热能与动力工程专业英语第9章翻译

1、保护环境和合理利用自然资源是现阶段社会开展的最迫切的问题。 电力工程作为工业、运输、农业开展的根底，开展速度快，生产规模大。在火力发电厂中燃 烧的有机燃料含有许多有害杂质， 这些有害杂质作为燃烧产物以气态或固态成分排放到环境 中，对大气和水环境造成了负面影响。火力发电厂的大气污染控制主要是减少有毒物质向大气中的排放。 在这方面成效最显著的是 降低固体颗粒物的排放目前火力发电厂的灰捕集率已高达99.5% 。硫氧化合物对大气的污染可以通过从燃料中除硫和烟气脱硫的方式加以控制。现今，电站锅炉使用的减少 NOx 排放的技术主要是改善燃烧过程，即利用低 NOx 燃烧器，并通常结合运用燃尽风OFA。那些面

2、临更加严格的环保要求的电厂可能不得不使用燃烧后处理技术， 比方选择性催化复原 法SCR，或选择性非催化复原法SNCR等，这些技术可以单独使用或结合低NOx燃烧器使用。保护大气及流域水的洁净既是本国的又是全球各国的义务，因为在大气和海洋中人为污染物的扩散是没有国界的。有效解决上述问题的根本先决条件是对电力工程专家的培训，专家应该明确火电厂排放物可能对环境产生的影响， 并且在热电站的设计、 建设和运行维护方面， 能采用有效的手段保护 大自然。本章将重点讲述火力发电厂中灰分捕集以及硫氧化合物和氮氧化合物的排放控制。静电除尘器的应用日益广泛，特别是在大型火电厂中更是如此。该方法能够在阻力不超过150P

3、a,无需降低温度和加湿烟气的条件下，确保到达很高的烟气净化率n 。在静电除尘器中， 含有大量飞灰的烟气通过由集尘电极形成的烟气通道，在集尘电极之间每隔一定间隔布置电晕电极如图9-1a。通过高压直流电形成电场集尘电极为正极，电晕电极为负极 。在足够高的电场作用下， 烟气被电离， 灰尘颗粒获得电荷 通常是负电荷 。 在电场力的作用下， 荷电灰尘粒子被集尘电极捕集。 振打装置周期动作将电极上吸附的灰尘 震落到灰斗中。图9-1 b是一台现代静电除尘器结构图卧式通用型。含尘烟气通过分配栅格进入由带有经过整流的高压直流电的集尘电极形成的通道中，集尘电极为一系列垂直悬挂的C 形宽条板。 电晕电极由带有模压针

4、状物的条状金属制成， 并被固定在支架上。 振打装置带动击打 锤敲击电极上的砧板， 灰尘坠入灰斗中， 除灰水通过阀门进入灰斗， 并将落灰带入水力灰处 理系统。在烟气流动过程中， 一组集尘电极和放电电极相结合形成一个电场， 分别有单独的电源供给 和振打装置图9-1 b显示了三个这样的电场。由于每个电场的运行条件有差异，这样 设计是很有必要的， 第一个电场收集灰量最大，第二个次之， 第三个最少。 静电除尘器的有 效运行是通过供电装置来保证的。每套装置给一个电场或半个电场供电。 装置由三个功能单元组成：带有高压开关的升压和整流单元；磁放大器和扼流器单元；控制单元。自动控 制装置用来维持在任何时刻电压均

5、处于击穿水平，确保气体的电离能够到达最正确。袋式除尘器纤维织品滤尘器通常称为袋式除尘器，这种除尘器利用织物微孔从含尘气体中别离灰尘微 粒，具有除尘效率和性能价格比均较高的特点。 对于非常细微的颗粒， 除尘效率超过 99%。 含尘气体进入除尘器的袋中然后通过起过滤作用的织物流出。袋式除尘器的袋子是由棉花、 合成纤维或玻璃纤维材料编织或粘结而成，制成管状或带状。袋式除尘器的高效率取决于在袋子外表形成的滤饼。 纤维织物具有捕集灰尘的外表， 并通过 以下四种机理捕集灰尘： 惯性收集：粉尘颗粒撞击在与气流方向垂直的布袋外表而不再随气流流动。 拦截颗粒：与气体流线一致的颗粒与纤维接触后因颗粒尺寸不能穿过织

