大气污染课程设计综述

脱硫除尘文献综述课程设计名称： 大气污染控制工程课程设计课程设计题目 燃煤锅炉脱硫除尘系统设计学院名称： 环境与化学工程学院专业： 环境工程 班级： 100221学号： 10022129姓名：刘凯旺评分： 教师： 熊辉2013年11月22日引言二氧化硫具有强烈刺激性气味的气体，给人类带来的最大问题是它在大气中经催化氧化等过程形成的酸沉降，对环境的危害更大。酸雨对水体、土壤、森林、农作物等生态系统的影响是积累性的，已成为制约经济社会可持续发展的主要因素之一［1］。粉尘的危害不仅取决于它的暴露浓度，还很大程度上取决于它的组成成分、理化性质、粒径和生物活性等。粉尘进入呼吸道后对呼吸道产生刺激，有毒有害的粉尘吸入身体后甚至会导致中毒死亡，这对人体健康产生了严重的影响。另外粉尘也影响着大气质量，它会引起大气能见度降低，太阳直接辐射减少，对气候及人类的正常生产生活带来严重的危害。因此很有必要对烟气中的SO和2粉尘进行控制和治理［2］。大气污染现状与危害大气是人类赖以生存的氧的唯一来源，也是人类活动所排放的各种污染物的稀释场所。国际标准化组织（ISO）认为：大气污染，通常是指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。本课题的目的就是为了使人们了解大气污染及其危害，知道治理大气污染的基本方法，并使人重视治理大气污染。2.1大气污染现状（1）国内大气污染现状我国是世界上大气污染状况比较严重的国家之一，城市大气污染更为突出。从全国范围看，我国大气污染仍以煤烟型污染为主；而由于城市机动车数量的剧增，我国一些大城市的大气污染已呈现出以机动车尾气污染为主的趋势。中国还是是一个工业化程度还比较低的发展中国家，能源结构比例中煤炭所占比例高达73%，石油为21%，天然气和水能仅占2%和4%，因此大气污染相当严重。预计2000年煤炭产量将达到24亿吨（1994年为1121X1091）,煤炭在能源结构中所占比例在一个相等长的时期内不会有根本性的改变，燃煤型的大气污染问题，也将是我国未来解决环境污染的首要课题。当然，在考虑大气污染时，不能忽视个人吸烟、交通运输以及其它工农业生产活动引起的污染，甚至还有火山活动、人类社区社会问题和从地表到平流层的自然或人为引起的污染［3］。根据国家环保局优先考虑的环境问题可以看出，我国目前还处于第一代环境污染和生态破坏阶段，其土要表现是:以燃煤排放的烟尘和二氧化硫为主要污染物的大气污染；以工业废水和生活污水排放的有机物为主要污染物的水污染；以植被破坏和水土流失为主的生态环境破坏。就大气污染而言，我国的总体情况并不乐观，其趋势是农村好于城市，小城市好于大城市，轻工业城市好于重工业城市。1997年11月21日〜27日，国家环保局对全国大城市的空气状况进行监测，发现污染最严重、最密集的大城市有三个；污染程度较重的城市相当于世界发达国家五、六十年代严重污染时期的水平，1998年大气污染的状况有所改善，但仍不容乐观。污染类型可分为煤烟型、汽车尾气型、煤烟+汽车尾气型和复合型[4]。（2）国外大气污染现状世界上发达国家的大气污染的发生、发展和演变过程，大体上可以分为三个阶段。第一阶段：18世纪末到20世纪中期，大气污染状况随着工业的发展而加重。这一阶段的大气污染主要是燃煤引起的，即所谓的“煤烟型”污染。主要大气污染物是烟尘和SO2等。第二阶段：20世纪中期至70年代，各国工业快速发展，汽车数量倍增，石油类的燃料消耗量剧增，大气污染日趋严重，几起著名的大气污染事件大都发生在这一阶段。此时的大气污染，已不再限于城市和工矿区，而呈现为广域污染，即所谓的“石油型”污染。主要大气污染物有飘尘、重金属、SO、NO、CO和碳2X氢化合物等。第三阶段：20世纪70年代以后，各国开始重视环境保护，加强环境立法，投入大量人力、物力、财力，经过严格控制和综合治理，取得了显著成效，环境污染得到基本控制，环境质量明显改善。