燃煤烟气与PM培训资料会议版

燃煤烟气与2.5马果骏2012.61自我介绍马果骏国电环境保护研究院，教授级高工，东南大学兼职教授，联合国援华项目主任，联合国组织项目专家，世界银行烟气脱硫项目顾问1983年赴美，作为访问学者在美学习、工作1985年至今从事烟气脱硫脱硝工程和咨询工作参与、负责多个烟气脱硫项目工程下关电厂、钱清电厂、望亭电厂.......手机13818070781@1392内容2.5的基本概念；燃煤烟气排放与2.5；与2.5；布袋除尘器与2.5；湿式除尘器与2.5；可凝结2.5的脱除；小结32.5问题将引发一场“空气革命”42.5的定义是的缩写；2.5：空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物；空气动力学当量直径：是表述粒子运动的一种假想粒径，其定义为：单位密度（ρ0=13）的球体，在静止空气中做低雷诺数运动时，达到与实际粒子相同的最终沉降速度时的直径。52.5与头发丝62.5的形成2.5来自于自然和人为的污染源；2.5不是一种单一成分的空气污染物，是由大l量不同化学成分组成的一种复杂而又可变的大气污染物；2.5的主要成分是硫酸、硫酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、元素碳（）和有机碳（）由污染源直接排出的2.5成为“一次粒子”；由污染源排出的气态污染物经过冷凝或在大气中发生复杂的化学反应而生成的2.5称为“二次粒子”。7环境大气粒径分布82.5的组成2.5随地域、气候和气象条件的变化很大；为保障2008年北京奥运会空气质量开展的“北京市空气质量达标战略研究”表明，北京市的2.5的组成：29%工业燃煤15%生物质燃烧13%二次硫酸盐10%机动车9%二次硝酸盐8%扬尘16%其它9北京2.5主要来源102.5的组成11美国2.5的组成122.5对健康的危害2.5可被直接进入人体肺泡，又称可入肺颗粒物；2.5会引起三种呼吸系统的疾病：2.5作为病毒、病菌的载体，引起感冒、肺结核和肺炎；2.5会引起呼吸系统的过敏，如哮喘病、肺泡炎；2.5会引起免疫力降低，增加肺癌的发生率。132.5对大气能见度的影响大气能见度是有大气中颗粒物对光的散射和吸收决定的；如果完全没有颗粒物，大气分子对光的散射是很小的，能见度可达到100-300；在极干净的城空气中能见度可以达到30；当大气能见度下降到10，大气的相对湿度低于80%时，定义为霾；142.5对大气能见度的影响在大气的气溶胶中，主要是0.1-1.0μ的颗粒的散射降低了物体与背景之间的对比度，造成了能见度的下降；在此范围的2.5主要是硫酸盐和硝酸盐；2.5对光的吸收主要是炭黑和含有炭黑的颗粒物引起的。炭黑的排放量只占颗粒物排放的0.2-1%，但是其消光效应很强，在某些地方可以是能见度下降一半以上。152.5对大气能见度的影响162.5对大气能见度的影响172.5对大气能见度的影响18燃煤烟气和2.5燃煤烟气对2.5的贡献，根据地域不同约在1025%之间；燃煤烟气排放的特点：固定点源；烟气排放量大；有组织排放；可控排放；合理推论：燃煤企业又将成为严控“领头羊”。19燃煤烟气和2.5由燃煤烟气排放的2.5可分为：可过滤颗粒（一次）；机械性颗粒；颗粒较大，1-2.5μ；可凝结颗粒（二次）；气体、蒸汽状态；在环境中生成二次可过滤颗粒与可凝结颗粒的比例约为1:3（1:1？）20燃煤烟气2.5的控制技术目前没有专门针对2.5的控制技术工业部门现有的、已成熟运行的都有脱除2.5的能力；是以控制细颗粒、3和为目的的专用设备。21的脱除效率与颗粒粒径的关系；美国在其“静止源控制技术导则”中对的效率做了如下描述：静电除尘器可以捕集99%以上的所有粒径的颗粒；的总体捕集效率一般取决于那些细粒子，尤其是0.2-2μ，的分级捕集效率；一般来说，最难捕集的是空气动力学直径在0.1-1.0范围的粒子。直径为0.2-0.4μ的粒子的穿透率最大。