第八讲--火力发电厂环境保护

1、火力发电厂环境保护,7.1 烟气污染及防治(电除尘、脱硫） 7.2 废水处理 7.3 灰渣处理,我国的火力发电厂燃料主要以煤为主，普遍采用悬浮燃烧方式。煤中的可燃成分C、H、O、N、S等元素与空气中的氧燃烧，在燃烧过程中，以碳与氢释放出的热能最高；硫释放的热能较少；氧是助燃的；氮燃烧时吸热。因此从能量的角度看，有用的元素是C和H，S虽可获得一点能量，但燃烧产物SO2与NOX一样是污染物。矿物质燃烧后以氧化物的形式（如CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、AI2O3）存在于灰渣中。,概 述,根据物质不灭定律，一台600MW的火力发电机组每天燃煤约6000t，即每天就有比6000t多得多的煤燃烧产

2、物需要排放。假如含硫1%，每天就有60t硫转变成SO2（约120t）排入大气中污染环境。同时从烟气中还有大量的CO2、H2O、未燃烧的过量空气及少量的灰尘带热排出，对温室效应作“贡献”,煤中的矿物质以粉煤灰、渣的形式成存。假如含矿物量为25%，则每天有1500t矿物质转变成灰渣需要排放到灰埸，在排放中需要大量的水来冲排，又形成了大量的废水。 因此燃煤电厂的环境污染单从煤燃烧的角度看就有废气、废水、废渣等大量的污染物产生。,7.1 烟气污染及防治,火力发电厂通过烟囱进入大气的主要污染物有粉尘、硫和氮的氧化物、碳的氧化物及碳氢氧化物等。 1烟气对环境的污染及危害 粉尘被人吸入呼吸道后进入肺部，损害

3、肺功能，引起肺病；粉尘飘浮到植物上，复盖在绿色植物叶子上，影响植物的光合作用，空气中氧气减少。尘粒本身是酸性物质（主要是硅的氧化物，还有钙、镁、铁、铝等氧化物），严重影响植物生长。硫氮氧化物对人体的主要危害是损害呼吸系统，易得急、慢性支气管炎，浓度高时，还会得肺气肿而死亡。,这些气体作用到植物上与植物表面的水膜反应成酸，腐蚀植物，影响植物正常生长，甚至枯死。氮氧化合物还能破坏臭氧层，进行光化反应，形成光化烟雾，污染大气。一氧化碳能使血液凝固，危害极大。二氧化碳浓度高了也会使人感觉难受（缺氧）。大量的带热气体排入大气是全球产生温室效应的主要原因之一。温室效应是一种大规模的环境灾难，它不仅使全球气

4、候变暖，还会使全球降水量重新分配，冰川融化，海平面上升等现象，既危害自然生态系统，又威胁人类的生活环境。,烟气污染及防治,火力发电厂控制烟气污染主要是控制尘粒和二氧化硫的排放。具体措施如下： 选用低含硫量、低灰分的煤作燃料。火力发电厂的燃料可用天然气、液化气、油及煤。煤是燃料中排放污染物最多的一种燃料。但由于受条件限制，我国大多数电厂仍然用煤作燃料。在条件允许情况下选择优质煤种作燃料。对含硫量高的煤种，尽可能对煤进行净化处理。 采用电除尘或布袋除尘。这样可以使烟气中的灰尘除去99.0%99.7%。,采用高烟囱排放。烟囱是锅炉系统烟气的最后通道，它既可以给锅炉以自然通风，又可将烟气中的有害物排至

5、高空扩散稀释，以减少对地面的污染。这一措施切实可行，相对于烟气脱硫来说，成本少，见效快。国内大型火电厂的烟囱高度均在200m以上。据报导美国的烟囱也在不断升高，至1972年，其烟囱平均高度已达242m。美国米切尔电厂（2800MW机组）烟囱高达368m，为世界上最高的烟囱之一。采用高烟囱排放来降低地面二氧化硫及尘粒浓度这一做法，在国内外均已取得实效。烟囱越高，对烟气的扩散作用越大，污染物离开人的距离就越远，污染程度越小。有文献介绍：二氧化硫在大气中的半衰期为2h，存在时间为4h12h，最长为2d。,高烟囱的作用,高烟囱可以将烟气中的灰尘及二氧化硫送至高空，使大气中的有害物稀释，使污染物远离地面