6、物微孔而被截获。 布朗运动：亚微米颗粒自由扩能力强，增大了其与布袋外表接触的几率。 静电力作用：微 粒带有电荷，增大了滤料捕集的可能性。这些机理的共同作用导致滤料上形成滤饼， 最终会增加气流阻力。 因此滤料必须定期清灰。 按照清灰方式进行分类，有三种常见的布袋除尘器：机械振动清灰 在机械振动清灰的袋式除尘器中，圆管状的滤袋底部固定在孔板上，顶部悬挂于水平梁上。 含尘气体通过除尘器底部的孔板进入滤袋内部， 当气体通过滤料时， 粉尘颗粒沉积在滤袋内 外表上。滤袋的清灰工作是通过振动顶部悬挂滤袋的横梁来实现的。 电机驱动凸轮使横梁装置产生振 动，将滤袋内的灰尘颗粒振落。滤袋的尺寸从小型、 人工振动的

7、到大型、 单元式的都有。 它们可以间歇工作也可以连续工作。 当设备以批次为根底工作时可采用间歇式的袋式除尘器， 一批次工作完成后， 即可清洁滤袋。 连续的工作过程可使用单元式除尘器， 当一个单元清灰时， 含尘气体被导入其他除尘单元。 逆流式清灰 逆流式清灰的滤袋被固定在除尘设备底部的孔板上， 顶部悬挂在可调节的吊架上。 含尘气流 通常先进入滤袋中，然后穿过滤料，从袋中流出，灰尘被收集在滤袋内。 逆流式清灰带式除尘器划分假设干单元， 可以连续运行。 在要进行清灰的单元开始清灰工作 时，停止过滤过程。 从相反方向注入干净的空气进行清灰并使单元压力增大。 压力使滤袋局 部塌陷，沉积在滤袋内外表的滤饼

8、遭破坏而脱落， 掉入下面的灰斗。在清灰工作结束时，停 止注入空气，重新开始除尘工作。含尘气流可以保持滤袋的形状， 但是为了防止在清灰时滤袋被压扁或互相摩擦， 在滤袋中按 一定间隔安装了支撑环。反向脉冲清灰 反向脉冲清灰除尘器的滤袋被金属框架支撑， 固定在除尘器顶部的孔板上。 含尘气体从除尘 器底部进入， 从滤袋外面流入内部时， 粉尘被阻留于滤袋外外表上， 金属框架防止滤袋被压 扁。在清理滤袋时， 压缩空气以短脉冲方式通过一列滤袋上面的联通管喷入滤袋。 压缩空气在安 装于除尘器滤袋顶部的文丘里管中加速。 由于压缩空气脉冲周期极短 0.1 秒，形成在滤袋 内迅速移动的空气鼓泡， 从袋的一端传递到另

9、一端， 引起滤袋外表的弯曲。 滤袋外表的弯曲 破坏了滤饼，脱落的粉尘掉入灰斗。反向脉冲清灰式除尘器可以连续运行， 清灰无需中断除尘， 因为脉冲压缩空气与通过除尘器 的含尘气体相比体积很小。 由于可以在连续运行过程中进行清灰， 反向脉冲清灰式除尘器通 常不划分单元。反向脉冲清灰式除尘器的短周期清灰可以减少灰尘的再循环和再沉积。 并且清灰效果和滤袋 的调整都比机械振动式或反向气流式更彻底。 由于可以连续清灰， 所以气布比拟高， 因此对 空间要求也较低。固体燃料除硫硫在固体燃料中有三种赋存形式：黄铁矿FeS2;燃料有机物分子中的硫；硫酸盐硫以钙和碱金属的硫酸盐形式存在 。C的高压釜中，并用含有氢氧化

10、钠和氢氧化钾的强碱性溶液进行处理。经该方法处理后的煤, 再经离心脱水、 枯燥， 硫含量可以到达相当低的水平。 含有钠和钾的硫化物的液体用碳酸进 行再生并得到硫化氢，可以用于生产单质硫。与燃烧产物中的硫主要以 S02和S03的形式存在相比，燃料的热处理过程中产生的烟气中 的硫主要以硫化氢的形式存在。烟气中硫化氢的净化通常受吸收过程的影响，有效的吸收剂有乙醇胺和二乙醇胺。通过乙醇胺吸收硫化氢的过程发生在30-40OC条件下，可以用如下反应描述：HSRNHSHRNH322(9-1)当温度到达105 C时，反响反向进行，发生分解反响，重新生成乙醇胺和硫化氢。再生溶液 又回到吸收装置中。在实际应用中，由

