燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理XXXX

燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理2008年3月第一章燃煤及污染物•煤炭现主要用于电力、钢铁、化工、水泥建材及民用燃料，其中电厂锅炉及工业锅炉耗煤占70%，尤其是火电厂是我国最大的耗煤行业，其耗煤占全国耗煤量的50%-65%。•《环境污染治理设施运营资质许可管理办法》对大气污染控制资质培训主要内容是燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理大气污染热电厂——燃煤型污染介绍：我国的大气污染情况1997年我国能源消费结构我国煤炭消耗与部分污染物排放年分煤炭消耗污染物排放（亿吨）（万吨）2000年12.451995二氧化硫2003年162158.7二氧化硫1048.7烟尘1500氮氧化合物350850135018502350199819992000200120022003二氧化硫排放总量烟尘排放总量工业粉尘排放量年全国工业SO2、烟尘、粉尘排放量比较2003年大气污染物排放总量又有所上升2003年二氧化硫排放总量2220万吨，超环境容量80%万吨火力发电火电厂是我国控制酸雨和空气污染的关键行业（2003年数据）项目总量火电装机容量（亿千瓦）3.842.86（74.3％）发电量（亿千瓦时）1908015800（82.8％）原煤消耗（亿吨）169（56.3％）二氧化硫排放（万吨）2158.7（工业）1331.9（61.7％）烟尘排放（万吨）1048.7（工业）486.6（46.4％）燃煤产生的主要污染物燃煤产生的主要污染物有烟尘、SO2、NOX和碳氧化物。目前受到排放限制的污染物是烟尘、SO2、NOX。烟尘：是指冶金过程或燃烧过程中所形成的固体微粒。硫氧化物（SOx）•主要是SO2和SO3，燃煤和石油产生。1t煤中含硫5—50kg，1t石油中含硫5—30kg。•危害：腐蚀性较强；•损害植物叶片，影响生长；•刺激呼吸系统，引起肺气肿和支气管炎，致癌作用;•形成酸雨，生成二次污染物硫酸气溶胶危害更大。2）氮氧化物（Nox）•主要是NO和NO2，来自矿物燃料燃烧和化工厂及金属冶炼厂排放的废气。•危害：NO和血红蛋白结合比CO亲合力大数百倍;•NO2则具有腐蚀性和刺激作用，能损害农作物；•引起呼吸道疾病；•形成光化学烟雾和酸雨的主要因素。硫酸烟雾•硫酸烟雾：大气中的SO2等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存大时，发生一系列化学或光化学反应而生成硫酸盐或硫酸盐气溶胶。•硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要比SO2气体强烈得多。•1952.12.5～8，英国伦敦烟雾事件。2.1燃煤工业锅炉2.1.1概述1.锅炉•一种能量转换设备，把燃料中的化学能通过燃烧转换为热能，加热给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽或热水。•锅炉：锅—盛装水和气并承受压力的部分；•炉—燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的部分；•附属设备、附件及仪表—保证锅炉正常运行。2.锅炉的分类•按用途、烟气的流动、燃料、出厂形式、输出介质、水循环方式、吨位、压力、燃烧方式、通风方式、安装方式分类。3.锅炉常用物理量和状态指标•锅炉在燃烧和传热过程中状况是由各种物理量来表示。（1）温度•热力学温度，符号是“K”；摄氏温度，符号是“℃”；华氏温度，符号是“F”。（2）压力•帕斯卡，符号是“Pa”，锅炉常以MPa为单位。•锅炉的压力由于水受热汽化为蒸汽后体积膨胀所导致。•大气压力，符号为“atm”；•表压力是指压力表上的数值，是容器内压力高于或低于大气压的部分；•绝对压力指实际压力，数值等于表压力加大气压力。（3）热量•热量是指物体吸收或放出热的数量，用符号Q。•焦耳，用符号“J”表示、kJ为单位。焦耳是法定计量单位，卡是非法定计量单位。（4）蒸发量(出力)•对于热水炉来讲就是锅炉生产热水放出的热量，单位为kJ／h；采用法定计量单位制后，热水锅炉的出力，改用热功率表示，单位为MW/h。2.2、锅炉分类可以从不同角度出发对锅炉进行分类：1.按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。2.按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。3.按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上，蒸发量大于100t／h的锅炉为大型锅炉，蒸发量20～100t／h的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于20t／h的锅炉为小型锅炉。•4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p≤2.5MPa）、中压锅炉（2.5MP＜p≤5.9MPa）、高压锅炉（p＝9.8MPa）、超高压锅炉（p＝13.7MPa）等。5.按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。6.按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。7.按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。2.3锅炉结构•锅炉的结构，是根据所给定的蒸发量或热功率、工作压力、蒸汽温度或额定进出口水温，以及燃料特性和燃烧方式等参数，并遵循《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》及锅炉受压元件强度计算标准等有关规定确定的。一台合格的锅炉，不论属于那种形式，都应满足“安全运行，高效低耗，消烟除尘，保产保暖”的基本要求。2.4锅炉型号•一、燃煤、燃油、燃气、生物持锅炉型号•（一）型号：•按JB/T1626-92《工业锅炉产品型号编制方法》规定，锅炉号由三部分组成，各部分之间用短横线相连，如下面式样表示•二、电站锅炉型号2.1燃料的分类•燃料指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。•按来源：天然燃料和加工燃料；•按物态：固体燃料、液体燃料和气体燃料；•按使用多少：常规燃料和非常规燃料；2.1.1固体燃料•天然固体燃料：矿物燃料(煤)、生物质燃料(林木)。•煤的主要组成和元素：C、H、O、N、S及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。•碳是煤发热主要来源，32700kJ/kg碳。•煤含氢3%～5%，结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧，可燃氢与碳、硫结合成有机物。•灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。•煤中的硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。•分为低硫煤（1.5%）、中硫煤（1.5%～2.4%）、高硫煤（2.4%～4%）和富硫煤（4%）。2.1.2液体燃料•天然液体燃料主要指石油，人工液体燃料指汽油、煤油、柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。