工程环境保护与可持续发展第4章大气污染的控制与治理.ppt

第四章 大气污染的控制与治理,第一节 颗粒污染物的分离方法,一、颗粒污染物的物理性质 几何特性 密度 粘附性 润湿性 电性 爆炸性 安息角 二、除尘过程机理 1. 重力分离 2. 离心分离 3. 惯性分离 4. 截留分离 5. 静电分离,第二节 除尘装置,一、除尘装置的性能及分类 （一）除尘装置的性能 1. 含尘气体的处理量 2. 除尘效率 3. 阻力 （二）除尘装置的分类 二、机械式除尘器 1. 重力沉降室 2. 惯性除尘器 3. 旋风除尘器 三、过滤式除尘器 四、湿式除尘器 五、电除尘器,第三节 气态污染物的净化方法,一、气态污染物的吸收净化方法 （一）气体的溶解与平衡 （二）气液传质的基本原理 1双膜理论 2传质速率 （三）化学吸收 1化学平衡与相平衡 2. 化学吸收的传质速率 （四）吸收装置,二、气态污染物的吸附净化方法 1. 吸附现象 2. 吸附的基本原理 （1）吸附平衡。 （2）吸附等温方程。 （3）吸附等温线。 （4）吸附速率。 3. 吸附剂 4. 吸附装置 三、气态污染物的催化净化方法 1. 催化作用 2. 催化剂 3. 催化装置 4. 催化燃烧,第四节 主要气态污染物的治理技术,一、含二氧化硫废气的治理技术 （一）燃料脱硫 1原煤脱硫 2. 燃油脱硫 （二）燃烧脱硫 1. 型煤固硫 2. 流化燃烧脱硫 3. 炉内喷钙 （三）烟气脱硫 1. 干法烟气脱硫 2. 半干法烟气脱硫 3. 湿法烟气脱硫,二、含氮氧化物废气的治理技术 （一）低NOx燃烧技术 1. 分级燃烧法 2. 再燃烧法 3. 烟气再循环法 4. 低NOx燃烧器 （二）废气脱硝 1. 催化还原法 2. 液体吸收法 三、CO2排放控制及综合利用 1. 吸收法 2. 膜分离法 3. 纯氧/烟气再循环燃烧 4. 改变煤气化联合循环 5. 低温分离法,四、燃烧过程废气的综合治理 （一）锅炉废气的综合治理 1. 低NOx燃烧技术 2. SNOX联合脱硫脱硝技术 3. DESONOX联合脱硫脱硝技术 4. 活性炭联合脱硫脱硝技术 5. 锅炉除尘 （二）机动车尾气的综合治理 1. 分层燃烧 2. 稀混合气燃烧技术 3. 控制燃烧的其他技术 4. 尾气净化 5. 柴油机碳烟的净化,第一节 颗粒污染物的分离方法,一、颗粒污染物的物理性质 1. 几何特性（粒径、形状、比表面积） （1）粒径。单一粒径、粒子群的平均粒径，m。 单一粒径。测定方法不同，定义及表示不同。 斯托克斯粒径ds与被测粒子密度相同、终端沉降速度vs相等的球的直径。粒子雷诺数Re1时，,分割粒径dc（临界粒径）某除尘器的分级效率为50时的粒径。 平均粒径。形状和大小各异的粒子组成的实际粒子群与由均一的球形粒子组成的假想粒子群具有相同的某一物理性质，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。长度平均粒径(算术平均粒径)dlnd/n ；体积平均粒径dv(nd3/n)1/3；质量平均粒径dmnd4/nd3等。 粒径分布。某一粒子群中不同粒径的粒子所占比例, 即指粒子的分散度。粒径分布有粒数分布或质量分布，前者为粒子的个数百分数，后者用粒子的质量分数来表示。除尘技术中多采用质量分布,通常有频率分布、频度分布以及筛上累积频率分布三种： 频率分布：粒径dp至dpdp的粒子质量M占试样总质量M的质量分数,频度分布：单位粒径间隔宽度(dp)时的频率分布,筛上累积分布：大于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数,筛下累积分布：小于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数,中位径d50:筛上累计分布和筛下累计分布相等(RsRx= 50)时的粒径称为中位径 d50,空隙率是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之比 。 bp，粉尘越细，吸附空气越多，值愈大；挤压或振动过程中，值减小。,（2）形状。大多数粒子实际上是不规则形状，但通常把粒子假定为球形。 （3）比表面积。单位体积或质量的粉尘具有的总表面积。