环境保护概论第二章烟气的污染与防治1025

第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.1、湿法烟气脱硫技术1、海水法利用天然海水固有的碱度来吸收SO2。PH值：7.8-8.3不产生废物，技术成熟，工艺简单，运行可靠，脱硫率高，经济。要靠近海岸。第二章烟气的污染与防治3.6.1、湿法烟气脱硫技术1、海水法海水脱硫工艺及系统第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、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，并在干燥过程中与二氧化硫反应生成干粉状脱硫产物。第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术1.特点：1）工艺简单，占地少，设备投资小，运行费用低。2）对煤种适应性强，适用于不同硫分的燃煤电厂，以及现有电厂增设脱硫设备的改造。3）设备基本无腐蚀，无结垢，无磨损，无废水排放，脱硫副产品为干态。脱硫固体产物（CaSO3,CaSO4,Ca(OH)2等）堆放处理。4）无需烟气冷却和再加热。5）钙的利用率高，脱硫效率一般在90%-95%左右第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术2、问题1）需要高纯度和活性的石灰作为脱硫剂。2）脱硫产物的综合利用受到限制。第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术3、脱硫工艺的主要化学反应过程吸收和氧化：石灰浆液滴与干态的固体颗粒（基粒）碰撞并附着其表面，颗粒强烈湍动，在气固流化床内发生局部微观的气液两项反应，同时干燥第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术3、脱硫工艺的主要化学反应过程伴随脱硫反应同时进行。如果采用脱氮功能的吸收剂，还可脱硝第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术4、脱硫工艺及系统设备石灰制粉或石灰浆制浆系统+循环流化床吸收反应器+旋转分离器+除尘器+运行控制系统第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术5、重要参数床料循环倍率流化床床料浓度烟气在反应器及旋风分离器中停留时间钙硫比反应器内操作温度脱硫效率第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术6、脱硫率的影响因素床层温度颗粒物浓度钙硫摩尔比(Ca/S)烟气停留时间脱硫剂的粒度和性能等第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.2、半干法烟气脱硫技术7、工艺特点没有喷浆系统，只喷入水和蒸气（防堵）；新鲜石灰进入反应器，悬浮，喷水降温反应；石灰在反应器内停留时间30min，利用率高；烟气流速1.8-6.1，范围大，符合适应性强；基建费用低。第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.3、干法烟气脱硫技术氨法1、工艺原理工艺过程包括：脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。

第二章烟气的污染与防治(1)吸收过程。SO2+xNH3+H2O→(NH4)xH2-xSO3x=1.2-1.4(2)中间产品处理：主要方法包括直接氧化和酸解。①直接氧化－氨-硫铵法(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3→(NH4)2SO4

②酸解－氨酸法(NH4)xH2-xSO3+x/2H2SO4→x/2(NH4)2SO4+SO2↑+H2O(NH4)xH2-xSO3+xH3PO4→x(NH4)H2PO4+SO2↑+H2O(3)副产品制造铵盐→氮肥或复合肥；气体SO2→液体二氧化硫或硫酸。第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.3、干法烟气脱硫技术氨法2.优点

1）脱硫效率高，可达95%以上，吸收剂利用率高。

2）氨吸收烟气中的SO2是气-液及气-气反应，反应速度快、完全。

3）副产品-化肥。

4）不产生废水和废渣，能耗低。

5）系统简单，设备体积小。第二章烟气的污染与防治3.6、其他烟气脱硫技术3.6.3、干法烟气脱硫技术氨法3.缺点

1）化肥对土质影响大，易板结。

2）对氨逃逸（泄露）控制要求高，易对周边造成二次污染。

3）工艺大规模应用还有待关注，尤其是在系统防腐、烟尘对系统的堵塞。第二章烟气的污染与防治3.7、氮氧化物控制技术概述3.7.1、燃烧过程中氮氧化物的生成3.7.2、氮氧化物的控制技术第二章烟气的污染与防治3.7、氮氧化物控制技术概述3.7.1、燃烧过程中氮氧化物的生成1.氮氧化物的性质及来源NOx包括：N2O，NO，N2O3，NO2，N2O4，N2O5大气中NOx主要以NO和NO2的形式存在NOx的来源

