燃煤污染物種類形成機(jī)理與防治技術(shù)

1、課題背景1、 中國的能源現(xiàn)狀目前，中國能源消費(fèi)量已位居世界第二，僅次于美國。但以煤炭為主要能源的消費(fèi)模式已愈來愈不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的要求。加之石油和其它替代能源供應(yīng)的相對不足，對中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的制約愈加明顯，尤其是在全球油價(jià)高漲的今天。這些因素需要中國重新審視國家的能源戰(zhàn)略，以保障能源安全。消費(fèi)結(jié)構(gòu)上，煤炭消費(fèi)比率雖然逐步降低，但在今后1020年在中國能源生產(chǎn)與消費(fèi)中仍將占據(jù)支配地位，能源問題日益突出。問題之一：能源的生產(chǎn)量不能滿足能源消費(fèi)的增長。根據(jù)有關(guān)計(jì)算,為了保證中國GDP年均增長7%以上,能源供應(yīng)則應(yīng)保持每年遞增4%左右。以現(xiàn)有的開采速度,石油只夠使用44年,天然氣還能連續(xù)

2、開采63年，隨著石油能源消費(fèi)量的逐年增加，石油供應(yīng)面臨較大的約束。據(jù)預(yù)測，中國能源缺口2020年約為2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到2050年約為4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，缺口規(guī)模約占年能源需求量的1/10。 問題之二：能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)存在缺陷，環(huán)境壓力加劇。中國是世界上為數(shù)不多的幾個(gè)以煤炭為主的國家之一,能源消費(fèi)模式偏離當(dāng)前世界以油氣燃料為主的基本趨勢。中國煤炭大多直接燃燒使用,用于工業(yè)鍋爐、窯爐和采暖的煤炭占47.3%,在使用效率不高的同時(shí)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。煤炭消費(fèi)是造成煤煙型大氣污染的主要原因，也是溫室氣體排放的主要來源，以煤為主的消費(fèi)方式持續(xù)下去，將給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。 中國能源困境的應(yīng)對策略 實(shí)行全球

3、能源戰(zhàn)略是保障經(jīng)濟(jì)長期安全穩(wěn)定的前提。對世界任何國家而言，多渠道的能源都是保障能源安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提。因此加強(qiáng)國際合作，多渠道開辟能源供給渠道（如俄羅斯、南美洲、中東等地區(qū)）；同時(shí)積極進(jìn)行能源外交對中國這樣一個(gè)能源消費(fèi)大國是不可或缺的。有國際輿論認(rèn)為，爭奪最后的豐富油氣資源很可能成為21世紀(jì)地緣政治的主題，未來戰(zhàn)爭的根源即在于石油爭奪。中國需要把能源戰(zhàn)略儲備作為保障能源特別是石油供應(yīng)的首要戰(zhàn)略。全球能源保障體系的構(gòu)成大致由國內(nèi)能源勘察開發(fā)供應(yīng)體系、國外能源供應(yīng)體系、能源戰(zhàn)略儲備體系三者構(gòu)成。中國政府于2007年12月18日宣布成立國家石油儲備中心，標(biāo)志著中國開始著手處理保障體系中相對薄

4、弱的儲備體系。 中國政府需借鑒國際經(jīng)驗(yàn)，積極開發(fā)利用新能源、可再生能源、核能等能源。發(fā)展太陽能、水電、生物能源等新型能源，加大其在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重。日本政府1993年就提出了旨在開發(fā)利用新能源的“新陽光計(jì)劃”，大力開發(fā)新能源，采用太陽能、風(fēng)能、燃料電池、氫能、超導(dǎo)能等。同時(shí)積極開展潮汐、波浪、地?zé)?、垃圾等發(fā)電的研究和實(shí)驗(yàn)。 中國還可以利用核工業(yè)體系相對完善的優(yōu)勢，加大核能的開發(fā)利用。中國是世界上為數(shù)不多的擁有較完善核能技術(shù)的國家之一，這為中國核能技術(shù)的開發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件。從目前中國核電站的建設(shè)數(shù)量來看只有秦山核電站（一、二期）、大亞灣核電站、三門、陽江等為數(shù)不多的核電項(xiàng)目，進(jìn)一步發(fā)展的

5、潛力巨大。 最后，提高現(xiàn)有能源的利用效率，厲行節(jié)能政策。在短期和中期內(nèi)，中國煤炭資源作為主要能源的地位很難改變，因此通過潔凈煤等技術(shù)的使用進(jìn)而提高資源的使用效率和減少污染，應(yīng)成為一個(gè)中期戰(zhàn)略 2、中國的電力生產(chǎn)消費(fèi)中存在的問題和帶來的環(huán)境壓力隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)界的優(yōu)化調(diào)整，我國工業(yè)自動化程度和電氣化程度的不斷提高，服務(wù)業(yè)和居民用電需求增長迅速，促進(jìn)一煤電為主的火力發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的快速增長，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但同時(shí)電力行業(yè)特別是火電廠成為污染源大戶，對環(huán)境造成很大的影響。如火電廠運(yùn)行中向大氣排放的硫氧化物、當(dāng)氧化物、煙塵、排出的廢水、灰渣和產(chǎn)生的噪聲，水電工程的建設(shè)