粒子越细，比表面积越大，活性越高，通过粒层的流体阻力也越大。 2. 密度 单位体积粉尘质量。 真密度p 是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之 间的空气排除以后测得颗粒自身的密度 ）。 堆积密度b（堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度 ） 。,定义：粉尘粒子附着在固体表面上或它们之间相互凝聚的可能性。 粘附力主要有：分子力（范德华力） 、毛细力和静电力(库仑力) 。 颗粒细小、粗糙且形状不规则、含水高且润湿性好、含尘浓度高、荷电量大的粉尘，其粘附力增大。 粉尘由于粘性力的作用，在相互碰撞中会导致尘粒的凝聚变大，有助于提高对粉尘的捕集，但也要注意其粘附在器壁上会造成装置和管道的堵塞。 4. 润湿性 粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。 液体分子的表面张力越小，浸润性越强。水的表面张力比酒精或煤油大，其对粉尘的浸润就较差。 还与粉尘粒径大小、理化性质、所处状态有关。 浸润性是选择湿式除尘设备的主要依据。对于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉尘，如水泥，会结垢或堵塞，不宜采用湿式除尘技术。,3. 粘附性,5. 电性（粉尘的荷电性、比电阻） 荷电性。粉尘由于碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电、接触带电体等原因带有一定的电荷。粉尘比表面积、含水量、温度，荷电量。 比电阻。导电性能，用电阻率来表示，cm。 容积比电阻为粉尘依靠其内部的电子或离子进行的颗粒本体的容积导电； 表面比电阻粉尘表面因吸附水分或其他化学物质而形成的化学膜进行表面导电。 一般：200，容积导电为主；100，表面导电为主；中间温度范围，两种比电阻的合成，其值最高。,6. 爆炸性 可燃物形成粉尘后，总表面积，表面自由能，化学活性。达到自燃温度时，一定的条件下会转化为燃烧状态。瞬间产生大量热量，粉尘放热反应速度系统排热速度，在封闭空间内造成很高的压力和温度，形成化学爆炸。 爆炸极限发生爆炸的可燃性粉尘浓度（爆炸下限、爆炸上限）。 颗粒细小、分散度高、不燃尘粒少、湿度低、含有挥发性可燃气体的粉尘，易自燃和爆炸； 镁粉、碳化钙粉尘与水接触后会引起自然爆炸，不能采用湿式除尘； 锌粉与镁粉或混合后也会发生爆炸。,7. 安息角 粉尘通过小孔连续落到水平板上，堆积成的锥体母线与水平面小于90的夹角（也叫静止角、堆积角）。 用于评价粉尘的流动特性。安息角愈小，粉尘的流动性愈好，多数粉尘35左右。 一般情况，粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低、粘性小的粉尘，其安息角减小。,二、除尘过程机理,除尘机理：含尘气流在某种力的作用下使尘粒相对气流产生一定的位移，最终脱离气流沉降于捕集表面。 1. 重力分离 在重力场的作用下，粒子在静止流体中作自由沉降运动。合力 FFw重Fb浮Fd阻 终端沉降速度vs尘粒先加速下降，Fd不断，当使合力F0时，作均速下降运动的速度（沉降速度达到恒定最大值）。 对于dp100m的颗粒，层流区 （Revdp/1.0 ）,vsdp2，dp，vs，难分离 温度，vs，难分离,2. 离心分离 是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一种简单而重要的分离方法。离心力可以比重力大得多，对惯性分离和滤料拦截有重要作用。层流时，离心力Fc径向阻力Fd ，终端离心沉降速度：,相对重力分离，它是以离心加速度v2/r代替了重力加速度g。 除了与dp和温度有关。v，r，vrs，愈能分离细小尘粒。,3. 惯性分离 机理：含尘气流冲击障碍物，气流突然转变方向，尘粒则受惯性力作用与气流分离。同时还有离心力和重力作用。 dp，初速，气流旋转半径，惯性分离效果增强。,4. 截留分离 机理 (1)质量很小的粒子，如果没有离开流线而绕过捕尘体(如液滴、纤维等)运动时，这时只要粒子的中心处于距捕尘体不超过dp/2的流线上，就会与捕尘体接触而被截留分离。