循环流化床污染物的排放与控制.

循环流化床污染物的排放与控制郑晓光孙明杰罗谦洪长流循环流化床锅炉燃烧技术是清洁煤技术中商业化程度最好的优选技术之一，其具有煤种适应性强、负荷可调节范围大、燃烧稳定、炉内燃烧时可添加石灰石实现低成本脱硫、分级燃烧能有效降低NOx、排放、灰渣可综合利用等优点。我国已经成为世界上拥有循环流化床锅炉数量最多、技术示范最多的国家。当前，我国的经济增长与环境容量的矛盾日益突出，国家已出台更为严格的大气污染物排放标准，其中包括2011年明29日颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)。新标准再一次大幅调低了燃煤发电厂烟尘、SOx,NOx等污染物的排放限值，并首次提出了重金属汞排放限值低于30mg/Nm3①循环流化床锅炉的污染物•1.SO2的特性及其对环境的影响（1）特性•无色、刺激性气体•与水蒸气在阳光催化作用下形成硫酸（2）危害•危害生物和自然生态环境•腐蚀建筑材料及金属结构•2.NOx和N2O的特性及其对大气的影响（1）NOx•1）NO（90~95%）特性：无色有毒气体、生存时间s级危害：导致酸雨、形成光化学烟雾、造成臭氧层破坏、对建筑物和人体构成危害、诱发癌症的原因之一•2）NO2：浅棕色，有强烈刺激性（2）N2O：无色有毒气体，温室效应，NO的主要来源，破坏臭氧层•酸雨污染：酸雨中酸性物质绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于排放的SO2和NOX。改进燃烧技术，减少燃烧产生的SO2和NOX，对燃煤烟气进行脱硫脱硝，是控制酸雨形成的有效手段之一。•目前世界各国在削减SO2排放方面取得了很大的进展，但控制NOX排放的成效尚不明显。锅炉类别适用区域SO2排放浓度mg/Nm3NOX排放浓度mg/Nm3燃煤锅炉全部区域1200900//I时段II时段I时段II时段燃油锅炉轻柴油、煤油全部区域700500/400其它燃料油全部区域1200900/400燃气锅炉全部区域100100/400②污染物的生成机理及控制一、煤燃烧过程中SO2的生成机理1、煤中S的来源（1）元素S（可燃）（2）有机S（可燃）：与C、H结合生成的复杂有机化合物（3）无机S：黄铁矿S（可燃）和硫酸盐S2、生成SO2的途径（1）铁矿S的氧化——黄铁矿硫（FeS2）（2）有机S的氧化（3）元素S的氧化二、煤燃烧过程中影响SO2析出的因素1.颗粒在床内的停留t：t↑→SO2转化率↑（S的分解）2.炉膛T：随T升高而单调增加3.过量空气系数α：随α增加，SO2生成浓度减少一、流化床燃烧脱硫机理•1.脱硫方法：石灰石或白云石最为脱硫剂，在燃烧过程中分解成石灰（CaO），在氧化性气氛下与SO2和O反应生成硫酸钙•2.石灰石脱硫原理（1）石灰石分解：原石灰石内自然空隙扩大（2）石灰表面生成致密硫酸钙薄层：阻碍SO2进入并反应•3.脱硫效率——SO2被石灰石吸收的百分比max脱硫率——最佳反应温度830~870℃•4.综合指标Ca/S：Ca/S↑→Ca利用率↓•1.循环流化床锅炉燃烧方式对脱硫的益处（1）延长脱硫剂的停留t（2）在内、外循环中，脱硫剂颗粒被破碎形成新的反应表面（3）炉、分离器内的均匀温度场（850℃）利于脱硫反应进行•2.脱硫主要影响因素（1）炉膛T（很大）——影响脱硫反应速度、固体产物分布、空隙堵塞特性（2）Ca/S——2~3（3）煤中含S量及脱硫剂颗粒粒径•相同Ca/S下，含S量↑→脱硫效率↑•石灰石粒径↑（反应表面积小）→脱硫率↓（4）脱硫剂反应性（5）流化速度和床层高度（6）R一、NOx（NO、NO2）的生成机理1.