6、和運(yùn)行對水土保持、生態(tài)平衡和水質(zhì)環(huán)境等影響，核電站的建設(shè)和運(yùn)行所產(chǎn)生的廢氣和核廢料?；痣姀S的污染物對人的身體造成很大的危害，塵粒不僅本身污染環(huán)境，還會與二氧化硫、氧化氮等有害氣體結(jié)合，加劇對環(huán)境的損害。在大氣中二氧化硫氧化成三氧化硫的速度非常緩慢，但在相對濕度較大、有顆粒物存在時(shí)，可發(fā)生催化氧化反應(yīng)。此外，在太陽光紫外線照射并有氧化氮存在時(shí)，可發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成三氧化硫和硫酸酸霧，這些氣體對人體和動、植物均非常有害。大氣中二氧化硫是造成酸雨的主要原因?；痣姀S排放的氧化氮中主要是一氧化氮，占氧化氮總濃度的90以上。一氧化氮生成速度隨燃燒溫度升高而增大。它的含量百分比還取決于燃料種類和氮化物的含

7、量。煤粉爐氧化氮排量為440530ppm;液態(tài)排渣爐則為8001000ppm。二氧化氮刺激呼吸器官，能深入肺泡，對肺有明顯損害。一氧化氮?jiǎng)t會引起高鐵血紅蛋白癥，并損害中樞神經(jīng)。火電廠熱排水主要是經(jīng)過凝汽器以后排出的循環(huán)水，一般排水溫度要比進(jìn)水溫度高 8。如熱水排入水域后超過水生生物承受的限度，則會造成熱污染，對水生生物的繁殖、生長均會產(chǎn)生影響這些問題都限制著火電廠的發(fā)展，在大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，火電廠必須作出改變，否則，火電廠的發(fā)展必受影響。 2，燃煤污染物的種類煤燃燒產(chǎn)物有兩種物態(tài)。固體，主要成分為灰分，一般通過除灰設(shè)備清除，以做為其他產(chǎn)業(yè)的原料等，一般不會對環(huán)境造成較大的污染。氣體，燃

8、煤污染主要集中于此，其主要成分為CO，CO，SO，NO以及固體懸浮顆粒（粉塵），另外根據(jù)燃的種類還會含有某些重金屬污染物。CO為有毒氣體，但通過設(shè)備以及工藝的改進(jìn)可將其控制在合理水平以下；SO中的SO是形成酸雨的罪魁禍?zhǔn)祝嵊陮ㄖ?，植物，水質(zhì)等都有極大的危害；NO和固體懸浮顆?？尚纬申庼蔡鞖獾榷喾N危害，估計(jì)懸浮顆粒可通過除塵設(shè)備除去直接直徑在微米級以上的顆粒，但現(xiàn)在工廠對納米級的顆粒仍然毫無辦法，納米級的懸浮顆粒對人體有極大危害。SO煤中硫有三種存在形態(tài)：有機(jī)硫、硫化物和硫酸鹽硫。煤燃燒后大部分硫以SO、SO形態(tài)存在于煙氣中。一般認(rèn)為：硫酸鹽硫?qū)t內(nèi)SO生成量貢獻(xiàn)不大，故其一般由有機(jī)硫和黃

9、鐵硫礦產(chǎn)生。煤中的有機(jī)硫劃分為脂肪硫和芳香硫。煤的變質(zhì)程度越探，煤中的有機(jī)芳香硫份額越大。研究表明：在各種有機(jī)硫的熱轉(zhuǎn)化行為中，芳香硫的化學(xué)性質(zhì)最不活潑。燃燒過程中，一般認(rèn)為煤中的有機(jī)硫進(jìn)入揮發(fā)分，黃鐵礦硫留在半焦中燃燒。通常，F(xiàn)es2在300600。C熱解時(shí)先轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS；熱解溫度超過1000時(shí)FeS才開始分解脫硫，并最終生成SO。S的轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜，首先煤在脫揮發(fā)分階段釋放部分鍵能較弱的硫，并迅速氧化生成SO單峰，其次是殘留于焦炭中、鍵能較大的硫分逐漸氧化生成SO。總的SO生成量系兩部分之和。一般認(rèn)為，脫揮發(fā)分階段釋放的硫以脂肪硫?yàn)橹?，焦炭燃燒過程中被氧化的硫分多為黃鐵礦硫和芳香硫。影響SO