(2)而尺寸和质量较大的粒子，由于惯性作用而离开气流流线直接碰撞到捕尘体上而被捕集则为上述的惯性碰撞分离。） dp，捕尘体直径d0，截留分离效率。,5. 静电分离,机理：针状（放电、电晕、负）电极和平板（集尘、正）电极通较高的直流电压，产生电场，自由电子运动形成电流。自由电子撞击中性气体分子使之电离，产生大量正、负离子和自由电子，使极间电流急剧增大，在电晕极附近发生电晕放电。正离子与针状电极中和。负离子和自由电子向集尘极移动，与粉尘碰撞，使尘粒荷电向集尘极转移，最后附着在集尘极上而与气流分离 。,利用静电力，可用于分离 0.11.0m低速粒子。静电分离有两种形式 ： 自身带电粒子在捕尘体上沉降。自身带电有限。 电场力作用使荷电粒子在集尘极上发生沉降:,第二节 除尘装置,一、除尘装置的性能及分类 1. 性能： （1） 含尘气体的处理量 处理含尘气体能力大小。体积流量Q（m3/s）表示。 （2） 除尘效率 总除尘效率。捕集粉尘质量Mc(g/s）与进入的粉尘质量Mi之比。,式中，浓度C（g/m3） 若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变： Qo Qi，于是：,分级除尘效率d。 定义：除尘器对某一粒径dp或某一粒径范围dp的粉尘的捕集效果。（频率分布 ）,（3) 透过率P： 一些除尘器的除尘效率可达99以上，总效率的变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响 ，这时可用P反映其效果. 定义：从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数，即透过率P .,（4）阻力：气流通过时的压力损失，阻力系数 与流动状态流道大小和形状有关。,2. 分类 （1）机械式除尘器。质量力(重力、惯性力、离心力)作用。重力沉降室、惯性分离器、旋风除尘器。 （2）过滤式除尘器。多孔滤料层、网眼物体。颗粒层过滤器、袋式过滤器。效率高、能耗高。 （3）电除尘器。静电分离。有干法清灰和湿法清灰两种型式。效率高，能耗低，耗钢材多，投资高。 （4）湿式除尘器（洗涤器）。液滴或液膜粘附。喷雾洗涤器、旋风水膜、文丘里洗涤器。可实现除尘和对气态污染物的吸收净化。效率高，特别是对微细粉尘，但易产生二次污染。,二、机械式除尘器,1. 重力沉降室 在重力作用下沉降分离。 沉降速度vs，水平速度vo。当气流通过沉降室时间尘粒沉降到底部时间时，全部沉降。 沉降室捕集的最小尘粒：,vo，H，L，除尘效率。,2. 惯性除尘器 惯性分离为主，还有重力、离心力的作用。 回转式、碰撞式 流速越高，转变角度越大，转弯次数越多，除尘效率越高。阻力也增大。 一般除尘效率不高。湿式惯性除尘器，可以提高除尘效率。,3. 旋风除尘器(旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置) 结构简单，运行维修方便，效率适中8090，阻力适中p1000Pa，dp3m.应用最为广泛。改进：多管除尘器许多小旋风子，高，阻力大；麻石（水膜）麻石或瓷砖砌筑筒体，喷水， 高，阻力小，易二次污染。 外旋流是旋转向下的准自由涡流，具有向心的径向运动； 内旋流是旋转向上的强制涡流，具有离心的径向运动。 两者旋转方向相同。尘粒依靠离心力向外移动。,分界面上：外旋流的切向速度v最大，离心力Fc最大。 Fc阻Fd，粒子移向外旋流而被捕集； FcFd，粒子向内被气流带走。 FcFd，理论上粒子应滞留在分界面上旋转。实际上气流为紊流，假想圆筒理论从概率统计观点认为，粒子50可能进入内旋流，另50可能向外移动。 分割粒径dpc旋风除尘器达到一定效率时能分离的最小粒径。 切向速度vc，p，内旋流半径 rc，则dpc，。,入口速度u。 uvcdpc。但u过高，二次飞扬，阻力增大。 含尘气流性质。p，; t，g， 除尘器的几何尺寸。筒体，离心力Fc；排气管直径，rc，。 灰斗的气密性。气密性差，空气渗入将二次飞扬，。 结构型式： 按气流导入方式：切向式（入口管外壁与筒体相切） 、蜗壳式（入口管内壁与筒体相切，入口气流距筒体外壁更近，有利于提高除尘效率，并使进口处阻力减小，但除尘器体积有所增大 ） 、轴流式（入口装有导流叶片使气流旋转，与前两者相比，在相同压力损失下，能处理约3倍的气体量，适用于多管旋风除尘器或处理大气量的场合） 。