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水泥工业是国民经济的重要基础产业,又属高能耗、重污染行业。据不完全统计,我国水泥工业粉尘排放占全国总排放量的70%以上,气体污染物如:氮氧化物、氟化物、二氧化硫的排放污染也不可低估,并且对大气污染有加重趋势,温室气体二氧化碳排放量也占有相当的比重。目前,我国水泥工业中的新型干法窑水泥生产环保工作做得比较好,但仍有40%左右非新型干法窑水泥生产的污染治理困难依然较大,尚缺乏成熟的技术,急需开发适合我国国情的水泥污染治理技术和设备。但从整个行业来看,企业环境绩效的取得主要靠末端治理,环保设备投资和运行成本很高,成了进一步做好水泥工厂环保工作、继续提高环境绩效的阻力,如何有效预防污染、改进污染控制技术装备提高其性价比、加强污染控制技术装备应用和管理、提高污染控制技术装备运行可靠性、降低环保设备投资和运行成本是推进水泥工业环保工作最迫切需要解决的问题。为确保实现“十一五”主要污染物总量减排目标,加快现有水泥工业污染防治设施建设,全面推进水泥工业粉尘、二氧化硫、氮氧化物、氟化物综合治理,减降二氧化碳的排放,提升技术装备质量和污染防治技术整体水平,提高污染防治工程技术和设备的国产化程度,加快推动我国水泥工业污染防治技术的发展步伐,满足水泥企业对环保适用技术的迫切需求,使国际先进的污染防治技术和装备及时在国内示范应用,使国产的先进、成熟、适用的污染防治技术和装备更多地走出国门,为供需双方提供相互交流、合作的机会,中国环境科学学会与中国国际贸易促进委员会建筑材料行业分会定于2009年4月1日-3日在北京中苑宾馆召开“2009年全国水泥工业污染预防与控制技术及管理交流会”。由中国水泥协会与中国国际贸易促进委员会建筑材料行业分会举办的“2009中国国际水泥峰会”和“第十届中国国际水泥技术及装备展览会”同期举行。
本次交流会将重点围绕水泥企业关注的环保效益与经济效益、污染物排放标准、清洁生产与污染预防,除尘、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、二氧化碳治理与减排等应用技术实践中的热点、难点问题进行交流研讨。
现将会议征文及有关事宜通知如下:
一、论文征集的主要内容
(一)污染治理技术与设备
1、国际先进的水泥工业污染物控制技术及在我国的示范和应用;
2、国产先进、成熟、适用的污染防治技术和装备在国外的示范和应用;
3、水泥工业除尘、脱硫、脱氮、脱氟系统工程典型案例与分析;
4、水泥企业粉尘污染治理现状与发展趋势;
5、电、袋复合式除尘器的开发与应用;
6、水泥厂袋收尘器存在的问题及其改进建议;
7、脱硫除尘成套设备关键技术的最新研发与应用;
8、水泥工业高浓度煤粉的袋式捕集技术和设备;
9、大风量、长袋、低压脉冲除尘技术和设备;
10、水泥窑头、窑尾袋式除尘技术及高炉煤气袋式除尘技术的研发与应用;
11、在水泥工业除尘工程设计、施工、安装调试及设备运行中存在的问题和采取的办法与解决措施;
12、水泥工厂加强除尘系统和设备的维护与管理提高设备运转率的经验和教训;
13、水泥企业实施清洁生产实现预防污染、节能减排的经验;14、水泥工厂贯彻ISO14000实现减排、提高环境绩效的经
验;
15、水泥企业开展清洁发展机制项目CDM实现CO2减排的做法与经验。
(二)节能减排的新技术与新趋势
1、水泥工业节能减排新技术展望;
2、水泥企业低品位石灰石资源利用新技术;
3、水泥企业用回转窑焚烧生活垃圾、固体废弃物的新技术;
4、水泥企业利用外行业尾矿、工业废渣、粉煤灰等综合利用的新技术;
5、水泥企业采用新型多通道燃烧器利用劣质燃料、二次燃料的新技术;
6、水泥企业采用低NOX生成分解炉的预分解新技术;
7、水泥企业采用低NOX生成的燃烧新技术;
8、水泥企业采用除尘、除有害气体一体化的收尘技术与设备;
9、水泥企业开放场合粉尘控制新技术;
10、全密闭电石炉尾气治理及综合利用;
11、水泥企业采用高新技术“留壳改仁”改造低效率收尘设备的经验;
12、水泥企业采用清洁生产措施预防与控制污染的新技术;
13、新型干法水泥企业提高型清洁生产审核技术与方法;
14、水泥企业开展清洁发展机制CDM项目实现CO2减排新的做法;
15、水泥企业噪声治理新技术;
16、水泥企业工业废水治理新技术;
17、水泥企业治理污染物高浓度、高含湿量、腐蚀性、爆炸性、粘性废气的新技术;
18、低温余热发电、高效节能粉磨(立式磨、辊压机、高效选粉机等)、高效低压损预热器、高效熟料冷却器、散装水泥、高效密闭输送等节能减排型水泥成套技术装备创新及产业化发展。
希望各有关单位及相关人员,根据征文内容撰写论文。