10、，生成的因素包括：高溫區(qū)域的停留時(shí)間、爐膛溫度、氧濃度、煤中硫分吉量及堿性氧化物含量等。NO其主要包括，包括NO、NO、 NO、NO、N0。燃煤鍋爐生成的NO 有熱力NO 和燃料NO 兩種。熱力NO 系助燃空氣中在高溫下與 化合而成，燃料NO 則由煤中N氧化生成。煤粉妒燃燒條件下生成的NO主要以NO為主約占NO總量的9O 以上其次為。在主要污染物NO中，一般又以燃料NO為主，約占NO總量的50 75 以上，而熱力型NO較少。熱力NO 的生成機(jī)理最早由Zeldovich提出，其生成過程可用Zeldovlch連鎖反應(yīng)描述如下：+M2O+M O+NO+NN+NO+O F'enimore發(fā)現(xiàn)熱

11、力NO生成還與下列反應(yīng)有關(guān)：N+OHNO+H 研究表明：溫度對熱力NO的生成有決定性的影響，兩者呈指數(shù)關(guān)系。熱力NO生成的另一主要條件是氧濃度，其生成量與氧濃度平方根成正比。煤中氮化物由成煤植物中蛋白質(zhì)分解而來，含量一般為05 2。目前知道煤中氮化物存在著兩種不同的化合狀態(tài)：一種是不穩(wěn)定的胺化臺物，受熱時(shí)易分解，生成揮發(fā)性氮化物；另一種是穩(wěn)定的環(huán)狀化合物，它殘留于炭中燃料NO的生成途徑有兩條：一條由揮發(fā)份中的燃料N轉(zhuǎn)化為NO，另一條則由焦炭中的燃料N轉(zhuǎn)化為NO。3. 煤燃燒過程中污染物的形成機(jī)理 1.含硫氧化物的形成機(jī)理。 含硫氧化物的形成主要是存在于煤中硫在燃燒過程中發(fā)生氧化反應(yīng)而形成。 硫

12、在煤中主要有兩種存在形式：1 有機(jī)硫 2 無機(jī)硫。 不同類型的硫的分解溫度種類有機(jī)硫噻砏硫黃鐵礦硫酸鹽分解溫度3004005806005005501100以上（1） 對于有機(jī)硫，燃燒過程中首先分解成，然后在轉(zhuǎn)化為S。（2） 對無機(jī)硫的燃燒過程中有如下轉(zhuǎn)化。Fe是煤中主要的含硫成分，在燃燒過程中一般又熱分解及其與、CO及的反應(yīng)。以下為Fe在不同條件下的反應(yīng)：400以上的分解反應(yīng)：FeFeS+S FeSFe+S富氧500以下：8 Fe+22Fe+FeS+11 S+2富氧500以上：4 Fe+118 S+2 10 Fe+312FeS+2+12 S+2上述形成的在650時(shí)，將分解成及，分解產(chǎn)生的及存在

13、的硫?qū)⒈谎趸蒘。在還原條件下：Fe+FeS+ 將被氧化成S（3） 燃料中硫通過燃燒反應(yīng)主要形成S，也有少量的S被氧化成.機(jī)理如下所示： <=>O+O S+O+M<=>+M （M為第三體，主要是吸收能量的作用） 此過程中的生成主要取決于火焰中生成的氧原子濃度（4）含硫氧化物對環(huán)境的危害： （1）二氧化硫?qū)θ梭w的危害： 二氧化硫是一種無色、有刺激性氣味的有毒氣體，在空氣中往往被飄塵吸附。因此，人體吸入過多的S會引起或加重呼吸器官疾?。喝绫茄?、咽喉炎、支氣管炎、支氣哮喘、肺氣腫、肺癌等危害人體健康的疾病。（2）S對植物的危害： S通過葉面氣孔進(jìn)入植物體，在細(xì)胞或細(xì)胞液中生成

14、。如果S濃度和持續(xù)時(shí)間超過本身的自解機(jī)能，就會破壞植物正常的生理機(jī)能。（4） 酸雨的形成。酸雨的危害主要是對生態(tài)環(huán)境的破壞及建筑物的破壞。（以下為酸雨的形成過程）2氮氧化物的形成機(jī)理： 根據(jù)其生成起源與生成途徑，可以分為三類（1）熱力型（2）瞬時(shí)性 （3）燃料型。熱力型的形成機(jī)理 ： （1） O+<=>NO+NN+<=>NO+ON + OH <=>NO+H此三式合稱為擴(kuò)大Zeldovich機(jī)理。從上述可看出，氧原子起活化鏈的作用，他起源于的高溫離解。因此溫度對NO的形成起主要的作用。除此之外，過?？諝庀禂?shù)及煙氣停留時(shí)間同樣是影響NO的生成因素。如下圖所示：N