,影响除尘效率的主要因素,按流动方式：回流、平流、直流。 灰隔离室：锥体长，易分离，但易形成下灰环被上升气流携带。采用锥体倒置， 下部圆锥形反射屏。,三、过滤式除尘器,通过滤材或滤层使粉尘分离。 表面（袋式）过滤器：多孔织物； 内部过滤：松散滤料过滤层。 袋式除尘器特点：9599， p 8001500Pa。 多种除尘机理：重力、惯性、截留、静电，还有扩散（lm尘粒被气体分子撞击下脱离流线，向滤袋纤维运动）、筛滤作用。 正压袋：袋内袋外；负压袋：袋外袋内。 机械清灰（扭转抖动、水平摆动及垂直振荡）和气流清灰（反吹气流）。 要常清灰，但不要清灰过度；滤料是关键。,四、湿式除尘器,废气与液体接触。除去0.120m颗粒。但注意：腐蚀，污泥处理问题，不利烟气排放。 机理：惯性碰撞、拦截，其次扩散、静电。 形式：液滴、液膜、液层。,五、电除尘器,静电分离特点：适于捕集细尘（0.0520m）；效率高99;阻力小p=200500Pa;处理烟气量大（10万m3/h1000万m3/h);能耗不高（0.20.4kW.h/1000m3）;能处理高温或腐蚀性气体。 过程：电晕放电；颗粒荷电；沉降（集尘）；清灰。 型式： （1）管式、板式。（2)单区（荷电和集尘在同一空间，工业除尘）、双区（荷电和集尘在两个空间，空气净化）两种布置方式：,电晕放电：电压低时，不足以使自由电子获得高速运动的能量，难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。超过起晕电压U0后产生电晕放电。但电压高到一定值，达到击穿电压Us，两极空气全部电离，电场击穿，弧光放电，短路。,影响捕集效率的因素：,（1）气体性质。对电子亲和力高的负电性气体，O2和SO2，易俘获电子形成负离子，可施加更高的电压，更强的电场，驱进速度， 。 （2）气体工作状态。气体p， t ，有利于电子加速，可降低起晕电压，改善工作性能。,（3）粉尘比电阻。正常：10421010cm。 若104，荷电尘粒在集尘极立刻放出电荷，易造成二次飞扬； 若21010，粉尘在集尘极不能完全放电，形成带负电的粉尘层；粉尘层出现裂缝，形成局部高强电场，产生反电晕，正离子向负极移动，。 （4）粒径。当dp1.0m以后， dp 荷电量q ， q的增幅大于dp的增大，因此驱进速度提高，。 （5）粉尘浓度。浓度较低时，浓度，；但浓度过高，气体离子大量沉积到尘粒上，由于荷电尘粒的运动速度远比气体离子运动速度小，所以电流减弱，。 （6）供电参数。电压，电晕功率和电流 ，。,第三节 气态污染物的净化方法,定义：利用化学、物理、生物的方法，将污染物从废气中分离或转化。 净化方法： 吸收法：通过扩散方式将废气中污染物转移到液相。 吸附法：通过分子力使废气中某些组分向固体介质(吸附剂)的表面聚集。 燃烧法：通过燃烧将可燃性污染物转变为无害物质。 催化转化法：通过催化剂作用，将废气中气态污染物转化为非污染物或易于清除的物质。 冷凝法：通过冷凝将气态污染物分离。 生物净化：通过微生物的生化降解作用分解污染物。 膜分离：利用不同气体透过特殊薄膜的不同速度，使某种气体组分得以分离。 电子辐射-化学净化：利用高能电子射线激活、电离、裂解废气中的各组分，从而发生氧化等一系列化学反应，将污染物转化为非污染物。,一、吸收净化方法,原理：利用气态污染物对某种液体的可溶性，将气态污染物（溶质）溶入液相(吸收剂或溶剂)，又称湿式净化。分为物理吸收和化学吸收。 1. 气体的溶解与平衡 吸收：气体中的A液相； 解吸：气体液相中的A 动态平衡：吸收速度=解吸速度时，服从亨利定律：,说明：溶解平衡时,组分A的气相分压(平衡或饱和分压)与液相中A浓度(饱和浓度)的关系；吸收剂无化学反应。 亨利系数EA ：难溶气体大，易溶小。,平衡分压 ，液相摩尔分数,.气液传质的基本原理（双膜理论，溶质渗透理论，表面更新理论） （）双膜理论 假定：在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态的相界面；在气液相界面附近，分别存在一个非常稳定的层流气膜和液膜，薄膜内存在浓度梯度，物质传递主要依靠分子扩散；薄膜外气液两相各自的主体为湍流，不存在浓度梯度，物质主要通过对流传递；传质过程只在气液薄膜中有分子扩散阻力，相界面上和湍流主体中不存在传质阻力，因此传递速质取决于两膜的阻力大小。