二、论文征集
1.本次研讨会面向全国征集与主题相关的学术报告、论文、调研成果,将择优选用并安排会议发言。
2.个人简介:会议演讲者需提供300字左右的个人简介,供会场主持人向参会代表进行介绍。
3.论文要求:①采用A4纸规格,5号宋体字,每页42行,每行45字。一般不超过5页。文责自负。论文摘要在500字左右;②题目下方为作者姓名,单位,邮编;③会议只接收论文的电子版(或软盘)。;④论文截至日期为2009年3月1日。凡被录用论文,将汇编到题为《2009年全国水泥工业污染预防与控制技术及管理交流会论文集》中,同时论文作者获论文证书,参会人员每人一册。
三、主旨报告
1.环境保护部有关领导介绍我国“十一五”环保规划及当前环保形势和任务,国家水泥工业污染治理规划情况及大型水泥工业项目国家污染治理专项资金申请等内容;
2.国家发改委有关领导领导介绍水泥工业污染防治技术政策和节能减排等环保相关管理规定。
四、特邀报告
1.邀请国内外著名专家介绍水泥行业面临的环保形势任务及环保治理技术需求信息;
2.为了吸收与引进国内外的水泥污染控制方面的理念、技术与管理经验,特邀请国内外一批知名领导、专家参加会议,并做基调发言或重要学术报告;
3.专家就中国水泥工业的除尘发展历程、现状以及发展趋势进行概括分析和总结,介绍已经推广使用并取得良好效果的水泥清洁生产技术和综合的解决方案。
五、参会人员
1.管理部门:政府官员、行业协会、污染控制部门管理人员;
2.研究单位:水泥、环保、系统研究单位、设计单位,高校、科研院所、监测机构、环评单位等;
3.企业:水泥生产企业、水泥装备制造企业、环保工程公司、脱硫除尘治理公司,环保工程施工、安装单位,工业企业燃煤锅炉单位技术负责人、科技及管理人员等;
4.其他有意参加研讨交流的单位及人员。
六、会议安排
1.会议安排:会期3天,相关政策主题报告、专题报告、案例分析、分组交流2天,考察1天。
2.工作语言:会议期间主要用中文和英文交流,会场配备同声翻译。
3.有关会议议程、日程安排等事宜将于会前一个月准时通知报名参会人员。
七、会议联系
中国环境科学学会(北京市海淀区红联南村54号,100082)
联系人:
电话:
【Abstract】According to the characteristics of China's industrial boiler flue gas emissions, a new type of flue gas desulfurization and denitrification process suitable for industrial boiler has been developed. It has been widely used in desulfurization and denitrification of industrial boilers. In this paper, the desulfurization and denitrification technologies combined with ozone oxidation and chemical absorption are studied and analyzed.
【关键词】燃煤工业锅炉;脱硝改造;臭氧氧化;脱硫脱硝
【Keywords】coal fired industrial boiler; denitration modification; ozone oxidation; desulfurization and denitrification
【中图分类号】TK229.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)06-0150-02
1 引言
在我国,燃煤工业锅炉广泛运用于各种工业生产之中,其数量较多,分布较广。每年我国的燃煤工业锅炉消耗标煤约四亿吨,约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右,产生了大量的烟尘、二氧化硫及氮氧化物。随着环境保护重视程度的不断提高,燃煤工业锅炉的尾气污染治理问题已经成为了环保问题治理的重要内容。目前大部分的燃煤工业锅炉已经配备了除尘脱硫设备,但未安装相应的脱硝装置,需要进行脱硝改造。如何在保证脱硝效果的基础上,降低投资和设备运行的成本,是目前必须予以充分考虑的问题。
2 燃煤工业锅炉脱硝技术的选择
