第六章__燃煤烟气净化技术

第六章燃煤烟气净化技术虽然煤炭通过燃前洗选、燃中降低污染物排放等措施，但煤炭燃烧后还是有相当多的大气污染物的形成并排放到大气中。因此，为了在烟气排入大气之前将其净化，脱除其中的有害物如：SO2、NOx、颗粒物和CO2等成为燃煤污染物控制的最后一道关口。常见的烟气净化技术包括除尘技术、烟气脱硫技术和烟气脱硝技术等。第六章燃煤烟气净化技术燃煤烟气排放量很大，而其中SO2、NOx的浓度又相对较低，一般SO2的浓度为0.1%~0.5%，NOx为0.1%以下，远低于有色金属冶炼、化工厂等烟气中污染物的浓度，因此要在这大量的烟气中对这些低浓度的污染物进行净化和回收是比较困难的。烟气的成分及性质与燃煤的性质、锅炉的型号及燃烧方式等密切相关。第一节烟气净化基本原理燃煤烟气中的粉尘量主要取决于燃烧方式及煤质情况，飞灰的化学成分以SiO2和Al2O3为主，此外还有Fe2O3、CaO、MgO等；对固态排渣煤粉锅炉而言，煤中的灰约有85%~90%转化为飞灰，液态排渣煤粉锅炉为60%，旋风炉为20%~40%，链条炉为20%左右，抛煤炉为30%，沸腾炉为40%~60%。第一节烟气净化基本原理燃煤烟气中，SO2是无色具有强刺激性气味的气体，其中S的化合价是+4，是硫的中间化合价，所以SO2既具有氧化性又具有还原性；NO、NO2中的N也是中间化合价，常温下NO容易被氧化成NO2，NO2是红棕色气体，具有特殊臭味，有毒，遇水反应生成硝酸和NO。第一节烟气净化基本原理SO2、NO2都是中等强度的酸性氧化物，易与碱反应：NO和NO2具有较强的氧化性，能被C，NH3等还原剂所还原：第一节烟气净化基本原理OHNaNONaNONaOHNOOHNaSONaOHSO2232232222OHNONHNOOHNONHNOCONCNOCONOCNO2223222232222226342644422222烟气净化就是基于以上污染物的物理、化学性质的特点来进行的。利用烟气中飞灰颗粒与烟气密度及电性质的差异，可以用水膜除尘器、袋式除尘器和电除尘器等来净化除去飞灰；根据SO2性质和特点，可将烟气脱硫技术分为湿法和干法两种。湿法是用石灰石淋洗烟气，SO2会变成亚硫酸钙或硫酸钙的浆状物而除去。干法主要有喷雾干燥法、喷干石灰粉法和活性碳吸附法。第一节烟气净化基本原理烟气脱硝技术的发展滞后于烟气脱硫技术，目前发达国家已开发出的具有工业应用价值的烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原工艺（SNR）和选择性催化还原工艺（SCR）。选择性非催化还原工艺是在烟气中喷入NH3等含氮化合物，将NOx还原成水和N2，脱硝率可达80%以上。选择性催化还原工艺（SCR）与SNR工艺基本相同，只是SCR工艺采用催化剂使反应能在较低温度下进行，脱硝率可大90%，但投资和运行费用大。第一节烟气净化基本原理煤在燃烧后，其中的灰分一部分变成炉渣，另一部分则以飞灰的形式与烟气一起离开锅炉。为防止烟尘对环境的污染和对引风机的磨损，必须进行除尘。一、颗粒物脱除基本原理不同的除尘技术利用的原理也不同，其特征是通过含颗粒物的气体通过某个力场或电场，这样的场对颗粒物和气体有不同的作用而使颗粒物从气体中分离出来。粗分可归纳为机械力作用和静电力作用两大类。第二节烟气除尘技术一、颗粒物脱除基本原理细分有以下几种：①重力作用：分离加速度小，因此效率低。②惯性作用：改变烟气流向，由于惯性加速度远大于重力加速度，所以其效率比重力作用高。③离心力作用：利用旋转气流产生的离心力将颗粒从烟气中分离出来，对于较粗的颗粒物分离效率较高。第二节烟气除尘技术一、颗粒物脱除基本原理④电场力作用：通过作用于荷电粒子上的电场力使颗粒物从烟气中分离出来。目前大型装置应用该方法比较多。⑤过滤机理：过滤也是机械力作用的一种形式。其主要机理是拦截作用、惯性碰撞和扩散效应。第二节烟气除尘技术二、颗粒物脱除技术分类根据利用的除尘机理，除尘技术可分为四大类：机械式除尘技术（重力、惯性力和离心力）；静电除尘技术（分为干式静电除尘和湿式静电除尘）；过滤除尘技术（包括袋式除尘技术和颗粒层除尘技术）；湿式除尘技术。