,cA组分A在液相中的溶解度,HA溶解度系数。难溶气体小，易溶气体大。,传质过程： 被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面， 再以分子扩散通过气膜到达相界面， 进入液膜后又以分子扩散通过液膜， 最后通过对流扩散进入液相主体，直到气液两相完全平衡后传质停止。如果此时，再增加被吸收组分的气相分压，或降低液相中该组分的浓度，传质继续进行。,（2）传质速率（吸收速率、传质方程） 单位时间，通过单位相界面传递的物质量。NA，kmol/(m2s) 。,质量守恒,ki膜的传质分系数。,由亨利定律，相界面,流体主体,整理后得,与液相主体中cA相对应的气相平衡分压 ；与气相主体中pA相对应的液相平衡浓度， ；,HA很大，易溶气体，传质阻力主要在气相，气膜控制。 如水吸收HCl、NH3。气相湍动程度，如将雾化液体喷入气相，则液滴周围流动气体扩散阻力，传质速率。 HA很小，难溶气体，传质阻力主要在液相，液膜控制。如水吸收CO2、N2。液相湍流程度，如穿过孔板气体进入液相，液膜阻力，传质速率。 中等溶解度气体，气膜与液膜阻力均不能忽略，两膜控制。如水对SO2的吸收。,Ki膜的总传质系数。其倒数为传质总阻力。,强化传质过程的因素： pA，或cA，增加传质动力； 传质面积F，可增加质量传递，如液滴； 气液接触时间t，如控制气流速度，可增加质量传递； 传质阻力，使K。,3. 化学吸收,吸收时 ,溶剂中某些活性组分与溶质进行化学反应。纯溶质浓度cA ，传质动力，吸收速率。 化学吸收的传质速率: 化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数，传质速率。,传质速率表示方法： (1)采用增大的液膜传质分系数kl,d，而选取与物理吸收相同的传质动力（cAcAicA）； (2)或采用增大的传质动力（cA），为增大值，而选取与物理吸收相同的传质分系数kl，即,增强系数：kl,d/kl，液相传质分系数增大倍数。由kl,d和kg可求出化学吸收的传质总系数。,4. 吸收装置（塔）,基本要求 ：气液接触面大，接触时间长；气液之间扰动强烈，吸收效率高；流动阻力小，工作稳定；结构简单，维修方便，投资和运行维修费用低；抗腐蚀、防堵塞。 吸收装置有:填料塔 、板式塔、湍流塔、喷淋塔、文丘里吸收器。,二、吸附净化方法,利用多孔固体表面的微孔捕集废气中气态污染物。 1. 吸附现象 物理吸附由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起，可逆过程。 化学吸附由固体表面与被吸附分子间的化学键力引起，需要一定的活化能。 主要区别有： 吸附热。物理吸附多为放热过程，但物理吸附热较小；化学吸附热很大(40倍)。温度。物理吸附一般不受温度的影响，但温度，易脱附；化学吸附需活化能，温度，吸、脱附速率。选择性。物理吸附取决于分子力，选择性较小，脱附也容易；化学吸附有特定反应，有选择性，不易脱附。,2. 吸附基本原理,（1）吸附平衡。 一定t，吸附速度=脱附速度，即气相与吸附剂表面的浓度达到平衡，有平衡吸附量和平衡（分）压力p。 （2）吸附等温方程。 朗格缪尔假定：吸附剂表面均一，化学吸附仅在表面单分子层进行；被吸附分子间无作用力，互不受影响；吸附与脱附已处于动态平衡。,p很低，kp1，GGmkp，G与p成正比； p很高，kp1，GGm，G与p无关，吸附饱和。,被吸附分子覆盖的固体表面积与固体总表面积之比； G，Gm气相平衡分压p下及单分子层覆盖满(1)时的吸附量； k吸附平衡常数； p吸附质气相平衡分压。,（3）吸附等温线。一定t，吸附量G与p的关系曲线。吸附质气相平衡分压p，G。 （4）吸附过程。 外扩散：吸附质固体表面气膜吸附剂外表面 内扩散：吸附质进入微孔微孔深处内表面晶格内 (内扩散阻力很小，忽略不计，外扩散起控制作用。 ),要求：巨大内表面积；强选择性；吸附快，脱附易；足够机械强度，耐酸、碱、水、高温，物理吸附要化学稳定性。