我国燃煤工业锅炉在运行过程中受生产供气需求的影响,负荷变化较大,产生的氮氧化物浓度波动较大,并且燃煤工业锅炉的炉膛工况较为复杂。大部分燃煤工业锅炉的现有场地在设计时未考虑脱硝改造的需求,也给脱硝改造带来了巨大难度。火电厂电站锅炉上应用较多的SCR及SNCR脱硝技术,适合运行平稳的大型锅炉脱硝处理,不适合直接应用在燃煤工业锅炉的尾气脱硝处理上。采用氧化吸收法结合湿法脱硫脱硝技术,不仅能够解决锅炉负荷变化较大带来的烟气处理难度,还具有同一设备实现高效率的脱硫脱硝的优势,值得进行探讨研究。
氧化吸收法,即利用强氧化剂将烟气中的氮氧化物氧化成NO2及N2O5等高价态氮氧化物后,再利用吸收液将氮氧化物及二氧化硫同时去除。
目前常用的脱硝氧化剂有亚氯酸钠、过氧化氢和臭氧等。[1]
亚氯酸钠氧化法是通过亚氯酸钠作为氧化剂,将尾气中的NO氧化为硝酸,SO2氧化为硫酸,达到脱硫脱硝的目的。但H.K.Lee等通过研究发现,仅当尾气中的SOX被亚氯酸钠完全去除后,NOX才会被除去。[2]由此可见尾气中的SOX会影响脱硝反应,导致脱硝效率不高。而且亚氯酸钠价格较高,反应产物复杂,容易导致二次污染,对设备腐蚀性较大。
过氧化氢氧化法是利用过氧化氢直接将NO氧化成可溶性的NO2,再通过洗涤方式与SO2一同被去除。但过氧化氢是一种弱酸,在酸性环境下较稳定,影响了NO的氧化反应。同时,过氧化氢在高温下分解加速,导致氧化剂利用率低,影响了脱硝效率。
臭氧氧化法的原理是利用臭氧自身的强氧化性,很容易地将气体NO氧化为溶解度较高的高价态氮氧化物,比如NO2、NO3、N2O5等,然后通入吸收塔内,将SO2和氧化生成的NOX一并吸收去除,达到同时脱硫脱硝的目的。臭氧脱硝的氧化化过程非常迅速,无危害环境的副产物生成,残留的臭氧很容易分解为环境友好的O2。
3 臭氧氧化脱硝的机理
臭氧氧化脱硝技术的关键因素就是NO的氧化过程。NO的氧化是逐步完成的,烟气中的NO必须先氧化生成NO2后,如果O3过量才会生成NO3和少量的N2O5。反应机制如下:
O3+NO=NO2+O2(1)
O3+NO2=O2+NO3(2)
NO2+NO3=N2O5(3)
通^实验发现,O3与NO之间发生的氧化速度要高于O3与SO2的氧化反应速度。因此,SO2不会对O3与NO之间所产的氧化过程产生影响。
4 燃煤工业锅炉脱硝改造工艺流程
目前大部分现有燃煤工业锅炉已经配备了多管除尘器、布袋除尘器或水膜除尘器,并配备了脱硫吸收塔。因此必须尽量利用现有的除尘脱硫装置的基础上增加脱硝装置,并利用原有的吸收塔同时进行脱硫与脱硝。改造后的工艺流程是:经过除尘后的烟气通过引风机后、在进入吸收塔之前,将会与臭氧在臭氧反应器内进行充分的氧化反应,从而将NO氧化为高价态氮氧化合物后,再输送至吸收塔内进行反应,从而达到脱除烟气中SO2和NOX的目的,最后经过除雾器脱水后,烟气输送至烟囱排放。在整个烟气脱硫脱硝的过程中,所产生的硝酸盐和硫酸盐将会进入循环池。
5 臭氧氧化同时脱硫脱硝的主要影响因素
影响O3氧化同时脱硫脱硝的主要因素有O3/NO摩尔比、反应温度、吸收液等。
5.1 O3/NO摩尔比
从实验研究的结果进行分析发现,当O3/NO摩尔比≤1时,NOx的脱除效率相对较低,约为50%左右。因此,在实际的脱硝过程中,通常选择O3/NO摩尔比>1,因为NO氧化度过低将会对NOx的脱除工作产生不利的影响,反之如果臭氧对NO氧化度较高,则NOx的脱除效率可达90%以上。[4] 实际运行时,可以通过调节臭氧的产生量来达到预期的脱硝效率。
5.2 反应温度
除尘器后部、吸收塔前端的烟气温度一般在100~150℃左右,该温度为臭氧脱硝的合适温度。此时臭氧的分解率较低、实际的生存时间将会大于NOx的动力学反应时间,有利于氧化反应顺利进行。
5.3 吸收液及吸收塔
目前燃煤工业锅炉的湿法脱硫常用石灰/石灰石―石膏法、双碱法等。这些脱硫工艺的洗涤吸收液在脱硫的同时也能吸收NOx。但是,因为烟气中的NOx增加了吸收塔的负荷,原有的吸收塔必须进行技改,增加喷淋层层数或者增加吸收液的循环水量,才能保证脱硝和脱硫正常运行。
6 臭氧硝的优势
①脱硝效率较高,脱硝效率可达90%以上;
②臭氧脱硝采用在吸收塔之前的烟道内安装O3喷射格栅,对锅炉设备产生的影响较小;
③脱硫脱硝在吸收塔内同时进行,节省了设备的占地面积,适合现有锅炉的脱硝改造;
④可以根据锅炉的工况变化,通过调节臭氧用量,从而将脱硝效率控制在经济可行的范围内。
7 结语
臭氧氧化结合湿法吸收同时脱硫脱硝技术,有效地解决了燃煤工业锅炉烟气脱硝改造存在的问题,在保留传统湿法脱硫工艺的基础上促进了脱硫脱硝效率的稳步提高,降低了投资运行的成本。因此,这一技术的推广和应用对于促进我国现阶段的工业锅炉烟气脱硫脱硝效率的提高,具有积极的促进作用。
【参考文献】
【1】柏源,李忠华,薛建明,等.烟气同时脱硫脱硝体化技术研究[J].电力科技与环保,2010(03):56.
