环境工程学第七章讲义

环境工程学第七章讲义第1页，课件共98页，创作于2023年2月第七章气态污染物控制第一节吸收净化第五节生物净化第三节催化转化第四节燃烧转化第六节气态污染物的其他净化法第二节吸附净化第2页，课件共98页，创作于2023年2月第一节吸收净化

吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。该法具有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等特点，因此，广泛地用于气态污染物的处理。例如含S02、H2S、HF和NOx等污染物的废气，都可以采用吸收净化。第3页，课件共98页，创作于2023年2月吸收分为物理吸收和化学吸收。在大气污染控制过程中，一般是废气量大、成分复杂、吸收组分浓度低，靠物理吸收很难达到排放标准，因此大多采用化学吸收法。故本章主要讨论伴有化学反应的吸收过程和设备。第4页，课件共98页，创作于2023年2月

一、吸收平衡物理吸收时，常常用亨利定律来描述气液相间的平衡，即(7—1)(7—2)第5页，课件共98页，创作于2023年2月亨利定律适用于常压或低压下的稀溶液，溶质在气相及液相中的分子状态相同。如果被溶解的气体分子在溶液中有某种变化(例如化学反应、解离、聚合等)，就会发生对于理想溶液的显著偏差。此时亨利定律只适用于溶液中未发生化学反应的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度则决定于液相化学反应的平衡条件。第6页，课件共98页，创作于2023年2月下面将从相平衡与化学平衡的关联来讨论化学吸收时的气液平衡关系。在有化学反应存在时，溶解于溶剂的溶质量由两部分组成：(1)与气相浓度物理平衡相对应的溶质量；(2)由于化学反应消耗的溶质量，即(7—3)设被吸收组分A与溶液中所含的组分B发生相互反应(7—4)第7页，课件共98页，创作于2023年2月亨利定律关系式：(7—5)化学平衡关系式：(7—6)式(7—6)可变为：(7—7)将式(7—7)代入式(7—5)得(7—8)

