工业锅炉课件 ppt chapter9锅炉大气污染物的排放与控制

第九章 锅炉大气污染物的排放与控制,9.1锅炉大气污染物9.2工业锅炉除尘技术9.3锅炉烟气脱硫技术9.4锅炉烟气脱硝技术,9.1锅炉大气污染物,一、种类及危害大气污染物中，主要有：固态的烟尘、气态的硫化物(S02、H2S、SO3、H2SO4蒸气等)、氮化物(N0、NH3、N02等)、碳氧化物(C0、C02等)、碳氢化合物(CH4、C2H4等)和卤素化合物(HF、HCl等)。根据国家统计资料，这些污染物中70来自燃料的燃烧，在直接燃烧的燃料中，各类锅炉所用燃料约占燃料总量的2/3左右。,1. 烟尘,烟尘：烟气中携带的飞灰、炭黑粒子。烟尘按其粒径大小分为：降生和飘尘。粒径在10m以上容易沉降的称为降尘。小于10m粒径的烟尘，长期飘浮在空中，称为飘尘，其中0.051m的极细的细粉尘根本就不沉降，成为大气的组成成分。,飘尘长期飘浮在大气中，危害人体健康：患呼吸道疾病、心脏病、儿童软骨病；飘尘易吸附SO2，SO3，3、4苯并芘等极有害物质：损害人的眼、鼻、喉的粘膜，引起呼吸道和肺部炎症，侵入人体内脏，导致器官功能衰竭。环境中的烟尘超标，严重影响工业产品的质量。烟尘在空气中浓度增加时，大量吸收太阳紫外线短波部分，严重影响儿童发育成长。,2. 二氧化硫,S02是一种无色有臭味的强烈刺激性气体。当大气中的S02日平均浓度达到3.5mg时，会诱发气喘、肺病、呼吸道感染、心血管病；当空气中的SO2达到一定浓度时，在湿度较大的空气中形成硫酸烟雾，其毒性是SO2的10倍。1952年的伦敦烟雾事件就是这样发生的。排放到大气中的SO2、NOx等污染物还会形成大面积的酸雨、酸雪。,3. 氮氧化物（NOx）,氮氧化物也是大气的主要污染物，燃料燃烧过程生成的NOx有两种类型：(1)“热力型”NOx燃料燃烧时送入炉内的空气，其中的氮气在高温下氧化而生成的氮氧化物，称为“热力型”NOx。(2)“燃料型”NOx锅炉燃料燃烧时，有机物中的原子氮更容易分解出来并生成N0x，称为“燃料型”NOx。,氮氧化物种类很多，但构成大气污染和光化学烟雾的主要是NO和N02。N0: 有毒气体，人吸会因缺氧而麻痹和痉挛。N02: 红棕色有毒的恶臭气体，破坏人体内脏和造血组织；在日光作用下与空气中的碳氢化合物共同形成光化学烟雾。最早发生在20世纪40年代美国洛杉矾，以后在世界各工业发达国家都不同程度地发生过。,4二氧化碳(C02),化石燃料的主要可燃元素碳(C)和碳氢化合物，燃烧时都会产生大量的C02。C02是温室气体产生温室效应，会使全球气候变暖，改变降雨量分布，导致南、北极冰雪融化，海平面上升。,二、大气环境标准,1环境空气质量标准 GB 3095-1996环境空气质量标准。2大气污染物排放标准 GBl327l-2001锅炉大气污染物排放标准。3大气污染控制技术标准 根据污染物排放标准引申出来的标准，如：燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气筒高度标准及卫生保护标准等。4警报标准 为了预防发生污染事故而规定的污染物含量的极限值，超过这一极限值就发出警报。,目前国内外控制锅炉烟尘污染的措施：改进锅炉的燃烧方式和进行合理的燃烧调节，以减少烟尘中的可燃物，降低烟尘的初始含尘浓度；采用一定高度的烟囱，提高烟囱的烟气速度，通过高空扩散，稀释烟尘浓度；加装高效除尘装置，降低烟尘排放浓度。