排放限制的对象 NO NO2 N2O N2O2等等化合物的总称 在高温下氮和氧结合后产生 越接近完全燃烧产生的量越多 所以必须降低燃烧温度 NOX污染的环境影响 全球NOX排放量 SO2 NH3 NOX 全球NOX排放量估计 中国NOX排放现状 1980 2004年 GDP年均增长率9 5 能源消费年均增长5 05 能源消费弹性系数 0 53能源强度总体下降 近3年反弹 2003年 16Mt 各省区NOX排放分布 2008 NOX排放大省 河北 辽宁 江苏 山东 广东 山西 河南 四川等80 以上在中东部地区 各省区NOX排放强度分布 10 西部地区排放强度很小 90 左右NOX排放源于火力发电 工业 交通运输 各经济部门NOX排放状况 火电厂已成为最大排放源交通部门贡献率增长迅速 不同燃料品种对NOX排放总量贡献 燃煤是最大来源 60 70 柴油 焦炭 汽油次之 近年燃煤贡献率略有下降汽油 柴油贡献率上升较快 未来NOX排放总量发展趋势 11771677 18532363 29143154 4296 未来30年各省区NOX排放强度分布 0省区 1Mt 4省区 1Mt 7省区 1Mt 13省区 1Mt 发达国家NOX排放控制 1999年 在瑞典哥德堡20个国家签署了缓解酸化 富营养化和地面臭氧议定书对四种主要污染物制定了2010年国家排放限值 据此 欧洲国家在1990年水平上可消减63 二氧化硫 40 氮氧化物和VOC 17 氨 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允许排放限值最低 排放标准要求最严的国家之一 电站锅炉NOX排放标准 开发并应用先进的低NOX燃烧技术 1976年在350MW机组试验SCR 至今15GW燃煤电站机组安装SCR 采用低NOX燃烧技术及安装SCR脱销装置 燃煤电站烟气NOX浓度已降至45ppm 日本电站锅炉NOX控制 美国机动车NOX排放标准 美国轻型汽车尾气排放标准 g km 美国加州机动车尾气排放标准更严 中国NOX排放控制策略的确定 缺乏对全国NOX排放状况 环境影响及控制对策系统研究 欧洲 北美的教训 控制酸沉降最初重视SO2控制而轻视NOX控制 NOX排放增长及高氧化性可能抵消SO2控制的效果 如果NOX排放量增加 即使SO2排放量不变 微细颗粒物中硫酸盐含量也会大幅增加 美国控制电站NOx排放的努力 被机动车排放的不断增长所抵消 应同步控制固定源与流动源的NOx排放因此 控制NOx污染应成为中国环境保护的重要部分 应抓住机遇 制定中国NOx排放的控制策略 NOX优先控制领域 火电厂 排放量大 排气集中有利于采取控制措施 已有成熟的商业化控制技术 解决我国区域酸雨污染问题的关键之一 对地区阴霾形成的贡献机动车 保有量增长迅速 尤其大城市 排气高度低 地形影响大 大城市局地空气污染的贡献大 电站锅炉NOX排放控制技术 一级措施 燃烧改进技术 减少燃烧过程中NOX生成低NOX燃烧器 LNBs 分级燃烧 火上风 OFA 烟气再循环 FGR 二级措施 燃烧后烟气脱硝技术 再燃烧技术 Reburning 选择性非催化还原 SNCR 选择性催化还原 SCR NOx废气的治理 吸收法 采用碱液 稀硝酸溶液 浓硫酸等作为吸收剂 吸附法 采用吸附剂有活性碳 沸石分子筛 催化氧化法 适用于硝酸尾气与燃烧烟气的治理 LNB 通过使燃料和空气的完全燃烧延迟 在燃烧局部形成富燃料贫氧的氛围 抑制NOX生成量 可达到50 以上的脱硝率 OFA 将5 20 的燃烧空气在主燃烧器区下游的OFA喷口引入炉膛 主燃烧器区低于标准空燃比 AIR TO FUEL 的贫氧气氛下 与LNB配合可使脱硝率提高10 25 再燃烧技术 Reburning 1960年代末期由Dr JostWendt发明再燃燃料 天然气 煤 其他燃料 提供15 25 的热输入量 氮氧化物削减率 50 投资费用较低 燃料成本 适当停留时间可用性 应用 旋风炉 墙燃炉 切燃炉 容量范围 33 800MW目前 美国已有超过5000MW容量锅炉安装了再燃烧系统在俄罗斯 乌克兰 意大利 日本和中国台湾等国家和地区得到应用 广泛采用的选择性催化还原法 SCR 原理 利用NH3做还原剂 在300 400 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 可能的副反应 8NH3 6NO2 7N2 12H2O4NH3 6NO 5N2 6H2OSCR特点 1 90 95 NOX削减率 2 氨泄漏量低 0 5ppm 3 极好的空燃比控制 接近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 粉煤灰综合利用 SCR系统布置方式选择 高粉尘布置 低粉尘布置 尾端布置 锅炉空预器除尘器FGDSCR烟囱 锅炉空预器除尘器SCRFGD烟囱 锅炉SCR空预器除尘器FGD烟囱 SCR系统构成 SCR NH3喷射 温度范围 350 400 可达到90 以上脱硝率 投资费用高 空间限制 NH3泄漏 SO3排放 催化剂中毒失火 应用 超过75台锅炉 旋风炉 墙燃炉 切燃炉 容量范围 122 1300MW SCR催化剂 适用不同燃料类型 蜂窝状催化剂单元 