热力型——N2在高温下氧化•（1）T1500℃，随T升高，按指数规律增加•（2）N2浓度•（3）O2浓度的平方根•（4）停留t2.燃料型——燃料中含有的氮化合物热分解，接着氧化•（1）挥发份N：HCN、NH3•（2）焦炭N3.快速型——燃料燃烧时产生的烃（CHi）撞击N2分子生成HCN和CN，再被氧化二、N2O的生成机理•1.均相生成反应——挥发份N（1）HCN（被氧化）→NCO+NO→N2O（2）NH3→NH+NO→N2O•2.多相生成反应——焦炭N（占70%）（1）直接氧化（2）与NO反应•3.分解反应（以多相反应为主）•4.生成过程•5.影响N2O的影响因素炉膛T（决定性）、α、烟气中O的含量、煤种、各种催化剂降低NOx和N2O排放的方法•1、低α系数燃烧•——缺点CO浓度剧增→q3↑飞灰含C量↑→q4↑炉膛内形成还原性气氛→DT↓→结渣、腐蚀•2、空气分级送入•3、SNCR——缺点：NH3泄露•4、SCR——缺点：催化剂失活•5、燃料分级燃烧•6、烟气后燃——注入HC燃料造成循环灰分离器内局部高温以分解N2O③循环流化床锅炉多污染物协同控制技术应用•目前，我国的静电除尘技术已处于国际领先水平，应用比例在90%以上。由于我国燃煤的灰分较高，煤质和负荷多变，要稳定达到30mg/Nm3的烟尘排放限值，需采用6电场以上的电除尘器。国内现役机组电除尘器以4电场为主，绝大多数没有增加电场的空间，须采用袋式除尘技术、电袋复合除尘技术或移动电极等新工艺。而循环流化床锅炉如考虑在炉内投人石灰石来实现脱硫，将影响到飞灰的比电阻，对电除尘器的除尘效率会带来不利影响。•目前，我国火电厂脱硫技术已形成了石灰石一石膏湿法脱硫工艺为主（占93%），海水脱硫工艺、烟气循环流化床脱硫工艺、氨法脱硫工艺为辅的技术路线。•石灰石一石膏湿法脱硫技术具有脱硫效率高、技术成熟、运行可靠性高、石灰石资源丰富价廉易得、石膏便于综合利用等特点，该工艺的最佳脱硫效率在95%左右，脱硫效率超过96%后，脱硫能耗会大大增加。•循环流化床锅炉如有炉内脱硫装置，可考虑炉内脱硫和炉外循环流化床脱硫的复合脱硫方式，利用炉内脱硫时残余的石灰和外加的消石灰一起作为吸收剂在脱硫塔内进行反应，达到SOx、满足排放标准的要求。•目前国内火电厂采用脱硝技术主要有选择性催化还原法(SCR)，选择性非催化还原法(SNCR)和氧化吸收法(COA)。•已投运的烟气脱硝机组95%以上采用SNCR技术，原因是这些机组以煤粉锅炉为主，而循环流化床锅炉因其NOx排放浓度低，要达到排放限值仅需50%~60%的脱硝效率，且锅炉炉膛出口处设置的旋风分离器有利于氨与NOx的充分混合，采用该工艺既能够满足排放要求，又具有投资省、运行费用低等优点，是比较理想的脱销工艺。•COA技术具有投资省、脱硝效率较SNCR高等优点，但使用该工艺时需结合脱硫装置来实现脱硝的目的。选择性非催化还原法脱硝技术、循环流化床干法脱硫技术和袋式除尘技术对多污染物的协同控制选择性非催化还原法脱硝技术、袋式除尘技术和石灰石一石膏法脱硫技术对多污染物的协同控制•可实现对烟尘、SOa,NOa、汞的脱除，各装置之间也存在协同控制，需熟知和掌握彼此之间的相互影响，充分利用整个污染治理系统的潜力。经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。谢谢观赏MakePresentationmuchmorefun