【2】韩颖慧. 基于多元复合活性吸收剂的烟气CFB同时脱硫脱硝研究[D].保定:华北电力大学,2012.
关键词:大气污染物;预防;治理
大气是人类生存环境的重要组成部分,大气环境质量的优劣与人类的生存息息相关,一些常见的大气污染物会对人体产生直接或间接的危害。大气污染物一般有2种形态,即颗粒状污染物和气态状污染物,颗粒状污染物主要以烟尘为主,气态状污染物有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和含氢气体等。大气污染物能够在大气中扩散,具有污染范围广、区域性和整体性强的特征。因此,大气污染的程度与该地区的自然条件、能源构成、工业结构和布局、交通状况以及人口密度等多种因素有关。防治大气污染物的根本方法,是从污染源头着手,通过削减污染物的排放量,促进污染物扩散稀释等措施来保证大气环境质量,同时从区域环境的整体出发,充分考虑该地区的环境特征,对能够影响大气质量的各个因素进行全面、系统的分析,充分利用环境本体的自净能力,采用最佳的防治方法,已达到控制大气环境质量,减轻大气污染的目的。大气污染物的综合防治应主要从以下几个方面入手。
一、采取各种措施,减少污染物的产生
1.1全面规划,合理布局
大气污染综合防治,必须从协调地区经济发展和保护环境之间的关系出发,对该地区各污染源所排放的各类污染物质的种类、数量、空间分布做全面的调查研究,在此基础上制定控制污染物的最佳方案。例如:工业生产区应设在城市主导风向的下风向;在工厂区与城市生活区之间,要有一定间隔距离,并营造城市绿化带,以减轻大气污染的危害。严格对新建、改建、扩建项目审批,对无污染治理设施或污染治理设施不完善的要责令其停工限期整改,对于现有污染严重、资源浪费、治理无望的企业,要坚决采取关、停等措施。
1.2改善能源结构,提高能源有效利用率
我国是燃煤大国,煤炭燃烧过程中释放出大量的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒等污染物。我国以煤炭为主的能源结构在短时间内不会有根本改变,因此应优先推广型煤和低硫等洗选煤的生产和使用,降低烟尘和二氧化硫的排放量。此外,要根本解决大气污染问题,还要从改善能源结构入手。例如,使用天然气和焦化煤气、石油液化气等二次能源,加大对太阳能、风能、地热、潮汐能、生物能和核聚变能等清洁能源的利用。
1.3实行区域采暖和集中供热
家庭中的燃煤炉灶和分布在市区的各类采暖、烧水小锅炉排放大量二氧化硫和烟尘是造成城市大气环境恶化的一个重要原因。城市采取区域采暖,集中供热措施,能够很好地解决这一问题。区域采暖,集中供热的好处表现在:一是可以提高锅炉设备利用率,降低燃料消耗量;二是可以充分利用热能,提高热利用率;三是便于采用高效率除尘设备,大大降低粉尘排放量。四是减少燃料的运输量,从而减少运输设备的使用,间接减少大气污染物的排放。
1.4植树造林,绿化环境
绿化造林是大气污染防治的一种经济有效的措施,植物有吸收各种有毒有害气体和净化空气的功能,是空气的天然过滤器。蒙尘的树叶经雨水淋洗后,又能够恢复吸附与阻拦尘埃的功能,使空气得到净化。植物的光合作用能够释放出氧气,可吸收二氧化碳,一般1hm2的阔叶林,每天能够消耗约1t二氧化碳,释放出750kg氧气,起到了良好的空气调节作用。
二、采用各种专业技术,控制污染物排放
2.1颗粒状污染物的治理