15、O之間的轉(zhuǎn)變:+<=>2NO (1)NO+<=>N (2)（1）次兩方程式的化學(xué)平衡常數(shù)如下圖所示：T/KK1K2T/KK1K230015001.1*1.1*10007.5*1.2*20004.1*3.5*12002.8*1.1*25003.5*(2)反應(yīng)+<=>2NO和NO+<=>N在各種不同溫度下的NO及N的含量：T/kNO/N/T/KNO/N/3001.1*3.3*14002500.878000.770.11187320001.8對于N的形成，K2隨溫度升高而減少，因此低溫利于N的形成，在較高溫度下N分解成NO，當(dāng)溫度升高到1000K時(shí)，N

16、生成量比NO低的多。在煙氣排出后，隨著溫度降低，NO變的不穩(wěn)定。然而NO分解成和的反應(yīng)。由于具有較高的反應(yīng)活化能，其反應(yīng)速率緩慢，在動力學(xué)上受限。因此在高溫下形成的NO在低溫下將會被氧化成N，而不是分解。（2） 瞬時(shí)型瞬時(shí)型在富燃料條件下在火焰區(qū)快速形成的，起源于空氣中的，經(jīng)HCN、NH、N等中間產(chǎn)物形成的。而HCN、NH、N等中間產(chǎn)物又是由碳?xì)浠衔锓纸膺^程形成的活性碳化氫（CH、C、）與反應(yīng)生成的。CH+<=>HCN+NC+<=>HCN+NHHCN和NH在一系列的反應(yīng)生成CN、N、中間產(chǎn)物在與活性氧化基CO、OH等反應(yīng)，便生成NCO,NCO進(jìn)一步被氧化成NO.其形成

17、可用下圖表示：HCNNCONOCN+CNO，OHCH、C、HO，OHNO （3） 燃料型的形成機(jī)理（1）燃料中氮的存在形式燃料中的氮通常是有機(jī)氮和低分子氮構(gòu)成。除氣體燃料外，固體燃料和液體燃料都存在一定量的含氮有機(jī)物。如喹啉、吡啶等。燃料中氮的含量因燃料的種類和產(chǎn)地不同而異且燃料中氮的形態(tài)多以CN健存在。下表為不同種類燃料氮的含量： （2）機(jī)理： 燃料中的氮有機(jī)化合物先后在高溫下受熱分解形成N、HCN等中間產(chǎn)物，N和HCN能被含氧原子的化學(xué)組分R（OH、O、）氧化成NO和，或者他們與生成的NO反應(yīng)生成N和，即 I+RNO+、 I+NO+、由燃料N生成的中間產(chǎn)物I的速率很快，最終的生成就取決于這

18、兩個(gè)過程的競爭。一般情況下，燃料型主要來源于揮發(fā)分氮的轉(zhuǎn)化，占總量的60%-80%，其余的來源于焦炭氮。揮發(fā)分氮的主要氮化合物事HCN和.他們遇到氧后，首先氧化成，在氧化性環(huán)境中會進(jìn)一步氧化成NO，在還原性環(huán)境中，NCO則會生成NH，NH在氧化環(huán)境中進(jìn)一步氧化成NO。同時(shí)又能與生成的NO進(jìn)行還原反應(yīng)，使NO還原成，成為NO的還原劑。以下為反應(yīng)的化學(xué)方程式：氧化環(huán)境中，HCN氧化成NO： NH在氧化環(huán)境中： HCN+ O<=>NCO+H NH+<=>NO+OH NCO+O<=>NO+CO NH+OH<=>NO+ NCO+OH<=>NO+

19、CO+H NCO+H<=>NH+CO 氧化成NO： +OH<=>N + +O<=>+OH +O<=>No+在還原條件下，NCO生成NH: NCO+H<=>NH+CONH在還原性條件下： NH+H<=>N+NH +NO <=>+OH過?？諝庀禂?shù)（空氣/燃料當(dāng)量比）對氮氧化物轉(zhuǎn)化速率影響很大，如下圖： 在富燃料的條件下，氧氣缺乏狀態(tài)，此時(shí)燃料中的氮形成大量的N，HCN等中間產(chǎn)物I，與碳?xì)涓偁幉蛔愕难鯕?，由于其競爭力不足，而轉(zhuǎn)向與生成的No反應(yīng)，使NO被還原成氮?dú)?。在富氧條件下則相反。危害： 主要是形成酸雨，具體見硫