11、于乙醇胺比拟稳定且反响很活泼，所以应用最为广泛。乙醇胺的费用是相当高的，但在反响过程中吸收剂的损耗是很少的。燃料燃烧时，其中含有的硫分几乎全部形成S02或S03进入烟气之中。大局部硫氧化物大约99%以不活泼气体 S02的形式存在，只有 1%以S03的形式存在。烟气脱硫通常称为 FGD，是火力发电厂中从锅炉排烟中脱除 S02的技术。FGD可以分为干 法和湿法。S02是一种酸性气体，因此典型的吸收浆液或其他用于从烟气中脱除S02的物质都是碱性物质。在湿法 FGD的吸收系统中，吸收液中含有碱性吸收剂以提高对 S02和其 他酸性气体的吸收能力。已经使用的吸收剂有十几种，但石灰和石灰石使用最为普遍。在湿

12、法吸收时使用 CaC03石灰石浆液吸收 S02产生CaS03亚硫酸钙，可以用化学 方程式表述如下：CaC03 + S02 宀 CaS03 + C02(9-2)当湿法吸收中使用 Ca(0H)2消石灰液浆时，反响后也产生CaS03亚硫酸钙，可以表述为：Ca(0H)2 + S02 宀 CaS03 + H20(9-3)某些FGD系统更进一步将 CaS03亚硫酸钙氧化为具有市场销售价值的CaS04 2H20石膏。CaS03 + ?02 + 2H20 宀 CaS04 2H20(9-4)图9-5给出一种典型的石灰石强制氧化FGD系统工艺流程图。 在FGD吸收塔中，烟气和石灰石浆液以逆流方式运动。烟气从靠近吸

13、收塔底部处进入吸收塔，石灰石浆液和洗涤浆液以循环方式通过加压并从靠近FGD吸收塔顶部处利用几层高度不同的喷嘴向下喷入吸收塔。喷射的石灰石液滴与烟气接触，于是烟气中的S02与石灰石发生反响而被吸收。经过脱硫的烟气然后经过除雾器从吸收塔的顶部排出到烟囱。与烟气接触后的浆液， 其中含有亚硫酸钙以及尚未反响的石灰石，落到吸收塔底部的反响池中。反响池中注入空气并与浆液强烈混合，将亚硫酸钙氧化为石膏。 循环泵用来将浆液从反应池中吸出并加压然后送往吸收塔中的各层喷嘴。吸收塔排出的浆液 石膏浆液要经过脱水过程进行处理。脱水过程常常使用一到两套水力旋流器。水力旋流器利用离心力将固态石膏从液浆中别离出来。含有固态

14、石膏的液浆从第一套水力旋流器底部排出，然后送到真空皮带过滤装置。这一装置用以除去石膏中的水分、将石膏枯燥到符合要求的水分含量或排放到垃圾场进行处置。真空皮带过滤装置的滤液回收到回收塔中，一局部返回到FGD吸收塔中，另一局部可用于石灰石液浆制备过程。燃烧过程中氮氧化物的形成氮氧化物是大气中的有害气体。即使是在比拟低的浓度下， 也能刺激呼吸器官，损坏设备和材料，促进烟雾的形成，降低城市中的能见度。 氮氧化物是燃料中的氮和大气中的氮被氧化 而生成的；因此所有燃料的燃烧产物中都有氮氧化物，不管是煤，燃油还是天然气，首先，空气中蒸气锅炉炉膛中空气中的氮被氧化的现象可以基于以下理论予以充分解释。 氧分子在