价格低廉，来源广泛。 常用吸附剂： （1）活性炭：（500下炭化，然后通水蒸气活化而成。总表面积106m2/kg）。疏水性，可吸附有机溶剂、SO2、NOx。 （2）硅胶：强亲水性，含湿较高气体的干燥脱水、烃类气体回收，以及吸附干燥后的有害废气。 （3）活性氧化铝：石油气浓缩、脱硫、脱氢或含氟气体净化。 （4）人工沸石分子筛：(立方晶体结构的硅酸盐，离子型吸附剂)脱硫、脱氮、含汞蒸气净化。,3. 吸附剂,4.再生（恢复吸附能力） 加热解吸再生。低温吸附，高温加热脱附。 降压或真空解吸。加压吸附，减压或真空脱附 溶剂置换再生。解吸溶剂置换吸附质，再加热床层脱附解吸剂。,6. 吸附装置 固定床、移动床、流化床、旋转床 固定床：间断吸附。废气向上从颗粒层穿过，净化后的气体由吸附器上部排出。,吸附负荷曲线（吸附波）：吸附剂中吸附质浓度X随床层高度Z变化曲线。 (a)的吸附波。 (b)经过后，平衡区：平衡负荷Xe，饱和；传质区：吸附传质主要区段。Za ，传质阻力，利用率；未吸附区：吸附质初始浓度X0。 (c)穿透时间b：吸附波刚到达床层末端，产生“穿透现象”，床层失效。 (d)平衡时间b：吸附波全部移出床层外，整个床层失效。,吸附负荷曲线难以采样，通常分析流出气体浓度Y随变化：当b，浓度始终为Y0，随后Y，在e时达到Ye。S形曲线称为“穿透曲线”，曲线愈陡，传质阻力愈小、吸附速率愈快，传质区愈短。 穿透时间b表示吸附床的工作性能 。,三、催化净化方法,催化剂作用下，污染物转化为无害或易除去物质。 催化氧化法：SO2（催化剂V2O5)SO3 催化还原法：NOx（催化剂铜铬)NH3N2 1. 催化作用 活化能：(活化分子能够进行反应的最低能量普通分子平均能量)。 催化作用特点： 大幅度降低分子活化能，产生更多活化分子。 催化剂在反应终了时没有发生任何化学变化。 改变原有的反应途径，沿着特定反应进行。 具有选择性，特定的催化剂只能催化特定反应。,2. 催化剂,改变化学反应速度和方向而本身在反应前后没有变化。 固体催化剂组成： 活性组分：主体，活性高、化学惰性大。 助催化剂：无催化作用，提高活性组分的性能。 载体：惰性支承物。 催化剂主要性能指标： 活性。衡量催化剂效能大小。，活性，寿命。高温熔结；杂质中毒；腐蚀、磨损。 选择性。 机械强度。 化学稳定性。,第四节 主要气态污染物的治理技术,一、含SO2废气的治理技术 分类：燃料脱硫、燃烧脱硫、烟气脱硫(FGD)。 烟气脱硫最行之有效，其次是循环流化床燃烧脱硫。 评价指标：脱硫效率、初投资、运行费用、副产品处理、二次污染程度、能否同时脱硝等等。 脱硫效率：原煤脱硫40燃烧脱硫5095(炉内喷钙约为50，喷钙加尾部增湿活化可超过80，循环流化床为90，煤气化联合循环为95) 烟气脱硫95。 初投资：煤脱硫燃烧脱硫烟气脱硫。(火电厂燃烧脱硫投资占整个电厂投资的512，烟气脱硫为1525),1.燃料脱硫,（1）原煤脱硫 煤的洗选。 物理法：煤、灰、黄铁矿的密度、磁性、电性等不同，除去部分灰分和无机硫。效率低。 FeS2（5）与煤（1.25）的差别进行水洗。 化学法：碱溶液浸泡煤微波照射打断硫化合物化学键生成H2S，与碱反应除去。可去除90的无机硫和70的有机硫。 煤的气化。水蒸气、空气作气化剂将煤热分解H2、CO、CH4、H2S与Na2CO3等溶液反应脱除。 煤的液化。制取过程有机硫在加氢时转变为H2S。 水煤浆。制备过程中进行煤的浮选净化处理。,（2）燃油脱硫 常压蒸馏得到重油，减压蒸馏得到渣油，残留(8090)硫。 加氢反应：高压加氢脱硫，切断C-S-C化学键，以氢置换碳，生成H2S，再吸收分离。 2. 燃烧脱硫 石灰石（CaCO3）脱硫剂，它们在燃烧过程中： 受热分解： CaCO3 CaO + CO2 再 CaOSO2 1/2O2 CaSO4 主要有： 型煤固硫、流化床燃烧脱硫、炉内喷钙等技术。,（1）型煤固硫 石灰、沥青、粉煤型煤。脱硫剂利用率低，一般为50。燃烧过程，硫SO2+石灰硫酸盐。SO2很快逸出，与CaO接触时间短。 （2）流化床燃烧脱硫 3mm煤、lmm石灰石。 燃烧中，最佳反应温度800900 （750，CaCO3难分解；1000 ，CaSO4又将分解。) CaCO3CaO，原CaCO3内孔隙扩大，有利CaSO4生成。