若已知系统中各组分的初始浓度，则按式(7—7)、(7—8)和(7—3)可计算出气体组分A的总溶解度CA。

在被吸收组分浓度及各反应组分浓度较低的情况下有下列关系式：第8页，课件共98页，创作于2023年2月二、吸收速率方程（一）双膜理论吸收是气相组分向液相转移的过程，由于涉及气液两相问的传质，因此这种转移过程十分复杂；现已提出了一些简化模型及理论来加以描述，如双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。其中双膜理论描述比较直观，易于进行数学处理，应用较为普遍，它不仅用于物理吸收，也适用于气——液相反应。第9页，课件共98页，创作于2023年2月双膜理论假设在气——液界面两侧各存在一个静止膜，在气相一侧称为气膜，在液相一侧为液膜，在膜外气体或液体主体中，由于湍流扩散作用而不存在浓度梯度。气相的扩散阻力全部在气膜内，液相的扩散阻力全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。因而，气液相间的传质速度，取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率。第10页，课件共98页，创作于2023年2月第11页，课件共98页，创作于2023年2月对于气膜显然传质系数和膜厚的关系为在界面上对于液膜(7—22)(7—23)(7—24)(7—25)从而有(7—26)而(7—27)根据描述分子扩散的费克定律可推出被吸收组分A在气膜和液膜内的传质速度方程，即第12页，课件共98页，创作于2023年2月（二）伴有化学反应的传质系数伴有化学反应的传质系数，理论计算很难，一般采用实测或增强系数法。液相中发生化学反应时，吸收速率的表示仍可采用与传统的物理吸收相同的推动力（△cA=cAi-cA），而采用加大的液相传质系数，即选取与物理吸收相同的液相传质分系数kL，再乘以增强系数β，kLβ即为有化学反应的液相传质系数。第13页，课件共98页，创作于2023年2月三、吸收设备及设计（一）吸收设备的类型及特点在吸收过程中，溶质从气相转移到液相是在气—液界面进行的，界面积越大，吸收效果越好，各种设备都是为提供较大的气—液界面而设计的。根据产生界面的机制，吸收设备可分为三大类液膜表面吸收器气泡表面吸收器液滴表面吸收器（二）填料吸收塔的设计计算1.塔径计算(7—33)第14页，课件共98页，创作于2023年2月第15页，课件共98页，创作于2023年2月2.填料层高度的计算对于按如下化学计量方程式进行的化学吸收过程：填料层高度H为：最终得到：(7—34)返回目录第16页，课件共98页，创作于2023年2月第二节吸附净化气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上。这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。具有吸附作用的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。第17页，课件共98页，创作于2023年2月一、吸附过程(一)物理吸附和化学吸附根据吸附力的性质，吸附过程有物理吸附和化学吸附之分。物理吸附主要是靠分子间的范德华引力产生的，它可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附，(图7-5左部)；而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生的。只能单层吸附(图7—5右部)。第18页，课件共98页，创作于2023年2月图7-5第19页，课件共98页，创作于2023年2月(二)吸附剂及其再生与水处理中用的吸附剂要求相仿，作为气体净化吸附剂应满足如下要求：(1)有大的比表面积；(2)选择性要好，有利于混合气体的分离；(3)具有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性；(4)大的吸附容量；(5)来源广泛，价格低廉。第20页，课件共98页，创作于2023年2月表7-2常用吸附剂的特性第21页，课件共98页，创作于2023年2月二、吸附装置吸附装置可分为固定床、流动床及沸腾床。在空气污染控制中最常用的是由两个以上的固定床组成的半连续式吸附流程(图7—6)所示。气体连续通过床层，当一个达到饱和时，气体就切换到另一个吸附器进行吸附，而达到饱和的吸附床则进行再生。在这种流程中，气体是连续的，而每个吸附床则是间歇运行。解吸是导入水蒸汽来实现的。第22页，课件共98页，创作于2023年2月第23页，课件共98页，创作于2023年2月第24页，课件共98页，创作于2023年2月第三节催化转化催化转化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。该法与其它净化法的区别在于，无需使污染物与主气流分离。避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简比。催化转化的另一特点是对不同浓度的污染物都具有很高的转化率，因此在大气污染控制工程中得到较多的应用。第25页，课件共98页，创作于2023年2月一、催化作用和催化剂(一)催化作用化学反应速度因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却不变的作用称为催化作用，加入的物质称为催化剂。能加快反应速率的称为正催化作用；减慢反应速率的称为负催化。反应物和催化剂同为一相时称均相催化；反应物和催化剂不同相时称为多相催化。在大气污染控制中，仅利用多相正催化作用，化学反应为催化氧化和催化还原。第26页，课件共98页，创作于2023年2月催化过程可作如下的简化描述：有反应：(7—54)当受到催化剂作用时，有下面反应发生：(7—55)(7—56)根据活性中心及活化络合理论，催化作用起源于催化剂表面上的活性中心对反应物分子的化学吸附，反应分子被活性中心吸附后形成了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低了活化能。而活化能的大小直接影响到反应速率的快慢，它们之间用阿累尼乌斯方程表示(7—57)第27页，课件共98页，创作于2023年2月（二）催化剂催化剂通常由主活性物质、载体和助催剂组成。由于催化作用一般发生在主活性物质表面厚度为20~30nm内，因而主活性物质一般附着在惰性载体上。载体具有两种作用：一是提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性，二是增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长催化剂的寿命。助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化剂性能。助催剂和主活性物质都附于载体上，做成球状、圆柱状、片状、丝状、网状和蜂窝状等以供选用。第28页，课件共98页，创作于2023年2月第29页，课件共98页，创作于2023年2月第四节燃烧转化燃烧法是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。例如，含烃废气在燃烧中被氧化成无害的二氧化碳和水。此外燃烧转化还可以消烟、除臭。现在燃烧法已广泛用于石油工业、有机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆包线生产、纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等主要含有机污染物的废气治理。燃烧法的工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。但是处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。第30页，课件共98页，创作于2023年2月一、燃烧转化原理(一)燃烧反应燃烧反应是一种放热的化学反应，可用普通的热化学方程式表示。燃烧计算中，一个很重要的参数是空燃比。设质量为m1的燃料需要的空气量为m2，则空气与燃料之质量比AF为：(7—70)(二)爆炸极限范围当混合气体中的氧和可燃组分在一定浓度范围内，某一点被燃着时产生的热量，可以继续引燃周围可燃的混合气体，此浓度范围就是燃烧极限浓度范围。可燃混合气体在某一点着火后，传播开来，在有控制的条件下，就形成火焰而维持燃烧，若在一个有限空间内迅速蔓延，则形成气体爆炸。因此，燃烧极限浓度范围也就是爆炸极限浓度范围。第31页，课件共98页，创作于2023年2月若有几种可燃物与空气混合时，其爆炸极限范围的近似值可按下式计算：(7—71)(三)燃烧类型表7—5各类燃烧类型第32页，课件共98页，创作于2023年2月二、燃烧过程及装置(一)直接燃烧浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中直接燃烧，并回收其热能。(二)热力燃烧热力燃烧过程可分为三步：（1）燃烧辅助燃料提供预热能量；（2）高温燃气与废气混合以达到反应温度；（3）废气在反应温度下充分燃烧。根据废气与火焰接触的状态不同，可分为配焰燃烧和离焰燃烧两种形式。燃烧室容积：反应室长度：(7—72)(7—73)第33页，课件共98页，创作于2023年2月图7—15配焰燃烧炉图7—16离焰燃烧炉特点：辅助燃料在配焰燃烧器中形成许多小火焰，废气分别围绕小火焰进入燃烧室，使废气与火馅充分接触，因此能够迅速均匀混合，以使燃烧完全。特点：辅助燃料先燃烧后混合，火焰较大较长，易于控制，结构简单，但混合较慢，故设计时应着重解决混合问题，如采用旋风燃烧器就是一种好的形式。第34页，课件共98页，创作于2023年2月(三)催化燃烧在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应，这种方法能节约燃料的预热，提高反应速度，减少反应器的容积，提高一种或几种反应物与另一种或几种反应物的相对转化率。优点：操作温度较低，燃料耗量小，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。缺点：催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高，大颗粒物及液油应预先除去，不能用于使催化剂中毒的气体。