1）固氮菌、雷电等自然过程2）人类活动，其中燃料燃烧占90%氮氧化物氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物有一氧化氮（NO，无色）、二氧化氮（NO2，红棕色）、一氧化二氮（N2O）、五氧化二氮（N2O5）等，其中除五氧化二氮常态下呈固体外，其他氮氧化物常态下都呈气态。作为空气污染物的氮氧化物（NOx）常指NO和NO2。除五氧化二氮为固体外,其余均为气体。分子式NOx。其中四氧化二氮是二氧化氮二聚体,常与二氧化氮混合存在构成一种平衡态混合物。一氧化氮和二氧化氮的混合物,又称硝气(硝烟)。相对密度:一氧化氮接近空气,一氧化二氮、二氧化氮比空气略重。熔点:五氧化二氮为30℃，其余均为零下。均微溶于水,水溶液呈不同程度酸性。一氧化氮、二氧化氮水中分解生成硝酸和氧化氮。一氧化二氮300℃以上才有强氧化作用,其余有不同程度氧化性,特别是五氧化二氮，在-10℃以上分解放出氧气和硝气。氮氧化物系非可燃性物质,但均能助燃，如一氧化二氮(N2O)、二氧化氮和五氧化二氮遇高温或可燃性物质能引起爆炸。氮氧化物N2O3和N2O5都是酸性氧化物，N2O3的对应酸是亚硝酸（HNO2），N2O3亚硝酸的酸酐；N2O5的对应酸是硝酸，N2O5是硝酸的酸酐。NO、N2O、N2O4和NO2都不是酸性氧化物。氮氧化物中氧化亚氮(笑气)作为吸入麻醉剂,不以工业毒物论;余者除二氧化氮外,遇光、湿或热可产生二氧化氮,主要为二氧化氮的毒作用,主要损害深部呼吸道。一氧化氮尚可与血红蛋白结合引起高铁血红蛋白血症。人吸入二氧化氮1分钟的MLC为200ppm。固氮菌共生固氮菌在与植物共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮，固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。主要有根瘤菌属（Rhizobium）的细菌与豆科植物共生形成的根瘤共生体，弗氏菌属（Frankia,一种放线菌）与非豆科植物共生形成的根瘤共生体；某些蓝细菌与植物共生形成的共生体，如念珠藻或鱼腥藻与裸子植物苏铁共生形成苏铁共生体，红萍与鱼腥藻形成的红萍共生体等。根瘤菌生活在土壤中，以动植物残体为养料，过着“腐生生活”。当土壤中有相应的豆科植物生长时，根瘤菌迅速向它根部靠拢，从根毛弯曲处进入根部。豆科植物根部在根瘤菌的刺激下迅速分裂膨大，形成“瘤子”，为根瘤菌提供了理想的活动场所，还供应了丰富的养料，让根瘤菌生长繁殖。根瘤菌又会卖力的从空气中吸收氮气，为豆科植物制作“氮餐”，使其枝繁叶茂。这样，根瘤菌与豆科植物形成共生关系，因此根瘤菌也被称为共生固氮菌。根瘤菌生产出来的氮肥不仅满足豆科植物的需要，还可以分出一些帮助“远亲近邻”，储存一部分给“晚辈”，所以我国历来有种豆肥田的习惯。自生固氮菌还有一些固氮菌，如圆褐固氮菌，它们不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植物，让植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫自生固氮菌。第二章烟气的污染与防治3.7、氮氧化物控制技术概述3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理燃烧过程中NOx的生成可分成三类：热力型NOx：空气中氮气N2在高温下氧化而生成的。燃料型NOx：燃料中氮化合物热分解后氧化生成。快速型NOx：空气中N与燃料燃烧生成的CH原子团反应生成CN化合物，氧化生成NOx。第二章烟气的污染与防治3.7、氮氧化物控制技术概述3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理煤粉燃烧所生成的NOx中，燃料型NOx最多，占60-80%，热力型NOx生成和燃烧温度有关，温度足够高时，可占到总量的20%，快速型NOx生成量很小。第二章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理热力型NOx：燃烧时，N2和O2在高温下生成NO和NO2的总和。生成机理：反应条件：温度，浓度（空气量）烟气停留时间……。措施：降低燃烧温度，避免局部高温；缩短停留时间；降低烟气中氧的浓度。第二章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理燃料型NOx：煤中N含量0.5-2.5%之间，以C-N化合物存在，易分解氧化产生NOx。机理：N燃烧中HCN转化