但CaSO4体积是CaO的3倍，在CaO的表面生成致密CaSO4薄层，阻碍SO2向CaO内部扩散。 石灰粉越细，利用率越高。但，脱硫反应燃烧反应，细料未脱硫就飞走。,循环流化床（CFB）：提高钙的利用率和脱硫效率。 Ca/S=1.52.5，=8090。采用 飞灰复燃：增加脱硫剂停留反应时间； 缺氧燃烧：一次风40%50%，还原性气氛，硫H2S +CaOCaS， 再氧化成CaSO4。CaS体积小，解决微孔堵塞。 Ca/S摩尔比：衡量Ca有效利用率。Ca/S，钙利用率，脱硫；800900，最高；Ca/S一定，流化速度，（增加了炉内停留时间）。 CFB锅炉优越性：同时脱硫、脱硝，水泥材料；燃料适应性广、燃烧效率高、负荷调节性好等。生命力很强的清洁煤燃烧技术。 缺点：运行费用、固体排渣量大，电耗，磨损。,（3）炉内喷钙 Ca基粉状、浆状脱硫剂喷入炉膛、尾部烟道。 喷入炉膛，Ca/S2时，脱硫率为2050。 和Ca利用率低，适用于煤粉炉改造。,3. 烟气脱硫FGD (Flue Gas Desulfurization),技术成熟，大规模应用。100多种，实用十几种。 难点：烟气量大、SO2浓度低，初投资及运行费用高，目前基本上只应用于电站。 技术基础：用金属氧化物和活性炭吸附SO2，或用碱性溶液吸收SO2。 有两类方法： 干法：固态脱硫剂，气固反应慢，较低，但脱硫产物易处理，投资低于湿法，有利于烟气排放。 湿法：溶液吸收，高，技术成熟，但脱硫产物难处理，投资较大，烟温降低不利于排放。 半干法：脱硫剂是液态，脱硫产物是固态。 抛弃法：S02转化为固体产物后,以抛弃为主； 回收法：制取硫酸、硫磺、石膏等有用物质。,（1） 干法烟气脱硫 电子束法 原理：电子加速器产生的等离子体（烟气中O2、H2O+能量活性O、OH ，氧化性物质O3、HO2 ）氧化SO2（NOx），并与NH3反应，生成S铵和N铵（气溶胶微粒带有电荷，易捕集。）化肥。 1970年日本荏原(Ebara)公司首先提出。示范厂取得预期效果，1998成都电厂90MW机组上实施。 特点：90，同时脱硫脱硝，投资低，产物作肥料，无废渣，但运行电耗高，受肥料市场影响。,气相催化氧化法 含SO2烟气进入催化转化器，一定温度t：,继而转化为硫酸加以收集。 可逆放热反应，t，p有利于反应进行。V2O5价格便宜，不易中毒，在低温下(500550)活性最高，硫酸生产广泛采用。,（2）半干法烟气脱硫 旋转喷雾干燥法（10的脱硫市场。8590，低硫煤脱硫） 将石灰Ca(OH)2浆液喷入雾化干燥反应器，液滴吸收SO2，同时受烟气加热被蒸干，形成石膏固体颗粒，进入袋式除尘器分离。 Ca(OH)2SO2H2OCaSO32H2O CaSO32H2O1/2 O2CaSO42H2O 入口烟温150，入口烟温，浆液含水量可，传质条件好，。 出口烟温80100，出口烟温，颗料残留水分，传质条件越好，。,炉内喷钙尾部增湿活化脱硫 尾部设活化反应器，喷水使残余CaO活化： CaOH2OCa(OH)2SO2CaSO3氧化成CaSO4 总7585。,（3） 湿法烟气脱硫 石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3浆液吸收法 Ca(OH)2浆液SO2 CaSO3 氧化为石膏，产物可抛弃也可综合利用。95。 影响因素： （a）浆液pH。 pH ，CaSO3溶解度。CaCO3颗粒表面液膜的pH，CaSO3析出沉积在CaCO3表面，抑制了与SO2的传质。石灰石传质阻力石灰。石灰石，需要延长接触时间，减少粒径。石灰石系统pH6，石灰系统pH8。 （b）液气比。Ca2+持续消耗，应有较高的液气比。 （c）石灰石粒度。粒度，与利用率，但磨粉能耗。 （d）温度。温度， 。进口烟温35。,问题：反应生成物结垢和堵塞。 （a）CaSO31/2H2O是软垢，pH偏中、碱性时形成，堵塞。 （b）CO2+Ca(OH)2CaCO3。pH高形成。 （c）CaSO42H2O为难清除硬垢。 对策：添加剂CaCl2、MgSO4或己二酸等抑制结垢、堵塞。 双碱法（钠碱法）：解决石灰法结垢、堵塞 吸收：NaOH/Na2CO3SO2Na2SO3（不结垢） 再生： Na2SO3 Ca(OH)2/CaCO3NaOH/Na2CO3 CaSO31/2H2O。 