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1、第九章 锅炉烟气净化,9.1 锅炉污染物排放标准 9.2 锅炉除尘技术 9.3 锅炉脱硫技术 9.4 锅炉脱硝技术 9.5 锅炉脱碳技术,1. 锅炉排放的主要污染物,9.1 锅炉污染物排放标准,成因：燃烧过程中形成的灰分和各种炭黑的总称。 分类： 烟尘按其粒径大小可分为降尘和飘尘两种。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。 危害：使人患呼吸道疾病、心脏病、儿童软骨病；直接损害人们的眼、鼻、喉的粘膜，引起呼吸道和肺部炎症；与水蒸气结合，形成雾霾，影响交通和电子设备工作。,（1）烟尘,9.
2、1 锅炉污染物排放标准,成因：燃料中的有机硫、黄铁矿（FeS2）、单质硫在锅炉中均能与氧反应生成二氧化硫。,（2）二氧化硫,危害：当大气中的SO2日平均浓度达到3.5mg/m3，对人会诱发肺病、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生成硫酸烟雾，其毒性是SO2的10倍；排放到大气中的SO2、NOX等污染物还会形成大面积的酸雨，危害人体、设备、生态系统等。,9.1 锅炉污染物排放标准,（3）氮氧化物,危害： 化石燃料燃烧生成的NO占90%，NO2占10%。NO是一种有毒气体，人吸入NO就和血色素结合变成NO-正铁血红蛋白，阻碍血液吸收氧气，人就会因缺氧而麻痹和痉
3、挛。NO2是一种红棕色有毒的恶臭气体，破坏人体内脏和造血组织； NO2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，严重损害人体和动物健康。,9.1 锅炉污染物排放标准,（4）二氧化碳,成因：化石燃料中的主要可燃成分为碳，只要碳燃烧就会生成大量的CO2。 危害： 大气层中的CO2能让太阳向地球辐射的短的光波通过，而将长的光波向太空反射，从而使地球大气温度升高，这就是“温室效应”。它随着CO2浓度增加，其不良影响也增大，如 CO2含量从320mg/kg增长到375mg/kg，地球平均温度升高0.5；而CO2含量增加1倍（640mg/kg)，则地球大气平均温度上升 2 ，使全球气候发生重大变
4、化，改变世界降雨量的分布，导致南、北极冰雪融化，海平面上升，淹没许多沿海、沿江的城市和良田。,2. 锅炉大气污染物排放标准,9.1 锅炉污染物排放标准,取自GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准。,2. 锅炉大气污染物排放标准,9.1 锅炉污染物排放标准,取自GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准。,第九章 锅炉烟气净化,9.1 锅炉污染物排放标准 9.2 锅炉除尘技术 9.3 锅炉脱硫技术 9.4 锅炉脱硝技术 9.5 锅炉脱碳技术,1. 旋风除尘器,9.2 锅炉除尘技术,原理：烟气从进口切向进人外壳和芯管之间的环行空间，沿外壁自上而下作旋转运动，形成外涡旋；气流到达锥底后，
5、受到引风机的抽吸作用，回转180沿轴心自下而上旋转运动，形成内涡旋。尘粒在离心力作用下，与气流分离并沿着径向运动，到达壳体内壁的尘粒在自重作用下，沿内壁面下滑，最后落人灰斗。净化后的烟气经烟气出口排出。 特点：结构简单、应用最广，效率高（90% ）。,1-排灰管；2-内旋气流；3-外旋气流；4-进气管；5-排气管；6-旋风顶板,9.2 锅炉除尘技术,2. 麻石水膜除尘器,9.2 锅炉除尘技术,原理：含尘气流在下部沿切线方向经烟气进口进人除尘器筒体内，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简内壁，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
