能装综合-电厂化学与环保

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1、能 源 化 学 与 环 境,主 讲 人：武汉大学动力与机械学院 廖 冬 梅 18971295295 信 箱：619168787,工程训练能装综合,之,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,本次课程主要讲述内容,以燃煤电厂湿法烟气脱硫系统（WFGD）为例： 了解WFGD系统的组成； 分析系统的腐蚀机理和腐蚀形态； 材料防护措施； 防腐材料的经济评价；,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,湿法烟气脱硫（WFGD）,湿法烟气脱硫（Wet Flue Gas Desulfurization） 利用碱性的液体洗涤吸收燃煤烟气中的SO2气体 （气液反应） 包括石灰石法、海水脱硫、氨

2、法、双碱法等。 石灰石法技术最成熟。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,石灰石法脱硫原理,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,SO2吸收系统,石灰石浆液供给系统,石膏生成与脱水系统,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,A电厂WFGD系统流程,除雾器及 冲洗水,烟气换热器,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,除尘风机,入口档板,80以上,出口烟气挡板,凝结水箱,旁路挡板,石膏脱水站,B电厂WFGD系统流程（2炉1塔）,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,WFGD工程设备实例,烟气换热器,2019/10/20,能 源 化 学

3、与 环 境,一、WFGD系统的物相分析,（1）除尘后的高温烟气中含有水汽、SO2、SO3、HCl、HF、NOx等酸性气体和粉尘颗粒； （2）喷淋浆液中含有大量石膏晶体和石灰石颗粒。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,析 氢 腐 蚀,露点（Dew Point）：空气湿度达到饱和时的温度。 水蒸气的露点 烟气露点70.590 经湿法脱硫后的烟气,湿度,温度（50） 露点温度（70.590）,SO3易在烟气中形成硫酸蒸气,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,露点腐蚀析氢腐蚀,净烟气易在接触的设备表面结露，酸性气体溶解其中形成酸 液，造成露点腐蚀析氢腐蚀。 阳极（氧化）：

4、 Fe-2e-Fe2+ 阴极（还原）： 2H+2e-H2 总 反 应 式 ： Fe+2H+ Fe2+H2,氢损伤,露点,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,脱硫烟气湿排,GGH的腐蚀,多管式烟囱,排烟内筒,钢筋混凝土外壳,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,B电厂WFGD系统内的主要腐蚀环境一览表,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,WFGD系统采用的防腐材料有两大类： 1、选用耐蚀金属材料； 2、采用非金属衬里防护；,WFGD系统常用防腐材料及使用特点一览表,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,镍基合金,镍基合金是以镍为主，与Co、Mo

5、、Fe、W、Cr等形成的连续固溶体合金；它对于点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂等都有杰出的表现。 由于价格较贵，一般仅用在WFGD系统中环境温度高、腐蚀条件很恶劣的某些区域，如脱硫塔入口烟道的干湿界面处。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,丁基橡胶衬里,优点： 衬层致密，无针孔和气泡，与钢铁的结合力强； 具有一定的弹性，抗机械冲击和热冲击性能好； 缺点：耐热性比涂层差； 一般应用于机械负荷大而环境温度较低的区域，如吸收塔内部、石灰石浆液系统、石膏脱水系统、温度较低的烟道等。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,玻璃钢（FRP）衬里,玻璃钢是以合成树脂为基体，以玻璃纤维

6、制品作增强材料制成的； 优点：它质轻而硬、防腐性能好；是制作管道法兰阀门的好材料。 缺点：使用温度在120；非标件的模具难觅；易产生加工缺陷； 多用在温度相对较低的液体输送管道中。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,玻璃鳞片树脂衬里,此项技术是80年代初在树脂涂层基础上发展起来的。 在日本、美国和中国得到了广泛应用。 它是以一定片径（0.4mm2.4mm）和一定厚度（6m40m）的玻璃鳞片为骨料，以耐蚀树脂作成膜物质，再加上各种添加剂组成的厚浆性涂料；也称鳞片胶泥。 将其涂抹或喷涂于金属表面即成为防腐涂层。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,优越的抗渗透性,鳞片

7、胶泥含有1040%片径不等的玻璃鳞片； 扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，具有迷宫效应： （1）腐蚀介质的屏障； （2）大大延长了腐蚀渗透距离。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,玻璃鳞片阻隔基体缺陷,平行排列的玻璃鳞片将树脂分割，孤立基体缺陷，有效抑制了腐蚀介质在基体连续相中的快速扩散。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,玻璃鳞片衬里的特点,（1）抗渗透性、耐蚀性、耐磨性、耐热性都较好； （2）价格有优势； （3）施工快，易修补； 已成为WFGD系统防腐的首选技术。 在发达国家，其材料及施工技术已完全标准化，有的已安全使用10年以上。,2019/1

8、0/20,能 源 化 学 与 环 境,国内WFGD系统不同区域防腐材料的选择,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,结 晶 腐 蚀,混凝土的结晶腐蚀,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,防腐材料的经济评价,工程造价： 耐蚀塑料和玻璃鳞片树脂最低，镍基合金材料最高。 检修维护费用： 镍合金材料比衬里低，30年不大修； 而橡胶和鳞片树脂衬里约5年内免修，8年需重衬。 长周期寿命成本：不同腐蚀区域，防腐材料的寿命成本不同。,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,本次课程内容小结,腐蚀是WFGD系统中存在的一个严重问题。 腐蚀机理涉及：化学腐蚀与电化学腐蚀 （吸氧