6、，改善了电厂附近地区的大气质量，这是有利的。但它把烟气中的污染物送到了高空，随风飘流，数量并未减少，且污染物在高空有时间经历一种人们很少了解的光化学反应的过程。全球很多地区出现酸雨，有人估算，酸雨约60%来自SO2，约40%来自NOX。楚天金报报导，武汉地区今年降酸雨面积较大，因附近燃煤电厂较多。因此采用高烟囱的方法并不是根本上解决烟气污染的方法。只是将污染物送到高空而已，现在必须考虑烟气脱硫或其它措施。,电 除 尘 器,600MW机组一般采用电除尘器，国外有些大电厂装有袋式除尘器。电除尘器的除尘效率可达99%，袋式除尘器可达99.7%.因此防止烟尘污染的有效方法是安装电除尘器或袋式除尘器。

7、电除尘器是利用电晕放电，使含尘气体中的尘粒带电而通过静电作用进行分离的装置。 袋式除尘器是将含尘气体通过过滤材料而使烟尘分离的装置。是一种过滤型集尘器 电除尘器电极形式有平行板式及管式两种。通常阴极为放电电极，阳极为集尘电极。板式电除尘器的应用最广泛。,电除尘器的电极形式,等离子体,物质除了以气态、液态和固成三种聚集状态存在以外，还有第四种聚集状态，即等离子体。在一定的条件下，如加热、放电和辐射等，气体经电离产生大量的带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、分子）所组成的体系，因其中正电荷总数等于负电荷总数，所以称为等离子体。 在日常生活中遇到的等离子体，如闪电是由空气放电而形成的等离子体在发

8、光，霓虹灯里面是氖或氩的等离子体在发光。太阳是一个灼热的等离子体，地球大气上层受太阳的辐射作用，也是由等离子体组成，该上层大气称为等电离层，远距离无线电通讯就要依靠这个电离层。,等离子体的有些性质与气体类似，如密度很小，当温度很 高时，它与理想气体相似。但等离子体又不同于气态物质，表现在它可以导电，且在磁场的作用下，等离子体的粒子可以作有规则的运动它们的运动可以被磁场控制。等离子体还具有很活泼的性质，易于参加各种化学反应等等。并不是任何电离气体都是等离子体，只有当电离程度大到使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制自身运动时，系统才转变成等离子体。由于等离子体的这些特性，使我们有可能为等离子

9、体寻找新的用途。,电除尘器的工作原理,由图，将数万伏高压加在放电电极上，放电极与集尘极之间产生火花前引起电晕放电，空气绝缘被破坏，产生了等离子体，其中的正离子在放电极上失去电荷，负离子则粘附到确尘粒上，由于静电场的作用被捕集到集尘极上。当集尘极上的灰尘达到一定厚度时，利用振打装置使烟尘落入下部灰斗中。由上可知，电除尘器的集尘主要是利用电晕电场中尘粒荷电后移向异性电极而从气流中分离出来的原理。为此，必须在高电场的作用下，首先要使气体电离，使尘粒荷电，然后荷电尘粒移向集尘电极。,电除尘器的结构,电除尘器。由除尘器本体和供电装置两部分组成。除尘器本体包括放电电极、和集尘电极、振打机构（干式除尘器）、

10、气流分布装置、高压绝缘装置、外壳及灰斗等部件。电除尘器有干、湿式之分，前者为干式除灰，后者为湿式除灰。电厂常用的是干除灰。 放电电极。又称电晕电极或阴极，是电除尘器的主要部件，对除尘效率由直接影响。对放电电极的要求是起晕电压低，击穿电压高；放电强度强，电晕电流高；机械强度好，耐蚀性强。 集尘电极。又称除尘极、阳极。其型式可分为平板式电极、箱式电极及型 板式电极等。对集尘电极的主要要求是消耗金属材料少；防止二次扬尘。 集尘极板所用金属在电除尘器中占有很大比重，故降低极板的金属消耗是很重要的。烟尘在静电埸的作用下，沉积于集尘极上，但在风的作用下，特别是在振打时，集尘极上的烟尘会重新扬起而返回烟气流