(四)热能回收直接燃烧法所释放的热能，应回收利用。热力燃烧和催化燃烧要消耗较多的辅助燃料，因而热回收利用往往成为燃烧法是否经济合理的关键。热能回收可用于如下途径：第35页，课件共98页，创作于2023年2月（1）回收废热用以预热进口的冷废气：这样可以节约部份辅助燃料。图7—17回收热量的催化燃烧过程第36页，课件共98页，创作于2023年2月（2）热净化气再循环：即将排出的高温气先用于预热入口冷废气，随后全部或部分再循环到烘烤炉或干燥炉作为热介质使用，经济效果显著。图7—17有热回收的热力燃烧（3）废热利用：将高温气体用于废热锅炉产生蒸汽或热水。返回目录第37页，课件共98页，创作于2023年2月第五节生物净化

废气的生物处理是利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。自然界中存在有各种各样的微生物，因而几乎所有无机和有机的活染物都能被微生物所转化。生物处理不需要再生过程和其它高级处理。第38页，课件共98页，创作于2023年2月优点：与其它净化法相比，处理改备简单，费用也低，并可以达到无害化的目的。应用：生物处理法广泛地应用于废气治理工程中，特别是有机废气的净化，如屠宰厂、肉类加工厂、金属铸造厂的臭气处理。局限性：不能回收污染物质，只适用于污染物浓度很低的情况。第39页，课件共98页，创作于2023年2月

一、废气的微生物处理原理

废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程中需要营养物质这一特点，把废气中的有害物质转化成无害物质。按照获取营养的方式不问，用于有害气体生物降解的微生物有两类，即自养菌和异养菌。第40页，课件共98页，创作于2023年2月

