环境工程基础课件

本节内容3.4气态污染物控制技术3.4.1气态污染物种类与性质3.4.2气态污染物一般净化方法3.4.3SO2去除技术3.4.4NOX去除技术3.4.5VOC去除技术环境工程基础3.4.1气态污染物种类与性质

种类：SO2、NOX、HC、CO、VOC、。。。酸碱性：SO2气体呈酸性，NH3气体呈碱性溶解性：SO2、NOX－－－水氧化还原性：CO、碳氢化合物、VOC等呈还原性，NOX呈氧化性。可吸附性：HC、VOC－－活性炭说明：HC烃类；VOC（versatileorganiccarbon)挥发性有机物环境工程基础3.4.2气态污染物一般净化方法

1、冷凝法2、燃烧法3、吸收法4、吸附法5、催化转化法环境工程基础1、冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质，对气体进行冷却，使处于蒸汽状态的有害物质冷凝成液体，从废气中分离出来，达到净化的目的。适于高浓度有害气体的去除常作为吸收、吸附、燃烧灯净化过程的前处理环境工程基础2、燃烧法利用氧化燃烧或高温分解的原理，把有害气体转化为无害气体的方法。直接燃烧法催化燃烧法适用于可燃或高温分解的物质不能回收有用物质，但可回收热量环境工程基础3吸收法原理：利用污染物在吸收液中的溶解性——气液平衡原理常见污染气体的平衡溶解度（右图）环境工程基础4、吸附法利用某些多孔性固体吸附剂来吸附去除有害气体的方法。常用的气体吸附剂有：活性碳分子筛活性氧化铝吸附过程：物理吸附、化学吸附（反应）常用作深度净化环境工程基础5、催化转化法含污染物气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质。应用：工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化环境工程基础3.4.3SO2去除技术

1、SO2产生源2、源头控制3、燃烧中同步控制4、末端治理A、吸收法B、催化转化法C、吸附法环境工程基础1、SO2产生源人类使用的化石燃料都含有一定量的硫，燃料燃烧时，其中的硫大部分转化为SO2

人为活动是SO2大量排放的主要原因。大部分的控制方法可用以下反应表示：环境工程基础硫氧化物的污染早期局地环境中二氧化硫的浓度升高近100年来二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降最近二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子环境工程基础硫循环与硫排放环境工程基础环境工程基础我国SO2排放的行业特点环境工程基础控制技术燃烧前常规脱硫技术：煤炭洗选：物理洗煤、化学洗煤、微生物洗煤煤炭气化、液化燃烧中脱硫技术:型煤技术循环流化床燃烧燃烧后脱硫技术:烟气脱硫环境工程基础2、燃烧前脱硫技术1.煤炭洗选技术同原煤相比，可节能10%左右，可减少二氧化硫排放量40-60%。洗选煤方法可分为物理法、微生物法和化学法。广泛采用物理法中的重介质、跳汰和浮选技术。环境工程基础重介质法是利用密度介于煤和矸石之间的液体作为分选介质进行选煤，分选介质通常采用磁铁矿粉与水配制成的悬浮液。跳汰选煤是利用被选煤在上下波动的变速脉动将相对密度不同的煤和矸石分开。浮选是利用煤和矸石的颗粒亲水性及疏水性的差异，将其在浮选液中分开。我国以物理选煤为主，跳汰占59%、重介质占23%、浮选占14%。环境工程基础燃烧前脱硫技术2.煤炭的转化煤的气化采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床、流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品直接液化和间接液化环境工程基础燃烧前脱硫技术3.重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫环境工程基础3、燃烧中脱硫技术1.型煤加工技术型煤是用煤粉搀加少量固硫剂加工压制成具有一定强度和形状的煤制品型煤有民用型煤和工业型煤两类；型煤固硫率一般在50%左右，并可节煤和减少烟尘排放环境工程基础燃烧中脱硫技术2.流化床燃烧技术流化床燃烧是把燃料煤和吸附剂（石灰石或白云石）加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床层悬浮，形成湍流混合进行燃烧。主要特点是：(1)燃烧温度低温范围,NOX的生成量仅为煤粉炉的1/3-1/4,可将石灰石粉直接混入煤粒脱硫(2)燃料适应性强,床内97-98%为惰性物料，热容量大，可燃用劣质燃料，燃烧效率达95-99%(3)燃烧强度大，床内传热能力强。(4)可用较低成本在燃烧过程中实现脱硫，同时降低NOX排放。环境工程基础流化床燃烧脱硫流化床脱硫的化学过程脱硫剂：石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3•MgCO3）炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3，由于孔隙堵塞，CaO不可能完全转化为CaSO4环境工程基础流化床燃烧脱硫环境工程基础4、燃烧后脱硫燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10-4～10-3数量级。由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常比较昂贵。世界上目前应用最广泛的石灰／石灰石脱硫技术,占烟气脱硫装机容量的80%以上。其它烟气脱硫技术：催化转化吸收技术（适合高浓度、低尘尾气），吸附脱硫技术（低尘）。环境工程基础石灰／石灰石湿法吸收脱硫吸收剂:石灰石或石灰浆液。反应原理环境工程基础石灰/石灰石湿法工艺流程