11、中，即二次扬尘，从而降低除尘效率。,振打装置。在集尘极上沉积的烟尘达到一定厚度时，电气条件恶化而影响除尘效率，故一般 是通过振打装置将集尘极上沉积的烟尘振落到灰斗中，这一过程称为清灰。常用的振打方式是利用摇臂锤振打。每一排集尘极上设置一个摇臂锤，各排之间互相错开一定的角度安装到回转轴上。当电机带动回转轴转动时，集尘极依次受到振打，可以通过改变锤重和回转速度来调整振打强度及振打周期。除摇臂振打外还有振动器振打、电磁振打等。 气流分布装置。电除尘器中气流分布的均匀程度对除尘效率有很大影响。设置气流分布装置有助于提高气流分布的均匀程度。常用的气流分布板为圆孔形，也可采用方孔形、百叶形等其它形式的气分

12、布板。圆孔形气流分布上的圆孔径不宜太小，以防烟尘堵塞孔眼。如果一块分布板还不能达到气流分布均匀的目的，则可设置23块气流分布板。,外壳和灰斗。除尘器外壳对保证除尘器正常运行起着重要作用。处理高温烟气外壳要用保温材料如玻璃棉等予以适当保温，防止在外壳附近的烟气温度降至露点温度以下而形成结露。除尘器外壳应保证严密以减小漏风，如漏风，将使进入除尘器的风量增加，增大风机负荷，由此造成电场内风速提高，又会使除尘效率降低。由于烟气温度高，冷空气漏入会使局部烟气温度冷却至露点以下，使除尘器内部构件被腐蚀。灰斗的设计要考虑到烟尘的物理特性及足够的容量，要特别注意灰的流动性；灰斗壁要有足够的坡度，灰斗中还可加设

13、搅拌装置，以保证所收集的灰能顺利地从排灰器排出；同时灰斗要注意保温，以防灰斗中由于烟气中的水汽凝结，而使灰粒结块、架桥、甚至堵塞而影响排灰。,电除尘器的供电装置。电除尘器的除尘效率及其工作的稳定性，在很大程度上取决于供电装置。它主要包括升压变压器、整流器和控制装置三部分；此外还有经整流的高压直流电压电缆，将直流电输入到电除尘器中。升压变压器的作用是将电网的的交流电压变为电除尘所要求的高压，其电压高达6070kV ，有时甚至高达70200kV 以上。整流器的作用是将高压交流电转变为高压直流电。,电除尘器的评价指标 一般有压力损失和集尘率来表示，同时也应综合考虑其设备费用、运行费用、处理烟气量、占

14、地面积、使用寿命等因素。在电除尘器内输送烟气所具有的机械能量由于接触除尘器内壁的磨擦、折流、合流、扩散情况时发生涡流作用时而变成热能。这些因素的作用导至压力损失，此值越小，动力消耗就越少，因而就相当于降低了运行费用。 压力损失 除尘器进出口的压差表示除尘器的压力损失。各类除尘器的阻力有低、中、高之分。电除尘器属于低阻除尘器，其压力损失一般小于500Pa；而高阻除尘器的压力损失可高达200020000Pa。电除尘器动力消耗少，运行费用低，这是它的主要伏点之际一。 除尘效率 除尘效率是指含尘烟气通过除尘器时所捕集下来的灰量占进入除尘器的总灰量的百分率。 =(c0c) 100%/c0(式中 c0、c

15、 分别表示电除尘器进、出口烟气中烟尘的平均浓度，g/m3； 是除尘率。)电除尘器是高效除尘器。除尘率达95%以上。,电除尘器的优缺点,优点： 除尘效率高。 阻力小，能耗低。 适用于处理大烟气量。 除尘尘粒的范围较广。 适合处理高温烟气。一般可在350400的高温下工作。 自动控程度高。自动控制高使得工作人员可在远距离操作。安全可靠。 缺点是：一次性投资大，所用钢材量大；制造、安装、运行要求高；占地面积大，对灰尘的比电阻（灰的电阻率）有一定的要求。一般适用于10451010cm的比电阻的灰用电除尘器效果较好。 电除尘器的性能的测定：除了测定除尘效率以外，对除尘器性能的测定项目还包括烟气处理量、压