大气中的烟尘(主要由颗粒状污染物组成)大部分是由于固体燃料(煤)的燃烧产生的。去除大气中颗粒状污染物的方法很多,根据其作用和原理,可分为以下几种类型:一是干法去除颗粒状污染物。利用机械力(重力、离心力)将粉尘从气流中分离出来,达到净化的目的。常用的设备有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。其中最简单、廉价、易于操作维修的是沉降室。携带尘粒的气流由管道进入宽大的沉降室时,速度和压力降低,其中较大的颗粒(直径大于40μm)则因重力而沉降下来。旋风除尘器的作用原理是使气流在分离旋转,尘粒在离心作用下被甩往外壁,沉降到分离器的底部而被分离清除。这种方法对5μm以上尘粒去除效率可达50%~80%。二是湿法去除颗粒状污染物。该方法是用水或其他液体使颗粒湿润,进而加以埔集去除的方法。常用的方法有喷雾塔式、填斜塔式、离心式分离除尘器、文丘里式除尘器等多种,这些方法能除去直径大于10μm的颗粒,如果采用离心式分离除尘器,其去除率可达90%左右,但这种方法的缺点是能耗较高,同时存在污水处理问题。三是过滤法去除颗粒状污染物。有较高的除尘效率,其中最常用的袋式滤尘器对直径1μm颗粒的去除率接近100%,它使含尘气体,通过悬挂在袋室上部的织物过滤袋而被除去,这种方法效率高,操作简便,适应于含尘浓度低的气体;其缺点是维修费高,不耐高温高湿气流。四是静电法去除颗粒状污染物。该法的原理是所有尘粒通过高压直流电场时吸收电荷的特性而将其从气流中除去。带电颗粒在电场的作用下,向接地集尘筒壁移动,借重力而把尘粒从集尘电极上除去。其优点是对粒径很小的尘粒具有较高的去除效率,且不受含尘浓度和烟气流量的影响,但设备投资费用和技术要求高。
上述各种除尘方法原理不同,性能各异,使用时应根据实际需要加以选择或使用,主要考虑因素为尘粒的浓度、直径、腐浊性等以及排放标准和经济成本。一般情况下,颗粒较大(数十微米以上)宜于采用干法,对于细小颗粒(数微米)则以采用过滤法和静电法为宜。
2.2气态污染物的治理
二氧化硫不仅在大气中形成酸雨,造成空气污染,而且严重腐蚀锅炉尾部设备,影响生产和安全运行。因此,烟气脱硫对我国来说更为重要。烟气脱硫技术包括燃料脱硫(目前主要是重油脱硫)和烟气脱硫2种。重油脱硫是采用加氢脱硫催化法,使重油中有机硫化物中的C—S键断裂,硫变成简单的气体或固体化合物而从重油中分离出来。含硫量较高的重油首先进行脱硫处理,再提供给用户,主要应用在那些没有烟气脱硫能力的中小工厂,而大型工业企业则要求安装烟气脱硫设施。
烟气脱硫可分为干法和湿法2种,湿法是把烟气中的SO2和SO3转化为液体或固体化合物,从而把它们从烟气中分离出来,湿法脱硫主要包括碱液吸收法、氨吸收法和石灰吸收法等。碱吸收法是用氢氧化钾、氢氧化钠水溶液等作为吸收剂;氨吸收法用氨气作为吸收剂;石灰乳法使用石灰浆作吸收剂,同时可回收石膏。
湿法脱硫后,烟气温度降低、湿度加大,排出后影响烟气的上升高度而难以扩散。为克服上述缺陷,采用固体粉沫或非液体作为吸收剂或催化剂进行烟气脱硫,称为干法脱硫。干法脱硫又分为吸附法、吸收法和冷凝法、催化转化法、直接燃烧法、膜分离法以及生物法等,其中吸收法和吸附法是应用最为广泛的2种方法。吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物,使其中的1种或几种组分,在固体吸附剂表面,在分子引力或化学键力的作用下,被吸附在固体表面,从而达到分离的目的。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土、沸石、焦炭和活性炭等,其中应用最为广泛的是活性炭。吸收法是利用气体、液体中溶解度的不同,以分离和净化气体混合物的一种技术,也适用于气态污染物的处理。在吸收法中,选择合适的吸收液至关重要,是关系到处理效果的关键。
三、完善环境监管,加大执法力度
在现阶段我国的一些企业,为了实现利益最大化,根本不考虑其排放污染物对大气造成的危害。因此,监管措施和执法力度直接关系着对大气污染物的防治效果。这就要求加快建立和完善减排指标体系、监测体系、考核体系等一系列规章制度;此外,还要加大对排污大户的惩罚力度,走出“守法成本高,违法成本低”的怪圈,使企业逐渐走上规范化经营和良性竞争之路;鼓励公众参与监督,形成社会联动、企业互动的强大合力。
参考文献:
[1]黄振中.中国大气污染防治技术综述[J].世界科技研究与发展,2004,26(2):30-35.
