大气污染控制工程课件08硫氧化物的污染控制.ppt
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1、第8章 硫氧化物的污染控制,教学内容: 1硫循环及硫排放 2燃烧前脱硫 3流化床燃烧脱硫 4高浓度SO2尾气的回收和净化 5低浓度SO2烟气脱硫,第8章 硫氧化物的污染控制,1、教学要求 要求了解硫循环及硫排放、燃烧前燃料脱硫、硫化床燃烧脱硫、当代脱硫方法 理解和掌握高浓度二氧化硫尾气脱硫、低浓度二氧化硫烟气脱硫。 2、教学重点 重点介绍当代脱硫方法 3、教学难点 低浓度二氧化硫烟气脱硫、硫化床燃烧脱硫,中国城市的大气污染的特征,煤烟型大气污染,主要是硫排放,其中90%来自煤炭 煤中硫的存在形式: 无机硫( 黄铁矿和硫酸盐) 有机硫(硫醇和硫醚) 中国的动力煤资源 全硫的加权平均含量为1.15
2、% 含硫量为小于0.5%的超低硫煤 占39.35% 含硫量在0.51.0% 的低硫煤 占16.46% 含硫量在1.01.5%的中低硫煤 占16.68% 含硫量在1.52.0% 的中硫煤 占9.49% 含硫量为2.03.0% 的中高硫煤 占7.85% 含硫量分别为3.05.0% 的高硫煤 和大于5.0%的特高硫煤 占7.05%,我国二氧化硫的排放量以每年(34)%的速度不断增长 有55%的城市二氧化硫超过标准 二氧化硫的排放会导致严重的环境问题: (1) 酸雨会造成森林、水生物生态平衡破坏,土壤酸性贫瘠,腐蚀金属材料,破坏建筑、文物古迹,影响人体健康。我国的酸性降雨为硫酸型的。 (2) 二氧化硫
3、对人体健康有极大的危害。 SO2对人体的呼吸器官有很强的毒害作用,会造成鼻炎、支气管炎、哮喘、肺气肿、肺癌等。 (3) SO2 会给植物带来严重的危害。 (12)10-6容积浓度的SO2 在几个小时内即可引起叶片组织的局部损坏 0.310-6容积浓度以上的浓度能使某些最敏感的植物发生慢性中毒 一些城市燃用1 吨煤所产生的二氧化硫和酸雨造成的经济损失达(5070) 元。据不完全统计,我国在“七五”期间仅两广、四川、贵州四省因酸雨造成的直接和间接经济损失就达每年160亿元。,我国政府制定的政策和法规 1990年12月,国务院环委会决定着手对酸沉降污染控制问题采取控制措施 1991年10月29日国家
4、环保局于发布了燃煤电厂大气污染物排放标准 在19911992年国家环保局组织有关单位进行了工业燃煤二氧化硫收费标准及实施方案的研究,并于1992年2月21日由国务院发出通知,在广东、贵州两省和柳州、南宁、桂林、杭州、青岛、重庆、长沙、宜昌和宜宾等九个城市进行征收工业燃煤二氧化硫排污费和酸雨的综合防治工作。 1995年8月29日经全国人代会批准颁布了中华人民共和国污染防治法修正案,首次对燃煤二氧化硫控制作出了明确的规定 “在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内排放二氧化硫的火电厂和其它大中型企业,属于新建项目不能用低硫煤的,必须建设配套的脱硫、除尘装置或采取其它控制二氧化硫排放、除尘的措施;属于已建
5、企业不用低硫煤的,应当采取控制二氧化硫排放、除尘的措施;国家鼓励企业采用先进的脱硫、除尘技术。”,火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定(1999) 国产化目标分为四步: 至2001年,初步掌握火电厂湿法脱硫设计技术,启动火电厂脱硫国产化示范工程,湿法烟气脱硫设备国产化率达80%左右。同时,选择若干种其它烟气脱硫工艺作为国产化的示范工程,编制国产化实施方案。 至2003末,具备独立完成火电厂湿法烟气脱硫工艺设计的能力,开发适合我国国情的火电厂烟气脱硫工艺,湿法烟气脱硫设备国产化率达90%以上。组织实施其它若干种烟气脱硫国产化示范工程,并具有相应的设计能力。,火电厂烟气脱硫关
6、键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定(1999) 国产化目标分为四步: 至2005年末,湿法烟气脱硫设备国产化率达95%以上。其它若干种烟气脱硫工艺也要基本实现脱硫设备国产化。 至2010年,湿法烟气脱硫设备国产化率达100%。掌握其它若干种烟气脱硫工艺的设计,设备国产化率达到95%以上。 火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 国家经贸委制定(1999) 实施火电厂烟气脱硫国产化的措施是: 加强火电厂烟气脱硫国产化的组织领导; 组织实施烟气脱硫国产化示范工程; 积极扶植脱硫设备的生产和供应;实行招投标制度,加强规范化管理; 培育和扶持有实力的脱硫工程公司; 研究制定促进火电厂 脱硫