15、高温下分裂成两个氧原子，反响是吸热的：20 t molkJ/49500(9-6)原子氧与氮气反响，该反响生成的氮原子继续和氧分子反响并放热：0N2 =molkJ/314NNO(9-7)N02=molkJ/134ONO(9-8)22ONmolkJ/180NO2(9-9)在锅炉炉膛中的反响产物主要是一氧化氮N0大于95%。一氧化氮需要在低温下经过很长的过程才能氧化为二氧化氮。从烟囱排出时，氮氧化物的组成与炉膛中的组成是几乎一样的，即氮氧化物以一氧化氮为主，只有在后来较低的大气温度下才有可能被氧化。烟气再循环为了抑制氮氧化物的生成，在省煤器后将一局部温度为300-400OC的烟气用再循环风机抽出并送

16、入炉膛。重要的是将烟气送入炉膛的方式，可以通过在燃烧器下面的开孔或燃烧器周围的环形通道送入，也可以将烟气与锅炉送风混合后送入。在降低燃烧温度的同时，烟气再循环在一定程度上导致了氧浓度的降低，从而降低了燃烧速度，扩大了燃烧区域，后者可以被水冷壁更有效地冷却。应该考虑到的是烟气再循环带来了一些额外的问题。温度较高且含灰的烟气的输送需要特殊设计的再循环风机和增大辅助设备用电。进一步地，烟气再循环增加了烟道阻力并在某些程度上使燃烧工况变差。烟气再循环可以影响过热蒸气的温度，在一段时间内曾广泛应用于调节过热蒸汽温度。在以前的锅炉中以控制过热蒸汽温度为目的的烟气再循环系统，稍作改造以后，即可用于控制炉膛中

17、氮氧化物的生成。燃料的两级燃烧燃料的两级燃烧是抑制氮氧化物生成的最有效的方法。这种方法中，一级燃烧供给的空气量要比理论空气量少a 因此，燃料的一级燃烧是不完全燃烧，伴随着燃料的局部气化，可以降低炉膛烟气中氮氧化物的浓度。在二级燃烧阶段，不完全燃烧产物与空气或贫燃料空气混合物进行燃烧。由于热量传递，在一级燃烧后，烟气的温度降低，从而在燃烧过程的最后阶段是在较低的温度下发生的。当主燃烧器中的过量空气系数低于整体的过量空气系数，而缺乏的空气通过主燃烧器上方的送风口送入时，这一过程进行得最为彻底。这种方法的另一种措施是下面几层燃烧器在空气不 足的状况下运行(a 1 < 1)，而上面几层燃烧器那么

18、在过量空气系数大于1( a 2 > 1)的状况下运行。燃烧区域喷入水和蒸汽将水和蒸汽喷入燃烧区域可以在某种程度上减少氮氧化物的形成。目前，这种方法尽管在燃气轮机中已经取得一定的效果，但尚没有可靠的数据资料说明这种方法在锅炉中的效果。与烟气再循环相类似， 喷入相当于燃烧所需总空气量的5-10%的水或蒸汽，可以在某种程度上降低炉膛的温度水平。其他一些方法也可以用于抑制氮氧化物的生成，比方通过降低炉膛中过量空气系数或者降低空气预热的温度。当过量空气系数降低到1.03-1.07 ,氧气的浓度减少了，相应地降低了氮氧化物的浓度。但这种方法的应用是有局限性的，一般主要应用于天然气和燃油，相应于每只燃

19、烧器的精确的 燃料和空气配比以及高浓度的炉膛燃烧器是很有必要的特别地，对于加压燃烧锅炉 相应于单位体积炉膛较低的热量释放会降低炉膛温度，但是锅炉尺寸和制造本钱也相应增 大。通过增加水冷壁外表积可以得到同样的结果， 也即降低炉膛的温度水平。 降低热空气温度只 能在有限的范围内进行， 否那么会影响燃烧过程， 并且造成烟气深度冷却的困难。 而烟气深度 冷却对提高锅炉效率是非常关键的。通过上面讨论的一些方法的综合应用， 可使氮氧化物生成量的明显降低。 新锅炉设计时， 应 该尽可能采取各种可能的降低氮氧化物生成的措施。另外， 应该注意这些措施在一些特殊情况下可能不太现实。上面提到的抑制烟气中 NOx 的