根据微生物是需氧还是厌氧，生物处理可分成需氧生物氧化和厌氧生物氧化两大类。由于废气生物处理是利用微生物的生命活动过程来进行的，所以影响微生物生长的因素也就是影响废气生物处理的因素。影响微生物生长的主要因素有温度、湿度、pH等。因此应根据微生物的种类来选择操作条件。第41页，课件共98页，创作于2023年2月二、生物净化方法废气的生物处理的主要方法可分为活性污泥法微生物悬浮液法土壤法堆肥法第42页，课件共98页，创作于2023年2月（一）活性污泥法利用污水处理厂剩余的活性污泥配制混合液，作为吸收剂处理废气。特点：对脱除复合型臭气效果很好，脱臭效率可达99%，而且能脱除很难治理的焦臭。影响因素：与活性污泥的浓度（MLSS）、酸碱度（pH）、溶解氧量、曝气强度等因素有关，还受营养盐的浓度和投加方式的影响。在活性污泥中添加50%（质量）的粉状活性炭，能提高分解能力，并起消泡作用。吸收设备可用喷淋塔、板式塔或鼓泡反应器等。第43页，课件共98页，创作于2023年2月（二）微生物悬浮液法用由微生物、营养物和水组成的吸收剂处理废气，适于吸收可溶性气态污染物。其原理、设备和操作条件与活性污泥法基本相同。特点：由于吸收液接近清液，设备堵塞的可能性更小。第44页，课件共98页，创作于2023年2月（三）土壤法原理：利用土壤中胶状颗粒的吸附作用，将废气中的气态污染物浓缩到土壤中；再利用土壤中的微生物将污染物转化。所用土壤以地表沃土为好，因为地表300-500nm的土层内集中存在着细菌、放线菌、霉菌、原生动物、藻类及其他微生物。土壤中微生物生活的适宜条件是：温度278-303k，湿度50%-70%，pH为7-8，土壤装置以固定床形式为主。第45页，课件共98页，创作于2023年2月（四）堆肥法以生活垃圾、畜产品加工或酿造下脚，农作物茎叶和禽畜粪便等有机物等有机废弃物为原料，经好氧发酵、热处理后作为工作介质。处理装置与土壤法基本相同。第46页，课件共98页，创作于2023年2月三、生物净化装置及设计计算生物净化废气有两种方式：其一是生物吸收方法，即先将污染物从气相转移到水中，然后进行废水的微生物处理。共二是生物过滤法，用附着在固体过滤材料表面的微生物来完成。第47页，课件共98页，创作于2023年2月(一)生物吸收装置1、流程及设备生物吸收装置主要包括吸收器和废水生物处理反应器，一般流程如图7-19所示。废气从吸收器底部通入，与水逆流接触，污染物被水(或生物悬浮液)吸收后由吸收器顶部排出。污染了的水从吸收器底部流出，进入生物反应器经微生物再生后循环使用。第48页，课件共98页，创作于2023年2月图7-19生物吸收装置流程第49页，课件共98页，创作于2023年2月图7-20轻金属铸造厂废气处理的生物吸收装置流程图

1.新鲜的水2.营养物3.生物反应器

4.第一级的泵5.第二级的泵6.吸收剂容器第50页，课件共98页，创作于2023年2月废气中含有酚、胺和乙醛。装置包括两个并联的生物吸收器。每一吸收器内都设置了两个吸收段。在第一级中，气体中粉尘和碱性成分被吸收剂清除，在第二级中，气体直接与生物悬浮液接触。生物反应器中氧由压缩空气供给。第51页，课件共98页，创作于2023年2月（二）生物滤池1、生物滤池的构造（1）堆肥滤池：在地面挖浅坑或筑地，池底设排水管。在池的一侧或中央设暑期总管，总管上再接出多孔配气支管，并覆砂石等材料，形成厚50-100mm的气体分配层，再摊放厚500-600mm的堆肥过滤层。过滤气速通常为0.01-0.1m/s。第52页，课件共98页，创作于2023年2月