9、和析氢腐蚀） 腐蚀形态涉及：点蚀、缝隙腐蚀、磨蚀和应力腐蚀 应根据不同区域的腐蚀特性，选择不同的防腐材料。 对防腐材料进行经济评价，在投资和维护费用方面找到平衡点。,燃煤电厂烟气脱硝脱碳 技术及发展趋势,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,氮氧化物污染控制,1. 氮氧化物的性质及来源 2. 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 3. 低氮氧化物燃烧技术 4. 烟气脱硝技术,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,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、NO2的形式存在（污染的主要成分） NOx的性质 N

10、2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏 NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分。 1952年，洛杉矶上空笼罩在浅蓝色的烟雾之中，这是在强烈阳光照射下，污染物发生的化学反应；之后日本、英国、德国、澳大利亚先后出现过光化学污染，我国兰州、上海也发生过类似的光化学烟雾事件。 NO2：强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,1. 氮氧化物的性质及来源,NOx的来源 1、固氮菌、雷电等自然过程（5108t/a） 2、人类活动（5107t/a） 燃料燃烧占 90 95以NO形式，其余主要为NO2,2019/10/20,

11、能 源 化 学 与 环 境,2. 燃烧过程NOx的形成机理,形成机理 燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的NOx （1%） 热力型NOx 高温下N2与O2反应生成的NOx 瞬时NO 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,NOx的形成,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,3. 低NOx燃烧技术原理,控制NOx形成的因素 空气燃料比（空气过剩系数） 燃烧区温度及其分布 后燃烧区的冷却程度 燃烧器形状,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,4. 烟气脱硝技术,脱硝技术的难点 处理烟气体积大（10万千瓦机组2Mm3/h） N

12、Ox浓度相当低（400660mg/m3） NOx的总量相对较大,GB 13223-2003 火电厂大气污染物排放标准,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,GB 13223-2011 火电厂大气污染物排放标准,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,SCR法 SNCR法 吸收法 吸附法 同时脱硫和脱硝（发展趋势）,第十二届全国大气环境学术会议,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,催化剂：贵金属、碱性金属氧化物（固体） 还原反应：NH3提供还原气氛，适当温度（气气） 潜在的氨氧化反应,4.1 选择性催化还原法（SCR）,2019/10/20,能 源 化 学 与

13、 环 境,4.1 选择性催化还原法（SCR）,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,根据SCR反应器安装在锅炉的不同位置,有三种情况: 在空气预热器前350位置高温高尘工艺 在静电除尘器和空气预热器之间高温低尘工艺 布置在FGD之后低温低尘工艺,4.1.1 SCR的工艺类型,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,高温高尘工艺,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,高温高尘工艺,高尘（飞灰、SO2） 高温（ 300500），适用于多数催化剂，但易中毒 烟气飞灰中Na、K、Ca、Si、As会使催化剂中毒或污染； 飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器蜂窝堵塞；

14、 如烟气温度升高，会使催化剂烧结或使之再结晶失效； 如烟气温度降低，氨会和三氧化硫生成硫酸氢铵，堵塞烟道； 高活性催化剂会使二氧化硫氧化成三氧化硫。 工程应用较多 主要费用来自于更换催化剂,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,4.1.2 SCR工艺优缺点,优点 反应温度较低，寿命长等 缺点 对管路设备的要求高，造价比较高 NH3 易造成二次污染 在发达工业国家得到普遍应用,第十二届全国大气环境学术会议,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,现有的SCR公司 美国 Babcock&Wilcox 公司 Alstom公司 Babcock Power 公司 德国 Argill

15、oon公司 日本 BHK公司,4.1.3 SCR工艺现状,863大气复合污染控制技术研讨会,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,引进国外技术进行烟气脱硝 开发自主产权技术，实现SCR脱硝的国产化 研制高效能的催化剂：稀土掺杂催化剂 改变现在应用的工艺：低温低尘工艺的低温催化剂（金属氧化物/焦炭）,4.1.4 国内SCR脱硝发展趋势,第十二届全国大气环境学术会议,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,4.2 选择性非催化还原法（SNCR）,尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度 化学反应 同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生 不用催化剂，设备运行费用省，脱硝效率较低

16、 兹米约夫电站建立了工业装置,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,4.3 吸收法,1、碱液吸收 必须首先将一半以上的NO氧化为NOx NO/NO21效果最佳 2、强硫酸吸收,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,石灰/石膏法:采用生石灰、消石灰和微粒碳酸钙制成吸收液，加入少量硫酸，将其pH调制44.5，在洗涤塔内反应如下: Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2O CaSO3+SO2+H2OCa(HSO3)2 NO+2Ca(HSO3)2+H2O1/2N2+2CaSO42H2O+2SO2 NO2+2Ca(HSO3)2+2H2O1/2N2+2CaSO42H2O+2SO2 氨/石膏法,3. 同时脱硫脱硝的湿式系统,2019/10/20,能 源 化 学 与 环 境,4. 吸附法,吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤 NOx和SO2联合控制技术 吸附剂：浸渍碳酸钠的-Al2O3 再生：天然气、CO,2019/10/20,