7、国产化的配套政策。,炉内脱硫 在燃烧过程中,在炉内加入固硫剂,使煤中硫份转化为硫酸盐,随炉渣排除。 烟气脱硫(FGD)技术: 从生成物的状态划分 干法脱硫 湿法脱硫 从生成物的利用与否划分 抛弃法 回收法 美国环保局和联邦动力委员会通过三年的研究,得出的结论 “FGD是目前世界上最有效的、最可行、最佳SO2 排放控制技术”,硫氧化物的污染关注热点,早期 局地环境中二氧化硫的浓度升高 近100年来 二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降 最近 二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子,1硫循环与硫排放,1硫循环与硫排放,人类使用的化石燃料都含有一定量的硫 燃料燃烧时,其中的硫大部分转化为SO2,1硫循环与
8、硫排放,1硫循环与硫排放,1硫循环与硫排放,我国SO2排放的年际变化,1硫循环与硫排放,我国SO2排放的地区分布,1硫循环与硫排放,我国SO2排放的行业特点,1硫循环与硫排放,我国北方城市SO2污染现状,1硫循环与硫排放,我国南方城市SO2污染现状,80 6080 4060 2040 020,1硫循环与硫排放,1999年全国城市酸雨的频率统计,1999年统计264个城市 降水年均pH范围在4.04 7.24 年均pH低于5.6的城市有98个 占统计城市的37.12%,1硫循环与硫排放,20世纪90年代末我国酸雨区域分布,2燃烧前脱硫,燃烧前脱硫 原煤在投入使用前,用物理、物理化学、化学及微生物
9、等方法,将煤中的硫份脱除掉。 炉前脱硫还能除去灰份,减轻运输量,减轻锅炉的粘污和磨损,减少灰渣处理量,还可回收部分硫资源。 一、煤炭的固态加工 煤炭洗选 物理选煤: 利用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将黄铁矿硫和部分矿物质除去。这样可使煤的含硫量降低40%,灰份降低70%左右。 化学选煤技术: 加氢脱硫、加氧脱硫、用碱液浸煤后用微波照射等,适合于含硫量很高的洗中煤 微生物方法:细菌脱硫 我国以物理选煤为主。跳汰占59%、重介质选煤占23%、浮选占14% 1995年我国煤炭洗选能力3.8108t,入洗量2.8108t ,入洗率22%。,2燃烧前脱硫,二、煤炭的转化 煤的气化 采用空气
10、、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂,在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气 移动床、流化床和气流床三种方法 煤的液化 通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品 直接液化和间接液化,2燃烧前脱硫,三、重油脱硫 在催化剂作用下通过高压加氢反应,切断碳与硫的化学键,使氢与硫作用形成H2S从重油中分离 直接脱硫和间接脱硫,3流化床燃烧脱硫,炉内脱硫 在燃烧过程中,在炉内加入固硫剂,使煤中硫份转化为硫酸盐,随炉渣排除。 一、流化床燃烧技术概述 气流速度介于临界速度和输送速度之间,煤粒保持流化状态 流化床利于燃料的充分燃烧 分类 按流态:鼓泡流化床和循环流化床 按运行压力:常压流化床和增压流化床
11、流化床锅炉过去称沸腾炉,将一定粒度的煤粒(不是煤粉)通过鼓风形成悬浮燃烧,悬浮形态如开锅的米粥,煤粒及灰粒上下翻腾。虽然燃烧充分,省煤,但炉堂温度不易控制(不如粉煤炉),易结焦,对炉堂磨损严重。现在中小吨位工业锅炉仍以往复炉排炉、链条排炉为主,大吨位电站锅炉以粉煤炉为主。,蒸汽锅炉,链条锅炉,电加热蒸汽锅炉,立式燃煤锅炉,WNS系列燃油燃汽锅炉,DZH系列燃型煤锅炉,LSH煤气化环保锅炉,3流化床燃烧脱硫,循环流化床燃烧(CFBC)技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下,即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。 循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺,以石灰石为脱硫吸收
12、剂,燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入,一次风从布风板下部送入,二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床,燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。 为了提高吸收剂的利用率,将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。钙硫比达到2-25左右时,脱硫率可达90以上。 流化床燃烧方式的特点是: 1清洁燃烧,脱硫率可达80-95,NOx排放可减少50; 2燃料适应性强,特别适合中、低硫煤; 3.燃烧效率高,可达95-99; 4负荷适应性好。负荷调节范围30-100。,3流化床燃烧脱硫,3流化床燃烧脱硫,二、流化床脱硫