20、方法大局部可以完全地应用于天然气锅炉，于是天然气锅炉 中的氮氧化物的浓度会充分地降低。 燃油锅炉中也可以得到良好的应用效果。 但这些方法应 用于固体燃料锅炉时是有局限性的。 例如， 炉膛中过量空气系数的减少和温度的降低会导致 燃料颗粒的不完全燃烧程度增大。 表 9-1 中给出抑制氮氧化物生成的各种方法的有效性的 平均数据。 从表中可以看出， 通过各种方法的综合运用， 天然气锅炉中氮氧化物的浓度可以 降低 80-90% ，燃油锅炉中降低 33%，固体燃料锅炉中降低 50%。表 9-1 电厂锅炉中抑制 NOx 生成的有效性 % 燃料抑制方法低过量空气系数两级燃烧 低过量空气系数两级燃烧 再循环低过

21、量空气系数再循环喷水 天然气 33 50 90 33 80 10 燃油 33 40 73 33 70 50 煤25356033 5510选择性催化复原选择性催化复原法是在催化剂的作用下将 NOx 转化为双原子氮 N2 和水 H2O 的方法。气态 复原剂通入烟气或废气中，并被催化剂吸附。 典型的复原剂为无水氨， 氨水和尿素，当尿素 用作复原剂时，反响产物是 CO2。美国于 1957 年创造了利用氨作复原剂的 NOx 选择性催化复原法。 二十世纪六十年代初， 日 本和美国继续在廉价且更耐久的催化剂方面进行研究，促进了选择性催化复原技术的开展。1978 年安装了第一套大规模 SCR 装置。投入商业运

22、行的 SCR 系统大多用于大型电站锅炉、 工业锅炉和燃烧城市固体废弃物的锅炉， 并且能减少 70-95% 的 NOx 排放。最近更多的应用包括大型内燃式发动机， 比方在大型轮船、 内燃机车、燃气轮机甚至汽车中的应用。在火力发电厂中， SCR 系统可以采取以下三种安装方式 : 1空气预热器和静电除尘器的 前面高温，高灰 2空气预热器的前面和静电除尘器的后面高温，低灰3空气预热器和静电除尘器的后面低温，低灰在商业实践中，大局部 SCR 系统是高温方式安装。由于其无需重新将烟气加热到反响所需 要温度，从而将热量的损失降到最低，因此这种装置很受欢迎。SCR 单元通常安装于省煤器和空气预热器之间，氨通过

23、喷氨格栅喷入催化反响器中如图9-6 所示。反响NOX 复原反响是在烟气通过催化反响器的过程中发生的。在进入反响器之前，氨或其他复 原剂被喷入并与烟气混合。比拟理想的反响有一个最正确温度范围。 催化剂的本钱占整个 SCR 单元本钱的 15-20% ，因 此在尽可能高的温度下， 使空速最大和催化剂用量最少是非常重要的。同时， 要尽可能降低将 SO2 氧化成 SO3 的速度， 这一反响比 NOx 催化复原反响对温度更加敏感。 利用钛和矾的 氧化物作为催化剂时，反响最正确温度为650-750 ° F。大多数SCR系统都安装有省煤器旁路，以便在烟气温度较低时维持催化反响器的温度在适宜的范围，比

24、方锅炉在低负荷下运行的时候。催化剂SCR 系统的催化剂用各种陶瓷材料制成载体，比方氧化钛，活性催化成分通常是根本金属 的氧化物比方钒和钨 、沸石和各种贵金属。每种催化剂成分都有各自的优点和缺点。基本金属催化剂 比方钒和钨 的耐高温性能较差， 但价格低廉而且在工业和电站锅炉常见的 温度范围内运行得很好。 耐高温性对汽车用催化剂是特别重要的， 以适应具有强制再生功能 的柴油机微粒过滤器。 这些催化剂也有很强的将 SO2 转化成 SO3 的能力， SO3 具有强酸性， 从而可能损坏设备部件。沸石催化剂与根本金属催化剂相比可以在相当高的温度下运行，能够耐受持续1200° F 的温度和短时间内

25、 1560° F 的温度。沸石催化 SO2 氧化的危害也不大。如今，两种最常用的 SCR 催化剂结构为蜂窝状和板式。蜂窝状结构的催化剂可以通过将催 化剂和陶瓷材料均匀混合或将催化剂成分包裹在基质的外面挤压而成。板式结构中一般是催化剂包裹在支撑材料的外面。 和各种类型的催化剂一样， 它们的构造也各有优缺点。 板式结 构的催化剂阻力较小并且对堵塞和结垢也不敏感， 但其体积比拟庞大且价格较贵。 蜂窝状结 构体积较小但阻力大且易堵塞。当处理含灰尘的烟气时， 反响器是垂直放置的， 烟气自上而下流过。 催化剂被放置在两到四 层催化剂层上。 为了更合理地利用催化剂， 通常设计三到四层， 提供一个额