目前，发达国家的能源结构以石油和天然气为主，因此大气污染为“油气型”。2.2大气污染危害我国大气污染问题日益严重，因此，加强大气环境质量管理、保护和改善我们的生活环境迫在眉睫。对人体健康的影响[5]（1） 引起急性中毒，直至死亡。如一氧化碳中毒等。（2） 使慢性疾病恶化。如慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺病、肾脏病等病人在受污染的大气环境里病情会加重。（3）引起身体机能障碍。如使肺气肿病人肺部气体交换量减少，产生血液循环障碍等。芳烃等甚至能导致遗传因子变异。（4）引起癌症。如城市居民肺癌、肝癌等发病率高于农村，就与城市的大气污染有关，大气中的多环芳烃等化合物具有明显的致癌作用。（5）引起其他症状，如刺激感官，导致呼吸困难，危害心、肺、肝、肾等内脏器官。光化学烟雾的主要成分能刺激人眼和上呼吸道，诱发各种炎症，浓度过时，会导致哮喘发作。对动植物的影响气态污染物会使植物组织脱水坏死或干扰酶的作用，阻碍各种代谢机能。例如，臭氧能使叶片上出现褐色斑点，降低抗病虫害能力。而粒状污染物则会擦伤叶面，影响光合作用。这些都会使植物生理活动减退，如生长缓慢，果实减少，产量降低等。对动物的影响主要是通过呼吸或动物食用被间接污染的饲料而引起生病。对器物的影响一是玷污器物表面，不易清洗除去；二是与器物发生化学反应，使之腐蚀变质。对气候的影响就区域而言，城市人口密集、工业集中等造成城市温度比周围郊区高，冷热空气对流形成“城市风”，围绕城市的大气构成所谓“城市圆拱”[6。]就全球而言，CO2浓度增加产生的温室效应，使地球变暖；两极的臭氧空洞不断扩大；各地沉降酸雨等问题已让人类深深陷入环境危机当中。脱硫除尘的经典方法烟气脱硫经典工艺烟气脱硫（FGD）是目前世界上唯一大规模商业应用的脱硫方式，也是最经济切实可行的方法。迄今为止,世界各国研究开发的FGD技术估计超过了200多种,目前成熟可行的有十多种。通常按照脱硫剂和脱硫产物的干湿状态分为湿法、半干法和干法。湿法脱硫除尘这是目前较成熟、运行较稳定的方法。由于是气液反应,脱硫反应速率快、效率高、脱硫剂利用率高。但由于其废水处理量大,运行成本也较高。（1）石灰石-石膏法。是以空气鼓入吸收塔,使得CaSO氧化为CaSO(石膏),由于其鼓入气体使料34液更为均匀,脱硫率更高,其堵塞和结垢的几率大大降低。此法的最大优点是石灰石来源广、价格低,而生成的石膏可用于建筑材料和钙塑材料。其缺点是系统管理操作复杂、初期投资较大。石灰石-石灰法。是以石灰石或石灰的浆液为脱硫剂,在吸收塔内对SO烟气进行洗涤吸收的2方法，其产物为CaSO和CaSO。石灰石系统的最佳操作条件PH值为5.8-6.2,而34石灰系统的最佳PH值为8。由于原料中的Ca(OH)或CaCO沉积或结晶析出、反23应产物CaSO和CaSO的结晶析出等,所以其最大的难点是吸收塔结垢和堵塞问34题。为了解决这个问题,现在石灰石-石灰法已被石灰石-石膏法所代替。双碱法。此法种类较多,实际上是为了克服石灰法易结垢的缺点,主要是钠碱双碱法。即采用NaCO或NaOH溶液为第一吸收液，再用石灰石或石灰溶液为第二碱液使之23再生，再生后溶液继续循环使用。此法得到的SO仍以CaSO或CaSO的形式沉淀234出来。由于其产物的生产过程在吸收塔外，所以避免了结垢和堵塞。氧化镁吸收法。除了Ca2+对SO有吸收作用外,MgO、MnO和ZnO等对SO也有吸收作用。此法222具有代表性的工艺有基里洛(Girillo)法和凯米克(Chemico)法。基里洛法是用吸收性能好且易再生的MgOx、MgOy为吸收剂,吸收烟气中的SO。凯米克法是用MgO2的水溶液［Mg(OH)］吸收烟气中的SO,吸收液再生后可继续循环使用。我国氧化22镁资源丰富，而且可再生，成本相对较低，吸收后得到高浓度SO气体，适宜于制造2硫酸或固态硫磺。