16、力损失、动力消耗等项目的测定。在测定除尘效率时，除尘器烟尘进出口采样必须同时进行，测量次数不得少于3次，取其平均值作为测量结果。,袋式除尘器,袋式除尘器对捕捉细小尘粒方面有独特的优势。粒径在0.003 m 0.5m范围内它的捕获率可达99.7%，微小尘粒对人体危害极大，国外很多电厂已采用。 工作原理：袋式除尘器是一种过滤型集尘器。将含尘气体通过滤材料而使烟尘分离的装置，滤袋多用化学纤维或玻璃纤维加工而成，其过滤原理如下图。,由图，烟气由下部进入除尘器内部，经过滤后从中上部出口获得结净气体。开始时尘粒粘附于滤布而被分离，形成初次粘 附层，包括一层尘膜，这一过程时间很短，一般仅为数秒钟；然后通过烟

17、尘自身成层作用捕集到1 m左右的细小尘粒，效率就可超过于99%。随布袋尘粒不断增加，压力损失也逐渐增大，烟尘就开始坠落（此时要进行清灰），但因保留了初次粘附层，所以不会引起效率的降低。清灰有间歇式和连续式两种。清灰机构有机械式、换向喷射式等多种方式。,袋式除尘器的优缺点,优点： 袋式除尘器除了过滤作用外，还有撞击、扩散、静电、重力沉积等作用，因而可捕捉到不同粒径的尘粒，特别对于细微尘粒的捕捉能力很强。除尘效率可达99.9%。处理烟气量大，每小时可达数百万标立方米。除尘效率不受烟尘化学成分变化的影响。实行分室过滤，可在运行中检修与换袋。 缺点： 滤袋寿命较短。要经常更换滤袋。耐高温能力不及电除尘

18、器。设备投资大，消耗钢材多，安装工作量大。阻力较电除尘器高，故能耗大。 国内使用除尘器的动态： 由于燃烧低硫煤的电厂增多，国家对环保的要求提高，其灰的比电阻较高，使得采用电除尘器的费用增大；另外，滤袋的质量以及运行技术水平的提高，使得滤袋的使用寿命延长。因而国外安装袋式除尘器的电厂迅速增多。 国内 600MW机组几乎全部配用电除尘器。,烟 气 脱 硫,所滑烟气脱硫是指把二氧化硫及少量的三氧化硫转化为液体或固体化合物，从而从排放的烟气中分离出去。为了控制二氧化硫的排放，可以在煤燃烧前、中、后进行脱硫。 燃烧前脱硫，主要是洗煤；燃烧中脱硫，主要是采用流化床方式燃烧； 燃烧后脱硫，也就是指烟气脱硫。

19、这是目前唯一可以进行大规模商业运行的脱硫方式。 烟气脱硫的的基本方法有湿式脱硫和干式脱硫两种。 干法脱硫是采用固体作吸收剂去除烟气中的二氧化硫的方法，如在炉内添加石灰石或白云石的方法。在炉中加入的固体物质在高温下分解产生碱性物质氧化钙，与烟气中的二氧化硫反应而除硫的方法。 湿式脱硫是采用易和二氧化硫进行反应的碱性化合物（如CaO、MgO、CaCO3、NH3等碱性物质）溶于水中作为吸收剂来洗涤排出的烟气，使二氧化硫从烟气中得以分离的一种方法。该法应用最多。技术也较为成熟。美、日、德三国应用湿法脱硫占全部脱硫的90%以上。,湿式烟气脱硫（简写为湿式FGD）,（1）湿式FGD法（石灰石石膏回收法）

20、湿式FGD工艺方案很多，应用最广的是湿式石灰石石膏回收法，我国重庆珞磺电厂的烟气脱硫装置采用此法。其原理是：烟气中的SO2与水反应生成H2SO3，亚硫酸电离出H+和HSO3，部分HSO3被烟气中的氧气氧化成硫酸，再和石灰石反应生成石膏。 SO2 + H2O= =H+ HSO3 HSO3+1/2O2= H2SO4 CaCO3 + H2SO4= CaSO42H2O +CO2 该厂的脱硫工艺流程包括原料输送系统，石灰石浆液制备系统，烟气脱硫系统，石膏制备系统等。 石灰石粉经250目筛子筛分后经运输车卸入石灰石粉仓，制浆时将石灰石粉从粉仓下部放出由给粉机及输粉机送入制浆槽，控制浆液浓度为30%（质量浓