[2]黄成.我国城市大气污染现状及防治对策[J].科技信息,2008(21):136,137.
论文关键词:烟气;SO2;控制
论文摘要:我国的能源以燃煤为主,燃烧过程中产生严重污染。本文分析了锅炉烟气SO2污染的产生;提出了控制燃煤SO2污染的三种途径;讨论了烟气脱硫技术。
我国的能源以燃煤为主。占煤炭产量75%的原煤用于直接燃烧,燃烧过程中产生严重污染,如烟气中的CO2产生温室效应,SOX 导致形成酸雨,NOX引起酸雨、破坏臭氧层以及产生化学烟雾。1995年国家颁布了新的《大气污染防治法》,并划定了SO2 污染控制区及酸雨控制区,各地对SO2 的排放控制越来越严格,并且开始实行SO2 排放收费制度。随着人们环境意识的逐渐增强,减少污染源,净化大气,保护人类生存环境的问题,正在被亿万人们所关心和重视。寻求解决这一污染源的措施,已成为当代科技研究的重要课题之一。因此,治理锅炉烟气具有十分重要的意义。
1 锅炉烟气的污染
1.1 锅炉内煤的燃烧过程
在煤的燃烧过程中,当煤块受热后温度达100 ℃,煤中水分就逐渐被烘干。当煤块温度继续升温时,在煤尚未与空气作用的条件下,煤开始干熘出碳氧化合物及少量的氢和一氧化碳,这些气体的混合物叫挥发物(着火250~700℃)。当温度不断升高,挥发物逸出的量不断增多,煤粒周围的挥发物在一定的温度条件下,遇到空气中的氧就开始着火燃烧,在煤粒外层形成黄色明亮的火焰。煤中的挥发物全部逸出后,所剩下的固态物质就是焦炭。当煤块周围的挥发物燃烧时,放出大量的热将焦炭加热到红热状态,为焦炭的燃烧创造了条件。焦炭是煤的主要可燃物,它的燃烧是固体与气体间进行的化学反应,它比挥发物难燃烧,如何创造焦炭燃烬的条件,关系到煤块燃烧程度。综上所述,固体燃料的燃烧都包括加热干燥、干熘析出挥发物,形成焦炭燃烧和燃烬形成灰渣等4个阶段。
1.2 煤在燃烧过程中SO2 的生成
煤中的全硫分包括无机硫和有机硫。在高硫分煤中,硫主要以硫铁矿的形式存在。有机硫、游离状态的硫和硫铁矿中的硫皆为可燃性硫。硫燃烧生成SO2 、SO3 和H2O 生成H2SO3 。硫酸盐中的硫难于分解出来,为不可燃烧硫,进入灰分中。但在高温下有些金属的硫酸盐是可以分解的。煤在燃烧过程中产生的SO2 在锅炉和烟道内要发生一系列复杂的物理变化和化学反应:SO2的氧化反应主要是在金属氧化物、金属盐类和其它粉尘的接触催化作用下转化为SO3进而转化为H2SO4或硫酸盐。在硫的转化过程中,湿度对SO2 的转化率有重要的影响。相对湿度低于40 %转化速度缓慢,相对湿度高于70%,转化速度明显提高。
2、燃煤锅炉烟气脱硫技术及控制
烟气脱硫方法可分为抛弃法和回收法两大类。抛弃法是将吸收剂与SO2 结合,形成废渣,其中包括烟灰、CaSO4、CaSO3 和部分水,没有再生步骤、废渣抛弃或作填充处理,其最大问题是污染问题未得到彻底解诀,只是将空气污染变成固体污染;回收法是将吸收剂吸附SO2 ,然后再生或循环使用,烟气中的SO2 被回收,转化成可出售的副产品如硫磺、硫酸或浓SO2 气体,回收效果较好,但成本较高、一般按使用的吸收剂或吸收剂的形态和处理过程的不同,将回收法分为干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫三类。
2.1干法脱硫干法烟气脱硫是用固体吸收剂(或吸附剂) 吸收(或吸附) 烟气中SOX的方法,具有系统简单、占地小、同时具有脱氮功能等优点,缺点是钙利用率低,脱硫剂再生、更换费用高。一般钙硫比为2 时,脱硫效率可以达到70 % ,干法脱硫又有活性炭法、活性氧化锰法、接触氧化法和还原法之分。如活性炭法就是利用活性炭的活性和较大的比表面积使烟气中的SO2在活性炭表面上与水蒸汽反应生成硫酸的方法。
2.2半干法烟气脱硫半干法烟气脱硫介于湿法和干法之间,脱硫剂以溶液的形式被喷入烟气中,SOX 与脱硫剂发生反应的同时,溶液的水分全部蒸发。一般钙硫比为1.6 时,脱硫效率可以达到80 %。半干法烟气脱硫要求的控制水平较高,以使喷水量能全部蒸发。