,9.2 工业锅炉除尘技术,一、工业锅炉初始排尘浓度和烟尘分散度,1工业锅炉初始排尘浓度 GBl3271-2001锅炉大气污染物排放标准中，规定了我国燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和黑度限值，见下表9-3。锅炉排烟出口处初始排尘浓度:,各符号定义！,根据对环境质量的不同要求，国标锅炉大气污染物排放标准(GWPB31999) 中给出了“工业锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟尘黑度限值”，见下表。,国标GWPB31999中还给出“锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度限值”，见下表。,2.烟尘颗粒分散度燃烧方式不同，锅炉烟尘颗粒分散度不同。烟尘分散度=f(燃料种类、锅炉负荷)见下表9-4。,二、除尘器的分类及性能,根据捕尘的作用力或作用机理，目前国内常用的除尘器有：机械力式除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、电除尘器等，见下表9-5。1.除尘器的性能处理烟气量、除尘器阻力、除尘器的经济性、除尘效率。,2.旋风除尘器 分离机理：离心力使颗粒状物质从气流中分离。立式多管旋风除尘器结构形式：一个壳体内装设若干个小旋风筒(旋风子）组合而成，如下图9-5所示。旋风子结构如下图9-6所示。,工作原理：当含尘烟气以很高的流速通过螺旋型导向器进入旋风子内部时，气流产生旋转运动，在离心力的作用下，尘粒被抛向旋风子壳体内壁，并沿其内壁下落，最后进入除尘器灰斗。净化后的烟气在引风机抽吸作用下，形成上升的内涡旋，经旋风子的芯管汇集到排气室，而被引风机抽走。,XNDG型卧式旋风除尘器由进气管、进气蜗壳、牛角弯锥体、排气芯管、芯管减阻器和排灰口等组成，如下图9-7所示（图9-7d）。工作原理：含尘烟气切向进入蜗壳内，平稳而均匀地沿螺旋线旋转，尘粒在离心力作用下，抛甩到内壁，从气流中分离出来的尘粒沿牛角弯至排灰口，经排灰门排出，净化后的烟气又从牛角尖附近沿螺旋线旋转返回，进入排气芯管，由烟气出口排出。,3湿式除尘器 湿式除尘器的种类很多，常用的有：冲击水浴式除尘器、管式水膜除尘器、立式及卧式旋风水膜除尘器(含文丘里水膜除尘器)等。(1)麻石水膜除尘器(MC型)由圆形筒体、淋水装置、烟气进口、烟气出口、锥形灰斗、排灰装置等组成，如下图9-8所示,工作原理：含尘气流由除尘器下部沿切线方向经烟气进口进入除尘器筒体内，气流沿螺旋线旋转上升，烟气中的尘粒在离心力的作用下甩向筒内壁，并被从溢流口流下的水膜所湿润，且附着在水膜上，随水膜流入灰斗，经溢流水封连续不断地流入沉灰池。净化后的烟气，沿螺旋线继续旋转向上，进入淋水装置上部的分离段，进行气、水重力分离或气、固重力分离，然后由顶部引出。,文丘里麻石水膜除尘器（ WMC 型）文丘里洗涤器由收缩管管、扩散管和喷嘴等部件组成，如图9-9所示。,工作原理：含尘气流由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大在喉管入口处，气流速度达到最大值（70 m/s )，烟气处于强烈的紊流状态，压力水通过沿喉管周边均匀布置的喷嘴喷入高速气流中，液滴被高速的气流雾化和加速，水雾充满整个喉部，烟气中的尘粒被水雾充分吸附，并凝聚成大的固体颗粒；在扩散管中，由于断面积逐渐扩大，气流速度逐渐减小，速度能（动能）转化为压力能，压力回升，使以尘粒为凝结核的凝聚作用的速度加快，形成粒径更大的凝聚物，随烟气沿切线 方向进入水膜除尘器。