图7-21堆肥滤池第53页，课件共98页，创作于2023年2月过滤材料：可用泥炭（特别是纤维状泥炭）、固体废弃物和堆肥等，并定期松动过滤材料。用堆肥作滤料，必须经过筛选，滤层要均匀、疏松，孔隙率应大于40%。滤料必须保持湿润，泥炭滤层含水量应不低于25%，堆肥滤层含水量不低于40%,但不能有水淤积。滤层温度要适当，阻力均匀且稳定，因此应定期松动过滤材料。此外，由于堆肥是由可供生物降解的物质构成，因而寿命有限，运行1-5年后必须更换滤料。第54页，课件共98页，创作于2023年2月（2）土壤滤池：土壤滤池构造与堆肥滤池基本相同。气体分配的下层由粗石子、细石子或轻质陶粒骨料组成，上层由黄沙或细料骨料组成，总厚度400-500mm。土壤滤层可按黏土1.2%、含有机质沃土15.3%、细沙土53.9%和粗砂土29.6%的比例混匀，厚度一般为0.5-1.0m。通气速度取0.1-1m/min。返回目录第55页，课件共98页，创作于2023年2月第六节气态污染物的其他净化法一、电子束照射法(一)工艺过程概述利用电子束干法脱硫、氮氧化物的装置如图7-24所示。本工艺由废气冷却、加氨、电子束照射以及粉体捕集等工序组成。第56页，课件共98页，创作于2023年2月图7-24电子束照射脱硫、氮氧化物装置第57页，课件共98页，创作于2023年2月加氨电子束照射粉体捕集废气冷却温度约为150℃的排放气体冷却到70℃左右根据排除气体中SO2及NOx的浓度确定加入微量的氨量，然后将含有氨的混合气体送入反应器排气中的SO2及NOx受电子束强烈氧化，在极短时间内(约十万分之一秒)氨氧化成硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)，这些酸与其周围的氨反应生成(NH4)2SO4和NH4NO3的微细粉粒。粉粒经捕集器回收作农肥，净化气体经烟囱排入大气第58页，课件共98页，创作于2023年2月(二)脱硫、脱氮机理

脱硫、脱氮整个反应大致可分为三个过程进行，这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响。

1.生成具有氧化活性的物质：由高速电子束照射在反应器内，具有很高能量的电子与废气中的主要成分N2、O2、H2O分子碰撞反应，生成了氧化力很强的·OH、O·、HO2·等活性物质。如下式：

N2、O2、H2O+e-→·OH、O·、HO2·第59页，课件共98页，创作于2023年2月2.SO2及NOx的氧化：生成的氧化活性物质将SOx和NOx氧化成雾状硫酸和硝酸分子。

第60页，课件共98页，创作于2023年2月

3.硫酸铵和硝酸铵的生成：生成的硫酸和硝酸与废气中的氨中和反应生成微粒状硫酸铵和硝酸铵，这些微粒从反应器进入收尘装置，在短时间内颗粒凝集、长大而被分离回收。第61页，课件共98页，创作于2023年2月（三）电子束发生装置图7-24电子束照射脱硫、氮氧化物装置第62页，课件共98页，创作于2023年2月电子束发生器和反应器的关系见上图，电子束发生器由直流高压电源和电子束加速管组成，两者之间用高压电缆连结.在高真空下，由加速管端部的灯丝发射出来的热电子，在高压静电场的作用下，使热电子加速到任意能级。为了扩大高速电子束的有效照射空间，调节x，y方向的磁场作用，并使电子束通过照射窗进入反应器内，使废气中的SOx和NOx强烈氧化。第63页，课件共98页，创作于2023年2月(四)工艺特点电子束处理废气技术有如下特点：

(1)能同时脱除硫氧化物和氮氧化物，

(2)系统结构简单、操作容易；

(3)副产物可作肥料利用，无二次污染；

(4)投资少、运行费低。该法目前已取得较大进展，1987年在美国印第安那州普列斯燃煤发电所完成的中试，最大处理虽为24000m3／h(相当于发电量约8000kW)，脱硫率达90％以上，脱氧化氮达80％以上。第64页，课件共98页，创作于2023年2月二、膜分离法原理：混合气体在压力梯度作用下，透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度，从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效果，如下图所示。第65页，课件共98页，创作于2023年2月膜的分类：根据构成膜物质的不同，分离膜有固体膜和液体膜两种。按膜的结构又可分为均质膜与复合膜。复合膜一般是由非多孔质体与多孔质体组成的多层复合体，如图8—41所示。按膜的形状可分为平板式(图8—41)、管式、中空纤维式(图8—42)，以及螺旋式等。按膜的制作材料还可分为无机膜和高分子膜。第66页，课件共98页，创作于2023年2月第67页，课件共98页，创作于2023年2月液膜技术是近一二十年发展起来的，它可以分离废气中的SO2、NOx、H2S及CO2等。但这些方法还没有投入工业规模的运行。目前在一些工业部门实际应用的主要是固体膜。第68页，课件共98页，创作于2023年2月