2.3湿法烟气脱硫湿法烟气脱硫是用水或钙盐溶液作吸收剂吸收烟气SOX 的方法,一般钙硫比为1 时,脱硫效率可以达到90 % ,缺点是须建立水循环系统,防腐、烟气脱水问题突出。湿法中由于所使用的吸收剂不同,湿法脱硫又有石灰石- 石膏法、钠法、氧化镁法、氨和催化氧化法之分。如氨法就是用氨(NH3?H2O) 为吸收剂吸收烟气中的SO2 ,其湿灰(中间产物) 为亚硫酸铵(NH4 ) 2SO3 和亚硫酸氢铵NH4HSO3。采用不同方法处理湿灰,还可回收亚硫酸铵(NH4)2SO3、石膏CaSO4?2H2O和单体硫S等副产物。由于回收系统工艺复杂、投资高等因素80%湿灰采用经济的抛弃法。
3结论
3.1目前我国燃煤锅炉众多,锅炉烟气脱硫治理难度大、存在问题多及造成污染严重,成为我国当今令人关注的热点之一。
3.2实现烟气脱硫低成本的“经济化”目标是烟气脱硫技术发展的大趋势。
参考文献
[1] 刘志全1 关于燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策的探讨[J ], 环境保护,2001 , (2) :8 - 101
[2] 安恩科1 湿法脱硫问题的探讨[J ]1 环境工程,2001 ,19(2) :25 - 261
关键词:火电厂;大气污染排放;脱硫脱硝技术
中图分类号:TM62文献标识码: A
引言
火电厂燃煤量在我国工业煤炭消耗量中占了很大的比重,带来的污染非常严重。据统计,2010年,火电厂产生的SO2和NOx分别占我国SO2和NOx总排放量的52.8%和65.1%。国家环境保护“十二五”规划重点工业部门分工方案中指出,要继续推进电气行业污染减排,新建燃煤机组要同步建设脱硫脱硝设施。
目前最具有发展前景的脱硫脱硝技术是烟气同时脱硫脱硝技术,指在同一套设备内对烟气中的SO2和NOx同时去除,该方法不但节约用地而且投资较低。
一、我国燃煤火电厂大气污染排放现状
燃煤过程产生的废气污染物具体包括粉尘、SO2、NOx及CO与CO2气体,其中NOx与SO2的污染尤甚。据统计数据表明,2010年我国工业废气排放量达519168亿m3,较2009年上升19.1%,其中工业SO2排放量达1864.4万t,占全国SO2排放量的85.3%;“十二五”期间我国SO2排放总量及工业SO2排放量皆呈现出下降趋势。与2005年相比,2010年我国SO2排放总量下降14.3%,超额完成“十二五”减排的任务;2010年我国SO2及NOx排放量较2009年上升9.4%(1852.4万t),其中工业NOx排放量较2009年上升14.1%(1465.6万t),占全国NOx排放量的79.1%。总体而言,我国工业NOx排放量呈现出逐年增加的趋势,SO2属“十二五”期间的重点污染控制对象,因此超额完成既定减排任务。从2000年以来,我国便开始对SO2的排放进行严格控制,同时逐步加大排放控制力度,到2010年我国已有2386家电力企业被列入重点调查统计范围,其中1642家独立火电厂,744家自备电厂。独立火电厂共消耗16.6亿t燃料煤,占全国工业煤炭消耗量的49.2%。SO2排放量达835万t,较2009年下降4.8%,占全国工业SO2排放量的44.8%。
二、火电厂燃煤烟气脱硫脱硝技术
(一)、烟气脱硫技术
在我国,对于工业烟气脱硫,在燃煤电厂行业出现较早。现在大多的工业烟气脱硫技术都是源于最初的燃煤烟气脱硫技术。烟气脱硫工艺按脱硫剂是否含水可分为:湿法、干法、半干法。其中具代表性的有:湿法中的石灰石-石膏法,氨法;半干法中的循环流化床法;干法中活性碳(焦)干法。
1、烟气湿法脱硫技术
石灰石-石膏法以石灰石装液(5%-15%)为脱硫剂,除尘烟气中的SO2与石灰石浆液中的CaC03、Ca(0H)2以及鼓入的或使用喷淋技术时塔内空气中的O2发生化学反应,生成石膏(CaS(V2H20);烟气依次经过除雾器除去雾滴,最后经烟囱排入大气,工艺流程如图1。
图1石灰石-石膏法脱硫工艺流程图
2、烟气氨法脱硫技术