22无论是还是布袋除尘器，只能脱除可过滤颗粒，对可凝结颗粒无能为力！能有效地脱除2.5（>98%）；对于粗颗粒粉尘有更高的脱除效率；出口烟气中2.5的比例比入口高；的除尘效率越高，2.5的脱除效率提高越显著。23表1对各种工业炉烟气的总脱除率、10和2.5脱除效率24除尘效率为99.65%时，2.5的脱除效率为98.4%；除尘效率提高到99.88%时，2.5的脱除效率为99.26%；除尘效率提高0.23%，2.5的脱除效率提高0.86%；因此尽量提高除尘效率是降低2.5排放的措施之一。25除尘效率与2.5排放的关系26改造脱除2.5烟气调质（除了3调质之外）；提高除尘效率（脉冲电源）；凝并技术:电凝并（）蒸汽凝并其它凝并技术：磁凝并、声凝并等技术；（电袋除尘器）湿式电除尘器27细颗粒控制系统28细颗粒控制系统凝并器在澳大利亚开发，目的是为降低燃煤锅炉烟羽的可见度；包括2部分：双极荷电器和混合区；与不同的是在双极荷电器内有多个交错排列的分别带正负电场的通道，颗粒通过通道后会分别带上正负电荷；在下游的混合区中带异电荷的细颗粒会相互凝并成为大颗粒，这样会更易被脱除。29细颗粒控制系统30细颗粒控制系统(2004)报告在美国电厂的250燃煤锅炉上，安装后2.5的排放有所降低；安装在两条平行烟道中的一个上，以便进行对比；对于美国的西部和东部煤。都显示了很明显的脱除作用；31细颗粒控制系统颗粒直径小于5μ的排放降低了2/3；烟气浊度降低2/3；总的烟气颗粒的质量排放降低1/3；没有通道1μ颗粒的穿透率是15%，而通道的穿透率是3%；粒径小于2.5μ的颗粒的质量排放降低了75%参见下表32细颗粒控制系统安装凝并器后的性能比较A不安装B:安装33™34™™是一种复合电袋技术；内部结构是构件（放电电极、和多孔极板）与布袋交错排列（如图）；原烟气进入后，大部分粉尘被收集，少部分透过多孔极板后被布袋除尘器收集；除尘器的布袋上有®涂料涂覆，并采用脉冲吹洗；当布袋在吹洗时飞出的粉尘，会被收集，减少了冲洗时粉尘的排放；（2004）报告，在美国电厂的全容量试验中，除尘效率为99.99%，而原来的的除尘效率为99.5%35干式的问题：在输入电压电流增加是会产生过多的火花和反电晕，对于燃低硫煤产生的高比电阻飞灰问题更加严重；在低温下运行可以提高对可凝结颗粒的脱除效率，但是会造成的腐蚀；湿式（）是解决问题的方法之一:的收集极板表面为液膜；安装在与烟囱之间或是在洗涤塔的顶部36在美国燃煤电厂从1986年开始就使用了，目前已经在1000的电厂中运行；（2004）报告的功率密度（2）可以达到干式（0.1-0.5）的4-20倍；可以非常有效地脱除烟气中的硫酸气溶胶（90）。37最新的进展是采用膜式极板用织物代替金属极板；优点：水膜分布均匀；不采用合金，价格低廉；利用毛细管现象吸水和除去收集到的颗粒，无需喷淋；缺点：容易起火3839安装在水泥窑上的40运行5000小时的结垢情况41运行5000小时后的结垢情况424344布袋除尘器等（2003）对一个芬兰燃煤电厂的高气布比的布袋除尘器的2.5和汞排放进行了测试；布袋材质为有涂层的（聚苯硫醚），已使用了31,000小时，状况良好；试验结果如表5-2所示。45布袋除尘器46布袋除尘器的测试结果：布袋除尘器出口的烟气中，1.0为3-6%，2.5为15-20%，10为79-88%；布袋除尘器出口的颗粒尺寸分布与出口有很大的区别。的出口颗粒分布的平均直径比较大，而且亚微米级的颗粒很少（见图）；被测试的布袋除尘器的亚微米级颗粒排放的增加是由于布袋的覆膜具有约0.4μ直径的小孔的缘故（见图）47布袋除尘器48布袋除尘器图布袋除尘器收集粗颗粒飞灰的电子显微镜图像注：图中小圆形为布袋覆膜上的小孔，直径为0.4μ49布袋除尘器图布袋除尘器收集的细颗粒飞灰的电子显微镜图像注：细颗粒飞灰呈凝并状态50布袋除尘器的结论是：在正常的锅炉运行工况下，即使布袋材质已经使用了31,000小时，粉尘排放浓度仍可达到<153；与相比，布袋除尘器出口飞灰中的1.0和2.5的份额明显要低，这说明布袋除尘器的，很低的由于覆膜的小孔引起的泄漏，对于排放粉尘浓度的影响很小；在烟囱排放口的1.0、2.5和10的质量比大约为5%、15%和80%；布袋除尘器的捕集效率在颗粒直径为0.2-3μ范围内，大约为99.5%。