NH或NH2

氧化

NO+H2O

与NO反应N2+H2O转化比例与NO/O2之比有关；平衡偏移第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理快速型NOx：燃料燃烧时产生的烃（CH）与空气中N2分子反应生成CN，HCN，然后氧化成Nox。生成过程：C,H化合物燃烧产生大量CH，CH2，CH3，C2离子团，与空气中N2反应生成HCN，CN。氧化：N2+CH-NOx第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术1、燃烧过程中NOx的生成机理快速型NOx：N来源为空气中N2，与热力型相同，生成量小，对温度依赖性弱。在燃烧产生N数量时一般不考虑，只有在不含N燃料低温燃烧时才考虑。燃烧温度超过1500摄氏度时，热力型NOx起主导作用。第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术2、NOx控制技术措施：分两类一：源头控制（一级）二：尾部控制（二级）第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术2、NOx控制源头控制通过各种技术手段，控制燃烧过程中的NOx生成。生成受燃烧温度，烟气在高温区停留时间，烟气中组分浓度及混合程度影响。控制因素：空气-燃料比，燃烧区温度分布，后燃烧区冷却程度，燃烧器设计。第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术2、NOx控制源头控制源头控制的方法主要是对燃烧器的改进，简便易行，所以广泛应用。缺点：降低燃烧效率；NOx降低率有限。第三章烟气的污染与防治3.7.2、氮氧化物的控制技术2、NOx控制尾部控制把已经生成的NOx还原为N2.对燃烧后产生的含NOx烟气进行脱氮处理，又称烟气脱硝或废气脱硝。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术用改善燃烧条件的方法降低NOx的排放，统称为低氮氧化物燃烧技术第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.1、空气分级燃烧3.8.2、浓淡煤粉燃烧3.8.3、燃料分级燃烧3.8.4、烟气再循环3.8.5、低氮燃烧器3.8.6、循环流化床燃烧技术第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.1、空气分级燃烧1、原理原理：非化学当量比燃烧使NOX降低30%-40%左右，存在着引起结渣或引起受热面腐蚀的问题。抑制了燃料NOX降低了热力型NOX第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.1、空气分级燃烧1、将燃烧用的空气分两级送入。第一级区；（空气量，作用）第二级区；（空气量，作用）2、优缺点：3、分级燃烧分类：第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.2、浓淡煤粉燃烧1、将通常均匀的一次风煤粉气流刻意分离成两股煤粉浓度不同的气流(水平方向分离或垂直方向分离)，使部分燃料在空气不足下燃烧，即燃料过浓燃烧；另一部分燃料在空气过剩下燃烧，即燃料过淡燃烧。两者燃烧时，均不为1，称为非化学当量比燃烧或偏差燃烧。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.2、浓淡煤粉燃烧2、形式：也是一种分级燃烧，一般在大型燃烧设备中，多个燃烧器交替浓淡。供给燃料量的65％～80％供给燃料量的20％～35％第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.2、浓淡煤粉燃烧3、优缺点：燃料过浓部分：氧气不足，燃烧温度不高，燃料型和热力型氮氧化物均减少，同时生成还原性CH原子团。燃料过淡部分：空气量大，燃烧温度降低，热力型氮氧化物减少。第三章烟气的污染与防治

第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.3、燃料分级燃烧2、方式：被还原成氮分子(N2)较多的NOX生成产生少量NOx第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.3、燃料分级燃烧3、过程：第一燃烧区：（燃料量，燃烧条件，结果，作用）；第二燃烧区：（燃料量，燃烧条件，结果，作用）；第三燃烧区：（燃烧条件，目的，作用）。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.3、燃料分级燃烧4、优缺点：优点：分级燃烧，还原已经生成的NOx，扩大炉膛内燃烧区域，降低火焰峰值温度，使NOx的原始生成量减少。缺点：三级燃烧，燃料在炉膛停留时间短，对二级燃烧燃料要求高。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.4、烟气再循环1、在锅炉的空气预热器前，抽取一部分低温烟气送入炉内，循环燃烧。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.4、烟气再循环2、第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.4、烟气再循环3、作用原理：将烟气和空气混合后作为一二次风送入炉内，加大风量，减少氧气含量，降低燃烧温度，燃料流化，促进燃烧，降低NOx排放浓度。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.4、烟气再循环4、烟气循环量再循环率增大，NOx排放减少，但有一个定值，当过大时，炉温降低太多，燃烧不稳定。烟气再循环量不超过30%，大型锅炉限值在10-20%。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.5、低氮燃烧器1、低NOx燃烧器的原理通过特殊设计的燃烧器结构，以及通过改变燃烧器的燃料和空气的比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx燃烧的原理用于燃烧器，通过尽可能地降低着火区氧的浓度，适当降低着火区的温度，达到最大限度地抑制NOx生成的目的。第三章烟气的污染与防治3.8、低氮氧化物燃烧技术3.8.5、低氮燃烧器2．低NOx燃烧器的类型阶段燃烧型(包括分级燃烧型和浓淡燃烧型)混合促进型分割火焰型烟气再循环型第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.1、选择性催化还原脱硝技术（SelectiveCatalyticReduction）SCR第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.2、SCR基本原理1、利用氨对NOx的还原功能，在一定条件下将NOx还原为对大气没有很大影响的N2和水，选择性指NH3只选择NOx还原。脱出效率：80-90%第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.2、SCR基本原理2、反应：催化剂：贵金属、碱性金属氧化物