20、化物。3.可吸入顆粒的形成機(jī)理： 主要有兩類，一類為亞微灰（細(xì)顆粒），另一類為殘灰（粗顆粒），形成機(jī)理見下圖所示。亞微米灰的形成：煤中部分有機(jī)物會從焦炭顆粒內(nèi)氣化，氣化產(chǎn)物不斷向外擴(kuò)散，在焦炭邊界遇氧發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)無機(jī)蒸汽達(dá)到飽和時(shí)，一部分氣相組分課發(fā)生均相成核，形成許多小顆粒，另一部分可凝結(jié)到周圍的已存在的顆粒中去（即異相成核）同時(shí)，顆粒之間的相互碰撞引起凝并，使顆粒不斷放大。殘灰顆粒的形成：殘灰來源于大部分礦物（>99%）是焦炭燃盡后的固體殘?jiān)?。焦炭燃燒過程中，由于表面碳的氧化，使包含其中的礦物顆粒裸露出來，在焦炭表面融化形成球狀灰滴，隨著燃燒的進(jìn)行，焦粒不斷縮小顆粒表面鄰近的灰粒可相

21、互接觸，聚合在一起形成更大的灰粒，同時(shí)，焦炭顆粒會發(fā)生破碎，生成許多的大小不一的飛灰顆粒。危害：主要污染大氣，使空氣變得渾濁，影響人的健康。早在20 世紀(jì)80 年代，國外學(xué)者就進(jìn)行了這方面的研究，認(rèn)為煤燃燒過程中形成的顆粒物是以下4 種機(jī)理聯(lián)合作用的結(jié)果：內(nèi)在礦物質(zhì)的聚結(jié)；煤焦的破碎；外在礦物質(zhì)的破碎；無機(jī)礦物的氣化凝結(jié)。并認(rèn)為前3 種機(jī)理主要生成粒徑大于1mm的超微米顆粒物，而第4 種機(jī)理主要生成粒徑小于1mm 的亞微米顆粒物6-9。4.燃煤中汞的排放：（1） 汞在煤中的存在狀態(tài)：汞極易揮發(fā)且在煤中含量極小，目前科學(xué)研究探明，汞主要以固溶物分布于黃鐵礦中。（2） 汞的排放過程： 煤在爐膛中燃

22、燒時(shí)，煤中的汞幾乎全都從煤中釋放出來，并以（g）的形式存在。進(jìn)入尾部煙道后，隨著煙氣溫度的進(jìn)一步降低，（g）的遷移會有兩種不同的途徑：一是（g）與煙氣各種組分發(fā)生均相氧化反應(yīng)生成（p）,二是（g）和生成的（p）與固態(tài)產(chǎn)物發(fā)生氣固吸附作用生成Hg(p),并且在很多情況下會伴隨者（g）與固態(tài)產(chǎn)物的非均相催化氧化作用。下面是汞排除的是示意圖：（3） 汞對環(huán)境的污染： 汞排放到大氣中的主要形態(tài)是氣態(tài)單質(zhì)（g）。他是具有很高的揮發(fā)性和較低的水溶性；即是大氣環(huán)境中相對穩(wěn)定的形態(tài)，可以在大氣中停留兩年以上漂移并傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，形成全球范圍內(nèi)的汞污染和汞遷移。氣態(tài)氧化汞具有（g）具有良好的水溶性部分氣態(tài)汞容

23、易被微顆粒所吸附而變成顆粒態(tài)汞Hg(p),因此氣態(tài)氧化汞和顆粒汞成為大氣循環(huán)的主要沉形態(tài)，形成局部的汞沉降污染同時(shí)可溶性的通過降水進(jìn)入江河湖泊，造成嚴(yán)重的水污染。5.的形成機(jī)理：煤中碳存在的形式主要有C單質(zhì)、芳香碳、脂肪族碳。碳元素所占比重約為80%-90%。煤燃燒過程中，碳主要與氧結(jié)合生成COX，在生成COx過程中主要有以下三種情況：1 當(dāng)溫度低于700時(shí)C+O2CO2+CO2當(dāng)溫度在800-1200時(shí)，C+O2CO+CO2,CO+OCO23當(dāng)溫度高于1200時(shí)，C+CO2CO,CO+O2CO2另外，當(dāng)溫度達(dá)到500時(shí)，灰分中礦物質(zhì)（如Caco3,Feco3）的分解也對燃燒產(chǎn)物中的COX有貢

24、獻(xiàn)。3. 煤污染物控制我國能源消費(fèi)以煤為主，大氣中造成的污染主要是燃煤引起的煙煤型煙霧污染。在大氣污染物總排放量中，燃煤污染物SO87%，NO67%，煙塵占60%。硫氧化化物控制技術(shù) 減少燃煤SO排放的措施。主要有燃煤前脫硫，燃燒中脫硫，燃燒后脫硫。燃燒前脫硫即對原煤進(jìn)行脫硫，燃料脫硫。燃燒中脫硫：煤在燃燒過程中生成的SO如果遇到金屬氧化物氧化鈣，氧化鎂等會發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鎂而被脫除。因此在煤燃燒中通過加入合適的脫硫劑就可以把SO固定在灰渣中。燃燒后脫硫：煙氣脫硫能快速控制硫氧化物的排放，煙氣脫硫有多種分類方法，通常按吸收劑的狀態(tài)分為濕法，干法及半干法。煙氣中SO的脫除一；活性炭吸附法