所采用的相应的除尘设备主要有旋风除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器和电除尘器四大类。第二节烟气除尘技术三、颗粒物脱除技术和设备（1）旋风除尘器旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力将粉尘从烟气中分离出来的装置。第二节烟气除尘技术图6-1（1）旋风除尘器优点：设备结构简单、制造和安装费用低、维护和管理方便等。缺点：某些部件易磨损、除尘效率低等。今后随着环保要求的日益严格，这种除尘器将会被逐渐取代。（2）湿式除尘器湿式除尘技术也叫洗涤式除尘技术，是一种利用水（或其它液体）与烟气相互接触使颗粒物与烟气分离的技术，其间伴有传热和传值过程。第二节烟气除尘技术（2）湿式除尘器除尘原理：湿式除尘器主要是利用水滴、水网和气泡与含尘气体接触，借助于惯性碰撞、扩散、拦截、沉降等作用来除去废气中的颗粒物。其除尘机理与过滤机理相似：水滴类似于球形捕集体；水网类似于圆柱形捕集体；水膜类似于吸收壁，能有效地防止二次扬尘。第二节烟气除尘技术（2）湿式除尘器优点：与干式除尘相比，它能够有效地除掉0.1μm以上的颗粒物，同时还能进行气体污染物的脱除，而且结构简单造价低，因此在烟气净化中，湿式洗涤器的应用极为普遍。缺点：造成废水的二次污染和污泥处理问题。今后在我国的应用前景不大。第二节烟气除尘技术（2）湿式除尘器目前国内常用的湿式除尘器主要有：水膜除尘器、喷淋塔、文丘里洗涤器、旋风洗涤器和筛板塔等。净化后的气体从湿式除尘器中排出时，一般都带有水滴，为了除去这部分水滴，在湿式除尘器后都附有脱水装置。第二节烟气除尘技术图6-2图6-3第二节烟气除尘技术图6-4图6-5图6-6（3）袋式除尘器袋式除尘技术是过滤式除尘技术的一种，袋式除尘器是利用织物制作的袋状过滤介质来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。过滤介质又称滤料，滤料介质可以是纤维层（滤纸、滤布、滤袋或金属绒）、颗粒层（矿渣、石英砂、活性碳等）或是液滴，其基本的除尘原理都是过滤机理。过滤除尘技术尤其是袋式除尘技术，具有很高的除尘效率，应用广泛，是目前烟气净化的主要方法。第二节烟气除尘技术（3）袋式除尘器袋式除尘器的工作原理：①各种纤维性滤袋空隙很小，尘粒被阻挡下来；②当含尘气流撞击到滤袋的经纬线时，空气可以绕过纤维而过，灰尘则因惯性作用不易改变方向，就附着在其表面上；③当含尘气体通过布袋时，较小的粉尘会被滤料的纤维钩住；第二节烟气除尘技术（3）袋式除尘器袋式除尘器的工作原理：④当含尘气体通过有些人造纤维滤料时，会产生静电现象，从而增加了对粉尘的吸附能力；⑤一些极细的灰尘还可能受到气体分子不规则运动的撞击，而增加了碰撞滤料纤维的机会，并附着在上面。第二节烟气除尘技术（3）袋式除尘器袋式除尘器的分类：根据袋式除尘器的结构特点，如滤袋形状、过滤方向、进风口位置以及清灰方式，袋式除尘器可分为以下几类：①按滤袋形状分：圆袋式除尘器和扁袋式除尘器两类，其中圆袋式受力均匀，连接简单，清灰所需动力小；而扁袋布置紧凑，节约空间，但结构复杂，制作工艺高。第二节烟气除尘技术第二节烟气除尘技术图6-7常见的袋式除尘器不同形式的示意图（a）扁袋式除尘器（b,c,d,e）圆袋式除尘器袋式除尘器的分类：按过滤方向分：分为内滤式除尘器（上图c、e）和外滤式除尘器（上图b、d）。按进气口位置分：分为下进风式（如上图b、c）和上进风式（如上图d、e）两类。上进风式含尘气流方向与粉尘沉降方向一致，有利于粉尘沉降。但滤袋需设上下花板，结构复杂，不易调节滤袋张力；下进风式则结构简单，但不利于粉尘沉降。第二节烟气除尘技术袋式除尘器的分类：④按除尘器内的压力分：分为负压式除尘器和正压式除尘器。负压式除尘器的风机设置在除尘器之后，除尘器是在负压状态下工作，正压式则相反。负压式除尘器必须采用密封结构，其风机吸入的是净化后的气体，因而风机磨损小；而正压式除尘器不需采用密封结构，造价低20%~30%，但含尘气体通过风机，磨损较大。