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O主反应4NH3+6NO→5N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

副反应2NH3→N2+3H2

4NH3+3O2→4N2+6H2O第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程1、选择性催化还原脱硝技术温度窗口任何一个化学反应都存在适宜发生反应的温度，通常把适宜发生反应的温度区间称为“温度窗”。SCR温度窗：250～420℃，有些甚至可以低到80～150℃第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程2、工艺流程选择性催化还原系统安装于锅炉省煤器之后的烟道上，NH3通过固定于氨喷射格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一起进入填充有催化剂的脱氮反应器。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程2、工艺流程第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、工艺布置(1)高含尘烟气段布置第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、工艺布置(2)低含尘段布置第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、工艺布置(3)尾部烟气段布置第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、各种工艺布置的优缺点(1)高含尘烟气段布置缺点：①飞灰中K，Ca，Na，Si，As会使催化剂污染或中毒；②飞灰磨损反应器并使蜂窝状催化剂堵塞；③烟气中SO2及SO3的存在对催化剂会有毒化问题；④若烟气温度过高，会使催化剂烧结或失效。优点：不必加热就能满足适宜的反应温度。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、各种工艺布置的优缺点(2)低含尘段布置缺点：①烟气中SO2及SO3的存在对催化剂会有毒化问题；②烟气中未被除去的极细小粉尘易沉积在催化剂上，降低催化剂的活性；③H-ESP对除尘器的设计和材料有严格的要求。优点：催化剂受飞灰影响小，降低催化剂的消耗量，防堵塞，烟温足够。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺流程3、各种工艺布置的优缺点(3)尾部烟气段布置缺点：烟温较低，一般需要用GGH或采用燃料气燃烧的方法将烟气温度提高到催化还原反应所必需的温度。优点：催化剂不受粉尘，SO2影响，延长催化剂寿命。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统1、SCR工艺由催化反应器，还原剂供应系统，控制系统组成。（烟气再热系统）尾部烟气段布置时第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统2、SCR安装于锅炉省煤器之后的烟道上，NH3通过固定于氨喷射格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一起进入填充有催化剂的脱氮反应器，NOx与NH3在催化剂作用下发生还原反应。催化剂一般多层，保证排除的烟气达标。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统2、第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统3、（1）催化反应器催化反应器是一个与尾部烟道相连的安装催化剂和完成脱氮反应的容器。催化剂反应器有高灰段、低灰段和尾部烟气段布置方式。一台锅炉通常配两套催化反应器。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统3、（1）催化反应器喷氨在反应器前足够远的地方；拐弯地方加装导流板；反应器内加装吹灰装置。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统（2）还原剂供应系统氨的喷入系统。氨的喷入系统由氨气化装置、喷射格栅和喷嘴组成。尿素－氨转化系统用氨作还原剂一般有两种选择－液氨和氨溶液。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统（2）还原剂供应系统氨加热气化，与空气混合，进入烟气加热：蒸气，热水，电加热；混合：空预器后热风，比例：95-98%空气，2-5%氨。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统（2）还原剂供应系统氨喷射装置：喷嘴装在喷射格栅上，喷射格栅装在反应器上游，氨与烟气混合程度与脱硝效率有关，尽量混合均匀。根据NOx分布分别调整喷嘴喷出量，喷嘴量布置合适，喷嘴加装在转盘上，加装导流板……第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.3、SCR工艺系统（3）控制系统根据在线采集的数据对催化反应器中烟气的温度、还原剂的注入量和注入时间、各种阀门的开关以及吹灰器的开停等进行自动控制。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.4、SCR脱氮效率的影响因素1．反应温度的影响SCR系统最佳的操作温度决定于催化剂的组成和烟气的组成。当温度低于SCR系统所需温度时，NOX的反应速率降低，氨逸出量增大；当温度高于SCR系统所需要温度时，生成的NOX量增大，同时造成催化剂的烧结和失活。催化剂[V2O5-WO3(MoO3)/TiO2]的最佳操作温度为250～427℃。第三章烟气的污染与防治3.9、选择性催化还原脱硝技术3.9.4、S