51布袋除尘器美国公司对三种典型的滤料进行了2.5通透性试验；008：毡料，微焦整理025：84混合纤维，带涂层003：纤维，带（）覆膜52布袋除尘器53布袋除尘器008，材质：54布袋除尘器025材质：84混合纤维，外涂55布袋除尘器033材质:带有材料的覆膜56布袋除尘器三种不同滤料的脱除效率57布袋除尘器58布袋除尘器对布袋滤料试验的结论：常规的针刺毡料对于2.5有很好的脱除能力，但是运行对脱除效率有很大的影响；建议布袋除尘器运行在一个很窄的差压窗口：12-25水柱；新的除尘器在建立起要求的差压之前，不应清灰；59布袋除尘器覆膜能极大程度降低可过滤颗粒的排放，对2.5的排放要求很容易达到。覆膜滤料对于异常工况有更大的宽容度；覆膜滤料应始终在一个相对恒定的差压下运行，以免细颗粒在膜下面的纤维上积聚起来。60布袋除尘器布袋除尘器在燃煤电厂锅炉使用业绩61湿式洗涤除尘器湿式洗涤除尘器主要用在小热电、冶金和石化部门的工业锅炉上；烟气脱硫的湿法洗涤器对于2.5的脱除效率不高；这里的讨论主要针对文丘里洗涤器。62湿式洗涤除尘器对于文丘里洗涤器，压降和喉速是除尘效率的关键运行参数；根据文丘里洗涤器的设计曲线，对于平均动力学当量直径为0.5μ的颗粒：文丘里压降为7.5时，预计除尘效率为97%；文丘里压降为10时，预计的除尘效率为97%；文丘里压降为12.5时，预计的除尘效率为99%；63湿式洗涤除尘器文丘里洗涤器对大于2μ的颗粒的预期除尘效率可达到99.9%；压降为10时，对0.5μ的脱除效率为97%，而对0.1的脱除效率只有35%；因此文丘里洗涤器对亚微米颗粒的脱除效率很低，而且对0.1-2μ范围的颗粒的脱除效率，在很大程度上取决于洗涤器的设计和运行工况。64排放监测系统评估除尘器细粒子排放的传统方法是监测烟羽的浊度。但是浊度监测仪经常不能评估治理系统的单个模块，而且在低浊度时误差很大；正在研发的连续颗粒监测技术有：利用粒子之间摩擦产生静电的原理的效应；后向散射；这些技术的特点是能够找出治理系统中每个模块（如布袋除尘器的布袋泄漏）的问题，而且能比传统的浊度检测装置更快发现问题。65可凝结2.5脱除燃煤烟气可凝结颗粒物的主要来源是（23）和，其中以为主；烟气中3与烟气中水分结合，形成硫酸气溶胶，粒径<0.3μ；硫酸气溶胶排出烟囱，进入大气后与环境中的正离子反应生成二次2.5（近地污染）烟气中的2在环境中因光化学氧化、液相氧化和颗粒氧化等过程被氧化为3，并生成硫酸盐气溶胶。2在大气环境中的寿命为数天，硫酸盐气溶胶可迁移1000以上（远程污染）；干式和布袋除尘器无法脱除可凝结2.5！66烟气3引起的黄烟问题67干法主流干法工艺：：循环流化床烟气脱硫：旋转喷雾干燥工艺：烟道吸收剂喷入工艺干法在脱除2的同时，可以有效脱除3、和等酸性气体；68干法大部分干法的终端设备是除尘器，如果采用布袋除尘器，一次2.5的排放问题得到解决。69湿法常规湿法不能有效脱除微细颗粒常规湿法会因带出浆液中的固体物而增加排放颗粒的浓度；常规湿法不能有效脱除3；降低湿法出口烟气中2.5的有效措施：在的下游安装在的上游安装干法，如的系统。70湿法丹麦两个发电厂湿法脱硫后烟气中颗粒物粒径分布两个电厂烟囱中粉尘的排放浓度很低，约103。烟囱粉尘的质量粒径分布见左图，呈双峰分布，对应非球形颗粒在0.2μm有一亚微峰，对应粗颗粒在2-3μm有最高峰。大部分颗粒（50％-80％）是2.5，还有相当大的一部分20％-40％是1。经研究发现，湿法脱硫只脱除了靠惯性力捕获的大颗粒，但对细颗粒是不起作用的。71的系统72烟气脱硝系统催化剂在还原烟气中的同时，会将烟气中约1-3%的2催化氧化成为3，这会使含硫量较