严格来讲,氨法始于20世纪70年代,日本与意大利等国始研制氨法脱硫工艺并相继获得成功。氨法以NH3为吸收剂,在吸收塔中与SO2反应生成亚硫酸氢铵(NH4HSO3)和亚硫酸铵((NH4)2S03)。含NH4HSO3的溶液进一步与NH3反应生成(NH4)2S03,然后再对(NH4)2S03氧化、结晶,制取质量好而且稳定的硫酸铵((NH4)2S04)。
3、烟气循环流化床脱硫技术
循环流化床法以消石灰(Ca(0H)2)为吸收剂,除尘烟气从吸收塔底部进入,经文丘里管加速后与加入的Ca(OH)2、循环灰及水发生反应,除去烟气中的SO2。携带大量吸收剂和反应产物的烟气从吸收塔顶部进入脱硫布袋除尘器,进行气固分离。净化气体通过烟囱排入大气,脱硫干灰大部分进入循环系统,多余部分通过二级输送系统排外,工艺流程如图2。
图2循环流化床脱硫工艺流程图
(二)、烟气脱硝技术
在20世纪70年代,日本就已经实现了选择性催化还原(SCR)的工业化运用。目前,烟气脱硝技术有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、电子束法、吸收法、吸附法等。由于SCR法脱硝效率高、技术相对成熟等优势,受到国际上的广泛关注。
1、选择性非催化还原法
选择性非催化还原法(又称热力脱硝)是把尿素或氨等还原剂均匀喷入炉膛高温区(900~1050℃),由此达到脱除NOx的目的。目前全球超过300套的选择性非催化还原法装置被应用到工业锅炉、电站锅炉、垃圾焚烧炉等领域。实践证实,选择性非催化还原法能够直接经现有锅炉改造而成,因此具有投资费用低等优点,但同时也具有脱硝效率低、氨逃逸率高、还原剂消耗量大等缺点,其中还原剂消耗量大的原因是还原剂与O2经氧化反应会生成H2O及CO2。目前选择性非催化还原法试图与再燃烧技术、选择性催化还原法、低NOx燃烧器等技术实现联合应用,此乃该项技术发展的重要方向。
2、选择性催化还原法
选择性催化还原法是以催化剂及一定温度为反应环境,以烃或氨为还原剂,同时把NOx选择性地还原成H2O及氮气。实践证实,采用选择性催化还原法能够使NOx的脱除率超过90%,而目前NH3-SCR已成为全球应用范围最广的脱硝技术。1999年我国首次投运SCR脱硝工程,但投运后却长期受到氨量控制误差等原因的影响,因此实际脱除效率仅能达到65~80%。总体而言,选择性催化还原法并不会影响到大气环境质量,因此目前已成为应用范围最广、脱硝工艺最成熟的脱硝技术。
(三)、烟气同时脱硫脱硝技术
烟气同时脱硫脱硝技术也称之为烟气脱硫脱硝一体化技术。该方法可以在同一反应塔内同时脱除两种甚至多种污染物,工艺流程简单,减小了反应装置的占地,同时也降低了一次性投资费用。烟气同时脱硫脱硝技术目前在全世界范围内都是研究的热点,但绝大部分还处于实验室研究阶段,还没有真正实现大规模工业化应用。
1、脉冲电晕法(PPCP法)
国外已有脉冲电晕法脱硫脱硝的中试装置,其中韩国建造的工业中试装置烟气处理量为2000m3/h,其脱硫脱硝效率分别为95%和85%。我国有研究者对处理量为12000~20000m3/h的中试装置进行试验后发现,在低能耗的条件下,SO2和NOx的脱除率可以达到85%和50%以上。
脉冲电晕法不需要电子加速器也不需要屏蔽辐射从而降低了能耗和成本。虽然该方法具有很多优点,但是由于其发展时间较短,还不是很成熟,所以还有很多问题需要解决。
2、络合物吸收法
该工艺一般先在碱性或者中性溶液中加入Fe2+形成络合物,这类络合物可以吸收NOx并且形成亚硝酰亚铁络合物,并进一步和溶解的SO2、O2反应生成其他形式的络全物。有研究者采用6%氧化镁增强石灰和Fe(Ⅱ)EDTA作为吸收液用于烟气脱硫脱硝,实验结果表明脱硫率和脱硝率分别可到99%和60%以上。该方法虽然可以获得很高的脱硫脱硝效率,但是由于吸收液的再生困难并且容易损失,使得成本大大提高,使进一步的推广收到了阻碍。
结束语
综上所述,火电厂必须深入落实烟气脱硫脱硝工作,此乃时展的必然趋势,同时也是实现社会经济可持续发展的必然要求。目前我国烟气脱硫脱硝技术尚处在研究阶段,而已经应用到工业领域的脱硫脱硝技术仍存有诸多问题亟待解决,其中以脱硝技术为甚,因此我国必须加大研究力度,切实提高对火电厂大气污染物的控制力度。
参考文献