,4过滤式除尘器(1)袋式除尘器下图9-10所示为简单的机械振动袋式除尘器。工作原理：含尘气流从下部进入圆筒形或扁形滤袋内，在通过滤料的空隙时，尘粒被捕集于滤袋上，透过滤袋的清洁气体由排出口排出。沉积在滤袋内表面的尘粒，可在机械振动作用下脱落，落入灰斗中。常用的清灰方式有三种：机械振动清灰、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰(图9-10d)。,(2) 脉冲式除尘器脉冲式除尘器是外滤式除尘器，采用上部开口、下部封闭的滤袋。如下图9-11所示。工作原理：含尘气体由袋外进入袋内，灰尘被阻留于滤袋外表面上，净化后的气体由袋内经文氏管进入上部净化箱，然后由出气口排出。脉冲清灰是采用0.40.7MPa的压缩空气，开启脉冲阀，产生冲击波，使滤袋振动，导致积附在滤袋外表面上的灰尘脱落。,5电除尘器 电除尘器是含尘烟气在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场静电力的驱动下作定向运动，使尘粒沉积在集尘极上，从而将尘粒从烟气中分离出来的一种除尘设备。（1）电除尘器基本的组成高电位的放电电极(负极)、接地的集尘极(正极)，如下图9-12所示。用电除尘器主要形式：管式电除尘器、板式电除尘器。,锅炉常用的板式电除尘器结构如下图9-13所示。集尘极：由多块轧制成不同断面的钢板组合而成。电晕极：圆形线、星形线、锯齿线、芒刺线等。集尘板垂直安装，电晕极置于相邻的两极之间，集尘极长一般为10-20m，高为10-15m，板间距为0.2-0.4m，含尘烟气沿着垂直于电晕极的方向流经由平行极板组成的烟气通道。,电除尘的工作原理电除尘器的三个过程：悬浮粒子荷电带电粒子在电场内迁移和捕集清除集尘极表面上的沉积物,1)悬浮粒子荷电放电极(电晕极)与高压直流电源连接，使其具有很高的直流电压(3060kV，有时高达100kV)，正极接地，正负极之间形成电场。电晕极释放出大量的电子，迅速向正极运动，与气体碰撞并使之离子化，又产生大量电子，这些电子被电负性气体(如氧气、水蒸气、二氧化碳等)俘获并产生负离子，负离子和电子一样，向正极运动。这些负离子和自由电子就构成了使尘粒荷电的电荷来源。含尘烟气通过这个空间时，尘粒在百分之几秒时间内因碰撞带电离子而荷电。,2)灰尘粒子捕集荷电粒子在延续的电晕电场作用下，向正极漂移，到达光滑的正极极板上，释放电荷，并沉积在集尘极板上，形成灰层。失去尘粒的烟气成为洁净的气流，净化后的烟气由烟气出口排出。,3)清灰电晕极和集尘极上都有灰尘沉积，灰尘的厚度为几毫米到几厘米。电晕极：采取振打清灰。集尘板清灰方法湿式电除尘器：用水冲洗集尘极板。干式电除尘器：采用电磁振打或锤式振打清除。,按脱硫产物是否回收：抛弃法脱硫、回收法脱硫。抛弃法脱硫：将S02转化为固体残渣抛弃掉。回收法脱硫：将烟气中的S02转化为硫酸、硫磺、液体S02、化肥等有用物质回收利用。按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿状态：湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫。,9.3锅炉烟气脱硫技术,一、湿法脱硫技术,1特点脱硫系统位于除尘器之后；脱硫过程在溶液中进行；脱硫剂和脱硫生成物均为湿态；脱硫后的烟气再加热后从烟囱排出。