第二节烟气除尘技术袋式除尘器的分类：⑤按清灰方式分：清灰方式是使袋式除尘器能长期连续工作的决定因素，也是影响其性能的重要因素，它与除尘效率、压力损失均有关系。清灰的基本要求是能够从滤袋上迅速均匀地剥落沉积的粉尘，同时通常又要求能保持一定的一次粉尘层，不损伤滤袋，并消耗较少的动力。分类：机械振动类、分室反吹类、喷嘴反吹类、振动反吹并用型和脉冲喷吹类。第二节烟气除尘技术北京第二热电厂布袋除尘器图6-8图6-9（3）袋式除尘器优点：（1）除尘效率高，一般在99%以上；（2）处理能力大，结构简单、造价低，维护操作方便；（3）受粉尘物性的影响较小。缺点：体积和占地面积较大；（2）本体压力损失较大；（3）对滤袋质量有严格要求，滤袋破损率高、使用寿命短、运行费用较高。第二节烟气除尘技术（4）静电除尘器静电除尘器是利用强电场放电使气体电离，粉尘荷电，然后在电场力的作用下使粉尘从气体中分离出来的一种除尘装置。优点：除尘效率高、阻力小、耗能低；能够高效收集大流量气体和高温或腐蚀性气体中的粉尘；自动化程度高及维修容易等，广泛应用于电力、冶金、建材等领域，尤其在燃煤电厂静电除尘已成为主要手段。第二节烟气除尘技术（5）电袋一体化除尘技术所谓电袋一体化，顾名思义就是结合静电除尘器和袋式除尘器的机理进行除尘，也称为静电增强袋式过滤除尘。基本工作方式：烟气通过一段预荷电区，使颗粒物带电。带电颗粒物随烟气进入过滤段被滤袋过滤层收集。第二节烟气除尘技术第二节烟气除尘技术图6-11（5）电袋一体化除尘技术一般来说，颗粒既可带正电，也可以带负电；滤袋既可以加电场，也可以不加电场。若加电场，可加与带电颗粒极性相同的电场，也可加与带电颗粒极性相反的电场。试验表明：加相同极性的电场，效果会更好一些，原因是极性相同时，电场力和流向相反，对颗粒具有推力，带电颗粒不易透过滤布。滤袋内部比较干净，清灰容易。第二节烟气除尘技术第二节烟气除尘技术图6-10电袋一体化除尘器结构形式之一一、概述煤中的硫一般可分为无机硫和有机硫。有机硫有硫醇、硫醚、噻吩类杂环硫化合物等；无机硫以黄铁矿（FeS2)为主，还有少量的硫酸盐硫、方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）等无机化合物以及单质硫。煤中硫在燃烧过程中与氧反应生成SO2；烟气中SO2浓度与燃煤中的硫含量直接相关，目前，我国锅炉烟气中SO2浓度一般在0.1%~0.5%左右。第三节烟气脱硫技术第二节烟气除尘技术第二节烟气除尘技术一、概述烟气脱硫技术分类：①按脱硫剂进行分：有钙法、氨法、镁法、钠法、氧化铜法、活性炭法等。②按脱硫产物分：有回收法和抛弃法。③按其净化原理分：有吸收法、吸附法、催化氧化法和催化还原法。④按脱硫过程和脱硫产物状态分：有湿法、干法/半干法。第三节烟气脱硫技术一、概述湿法主要有石灰石/石膏洗涤法、海水脱硫法；干法主要有炉内喷钙法、烟气循环流化床脱硫法以及干式催化脱硫等。目前世界各国，采用石灰石/石膏湿法装置最为普及，占82%；其次是喷雾干燥法，约占11%。其余为氧化镁法、氨法、CFB(烟气循环硫化床）以及LIFAC（炉内喷钙尾部增湿）等。美国大都采用抛弃法，约占85%，而日本以回收法为主，占95%以上，这与它们能源资源状况所决定的。第三节烟气脱硫技术湿法脱硫概念：湿法脱硫是通过烟气与含有脱硫剂的溶液接触，在溶液中发生脱硫反应的技术，其脱硫生成物的生成和处理均在湿态下进行。湿法脱硫特点：由于是在气液之间反应，脱硫速度快；煤种适应性好，脱硫效率和脱硫剂利用率都很高，在ca/s比为1时，脱硫率可达90%以上。缺点：脱硫后烟气温度较低，一般低于露点，所以需进行烟气再加热以减少腐蚀，同时有废水二次污染问题。第三节烟气脱硫技术干法/半干法脱硫概念：干法/半干法的划分标准不完全相同，这里主要是指那些脱硫产物为干态的脱硫方法，其脱硫剂可以是湿态的。如喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿法；也