污染物的排放及控制(循环流化床)

1、第6章循环流化床污染物的排放及控制4.1 概述 煤燃烧产生大量有害气体，如硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳及碳氢化合物等；其中主要为：硫氧化物、氮氧化物。 我国大气污染治理法中规定必须对燃煤产生的硫氧化物和氮氧化物等有害气体必须进行有效的治理和控制。 我国锅炉我国锅炉SO2及及NOX最高允许排放标准最高允许排放标准锅炉类别适用区域SO2排放浓度mg/Nm3NOX排放浓度mg/Nm3燃煤锅炉全部区域1200900/I时段II时段I时段II时段燃油锅炉轻柴油、煤油全部区域700500/400其它燃料油全部区域1200900/400燃气锅炉全部区域100100/400注: I 时段是指2000年12月3

2、1日前建成的锅炉； II时段是指2001年1月1日起建成的锅炉。 发达国家的排放标准比我国标准还低很多。 SO2的特性及危害的特性及危害：刺激性强、无色、难燃气体，为低浓度、常期污染的气体，对生态环境有一种慢性、叠加性的长期危害，对人体健康也有很大损害。 NOX的特性及危害的特性及危害：氮氧化物共有8种，其中污染较严重的是NO和N2O。形成“光化学烟雾”和“酸雨”,破坏环境，危害人体健康。 酸雨污染酸雨污染：酸雨中酸性物质绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于排放的SO2和NOX。改进燃烧技术，减少燃烧产生的SO2和NOX，对燃煤烟气进行脱硫脱硝，是控制酸雨形成的有效手段之一。 目前世界各国在削减S

3、O2 排放方面取得了很大的进展，但控制NOX排放的成效尚不明显。4.2 煤燃烧过程中SO2的生成机理及影响因素 SO2生成机理：煤中的硫多以有机硫和无机硫的形式存在。有机硫在400 时开始大量分解，无机硫在300 时即开始失去硫分，在650 以上时则大量分解。煤中的硫经过一系列的中间过程，最终氧化生成SO2。 煤燃烧过程中影响SO2析出的因素： （1）煤在床内的停留时间 试验研究表明，煤在床内停留的时间越长， SO2转化率就越大。 （2）床温 SO2析出随着床温升高而单调增加。 （3）过量空气系数 随着过量空气系数的增加， SO2的生成浓度逐渐减少。4.3 脱硫剂的选择及脱硫机理 4.3.1

4、常用的脱硫剂： 流化床常用的钙基脱硫剂有：石灰石（CaCO3）和白云石 CaCO3 .MgCO3 ）； 镁基脱硫剂有MgO； 锌基脱硫剂有ZnO； 钠基脱硫剂有Na2CO3。 4.3.2 脱硫剂选择原则： 从脱硫剂的品质而言，首先应选择含CaCO3较高的石灰石，其次应选择经煅烧后具有较好的多孔结构的 CaO。 由于SO2和CaO的反应是两相表明反应，脱硫剂具有的表面积率越大越好。可将CaO研细成粉末，再加入粘结剂，可制成较好的多孔脱硫剂。 4.3.3 脱硫剂脱硫机理： 循环流化床内的脱硫反应是一个十分复杂的过程，既要考虑脱硫剂，还要考虑燃料中的灰分、多种金属杂质对脱硫剂的影响以及气态O2 、S

5、O2 、SO3等反应相。 以石灰石为例，当床温超过其煅烧平衡时，发生煅烧反应。然后 CaO与烟气中的SO2结合成CaSO4 。即 CaCO3 CaO CO2 (1) CaO SO2 1/2O2 CaSO4 (2) 式为吸热反应，反应速度较慢。 式为放热反应，反应速度较为迅速。 故脱硫速度主要处决于CaO的生成速度。 另外，脱硫过程中最大的特征就是孔隙堵塞，一旦孔隙表面被CaSO4完全覆盖，则SO2分子不能穿透。故要求Ca/S摩尔比要大于2才能获得较高的脱硫率。4.4 循环流化床锅炉脱硫率影响因素 4.4.1 运行床温的影响 运行床温的变化，直接影响脱硫剂的反应速度，固体产物分布及孔隙堵塞特性，

6、从而影响脱硫剂的利用率。鼓泡床和循环流化床床温和脱硫效率的关系见图4-4和图4-5。 由图可知，鼓泡床最佳脱硫温度为850 左右；循环流化床则为900 左右。4.4.2 Ca/S摩尔比的影响 Ca/S摩尔比的定义：Ca/S摩尔比脱硫剂的消耗量x Ca的含量 ()/40.1燃料的消耗量x S的含量 ()/32 在循环倍率一定的情况下，一方面，当Ca/S摩尔比低于2.5时，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫率增加很快。另一方面，若Ca/S摩尔比大于2.5后，继续增加Ca/S摩尔比，脱硫率增加得较少，反而会带来一定的副作用， 多余的CaO将起到催化NOX的生成，同时增加灰渣物理热损失。4.4.3 床料粒