不同开孔大小适用于不同燃料 煤 油 天然气 板式催化剂 催化剂堵塞及腐蚀 催化剂单元单元 催化剂单元 催化剂模块 整流层 催化剂层 SCR催化剂构造 SCR装置 氨的喷射栅格和静态混合器 NH3喷射栅格 静态混合器 PhotocourtesyofSiemens FlowModelTestsbrochure 1998 氨的存储系统 氨的储备与供应系统 氨的流量分配阀门站 烟气 氨的混合 氨的存储系统 氨的储备与供应系统 氨的蒸发器 氨的储备与供应系统 烟道系统 SCR的投资 机动车NOX排放控制技术 城市机动车是中国城市NOX排放控制的重点对象北京 上海 广州等城市机动车NOX污染贡献率超过50 控制技术包括 机内净化技术机外净化技术替代低污染燃料和新型低污染发动机关键是技术的长期稳定性 缺乏经济性分析 车 油 路 三个因素的协调 重视非道路用车的排放控制缺乏相应的经济政策 机内净化 改进发动机的燃烧方式 使污染物的产生量减少将一种汽车性能改善剂 卡玛丝液体注入水箱 就可以减少汽车尾气达60 90 这是被实践证明了最经济 最方便 最有效的治理尾气法 加入水箱后 随着水箱温度的升高 极大化了卡玛丝本身的的远红外线和负离子的放射效果 在汽缸周围形成了电子磁场 加快了汽缸内的燃烧 达到了近于完全燃烧的程度 机外净化 利用装置在发动机外部的净化设备 对排出的废气进行净化治理 如排放管上装一个 催化转换器 用铂 钯合金作催化剂 它的特点是使CO与NO反应 生成可参与大气生态环境循环的无毒气体 并促使烃类充分燃烧及SO2的转化 2CO 2NO 2C 2 N 措施缺陷 无法消除硫的氧化物对环境的污染 还加速了SO 向SO 的转化 使排出的废气酸度升高 只能减少 无法根本杜绝有害气体产生 结论 1 若不采取进一步控制措施 到2020年 中国NOX排放总量将达到2363 2914万t之间 超过美国成为世界第一大NOX排放国 2 燃煤依然是未来NOX排放最主要来源 55 左右 随电煤消费比重上升 未来火力发电贡献比目前更大 到2030年将达到45 左右 3 火电厂是中国NOX排放控制的重点 严格控制机动车NOX排放是解决大中城市NOX污染的最有效途径 4 尽早开展燃煤火电厂SCR示范工程对今后控制火电厂NOX排放具有重要意义 低温催化具有较好的应用前景 5 为制定中国NOx排放控制的中长期战略 应系统开展相关基础应用研究 加快控制技术的开发和工程示范 硫氧化物的污染控制 1 硫循环及硫排放2 燃烧前和燃烧中脱硫技术与工艺3 燃烧后脱硫技术及其研究进展4 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价5 中国控制酸雨和二氧化硫污染的政策 措施和重大行动 中国城市的大气污染的特征煤烟型大气污染 主要是硫排放 其中90 来自煤炭煤中硫的存在形式 无机硫 黄铁矿和硫酸盐 有机硫 硫醇和硫醚 中国的动力煤资源全硫的加权平均含量为1 15 含硫量为小于0 5 的超低硫煤占39 35 含硫量在0 5 1 0 的低硫煤占16 46 含硫量在1 0 1 5 的中低硫煤占16 68 含硫量在1 5 2 0 的中硫煤占9 49 含硫量为2 0 3 0 的中高硫煤占7 85 含硫量分别为3 0 5 0 的高硫煤和大于5 0 的特高硫煤占7 05 硫氧化物的污染 关注热点 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 硫循环与硫排放 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 我国SO2排放的年际变化 全国二氧化硫排放量年际变化 各地区二氧化硫排放情况排放情况 全国近年废气中主要污染物排放量单位 万吨 我国南方城市SO2污染现状 控制技术一 燃烧前脱硫 1 煤炭的固态加工煤炭洗选物理选煤 利用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将黄铁矿硫和部分矿物质除去 这样可使煤的含硫量降低40 灰份降低70 左右 化学选煤技术 加氢脱硫 加氧脱硫 用碱液浸煤后用微波照射等 适合于含硫量很高的煤微生物方法 细菌脱硫我国以物理选煤为主 重力分选法 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 1 流化床燃烧技术气流速度介于临界速度和输送速度之间 煤粒保持流化状态流化床利于燃料的充分燃烧分类按流态 鼓泡流化床和循环流化床按运行压力 常压流化床和增压流化床 二 燃烧中脱硫 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 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 三 高浓度SO2尾气的回收和净化 高浓度SO2尾气的回收和净化 1 石灰石 石灰法洗涤目前应用最广泛的脱硫技术 1 石灰石 石灰法洗涤 续 影响因素 pH 液气比 钙硫比 气流速度 浆液的固体含量 SO2浓度 吸收塔结构 1 石灰石 石灰法洗涤 续 2 改进的石灰石 石灰湿法烟气脱硫加入己二酸的石灰石法己二酸抑制气液界面上SO2溶解造成