由于镁还是会有损失，易造成二次污染。钠碱吸收法。本法是用NaOH、NaCO和NaSO的水溶液为吸收剂,吸收烟气中的SO。其中23232使用最多的是威尔曼-洛德(Wellman-Lord)法,是美国和日本应用较多的脱硫方法。此法实际上是采用NaSO和NaHSO混合液为吸收剂。当吸收剂中NaHSO浓2333度达到80%-90%时,就要对吸收剂进行再生，可获得较高浓度的SO和NaSO。再223生后的NaSO可用于循环使用,SO可用于生产硫酸。对烟气的吸收效率可达到23290%以上。此法具有吸收速度快、运转时不易堵塞等优点。除以上方法外,湿法还包括氨法、碱式硫酸铝法、水和稀酸吸收法等。这些方法由于吸收效率不高,应用范围较窄。半干法脱硫除尘是利用显热蒸发吸收液中的水份,使最终产物为干粉状,得到废渣较难利用,一般抛弃处理。⑴旋转喷雾干燥(SDA)法。此法是利用喷雾干燥的原理,将吸收剂(如石灰浆液)雾化喷入吸收塔内,使得吸收剂与烟气中的SO发生化学反应。得到的固体以废渣形式排出。SDA法系2统简单、投资较低,不会结垢和堵塞,但其效率略低于湿法。⑵炉内喷钙湿活化(LIFAC)法。此法是由芬兰IVO公司和TAMPELL公司联合开发的。是在传统炉内喷钙法基础上增加了活化反应器,并促进喷水增湿。由于其脱硫效率可达到75%-80%左右,较适合于中小机组和老电厂改造。干法脱硫除尘传统是用石灰苏打(CaO-NaCO)干粉来除去烟道内废气所含的SO。从而得232到干粉状钙盐和钠盐及未反应的干燥粉尘的混合产物的方法。此法可以达到自动控制的目的,但效率不及湿式脱硫法,可靠性也还有待提高。脱硫除尘新工艺荷电干式喷射脱硫(CDSI)法。此法是美国ALANCO公司开发的专利技术。其技术核心是吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷后,被喷射到烟气中,扩散形成均匀的悬浮状态。由于粒子表现的电晕,增强了活性、缩短了反应时间,从而有效提高了反应效率。此法投资及占地仅为传统湿法的10%和27%。但其脱硫效率相对较低。电子束照射(EBA)法。其原理是在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的SO很快氧化,产生硫酸。再和氨气反应形成硫酸氨。其主2要特点是系统简单,操作方便,过程易于控制,副产物可用于生产化肥。脱硫成本低于传统方法。但此法需要大功率、长期温度的电子枪,同时需要防辐射屏蔽。脉冲电晕等离子体(PPCP)法。是日本专家增田闪一在EBA法的基础上提出的。由于省去了昂贵的电子束加速器,避免了电子枪寿命短和X射线屏蔽等问题。所以世界许多科学家竞相研究。它是靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子。此法设备简单,操作简便,投资是EBA法的60%。除以上介绍的以外,近年发展的新工艺还有ABA公司开发的新型集成半干式脱硫（NID）法,适合于海边工厂的海水脱硫工艺、常温精脱硫工艺等。浅谈国内外脱硫除尘一体化技术概况脱硫技术可以分为燃烧前脱硫、炉内脱硫和烟气脱硫三类。燃烧前脱硫是在原煤投入使用前，采用物理、化学或生物方法将煤中硫脱除，由于成本较高尚未推广应用。炉内脱硫是指煤燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使硫分转化为硫酸盐随炉渣排出。它以投资小，工艺简单、易操作等优点而得到发展。燃烧后的烟气脱硫技术是当前应用最广、效率最高脱硫技术。属于比较成熟的工业化方法，但因投资和运行费用较高而在实际应用中受到限制。具体的脱硫工艺有：炉内喷钙脱硫，干法烟气脱硫，湿法烟气脱硫等等。