2工艺方法方法很多，其中湿式石灰石石膏洗涤工艺最为成熟；工艺分为：自然氧化和强制氧化。目前，强制氧化已成为主要的烟气脱硫工艺流程，如下图9-14所示,图9-14 石灰石膏湿法烟气脱硫工艺流程1-换热器 2-除雾器 3-吸收塔 4-循环泵 5-浆池,来自锅炉的高温烟气，经过气气换热器，间接加热脱硫后的湿烟气，使湿烟气温度升高后从烟囱排入大气；降温后的待脱硫烟气进入吸收塔，在吸收塔里烟气中的S02直接和磨细的石灰石浆液接触而被吸收掉。总化学反应式为 脱硫后的烟气经过折流板、除雾器，进行气液分离，再经气气换热器加热后经烟囱排放到大气中。反应产物从浆池中取出，经脱水和进一步处理，得到成品石膏。,二、半干法烟气脱硫技术,采用湿态吸收剂，在吸收装置中吸收剂被烟气的热量所干燥，并在干燥过程中与S02反应生成干粉状脱硫产物。半干法应用最广的是旋转喷雾干燥法，如下图9-15所示。,图9-15 喷雾干燥烟气脱硫工艺流程l-配浆槽 2-泵 3-消化槽 4、11、12、24-螺旋输送机 5-石灰仓 6延时箱 7-筛 8吸收剂储罐 9-供给泵 10-终产物仓 13-斗式提升机 14-双片阀 15-吸收塔 16-高位罐 17-离心喷雾机 18-烟囱 19-引风机 20-除尘器 21-阀 22-调节阀 23-产物调节器 25-终产物仓 26-再循环浆池,1吸收剂制备石灰仓内的粉状石灰螺旋输送机消化槽消化制成高浓度浆液配浆槽用水稀释到20的含量。制备好的石灰乳泵延时箱过滤筛清除大颗粒杂质吸收剂贮罐供给泵输吸收塔顶部的高位罐。,2吸收过程离心喷雾机将吸收浆液喷入吸收塔内，吸收剂浆液在离心力作用下呈雾状，与来自锅炉的高温烟气接触，发生强烈的热质交换和化学反应，其化学反应式为在高温烟气中水分迅速的被蒸发掉，形成含水量较少的固体产物-亚硫酸钙、硫酸钙、飞灰和未经反应的氧化钙。,3灰渣再循环 喷雾干燥吸收塔和除尘器底部的灰渣中含有相当数量的氧化钙，将一部分氧化钙含量高的脱硫灰渣返回到配料槽，以提高脱硫剂的利用率。,三、干法烟气脱硫技术,工业上广泛应用的吸附剂：活性炭、活性氧化铝、硅胶和沸石分子筛。干法烟气脱硫：主要采用活性吸收剂脱硫。SO2是一种易被吸附的气体。活性炭对SO2的吸附包括：物理吸附和化学吸附。活性炭吸附脱硫，其化学总反应式可表示为,图9-16所示为德国鲁奇公司锅炉烟气脱硫的活性炭吸附水洗再生流程示意图。,图9-16 锅炉烟气脱硫的活性炭吸附-水洗再生流程示意图1-吸附器 2-文丘里洗涤浓缩器 3-再循环槽 4-气-气换热器 5-引风机 6-活性炭床,来自锅炉的高温烟气，经过气-气换热器，间接加热脱硫后的湿烟气，然后经文丘里洗涤器除尘、降温后，进入固定床活性炭吸附器，SO2被活性炭吸附而生成H2SO4 ，净化后的烟气经气-气换热器加热后，经引风机、烟囱排大气。与此同时，在吸附器顶部连续喷水，洗涤活性炭表面的硫酸，使其脱附，生成含量为10-15的硫酸溶液，流入再循环槽。稀H2SO4溶液在再循环槽与文丘里洗涤器之间进行循环，不断吸收流经文丘里洗涤器的烟气中的SO2，使含量增加到25-30，直接形成H2SO4产品。,烟气脱硝：用反应剂与烟气接触，除去或减少烟气中NOx的含量。烟气脱硝：干法脱硝和湿法脱硝。目前应用最多的是干法脱硝，即用气态反应剂使烟气中NOx还原为N2和H20。,9.4锅炉烟气脱硝技术,一、选择性催化还原法,化学反应机理：选择性催化还原法用氨气(NH3)作还原剂，在烟温250-420和催化剂的作用下，有选择性地将烟气中的NOx还原成N2和H20。其化