烟气净化1-3-教案

1、内蒙古科技大学教案课程名称：煤化工概论授课章节7 燃煤烟气净化技术7.1烟气净化基本原理 7.2 烟气除尘技术 7.3烟气脱硫技术目的要求掌握烟气净化基本原理及脱硫技术重点难点脱硫工艺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。第一节 烟气净化基本原理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。燃煤烟气中的粉尘量主要取决于燃烧方式及

2、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；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。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：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

3、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。第二节 烟气除尘技术煤在燃烧后，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。 细分有以下几种： 重力作用：分离加速度小，因此

4、效率低。通过所学知识让学生自己回答引起净化需要脱除的物质（5分钟）烟气净化基本原理（15分钟）烟气除尘技术基本原理（10分钟）第 9次 第1页内蒙古科技大学教案 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。 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。 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。 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。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：1) 机械式除尘技术

5、（重力、惯性力和离心力）；2) 静电除尘技术（分为干式静电除尘和湿式静电除尘）；3) 过滤除尘技术（包括袋式除尘技术和颗粒层除尘技术）；4) 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。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。（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

6、物与烟气分离的技术，其间伴有传热和传值过程。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。优点：与干式除尘相比，它能够有效地除掉0.1m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。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

7、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。 烟气除尘技术（5分钟）颗粒物脱除技术和设备第9次 第 2页内蒙古科技大学教案（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。袋式除尘器的工作原理： 各种纤维性滤袋空隙很小，尘粒被阻挡下来； 当含尘气流

8、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； 当含尘气体通过布袋时，较小的粉尘会被滤料的纤维钩住； 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； 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。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。（4）静电除尘器 静电除尘器是利用强电场

9、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。（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。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

10、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。 (25分钟)第9次 第 3 页内蒙古科技大学教案第三节 烟气脱硫技术 烟气中的硫以SO2为主，烟气中SO3通常较少，0.55一、SO2的生成二、烟气脱硫工艺的类型和主流工艺1）类型脱硫反应物干湿状态湿法：石灰石石灰石膏湿法。干法：炉内喷钙、电子束辐照烟气脱硫脱氮 半干法：喷雾干燥法、炉内喷钙加尾部增湿活化法、烟气循环流化床脱硫法脱硫产物处理方式回收法：脱硫剂的再生使用。流程较复杂，运行难度较大，投资和运行费用均较高。抛

11、弃法：设备简单，操作容易，投资及运行费用较低。废渣需要占用场地堆放，容易造成二次污染。当烟气中SO2浓度较低、脱硫产物无回收价值或投资有限，且大气污染物排放控制严格时，多采用抛弃法。脱硫剂：钙法（石灰石/石灰法）、氨法、镁法、钠法、碱铝法、氧化铜/锌法、活性炭法、磷铵法净化原理：吸收法、吸附法、催化氧化法、催化还原法2）目前主要的脱硫工艺三、脱硫剂的种类与性质主要类型：钙基脱琉剂、氨基脱硫剂和钠基脱硫剂，还有其他碱性物质、活性炭等 钙基脱硫剂钙基脱硫剂主要是石灰石、石灰和消石灰，具有资源丰富，开采容易，价格相对低廉等特点。(1)石灰石石灰石的主要成分是CaCO3，石灰石在大自然中的储量非常丰富

12、。石灰石无毒、无害。在处置和使用过程中十分安全，是有效地吸收烟气中SO2的理想吸收刘，但石灰石不能有效地脱除SO3。石灰石做脱硫剂使用时，必须磨制成颗粒粉末，或者再制成浆液。 (2)石灰石灰的主要成分是CaO，自然界没有天然的石灰资源。气脱硫使用的石灰都是将石灰石煅烧后而成的。(3)消石灰消石灰是石灰加水经消化反应后的生成物，主要成分是Ca(OH)2在消化过程中石灰粉化成约10um粒径的粉末状，作为吸收剂无须再经过磨粉工艺。Ca(OH)2的分子量比CaO大，即单位质量中Ca的含量比CaO少。消石灰容易吸收空气中的CO2，还原成活性低的CaCO3。（4）氨基脱硫剂氨一般以氨水或液氨的形式作为脱硫

13、的吸收剂，主要用于氨洗涤工艺和电子束辐照脱硫工艺。氨基脱硫剂的活性很好，因此，在同样条件下，用量要比其他脱硫剂少。烟气脱硫技术脱硫工艺（15分钟）第9次 第 4页内蒙古科技大学教案（5）钠基脱硫剂用作脱硫剂的钠基化合物包括Na2SO3，Na2CO3、NaHCO3等钠基脱硫剂可以再生，以循环利用。（6）活性炭吸附剂活性炭是一种具有优异吸附和解吸性能的含碳物质，具有稳定的物理化学性能。四、脱硫技术烟气与含有脱硫剂溶液接触，发生脱硫反应，其脱硫生成物的生成和处理均在湿态下进行。（一）湿法烟气脱硫技术1.石灰石石膏湿法脱硫基本原理烟气在吸收塔内同石灰石浆料进行反应，生成亚硫酸钙，再用空气强制氧化得到石

14、膏，石膏经过脱湿后作为副产品回收利用。化学反应机理1) SO2、SO3和HCl的吸收2)溶于浆液液滴中的SO2、SO3和HCl与浆液中的石灰石的反应，此步反应的关键是Ca2+的生成3）氧化反应在吸收塔下部是装有搅拌反应器的再循环浆液池，向循环浆液中鼓入空气，使亚硫酸钙氧化成硫酸钙，同时将生成的CO2排出。4） CaSO4晶体生成由于浆液在反应器内有足够的停留时间，可以促成硫酸钙晶体CaSO4 ·2H2O的增长。浆液中所有残余的HSO3被空气氧化生成H2SO4后，再被浆液中的中和形成CaSO4 ·2H2O。2. 氨法工艺以氨水或液氨的形式用于氨式湿法和电子束氨法脱硫工艺氨法工

15、艺特点1) 活性高，脱硫率高，对烟气条件变化的适应性强2) 脱硫产物为0.20.6mm的硫酸铵晶体，可作农用肥料3) 不产生废水、废渣，能耗低4) 氨的价格高，且氨气有毒，会引起环境问题（二）干法/半干法烟气脱硫技术-脱硫产物为干态。-干态：炉内喷钙法；CFB烟气脱硫法；干式催化脱硫-湿态：喷雾干燥法；炉内喷钙尾部增湿法（LIFAC）特点-脱硫过程以干态为主-烟气温度降低较少，无需除雾和再热脱硫技术 第9次 第 5页内蒙古科技大学教案1. 喷雾干燥法脱硫技术基本原理将脱硫剂浆液在吸收塔内进行雾化，然后与烟气中SO2反应，同时发生传热反应，使雾化液滴不断蒸发干燥，最后脱硫产物以干态沉在塔底或随烟气离开。工艺流程：脱硫剂浆液制备、浆液雾化、SO2吸收和液滴的干燥、灰渣再循环和捕集2.炉内喷钙尾部增湿技术基本原理保留炉内喷钙的脱硫系统，在尾部烟道增设一个独立的活化反应器，将炉内未反应完的CaO通过雾化水进行活化后再次脱出烟气中