25、1脫硫原理 活性炭是良好的吸附劑，他可以吸附SO從而減少其排放。同時(shí)，活性炭可再生，再生時(shí)放出高濃度的SO，進(jìn)一步還原成硫，或氧化成硫酸，從而回收硫資源，反應(yīng)過程如下： 吸附過程 SOSO O2O HOHO 氧化過程 SOOSO 水和過程 SOHOHSO 稀釋過程 HSOnHO(HSO·nHO)注：*為吸附狀態(tài)2>影響活性炭吸附因素 活性炭的比面積，比面積大利于吸附 煙氣中氧和水蒸氣的分壓，分壓高有利于吸附SO的氧化及生成硫酸均為放熱反應(yīng)，吸附操作存在一個(gè)最適宜操作的溫度。2. 工藝過程及設(shè)備 1魯奇法 魯奇法是高比面積的活性炭作為吸附劑，并對其微孔浸漬促進(jìn)劑。這種活性炭能在1

26、00攝氏度以下直接催化使SO氧化并轉(zhuǎn)化為硫酸。 含SO的煙氣首先進(jìn)入文丘里管洗滌器和循環(huán)冷卻（有利于吸附），之后進(jìn)入吸附罐，自上而下連續(xù)通過吸附層，所生成的硫酸經(jīng)連續(xù)噴水將其洗出，并排出吸附罐。所排出的濃硫酸濃度為10%15%，將其送入濃縮設(shè)備，凝縮后可獲得濃度為70%的硫酸。魯奇法使用的活性炭價(jià)格昂貴，且活性炭用量并不少，處理一臺500兆瓦鍋爐的煙氣量需要吸附約3500噸，投資高。2日東東電法 采用數(shù)個(gè)活性炭吸附罐進(jìn)行操作，同時(shí)保持一個(gè)活性吸附罐進(jìn)行洗滌再生。操作周約60小時(shí)，其中約36小時(shí)吸附，20小時(shí)干燥，7小時(shí)水洗。SO吸收率約為85%，水洗后可得到濃度為20%的濃硫酸。經(jīng)過浸沒式燃燒

27、蒸發(fā)器濃縮后，可獲得濃度為65%硫酸?；钚蕴课焦逓楣潭ù苍O(shè)備，活性按顆粒徑約為6毫米，床層操作，氣速約為0.45米每秒為了避免煙氣中的灰塵覆蓋活性 表面，影響吸附效果，煙氣在進(jìn)入 吸附罐之前先經(jīng)過除塵器除塵，要求煙氣量小于45毫克每立方米，每年活性炭的耗損量為總裝填量的2%.二石灰石、石灰石膏法石灰石石膏法是利用石灰、石灰漿液中的氧化鈣，碳酸鈣與二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)，而將其脫除，總的反應(yīng)是二氧化硫首先生成亞硫酸鈣。然后亞硫酸鈣被氧化成石膏。整個(gè)工藝主要由兩部完成，即吸收和氧化石灰、石灰石洗滌法屬于濕法脫硫，工藝成熟，運(yùn)行可靠。影響因素 漿液PH值 吸收濕度 石灰石、石灰粒度 液氣比三氨法采用氨法

28、脫除煙氣中的SONHHOSONHHSO2NHHOSO(NH)SO(NH)SOHOSO2NHHSO(NH)SO對SO有很好的吸收作用，他是氨法主要的吸收劑，采用氨吸收煙氣中的SO，實(shí)際上是以循環(huán)(NH)SO和NHHSO的水溶液循環(huán)吸收SO的過程，隨著(NH)SO的增大，吸收能力降低，需補(bǔ)充氨水將NHHSO轉(zhuǎn)化成(NH)SO NHHSONH(NH)SO采用吸收SO的工藝方法有氨酸法、氨亞硫酸氫氨法、氨硫酸氨法和氨石膏法。采用氨吸收SO法，現(xiàn)在用于電廠鍋爐煙氣脫硫。四海水脫硫煙氣中的SO被海水吸收并與氧發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸根離子以及氫離子。由于氫離子濃度的增加，導(dǎo)致海水的PH值降低，但由于海水中有大量

29、的硫酸根離子存在，他與氫離子反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和水，從而使海水的PH值回復(fù)正常。所生成的二氧化碳一部分要溶于水，其余的放入大氣。整個(gè)脫硫的過程消耗一定量的氧氣。由于氧氣是海洋生物必需的，所以對用過的海水做空氣暴曬處理，以保證海水的含氧量并去除二氧化碳。其反應(yīng)如下： SOHO1/2OSO 2H HCOHCOHO海水脫硫只能適于沿海。位于沿海的電廠一般都用海水作為凝氣器的循環(huán)水，直接利用凝汽器下游的循環(huán)水就可以進(jìn)行脫硫。五 循環(huán)流化床法循環(huán)流化床法脫硫，是一種采用石灰或消石灰作為吸收劑的干法、半干法的脫硫工藝。他的操作是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，吸收塔具有循環(huán)流化床的一些優(yōu)點(diǎn)。由于吸收劑不斷的再吸收