13、的化学过程 脱硫剂:石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3MgCO3) 炉内化学反应 流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境 CaSO4的摩尔体积大于CaCO3,由于孔隙堵塞,CaO不可能完全转化为CaSO4,3流化床燃烧脱硫,炉内喷钙脱硫,炉内喷钙脱硫: 在煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而达到脱除烟气中二氧化硫的目的 特点: 投资小 工艺简单 易操作 占地省,1.炉内喷钙技术原理 钙基脱硫剂:主要为石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3- MgCO3) 煅烧反应为: CaCO3CaO+CO2 Ca(OH)2CaO+H2O CaCO3-MgCO3CaO+MgO+2CO
14、2 影响煅烧反应和脱硫率的主要因素-微孔结构 孔性质:比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布 比表面积及空隙率:白云石最大,Ca(OH)2次之,CaCO3 为最小。 煅烧产物CaO与SO2 可发生如下的反应: CaO+SO2CaSO3 CaSO3+1/2O2CaSO4,CaO对SO2的吸收包括如下几个过程: (1) SO2 从主气流向颗粒外表面转移的气相传质; (2) SO2在多孔介质内的扩散; (3) SO2在孔壁上的吸附; (4) SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成; (5) SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散。 2.炉内喷钙脱硫技术的现状 炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因:
15、炉内温度太高 烟气中含有较多的CO2和H2O 炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结 表面积快速减少 反应活性和反应速率降低 当温度超过1300时,所产生的产物CaSO4 会易于分解成CaO和SO2 。 脱硫率较低(1030)%),新的研究进展 提高吸收剂的活性,改善SO2的扩散过程 以有机钙盐代替石灰石 以有机固体废弃物和石灰为燃料制备的有机钙混合物 优点: 方便地用于现有锅炉的脱硫脱硝,使锅炉达到环保要求 有效地回收和利用城市固体废弃物,进一步改善环境 有机钙具有一定的热值,使用后能降低锅炉的煤耗 改变吸收剂的喷入位置,避免吸收剂的烧结失活,LIFAC烟气脱硫工艺 在燃煤锅炉炉内喷钙的基础上再配合在
16、锅炉空气预热器后增加活化反应器进行烟气进一步脱硫 Limestone Injection into the Furnace and Activation Calcium Oxide 1986 年由芬兰的Tampella和IVO 公司开发投入运行,LIFAC 烟气脱硫技术,图 LIFAC工艺的工艺流程,活化器内的脱硫原理: CaO+H2OCa(OH)2 (水合反应) Ca(OH)2+ SO2 CaSO3+H2O CaSO31/2CaSO4 影响活化器内脱硫效率的因素 雾化水量 液滴粒径 水雾分布 出口烟温等 活化器脱硫效率通常在40%60%之间。 整个LIFAC工艺系统的脱硫效率h : h=h1
17、+(1-h1)h2 通常整个LIFAC 工艺系统的脱硫率为60% 85% 脱硫灰再循环工艺 将从电除尘下来的粉尘返回一部分到活化器中再次利用 原因:活化器的出口烟气中含有一部分可加于利用的钙化物,LIFAC 烟气脱硫技术,烟气再加热 目的:将烟气温度提高到比露点高1015 原因:雾化水的蒸发导致活化水出口烟温的降低 加热工质:蒸气,空气或未经活化器的烟气 特点: 系统简单 投资低 中等脱硫效率 对机组影响不大 运行维护方便 适用于中、小容量机组和老电厂的改造。 LIFAC的应用对锅炉运行的影响: (1)炉膛内在喷射石灰石后不会造成受热面的结焦、腐蚀和严重积灰,对受热面有时会出现轻微的积灰,采用