固体膜的种类很多，按膜的孔隙大小差别可分为多孔膜和非多孔膜。多孔膜的孔径一般在50一30oÅ，如烧结的玻璃及多孔的醋酸纤维素膜等，非多孔膜实际上也有小孔，只是孔径很小，如离子导电性固体，均质醋酸纤维、硅氧烷橡胶、聚碳酸脂等。第69页，课件共98页，创作于2023年2月气体膜分离技术的优点：过程简单，控制方便，操作弹性大，并能在常温下工作，能耗低（因不耗相变能）。目前，膜分离法已用于石油化工、合成氨气中回收氢、天然气净化、空气中氧的富集以及CO2的去除与回收。其中应用比较成功的是从合成氨气中回收氢气，可得到90%左右的纯氢，回收率达80%。由于固体膜对氧、氮、氢、二氧化碳、甲烷、硫化氢等气体都有选择透过能力，因而可以用在这些气体的分离上。可以预料，膜分离法将广泛用于气态污染物的净化和回收利用。第70页，课件共98页，创作于2023年2月一、燃烧过程中SO2的形成与控制SO2的来源含硫化石燃料的燃烧——占70%，其中火电厂排放了40%金属冶炼石油炼制硫酸生产硅酸盐制品熔烧——单质硫或硫化物的氧化补充内容：燃烧过程中典型气态污染物的形成与控制第71页，课件共98页，创作于2023年2月一、燃烧过程中SO2的形成与控制1.形成：可燃性硫——SO2元素S有机硫——分布均匀，低硫煤中主要是有机硫无机硫——黄铁矿（FeS2），高硫煤中主要是无机硫非可燃性硫：硫酸盐——煤渣元素硫和硫化物硫直接生成SO2，少量SO2进一步氧化成SO3有机硫先生成H2S、CS2，再氧化成SO2第72页，课件共98页，创作于2023年2月几点说明：只有可燃性硫才参与燃烧，并生成SO2及少量的SO3；含硫量0.5~5%的煤，1吨煤中含硫5~50kg，其中可燃硫占80~90%；由于可燃性硫中有1~5%转化为SO3，则煤中硫转化为SO2的转化率为80~85%。计算烟气中SO2浓度时，硫的排放系数取0.85~0.9。含硫量为1%的煤，燃烧后烟气中SO2浓度大概为2000mg/m3。非燃烧性硫以及残留在焦炭中的无机硫与灰分中的碱金属氧化物生成硫酸盐，并在灰中固定下来。第73页，课件共98页，创作于2023年2月一、燃烧过程中SO2的形成与控制2.燃烧过程SO2的控制方法——洁净煤技术选煤技术——去除含硫矿物和煤矸石等杂质物理方法：重力洗选法、浮选法、高梯度磁选法、静电分选法化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法、化学破碎法微生物脱硫法——通过洗选，降低含硫量40~90%，灰分降低50~80%。第74页，课件共98页，创作于2023年2月一、燃烧过程中SO2的形成与控制燃烧过程SO2的控制方法——洁净煤技术煤炭转化——转化为气态或液态燃料气化：煤+氧气+水蒸气——人工煤气液化：间接液化、热解、溶剂萃取和催化液化型煤固硫技术——制作型煤时添加石灰、石灰石等廉价钙系固硫剂，燃烧时硫与钙反应，将硫固化。经济，但固硫效率较低。流化床燃烧脱硫技术：燃烧温度850~950℃，固硫剂如石灰石可与煤粉混合进入锅炉，也可单独进入锅炉。流化状态使固硫剂与硫充分接触；固硫剂停留时间长、利用率高。注意：层燃炉和煤粉炉炉内脱硫效果不理想。第75页，课件共98页，创作于2023年2月1.湿法烟气脱硫技术——用液态吸收剂吸收烟气中的SO2，脱硫产物的最终形态为溶液或浆的状态。湿式石灰石——石膏法国内外应用比例占湿法中80%脱硫效率高（90~96%）技术成熟运行稳定可靠脱硫副产物可以利用二、烟气脱硫第76页，课件共98页，创作于2023年2月石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统吸收氧化系统浆液制备系统石膏脱水系统排放系统