30、塔內(nèi)循環(huán)，增加了煙氣與吸收劑的接觸時(shí)間，大大提高吸收劑的利用率。在鈣和硫比合適時(shí)，達(dá)到濕法相近的效率。流程簡單，而且對煙氣中SO含量多少都能適應(yīng)，但處理后的煙氣中含塵量大，增加了除塵器的負(fù)荷。 機(jī)理吸收劑采用石灰或消石灰。如采用石灰，當(dāng)向吸收塔內(nèi)噴水后，反應(yīng)如下：生石灰與水滴結(jié)合產(chǎn)生水和反應(yīng) CaOHOCa(OH) SO與液滴發(fā)生反應(yīng) SOHOHSO上述生成物發(fā)生反應(yīng)2Ca(OH)2HSO2CaSOHOHO亞硫酸鈣和煙氣中的氧發(fā)生反應(yīng)2CaSOHOHOO2CaSO4HO如果煙氣中還有HCl和HF等酸性氣體也可與Ca(OH)反應(yīng)Ca(OH)2HClCaCl2HOCa(OH)2HFCaF2HO硫化

31、氫的脫除一 低溫甲醇洗滌法低溫甲醇洗滌法屬于濕法脫硫中德爾物理吸收法之一脫硫原理低溫甲醇洗滌法脫硫是利用二氧化碳，硫化氫，有機(jī)硫，氰化物和不飽和烴等物質(zhì)在高壓低溫下能高度溶解于甲醇，當(dāng)壓力降低又能從甲醇中解析出來的特性，從而達(dá)到從煤氣中脫除上述一些物質(zhì)的目的。而一氧化碳，氫氣，甲烷，一氧化氮等幾乎不溶于甲醇。另外，低溫甲醇洗滌法還可以脫除煤氣中的輕質(zhì)油。最大優(yōu)點(diǎn)是，可將粗煤氣凈化的幾個(gè)工序集中在一起，從而簡化了流程。二 改良ADA法ADA溶液屬于濕法脫硫中直接氧化法，在稀硫酸納溶液中只添加ADA溶液做為脫硫劑的，成為ADA法。為了提高反應(yīng)速度，在脫硫劑中加入一定量釩酸鹽，成為ADA改良法。改良

32、ADA法是煤氣脫硫的主要手段之一。三 高溫法煤氣的高溫脫硫是基于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的需要。高溫煤氣脫除硫化氫，煤氣可以少損失其熱值的10%20%，可使聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率提高2%以下，不僅如此，還可以使煤氣凈化系統(tǒng)省去換熱器，使系統(tǒng)得以簡化，節(jié)省投資，且煤氣不需要冷卻，也不致使煤氣中的焦油和雜質(zhì)堵住管道。同時(shí)高溫法脫硫何以保留煤氣中的水蒸氣和二氧化碳，這些氣體可以直接推動燃?xì)廨啓C(jī)做功增加輸出功率。4. NOx 的減排技術(shù)概述和發(fā)展1 低NOx 燃燒技術(shù) 用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低NOx 的排放，統(tǒng)稱為低NOx 燃燒技術(shù)。在各種降低排放污染物的技術(shù)當(dāng)中，低NOx 燃燒技術(shù)是采用最廣，相對簡單

33、，經(jīng)濟(jì)并且最為有效的方法，總結(jié)其方法，可有以下分類。1. 低過量空氣燃燒 使燃燒過程盡可能的在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，來抑制NOx 的生成是最簡單的降低NOx 排放的方法。一般來說，采用低過量空氣燃燒可以降低NOx 的排放25%20%。但是采用這種方法有一定的限制條件，若爐膛內(nèi)的氧量濃度過低，低于3%時(shí)，就會造成CO濃度的急劇增加，從而大大增加未完全燃燒的熱損失，同時(shí)也會引起飛灰含碳量的增加，燃燒效率降低，因此，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，必須全面考慮，選擇最合理的過量空氣系數(shù)。2 . 空氣分級燃燒空氣分級燃燒法事美國在20世紀(jì)50年代首先發(fā)展起來的。它是目前使用最為普遍的低NO