18、常规吹灰器就可以消除; (2)由于烟气量、烟气温度、粉尘浓度和粉尘特性的改 变,电除尘器的除尘效率将略有下降; (3)增加活化器后烟道阻力将增加; (4)石灰石粉和载气、混合空气吹入炉膛后的化学反应对锅炉效率的影响将随钙硫比和脱硫效率而异,在一般情况下热量损失不超过总燃料量的0.3%; (5)由于增加了脱硫装置会导致厂用电的增加,其增加量约为总发电量的0.50.7%,其中以石灰石粉制备系统耗能最多,LIFAC 烟气脱硫技术,三、流化床燃烧脱硫的影响因素,1.钙硫比 表示脱硫剂用量的指标,影响最大的性能参数 脱硫率()可以用Ca/S(R)近似表达,2.煅烧温度 存在最佳脱硫温度范围 温度低时,孔
19、隙量少、孔径小,反应被限制在颗粒外表面 温度过高,CaCO3的烧结作用变得严重,三、流化床燃烧脱硫的影响因素,绍科港 岛开斯特 皮包德,三、流化床燃烧脱硫的影响因素,卡莫斯,尼克明,三、流化床燃烧脱硫的影响因素,3.脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 颗粒尺寸小于临界尺寸时发生扬析,并非越小越好 颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小,既保证一定孔隙容积,又保证孔道不易堵塞 4.脱硫剂的种类 白云石的孔径分布和低温煅烧性能好,但易发生爆裂扬析,且用量大于石灰石近两倍,三、流化床燃烧脱硫的影响因素,四、脱硫剂的再生,不同温度下的再生反应,冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业,SO2浓度通常240 化学反应式 反应1为放
20、热反应,温度低时转化率高 工业上一般采用多层催化床层,4高浓度SO2尾气的回收和净化,4高浓度SO2尾气的回收和净化,4高浓度SO2尾气的回收和净化,5低浓度SO2烟气脱硫,一、烟气脱硫概述 燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10-410-3数量级 由于SO2浓度低,烟气流量大,烟气脱硫通常比较昂贵 分类 脱硫产物处置方式:抛弃法和再生法 脱硫产物状态:湿法和干法,5低浓度SO2烟气脱硫,烟气脱硫(FGD)技术: 从生成物的状态划分 干法脱硫 湿法脱硫 从生成物的利用与否划分 抛弃法 回收法 美国环保局和联邦动力委员会通过三年的研究,得出的结论 “FGD是目前世界上最有效的、最可行、最佳SO2
21、 排放控制技术”,5低浓度SO2烟气脱硫,5低浓度SO2烟气脱硫,二、主要烟气脱硫工艺,湿法烟气脱硫工艺 使用石灰石、石灰或碳酸钠等浆液作为洗涤剂,在吸收塔内对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2 湿法烟气脱硫的优点为: (1)脱硫效率高,有的装置在Ca/S约等于1 时,脱硫效率大于90%; (2)吸收剂利用率高,可超过90%; (3)煤种适应性强,副产品易于回收; (4)设备运转率高,已达90% 以上 缺点: (1)但是该工艺装置的基建投资大 (约占电厂投资的1118%) (2)运行费用高(约占电厂总运行费用的818%),二、主要烟气脱硫工艺,二、主要烟气脱硫工艺,(一)石灰石/石灰法洗涤
22、目前应用最广泛的脱硫技术(20世纪30年代有英国皇家化学工业公司提出),(一)石灰石/石灰法洗涤,原理:烟气用含有亚硫酸钙和硫酸钙的石灰石/石灰浆液洗涤,SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐,新鲜浆液中石灰石/石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路。浆液中的固体(包括燃煤飞灰)连续地从浆液中分离出来并排往沉淀池. 从除尘器出来的烟气在吸收塔内经过洗涤,脱去SO2。 反应机理: 石灰法: SO2+CaO+2H2OCaSO32H2O 石灰石法: SO2+CaCO3+H2OCaSO32H2O+CO2,(一)石灰石/石灰法洗涤(续),(一)石灰石/石灰法洗涤(续),表84中分别给出了石灰
23、石/石灰脱硫的反应机理。这两种机理说明了相应系统所必须经历的化学反应过程。 最关键的化学反应是钙离子的形成,因为SO2正是通过这种钙离子与HSO-3化合而得以从溶液中除去。 这一关键步骤也突出了石灰石/石灰系统的一个极为重要的区别: 石灰石系统中,Ca2+的产生仅与H+的浓度和CaCO3的存在有关。 石灰系统中,Ca2+的产生仅与CaO2的存在有关。 因此,石灰石系统在运行时PH较石灰系统的低。,影响因素:pH、液气比、钙硫比、气流速度、浆液的固体含量、SO2浓度、吸收塔结构,表85 石灰石/石灰法烟气脱硫的典型操作条件,石灰 石灰石 烟气中的 SO2体积分数/10-6 4000 4000 浆
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- 大气污染 控制工程 课件 08 氧化物 污染 控制
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