26、外的未安置催化 剂的层。当催化活性降低后，在反响器中的预留空间放置催化剂。随着钝化继续， 各层轮流更换，每层一次，从顶层开始。这样能够使催化剂得到充分利用。催化剂层需周期性吹灰， 利用蒸气去除沉淀。复原剂常用于 SCR 的复原剂包括无水氨，氨水和尿素。这三种复原剂都可以大量使用。纯的无水氨有剧毒，且不易平安存放，但在 SCR 系统中无需进一步转化。因此，无水氨受到大型工 业 SCR 系统的青睐。氨水比无水氨的储存和运输更平安，但必须经过水解后才可使用。尿 素的存放最平安，但需要通过热分解先转化为氨，才能作为有效的复原剂。选择性非催化复原法SNCR是燃烧生物质、废物和煤的常规电厂中的一种减少氮氧

27、化物 排放的方法。该过程包括从锅炉炉膛烟气温度在 1600 ° F 到 2100 ° F (870 ° C 到 1150 ° C)的位置喷射氨水或尿素，氨水或尿素与燃烧过程形成的氮氧化物反响。该化学反响的最终产物是氮气、 二氧化碳和水。 在选择性非催化复原过程中无固体或液体废物产生。 参加其它 添加剂可以用于提高脱硝性能，减少设备维护并扩大 SNCR 温度窗口。从原理上讲， SNCR 过程是相当简单的。 一种气态含氮化合物或尿素和氨水的水溶液作为吸 收剂在适当的温度范围内喷入并与高温烟气混合。 在没有催化剂的情况下， 含氮吸收剂与烟 气中的 NOx 反响

28、。由于吸收剂主要是与 NOx 反响，因此表现出选择性。图 9-7 给出选择性 非催化复原法示意图。尿素和氨都可以作为吸收剂，在多数商业 SNCR 系统中，常选择尿素作为吸收剂。尿素是 以水溶液形式喷入，而氨通常是利用空气进行稀释并充当载气以气态或无水形式喷入。尿素NH2CONH2比具有一定危险性的氨NH3更容易处理和储存。尿素在该过程中的反响 为：NH2CONH2+H2O 宀 NH3+CO2 9-10简化复原反响如下：4NO + 4NH3 +O2 宀4N2 + 6H2O 9-11该反响机理包括NH2基附着NO,然后发生分解。反响的发生必须具备一定的温度条件， 否那么 NO 和氨不发生反响。 没

29、有反响的氨被称为氨逃 逸。发生氨逃逸是不希望的。如果温度过高,氨会发生分解：4NH3 + 5O2 t4NO + 6H2O 9-12这种情况下, NO 非但没有被复原反而有新的生成。因此反响在特定的在温度窗口中进行才 是有效的。此外,也需要有足够的反响时间。吸收剂和烟气的混合也是比拟复杂的。 一般地, 由于烟气中心的温度较高而靠近壁面处温度 较低, NO 在中心处较多而靠近壁面处较少。因此,必须设法将更多的氨喷入烟气中心而靠 近壁面处喷入相对较少的氨。 否那么会导致中心处的 NO 没有足够的氨将其复原, 而近壁面处 又因为氨过量而发生泄露。SNCR 系统主要由吸收剂的储存和喷射系统构成。其中包括储罐、泵、喷射装置以及相应的 控制装置,还有 NOx 连续排放检测装置。由于上述系统构成相对简单, SNCR 系统的安装 与其他 NOx 控制技术的设备安装相比拟也相对容易些。当 SNCR 的性能针对每一个具体应用有所不同, NOx 的复原水平从 30%到大于 75%均有报 告。烟气温度、停留时间、吸收剂喷射率、烟气中吸收剂的分布、 NOx 的浓度水平、 CO 和 O2 浓度都是 SNCR 性能的重要决定因素。 一般来说, 如果 NO