34、x 燃燒技術(shù)之一。其基本原理是，將燃料的燃燒過程分析階段來完成。在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總?cè)剂峡諝饬康?0%75%，使燃料在缺氧的富燃燒條件下燃燒，由此可在還原性的氣氛中降低了生成NOx 的反應(yīng)率，抑制了NOx 的生成量。此方法最簡單的就是對前墻或者前后墻布置燃燒器的原油爐膛進(jìn)行改裝，將頂層燃燒器改作“上風(fēng)口”噴出，將原來由頂層燃燒器送入爐膛的煤粉改為由下面富燃料燃燒。從而抑制NOx 的生成，經(jīng)驗(yàn)表明，一般可降低NOx在15%30%之間。采用空氣分級燃燒技術(shù)時(shí)，由于在第一級燃燒區(qū)內(nèi)空氣過量系數(shù)小于1，因此必然會產(chǎn)生大量不完全燃燒產(chǎn)物，以及大量沒有完全燃燒的燃料，這樣就十分

35、有利于抑制NOx 的生成。3. 燃料分級燃燒由NOx 的破壞機(jī)理可知，已經(jīng)生成的NO在遇到烴根CHi 和未完全燃燒產(chǎn)物 CO，H2，C和CnHm時(shí)，會發(fā)生NO的還原。 4NO + CH4 2N2 + CO2 + H2O 2NO+ 2CO N2 +2CO2 2NO +2C N2 + 2CO 2NO+2H2 N2+ 2H2O利用這一原理，將80-%85%的燃料送入第一級燃燒區(qū)，在過量空氣量大于1的條件下燃燒并生成NO，其余15%20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在過量空氣量大于儀的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOx 在而級燃燒區(qū)內(nèi)還原成為N2。這還抑制了再燃燒去中

36、NOx 的形成，使得NOx 降低50%以上。為保證對NOx的還原效果，必須保證讓再燃燒區(qū)內(nèi)還原NOx 所需要的烴根濃度，并且過量空氣量的選取一般是在0.71.0之間。4. 煙氣再循環(huán) 煙氣再循環(huán)過程是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔饣蛘咧苯铀腿霠t內(nèi)或者與一次風(fēng)，二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可以降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣的濃度，因而可以降低NOx 的排放濃度。 再循環(huán)煙氣量 再循環(huán)率= *100%； 無再循環(huán)時(shí)煙氣量 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)煙氣再循環(huán)率為15%20%時(shí)，煤粉爐的NOx 排放濃度可降低25%左右。但是考慮到綜合因素，一般情況下，再循環(huán)率控制在10%20%之間對抑制NOx 的生

37、成效果最佳。2 防治技術(shù)發(fā)展在低NOx 排放的技術(shù)上，比較著名的有德國steinmuller 公司設(shè)計(jì)的SM型低NOx 燃燒器，巴布科克-日立公司研制失誤HT-NR型 低NOx 燃燒器，巴布科克·威爾科克公司的XCL燃燒器，美國的瑞利斯多克公司的CCV型燃燒器，日本三菱公司的PM型低NOx 燃燒器等。而對于燃料分級燃燒技術(shù)而言，德國的斯坦繆勒公司開發(fā)的MSM型旋流煤粉燃燒器以及巴布科克-日立公司在DRB雙調(diào)風(fēng)低NOx燃燒器的技術(shù)基礎(chǔ)之上開發(fā)了用于燒油和天然氣的煙氣循環(huán)利用燃燒器，日本三菱公司設(shè)計(jì)的SGR型的煙氣循環(huán)燃燒器降低了火焰中心的燃燒溫度，有效地抑制了NOx 的大量生成。此外，

38、化學(xué)鏈燒技術(shù)也是新一代的從根本上去除NOx 的先進(jìn)燃燒技術(shù)，王遜等人提出的一中新型的以氫為燃料的燃料電池聯(lián)合循環(huán)，有效地避免了燃料與氧化劑的直接接觸，從而來抑制NOx的形成。 三·脫N得另一種技術(shù)煙氣脫硝技術(shù) 1. 選擇性催化還原（SCR）工藝 選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)是20世紀(jì)80年代初開始逐漸應(yīng)用于燃煤煙氣拖出NOx，目前已經(jīng)在日本，德國，北歐等國家的燃煤電廠廣泛應(yīng)用。（1） SCR工藝流程GGHSCRAHESP鍋爐FGD -370 370 150150 NH3 （2） SCR 過程化學(xué)SCR的過程非常復(fù)雜，但是主要的反應(yīng)是NH3在一定溫度和催化劑的作用下有選擇性的把煙氣中的NOx還原成為N2。4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O4NH3 + 2NO + O2 3N2 + 6H2O以上面的第一個(gè)反應(yīng)為主要反應(yīng)，因?yàn)闊煔庵械?5%的NOx 是以NO的形式存在的。在高溫并且有催化劑的情況下，以上反應(yīng)能夠很好的進(jìn)行，可以有效的抑制NOx的排放濃度。 在煙氣脫銷技術(shù)過程中，由于整個(gè)反應(yīng)的溫度，NH3和NOx的物