6、人沉灰池。 特点：麻石水膜除尘器不仅除尘效率高，而且能有效地捕集小于5m粒径的尘粒，它适用于所有工业燃煤锅炉。,2. 麻石水膜除尘器,9.2 锅炉除尘技术,3. 过滤（布袋）除尘器,9.2 锅炉除尘技术,原理：是使含尘气流通过过滤材料，将尘粒分离捕集的装置。 优点：除尘效率较高，可达99%以上；结构简单；处理烟气量大；运行成本较低，可捕集粒径小于0.3m的细微尘粒。 缺点：体积与占地面积较大；阻力损失较大；对虑袋质量要求严格；不适于高温高湿烟气。,9.2 锅炉除尘技术,4. 静电除尘器,9.2 锅炉除尘技术,原理：首先点晕极释放出大量的电子、负离子（即吸附电子的气体），他们附着在灰粒，然后在电
7、场力的作用下，灰粒向集尘极运动并附着在此，最后当集尘极上灰尘的厚度达到一定程度时，对电晕极和集尘极进行振打出尘。 优点：捕集粒径范围0.01100m，粒径大于0.1m时，除尘效率99%以上；流动阻力小；电耗低；能耐高温。 缺点：设备造价高，安装运行要求严格；对烟气的波动很敏感；对尘粒的比电阻敏感；维修技术要求高；占地面积大。,9.2 锅炉除尘技术,5. 除尘器性能比较,9.2 锅炉除尘技术,第九章 锅炉烟气净化,9.1 锅炉污染物排放标准 9.2 锅炉除尘技术 9.3 锅炉脱硫技术 9.4 锅炉脱硝技术 9.5 锅炉脱碳技术,1. 脱硫技术概述,9.3 锅炉脱硫技术,（1）燃烧前脱硫,又称为燃
8、料脱硫。是通过各种方法对煤进行净化，去除原煤中所含的硫分（黄铁矿硫）。此种方法不能去除有机硫。主要方法有物理法（跳汰法、重介质选煤、浮选选煤、高梯度强磁分离煤脱硫技术、微波辐射法）、化学法（物理化学方法、纯化学方法）、微生物法。 脱除无机硫率为5070%。我国原煤入选率为20%，美国42%，法国、英国、日本分别为90%、95%、98%。,9.3 锅炉脱硫技术,（2）燃烧中脱硫,型煤固硫原理：粉碎后的煤与粘结剂和固硫剂混合，经机械设备挤压成型及干燥，即可得到工业型煤，燃烧时固硫剂与二氧化硫反应去除。 脱硫率：与反应温度、原煤粒度和钙硫比等因素有关。,循环流化床燃烧原理：在循环流化床炉膛中投入脱硫
9、剂（石灰石），分解产生氧化钙，与SO2、O2反应生成硫酸钙。 脱硫率：脱硫效率较高，可达80%以上。,9.3 锅炉脱硫技术,（3）燃烧后脱硫,燃煤后烟气脱硫（flue gas desulfurization，缩写FGD）是目前世界上大规模商业化应用最多的脱硫技术。世界各国研究开发的烟气脱硫技术达200 多种，但商业应用的不超过20种。按脱硫产物是否回收，烟气脱硫可分为抛弃法和回收法，前者是将SO2转化为固体残渣抛弃掉，后者则是将烟气中SO2转化为硫酸、硫磺、液体SO2 、化肥等有用物质回收。回收法投资大，经济效益低，甚至无利可图或亏损。抛弃法投资和运行费用较低，但存在残渣污染和处理问题，硫资源
10、也未得到回收利用。 根据产物和反应过程是否有水分为：湿法、干法、半干法。,2. 烟气脱硫技术,9.3 锅炉脱硫技术,（1）石灰石-石膏法,应用最为广泛，居于世界第一位。采用湿态吸收剂（石灰石浆液），在吸收装置中吸收SO2生成亚硫酸钙，通空气进一步氧化成硫酸钙，接着水合成石膏。脱硫率90%以上。,9.3 锅炉脱硫技术,（2）海水脱硫,吸收塔内完成的反应：,曝气池内完成的反应：,海水中含有大量可溶性盐，主要包括氯化钠和硫酸盐，还有一定量可溶性碳酸盐，呈碱性，能吸收酸性气体。 海水脱硫就是一部分海水洗涤烟气中的SO2，然后进入曝气池，通入大量海水和空气，将SO2氧化成SO42- ，恢复海水的水质（P
11、H6.5）。,结构简单、运行投资费用低、不产生固态废弃物，在沿海城市广泛使用。,9.3 锅炉脱硫技术,（3）喷雾干燥法脱硫,仅次于湿法，半干法居于世界第二位。采用湿态吸收剂，在吸收装置中吸收剂被热烟气干燥，在此过程中吸收SO2生产干粉状的脱硫产物。,工艺简单、干态产物易于处理、无废水产生、投资低于湿法，但脱硫效率和脱硫剂利用率低。,吸收塔内完成的主要反应：,9.3 锅炉脱硫技术,（4）炉内喷钙干法脱硫,炉内喷钙是把干的石灰石直接喷到炉膛中去，炉内热量将其煅烧成CaO，与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。有的又在后部喷水增湿活化，提高脱硫率。,相对FGD系统，干法脱硫结构简单、投资低，但脱硫