21、度），进入吸收塔。锅炉烟气经电除尘器除尘后由引风机引入烟气再热器加热升温后，从吸收塔顶部进入脱硫；经脱硫后的净化烟气再经过烟气再热器加热升温到90，通过脱硫风机经烟囱排出。石膏是烟气脱硫的副产品。将吸收塔中浓度较稀的石膏浆经泵送入水力旋流器浓缩后，进入真空脱水机脱水成含水量小于10%的石膏粉状晶粒，其纯度可达90%以上。2360机组脱硫可获得副产品60t石膏。,（2）威尔曼洛德（WL）法 该法是将含有二氧化硫的气体用水洗涤冷却，并在除去烟尘后与吸收液Na2SO3接触，SO2即被吸收除去。亚硫酸钠吸收剂可通过再生过程而循环使用。其工艺可分为洗涤吸收、蒸发再生和回收还原三个阶段。 SO2+H2O

22、+Na2SO3= 2NaHSO3 由于烟气中存在氧气，部分Na2SO3被氧化成Na2SO4，因此在吸收过程中要加入特殊的阻氧化剂。为了防止Na2SO4在溶液中结累，须排放一部分溶液，并在吸收塔内不断加入氢氧化钠溶液，以补偿因排放而减少的碱液。从吸收塔出来的NaHSO3溶液，送至蒸发结晶器进行吸脱，其反应式为：2NaHSO3 = Na2SO3 + SO2 + H2O 脱出的气体SO2用液化装置回收可获得硫酸溶液。亚硫酸钠循环使用。 （3）海水脱硫。因海水呈碱性，它含有一定量的碳酸氢钙和碳酸氢钠，同时又含有大量的盐，从而使得海水对SO2有足够大的吸收和中和能力 海水脱硫的流程是:烟气除尘器SO2吸

23、收塔再加热设备清洁烟气。海水在进入吸收塔之前要输入空气，使吸收塔中有一定的氧气。海水脱硫的总的反应如下： SO2 + H2O+1/2O2= SO42+2H+该反应中的H+与海水中的碱度中和生成二氧化碳和水。,干式烟气脱硫（简写为干式FGD）,干法FGD喷雾干燥脱硫工艺 喷雾干燥烟气脱硫称为干法FGD，该法在70年代中期得以发展。脱硫基本原理：利用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气（温度高）接触，使液滴中的水蒸发，留下的Ca(OH)2与烟气中的SO2反应生成CaSO3，固体粉状CaSO3进入除尘器中与尘粒一起被除去。整个脱硫工艺可分下述几个环节： 吸收剂制备；吸收剂制浆液雾化；雾滴与烟气接触及混

24、合；蒸发二氧化硫吸收；废渣去除。步是在吸收塔中进行的。吸收剂可以是石灰或碳酸钠。现以石灰作为吸收剂来说明脱硫的化学反应过程。 1）制石灰乳（吸收剂）： CaO+H2O = Ca(OH)2 2）SO2被液滴吸收： SO2（气）+H2O = H2SO3（液） 3）液滴与吸收剂反应： H2SO3 +Ca(OH)2= Ca SO3（液）+H2O 4）当液滴被Ca SO3达到过饱和状态时，即开始结晶析出。 5）部分溶液中的CaSO3被氧化成CaSO4后从溶液中析出： Ca SO3+1/2O2= Ca SO4。 喷雾干燥装置由吸收塔筒体、烟气分配器及雾化器组成。筒体的的设计，应保证液滴在进入除尘器前有足够的反应时间和干燥时间；烟气分配器应使烟气沿圆周分布均匀并降低压力损失；雾化器将吸收剂雾化成约25m200m的微粒以提高与SO2的接触表面，加快脱硫反应与干燥过程。 该法工艺流程简单，投资费用比湿法少，是一种很有发展前途的脱硫方法。,废水处理,火力发电厂废水主要有冲渣、冲灰水，锅炉停用保护的排放水，锅炉启动化学清洗水，阴、阳树脂再生排水，凝结水精处理装置