第77页，课件共98页，创作于2023年2月基本工艺流程如下：锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO4·2H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。第78页，课件共98页，创作于2023年2月循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。

在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。

第79页，课件共98页，创作于2023年2月经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46~55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。第80页，课件共98页，创作于2023年2月石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺流程图

第81页，课件共98页，创作于2023年2月第82页，课件共98页，创作于2023年2月第83页，课件共98页，创作于2023年2月脱硫过程主反应

1）吸收：

SO2+H2O→H2SO3

2）中和：CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O

3）氧化：CaSO3+1/2O2→CaSO4

4）结晶：CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O

5）结晶：CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O

6）pH控制：CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2

同时烟气中的HCl、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5~6.2之间。第84页，课件共98页，创作于2023年2月双碱法为克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点，先用碱或碱金属盐类如NaOH、NaCO3、NaHCO3等水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器内用石灰将吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液再循环使用，最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。主要工艺过程：清水池一次性加入NaOH制成脱硫液，用泵打入吸收塔进行脱硫。从吸收塔排出的循环浆液流入沉淀池。灰渣经沉淀定期清除，上清液溢流进入反应池与投加的石灰进行反应，置换出NaOH溶解在循环水中，同时声称难溶解的亚硫酸钙、硫酸钙和碳酸钙等，通过沉淀清除。钠碱法：脱硫效率90%以上第85页，课件共98页，创作于2023年2月氨吸收法氨碱性强于钙基吸收剂。烟气中的SO2与吸收剂逆向接触，被氨水吸收，生成亚硫酸铵与亚硫酸氢铵，在吸收塔底部，亚硫酸铵被充入的空气氧化为硫酸铵。经过结晶后成为硫酸铵结晶(0.2~0.6mm)，作为农肥使用。系统不产生废渣，效率高。一次性投资高，氨有泄漏风险。第86页，课件共98页，创作于2023年2月海水脱硫工艺海水pH8.0~8.3，自然碱度约为1.2~2.5mmol/L；吸收了SO2的海水温度升高、DO降低、COD升高、pH降低，增加了不稳定的亚硫酸根离子，因此，通过曝气和混入大量新鲜海水，氧化为硫酸根，恢复水温等。工艺简单，无需脱硫剂，效率可达90%以上，无废水废料，投资低；只适用于含硫小于1.5%的中低硫煤，占地大，防腐要求高。第87页，课件共98页，创作于2023年2月氧化镁法MgO、MnO2和ZnO等一些金属氧化物都有吸收SO2的能力。我国氧化镁资源丰富。先与水生成氢氧化物，再与SO2生成亚硫酸镁和硫酸镁；强制氧化成硫酸盐制成七水硫酸镁；通过升温分解产生SO2气体，制造硫酸，分解形成的金属氧化物得到再生，循环使用。第88页，课件共98页，创作于2023年2月2.干法烟气脱硫技术——脱硫产物的最终形态为干态。结构简单，占地面积小，集除尘脱硫于一体；适用于中小燃煤机组的烟气脱硫，尤其适用于场地狭小的老厂脱硫改造；效率略低于湿法，一般为80~90%；烟气循环流化床脱硫技术炉内喷钙-尾部增湿活化脱硫技术旋转喷雾干燥烟气脱硫技术气体悬浮吸收法烟气脱硫技术电子束烟气脱硫技术第89页，课件共98页，创作于2023年2月二、燃烧过程中NOx的形成与控制形成：人类活动排入大气的NOx90%以上来自于燃料燃烧，该过程产生的NOx主要是NO和NO2；NO约占90%，NO2约占5~10%，其余的有N2O等。补充内容：燃烧过程中典型气态污染物的形成与控制第90页，课件共98页，创作于2023年2月

三种不同的生成途径：热力型：高温燃烧时，空气中的N2和O2生成；与燃烧温度、氧气浓度、气体在高温