7、度的影响 脱硫剂及燃料粒度及粒径分布对脱硫率影响也很大。 在Ca/S摩尔比、循环倍率一定的前提下，采用较小粒径的脱硫剂，易使SO2扩散到脱硫剂的核心，反应面积增加，从而脱硫率增加。一般认为，循环流化床采用02mm，平均100500m粒径的脱硫剂是合适的。 给煤粒度太大，不利于燃烧，也不利于脱硫。给煤粒度太小或煤中细粉太多，也降低脱硫率。4.4.4 过量空气系数的影响 过量空气系数对SO2排放量的影响主要表现为其对炉内气氛（氧化或还原气氛）的影响。 在还原性气氛下， CaSO4将会被还原成CaO 、CaS，SO2与CaO结合为CaS。在氧化性气氛下， 反应式CaO SO2 1/2O2 CaSO4

8、 得以顺利进行，从而脱硫效率提高。 对相同的过量空气系数，实施分段燃烧对脱硫效率会产生一定的影响。4.4.5 风速的影响 对循环流化床锅炉，增加风速意味着循环量的增加，脱硫剂在床内的停留时间延长，提高了脱硫剂的利用率，也有利于SO2的吸收。 而循环倍率的增加，在脱硫率一定的情况下，所需的Ca/S摩尔比就会下降，从而减少脱硫剂CaO对NOX生成的催化作用。 但是，循环倍率增加，风机电耗亦增加，循环床磨损加剧，而循环倍率达到一定值后，脱硫率增加变得缓慢，而飞灰损失却增加很大。故循环流化床锅炉存在一个最有利于脱硫的循环倍率。4.4.6 给料方式及给煤点数的影响 给料包括给煤和给石灰石。给料方式分为煤

9、与石灰石同点给入或异点给入。从给料方式和机构看，有前墙给入、两侧墙给入、回路密封给入三种方式及其组合。 4.4.6.1 给料方式的影响 有文献表明，床面给料对燃烧和脱硫都不利。墙后墙1:1平衡给煤，所需Ca/S摩尔比最小，前墙与回路密封器2:1给煤次之，全部由回路密封器给煤， SO2排放较高；全部由前墙给煤， NOX和SO2排放最高。石灰石只有与煤同点给入，才能获得满意的脱硫效果。前后墙平衡给煤，脱硫剂利用率最高，但CO排放却最高。 4.4.6.2 给煤点数的影响 据一些运行厂家的经验，有： （1）煤和石灰石的给料点的数目均不宜少于2点。 （2）从单个给料点负责的床截面积来说，鼓泡床每个给料点

10、负责1.716m2床面；而对循环流化床，每个给料点负责838 m2床面。锅炉容量越大，取值越高。一般地，循环流化床有24个给煤点既可满足要求。 （3）燃料性质不同，给料点数目也不同。4.4.7 负荷变化的影响 一般认为，循环流化床锅炉的负荷在相当大的范围内变化时，脱硫效率基本恒定或略有升降。如图4-7所示。 4.5 循环流化床燃烧过程中 NOX和N2O的生成机理 由于循环流化床运行温度在850950 之间，循环床在燃烧过程中基本上没有温度型NOX的产生。 N2O是一种稳定的化合物，它是破坏臭氧的直接反应物。 流化床中N2O主要来源于燃料氮。影响N2O的排放的因素主要有床温、煤种、过量空气系数、

11、各种催化剂等。 N2O生成量与床温的关系如图4-9所示。 4.5. 1 循环流化床内NO生成规律 煤中的氮在煤的若分解过程中也作为挥发分而气化。但是温度不同，气化的氮化合物占总氮的化合物的比例也不同。气化的氮化物主要成分为NH3、HCN和N2，这些中间物质再与含氧化合物反应生成NO。 4.5.2 C、NH3分解NO的原理 C分解NO的反应式如下： C 2NO CO2 N2 C NO CO 1/2N2 当温度超过680 时，反应活化能增加；在流化床运行的温度范围内，这一分解反应的反应速度极为迅速。 NH3分解NO的反应式如下： NH3O2 NO NO N24.6 影响循环流化床锅炉氮氧化物 排放量的主要因素4.6.1 床温的影响 在流化床运行的温度范围内，随床温的升高， NOX的排放浓度增加，但效果并不十分明显。因为循环流化床锅炉产生的NOX主要是燃料型NOX ，约占95。4.6.2 过量空气系数和一次风率 对NOX排放量的影响 过量空气系数对NOX的排放量的影响表现为两个方面：1）降低过量空气系数， NOX排放量下降；2）过量空气系数增大得很大时，对NOX排放的影响大大减弱。 在还原性气氛下，可降低NOX的排放量。可采取分段燃烧的方法。以二次风的送入点为界限，为有效的控制NOX的生成，在上部应为富氧区，下部应为富燃料区，这样才使NOX的生成没有环境。4.6.