•燃料乙醇是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉米等陈化粮的转化问题。乙醇几乎能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的排放。•水煤浆由70%的煤、30%水及少量化学添加剂制成。浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。2.1.3气体燃料•气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石油气(LPG)、裂化石油气和焦炉煤气。•天然气的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，还有少量的CO2、N2、O2、H2S和CO等。•液化石油气的主要成分是C2、C3和C4组分，输送和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居民生活和汽车等燃料。•裂化石油气是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，将石油和重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。•焦炉煤气是炼焦生产的副产物，主要成分是H2、CH4和CO，还有少量的N2、CO2，广泛用作工业和民用燃料。2.2燃料的燃烧过程2.2.1燃烧及燃烧产物•燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。•多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO等。•若燃料中含S、N会生成SO2和NOx。•燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物。2.2.2燃烧产生污染物的机制2.2.2.1硫氧化物的形成机制•硫氧化物是指SO2和SO3。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了SO2。•元素硫燃烧S+O2=SO2•硫化物硫燃烧SO2+1/2O2=SO3•4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2•SO2+1/2O2=SO3（1%～5%）•有机硫CH3CH2SCH2CH3→H2S+2H2+2C+C2H4•H2S+3O2=2SO2+2H2O•SO2+1/2O2=SO3•一般主要生成SO2，SO3可忽略。2.2.2.2氮氧化物的形成机制•大气中的NOx90%以上产生于燃烧过程。1.热力型NOx•热力型NOx是高温燃烧时N2和O2反应生成的NOx；•与燃烧温度、氧气的浓度及气体在高温区的停留时间有关。•燃烧温度低于1300℃时，只有少量NO生成，燃烧温度高于1500℃时，NO的生成量显著增加。•N2+O2=2NO•2NO+O2=2NO2•减少热力型NOx的生成量措施：降低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。2.燃料型NOx•燃料型NOx燃料中有机氮经过化学反应生成的NOx。•燃料型NOx的发生机制：一般认为，燃料中的氮化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成NO。•燃料中的氮经过燃烧约有20%～70%转化成燃料型NOx，主要是NO，在一般锅炉烟道气中只有不到10%的NO氧化成NO2。•旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOx，热力型NOx生成量也增加，限制了使用。2.2.2.3颗粒污染物的形成机制•燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。1.燃煤粉尘的形成•煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。•燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合物而产生黑烟。•随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为飞灰，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。2.气、液燃料燃烧形成的碳粒子•气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳，液态燃料高温分解形成颗粒污染物为结焦和煤胞。2.2.3燃料完全燃烧的条件1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。•着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表2-2，P26。3）时间条件•燃料在燃烧室中的停留时间影响燃烧完全的程度。•反应速度随温度升高而加快，T↑——t↓。4）燃烧与空气的混合条件•燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。•在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度(temperature)、时间(time)和湍流(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的“三T”。2.2.3发热量与热损失1.发热量•单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下(通常指298K和101325Pa)的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是kJ／kg，或KJ／m3。2.热损失(1)排烟热损失•排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%～12%。•减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取433～473K，大中型锅炉取383～453K。(2)不完全燃烧热损失•化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的CO及少量的H2、CH4等可燃气体。•机械不完全燃烧热损失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。2.3.1锅炉用的燃料与燃烧过程1.煤的分类•褐煤、烟煤、无烟煤，还有贫煤、石煤和煤矸石等。2.煤的燃烧•煤从进入锅炉起至燃烧完毕分几个阶段：①预热干燥。105℃左右时，水分蒸发。②干馏。300℃左右时，挥发物不断析出并与空气混合，开始燃烧。③固定碳的燃烧。挥发物燃烧后，炉膛温度不断升高，固定碳逐渐点燃。④煤中的固定碳燃烬后，剩下的便是灰渣。•煤燃烧后主要产物：烟气、烟尘和灰渣。2.3燃烧设备简介•根据燃料在炉内的燃烧方式不同分四种：火床燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。•链条炉示意图•振动炉排炉示意图旋风燃烧炉示意图2.4洁净燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：1.燃烧前脱硫•原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。•炉前脱硫能除去灰分，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。•