12、率较低（50%-70%）、应用不太广泛。,炉膛内完成的主要反应：,9.3 锅炉脱硫技术,（5）电子束照射干法脱硫,在烟气进人反应器之前注人氨气，然后进人反应器，受高能电子束照射，烟气中的N2、O2和水蒸气等发生辐射反应，生成大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2。进而水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸，再与事先注人的氨反应，生成盐。,第九章 锅炉烟气净化,9.1 锅炉污染物排放标准 9.2 锅炉除尘技术 9.3 锅炉脱硫技术 9.4 锅炉脱硝技术 9.5 锅炉脱碳技术,1. 脱硫技术概述,9.4 锅炉脱硝技术,降低NOx排
13、放的主裹技术措施: （1）改变燃烧条件 a.低过量空气燃烧； b.空气分级燃烧； c.燃料分级燃烧； d.烟气再循环。 （2）炉膛喷射脱硝 a.喷氨或尿素； b.喷入水蒸气； c.喷入二次燃料（属于燃料分级燃烧）。,（3）烟气脱硝 a.干法烟气脱硝； 烟气催化脱硝； 电子束照射烟气脱硝； b.湿法烟气脱硝。,2. NOx生成和破坏机理,9.4 锅炉脱硝技术,总体而言，在氧化性气氛中，供燃烧用的空气中的氮以及化学地结合在燃料中的杂环氮化物热解氧化后生成NOx；而在还原性气氛（缺氧状态）中，则还原成N2。,3. NOx脱除技术,9.4 锅炉脱硝技术,（1）分级燃烧,对于直流燃烧器，将燃料和空气沿炉
14、膛高度分批次供入，形成多级燃烧区。若前期燃料多，空气少，还原性气氛，生成的NOx就少，后期供入空气多，但烟温低，NOx也少；若前期空气多，会生成较多的NOx，但再喷入燃料，还原的NOx成氮气，最后再通入空气燃尽。,9.4 锅炉脱硝技术,对于旋流燃烧器，将二次风分成两股，灵活调节控制燃料和二次风的混合情况（局部区域空燃比），适当降低燃烧强度和火焰温度。,9.4 锅炉脱硝技术,（2）烟气再循环,通过烟气循环风机把部分低温烟气（一般省煤器后250-350）送入炉膛，可降低火焰总体温度，并且烟气中的惰性气体冲淡氧的浓度，从而减小NOx的生成。,9.4 锅炉脱硝技术,（3）选择性催化还原法烟气脱硝,用氨
15、气作还原剂，在烟温250-420和催化剂的作用下，有选择性（NH3优先与NOx发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应）地将烟气中的NOX还原成N2和O2。,9.4 锅炉脱硝技术,（4）选择性非催化还原法烟气脱硝,选择性非催化还原法是在没有催化剂的情况下，将氨（尿素）喷入900-1100的烟气中，将烟气中的NOX还原成N2和H2O。,温度过高：,第九章 锅炉烟气净化,9.1 锅炉污染物排放标准 9.2 锅炉除尘技术 9.3 锅炉脱硫技术 9.4 锅炉脱硝技术 9.5 锅炉脱碳技术,1. 二氧化碳排放,9.5 锅炉脱碳技术,在下图可以看出，世界二氧化碳排放量快速增加；中国、印度排放量增加的较快
16、；美国、日本、俄罗斯基本持平。总体而言，我国是以化石燃料为主的国家，因此致使我国环境问题较为突出。,2. 二氧化碳捕集技术,9.5 锅炉脱碳技术,工业界通常将捕集技术分为3种：燃烧后捕集（Post-combustion）、燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧技术（Oxy-combustion）。,9.5 锅炉脱碳技术,燃烧前捕集：燃料进入气化炉得到合成气，合成气经净化后进行转换，最终变为CO2和H2的混合物，然后再对两者进行分离。该工艺主要用于IGCC系统中。被视为未来最有前景的捕集技术，适合采用燃烧前捕集的IGCC电站已经成为国际上新燃煤电站的重要选择。但是整个系统的初始投资十分庞大，当前不适合我国国情。,燃烧后捕集：主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。不过，由于燃烧后烟气体积量大，CO2的分压小，捕集过程的能耗会比较大，设备的投资和运行成本会比较高，因而会造成捕集成本较高。,富氧燃烧捕集：该技术将燃料与氧气一同输送到专门的富氧燃烧炉进行燃烧