缺点:吸收生成部分Na2SO3残余O2Na2SO4（不易清除），吸收剂损耗。,二、含氮氧化物废气的治理技术,1.低NOx燃烧技术： 改变燃烧条件降低NOx排放。 途径有：用低N燃料；减少及氧浓度；降低燃烧温度；对热力型NOx，缩短在高温区的停留时间；对燃料型NOx，增加火焰前峰的停留时间。以锅炉为对象进行讨论。,（1）分级燃烧法： 空气分成两级送入：10.8，缺氧；2 1 1 0.2，t NO比常规燃烧降低2040。1过低，产生大量中间产物，有利于NO还原，但2区又被氧化成NO，总NO。,（2）再燃烧法：燃料分级燃烧 初燃区： 送入约80的一次燃料，1富氧NO ； 再燃区：送入约20剩余的二次燃料，1还原HCN、NH3，部分NON2； 燃烬区：送入剩余的二级空气， HCNN2或NO。 （可使NO50。尽量延长燃料的停留时间，减少初燃区，空气充分混合）,（3）烟气再循环法从锅炉尾部抽取一部分温度较低的惰性烟气送入炉膛燃烧区 使炉膛t和O，减少N2和O2高温反应，增强还原性气氛。 再循环率 r 1520 ，r，NOx。NOx：煤5，油20，气35。可与分级燃烧结合使用。,（4）低NOx燃烧器： 应用分级燃烧原理的燃烧器。 NOx3060。 直流燃烧器：称浓淡燃烧器，两个喷口偏离化学当量比的燃烧。 部分燃料1，过浓，缺氧，t低，两种NOx； 部分燃料在1，过淡，空气多，t低，热力型NOx。,旋流燃烧器：多次空气分级。一次空气，形成富燃区，抑制NOx生成；其余空气从边喷口送入，与未燃尽燃料混合，继续燃烧并形成燃尽区。,干法：气相还原法、分子筛、活性炭吸附法； 湿法：各种液体氧化吸收法。,（1）催化还原法 选择性催化还原法SCR(Selective Catalytic Reduction) 8090，高，还原剂（氨）少，广泛应用。铜铬催化剂 NH3 NOx N2和H2O 选择性：只与NOx反应，不与O2作用。 影响因素： a）反应温度。最佳温度：300400。 350，NH3分解N2和H2，还原剂或NH3O2NO； 200350，t，NOx； 200，硝酸铵(NH4 NO3)，堵塞管道。,2. 烟气脱硝,b）催化剂。 Cu、Cr、Pt等。无催化时，只在900进行；催化，反应温度大幅度降低。灰、SO2会使之失效。 c）还原剂用量。一定范围，（NH3/NOx），；过小，反应不完全，。过大，对无明显影响，还原剂耗量增加。 d）空间速度。标志停留时间。过小，催化剂和设备利用率低，过大，反应不充分，。 锅炉烟气脱硝布置方式 （a）高灰装置：SCR空气预热器电除尘器FGD，温度合适, 但催化剂易污染中毒或失效； （b）低灰装置：电除尘器一SCR空气预热器一FGD，温度合适，但高温高效除尘困难； （c）尾部装置：空气预热器一电除尘器FGDSCR，催化剂利用率高，脱硝前要加热，能耗。,非选择性催化还原法NSCR。铂、钯等催化剂，反应温度550800，用H2、CH4、CO为还原剂。NOxN2，还原剂CO2和H2O。90，但还原剂耗量大，逐渐被淘汰。 选择性非催化还原法SNCR。无催化，1000喷入NH 3、尿素，可选择性地还原烟气中的NOx，而基本上不与烟气中O 2 反应。关键对温度控制。 （2）液体吸收法 NO极难溶于水或碱溶液，先氧化成NO2。 水吸收法。水NO2硝酸（HNO3）、亚硝酸。 酸吸收法。NO在稀硝酸的溶解度比水大100倍，回收硝酸，适用于硝酸尾气处理。 碱液吸收法。NO2水硝酸/亚硝酸， 碱（NaOH、Na2CO3）中和NaNO3和NaNO2。,三、CO2排放控制及综合利用,化石燃料燃烧：烟道气排放量大、CO2浓度低(1020) ，处置或回收利用的经济效益差。 含CO2废气的控制步骤：分离提纯和处置。 1. 吸收法 溶剂吸收CO2分离压缩、冷却处置。吸收剂：碳酸钠、碳酸钾、乙醇胺及氨等水溶液。 2. 膜分离法 某种特殊膜的渗透性能使CO2分离。用于燃煤烟气，脱除80CO2，能耗占煤能耗5070，无法承受。 3. 纯氧/烟气再循环燃烧 针对烟气。采用后，CO2体积分数高达8090。问题：纯氧锅炉和大型制氧设备研制，降低制氧能耗。,4. 改变煤气化联合循环流程 用蒸汽H2