国内外脱硫除尘一体化技术在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成，而在一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个操作单元结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求［7］。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。因而，开发适合于烟气脱硫除尘一体化的设备具有重要意义。目前国内外所研发的脱硫除尘一体化装置分为干法和湿法装置两大类［8，9］。干法烟气除尘脱硫一体化装置主要是在干法、半干法脱硫技术的基础上，增加除尘装置来实现，目前应用的主要有以下一些：（1） 吸附过滤法。吸附过滤法是应用气体吸附和过滤除尘的机理实现联合脱硫除尘，利用可循环再生的固定吸附材料，除去烟气中的SO、NO和粉尘，水2X洗再生。这种装置具有很高的脱硫除尘效率，SO去除率大于90%，净化气粉尘2浓度小于10mg/m3，烟气温降少，无二次污染，可回收副产品的优点。（2） 喷雾干燥法一体化装置。炉内喷钙脱硫是一种投资很低的技术，但效率一般在30%左右。喷钙后烟气中粉尘量增加，电阻提高，增加了电除尘器的负荷，为提高脱硫率及钙的利用率，可在炉内喷钙后，电除尘之前，采用烟气喷钙增湿活化技术，对烟气喷钙及对脱硫剂进行活么降低钙基脱硫剂的比电阻，提高收尘率及硫的转化率。（3）排烟循环流化床脱硫除尘装置。排烟通过固体吸收剂流化床，固体吸收剂与SO2充分接触，且强烈进行传质传热。运行温度降至露点附近，仍不会在反应器壁面结垢。由此带来极大益处是脱硫剂的高利用率和高脱硫率。对高硫煤也能达到80%〜90%脱硫率，其后接电除尘或袋式除尘器，除尘效果可以保证。该装置占地大，运行可靠，投资大，运行费用适中。湿法烟气脱硫一体化装置（1） 喷雾除尘脱硫装置。喷雾除尘脱硫装置是一种非常典型的脱硫除尘一体化装置，具有结构简单、压力损失小、操作稳定脱硫除尘效率商等优点，但是需要严格控制喷嘴的雾化效果，并且在使用某些脱硫剂（如石灰）时容易发生堵塞现象。根据气液相对运动的不同，喷雾除尘脱硫装置可以分为逆流型和错流型。逆流型是烟气向上运动，雾滴由喷嘴喷出向下运动，使气液得以充分棍合，完成除尘脱硫过程；错流型是雾滴由喷嘴向下喷出，而烟气水平流动，此外，在一些喷雾脱硫塔中，还有采用顺流型的，即烟气向上运动，雾滴由喷嘴向上喷出，与烟气同向流动，来增加气液接触时间，提高传质效果，同时与逆流布置相比可以减小压力损失，但是在应用中还是以逆流型更为常见。（2） 文丘里除尘脱硫装置。文丘里除尘脱硫装置由收缩管、喉管和扩散管组成。当烟气由进气管道进入收缩管后，流速逐渐增大气体的压力能逐渐转变为动能，在喉管入口处气流速度达到最大，沿喉管周边布置的喷嘴喷出的液滴被高速气体雾化和加速，气液充分混合，在扩散管中，气流速度减小，而压力回升，使尘粒凝聚速度加快，增加了对细微粉尘的捕集效果，在此过程中同时完成脱硫过程。该装置具有投资省、占地少、工艺简单、运行费用低等优点，但是脱硫除尘效率较低，而且耗电量大。常与其他除尘脱硫装置配合使用，很少单独使用。（3） 旋风水膜除尘脱硫装置。由于旋风水膜除尘脱硫装置通常采用麻石作为壳体，所以又称为麻石水膜除尘脱硫装置，其基本原理是：烟气切向高速进入装置内部，旋转上升，依靠离心作用，将尘粒甩到装置的湿内壁上，然后被溢流堰上流下的碱液洗涤下来。除尘效果不错，但是脱硫效率较低。（4） 旋流塔板除尘脱硫装置。旋流塔板除尘脱硫装置是在麻石水膜除尘脱硫装置的基础上演变而来：在麻石水膜除尘脱硫装置的基础上，增加1-6层旋流塔板，对气体的旋转起“接力作用”，盲板布水结构也加强了装置的除尘脱硫性能。与前者相比，除尘和脱硫效率都有很大的提高。用溶液作为脱硫剂时，其脱硫效率可达70%〜84%，己成功应用于220t/h锅炉的烟除尘脱硫，是目前我国自行研制的处理量最大的除尘脱硫装置。结论脱硫除尘一体化技术方案具有经济、简便、效率较高、切实可行等特点。能够一举两得地实