吸收剂储槽石灰石研磨制浆石灰制浆含尘烟气再热器去烟囱固液分离第二级固液分离固体废物环境工程基础石灰/石灰石湿法烟气脱硫吸收的正常工作范围:石灰石石灰PH值5.8-6.28液气比,l/m310.45.6浆液浓度,%12-1512钙硫比1.31.1气速（米／秒）2.4-32.4-3SO2脱除率 70-75% 90-95%环境工程基础石灰/石灰石湿法烟气脱硫影响运行的主要因素:脱硫率;反应剂利用率结垢和堵塞;腐蚀和磨损脱硫渣利用脱硫渣成分(干燥后)

石灰石脱硫石灰脱硫CaCO333 5CaSO3.2H2O58 73CaSO4.2H2O9 11Ca(OH)2- 11环境工程基础石灰/石灰石法烟气脱硫结垢种类蒸发结垢Ca(OH)2和CaCO3沉积或结晶CaSO3,CaSO4结晶防止结垢措施控制PH值(过低软垢,过高硬垢)高液气比(降低过饱和度,冲刷)晶种(减少设备结垢)循环池鼓氧强制氧化(降低SO42-浓度)环境工程基础石灰/石灰石湿法烟气脱硫改进的石灰/石灰石法烟气脱硫添加剂要求:有缓冲作用,酸度在碳酸和亚硫酸间，如:己二酸作用:提高脱硫率:抑制液体界面上pH下降，促进吸收。减少结垢:己二酸钙可溶。环境工程基础其它湿法烟气脱硫技术双碱法用碱金属盐类(K,Na)或碱溶液吸收SO2用石灰或石灰石再生吸收脱硫回流液得硫酸钙沉淀,再生液返回系统循环使用.如:Na2CO3和石灰双碱,一般Na补充量为0.05mol/molSO2

反应：再生：

Na2CO3：环境工程基础半干法烟气脱硫喷雾干燥吸收法脱硫技术,于七十年代中期在美国开发优点:脱硫产物呈干态，无需除雾器及烟气再热器；不产生微量金属元素污染的废水设备不易腐蚀投资费用低缺点：吸收剂采用石灰浆，费用较高；吸收剂利用率低,Ca/S=1.5,效率80%用于高硫煤时经济性差环境工程基础喷雾干燥吸收法烟气脱硫工艺流程:石灰球磨机浆槽循环灰水预消化器吸收塔ESP干灰烟气烟囱环境工程基础喷雾干燥吸收法烟气脱硫化学过程: 生石灰制浆：

SO2被液滴吸收： 吸收剂与SO2的反应： 液滴中过饱和沉淀析出： 部分(液)被溶于液滴中的氧气所氧化：

环境工程基础喷雾干燥吸收法烟气脱硫喷雾干燥法Ca/S比值一般为1.5～2.0,典型脱硫渣成分:飞灰

64-79%

CaSO3.2H2O 14-24% CaSO4.2H2O 2.1-4% Ca(OH)2 1.2-5%

当固体废物中未反应的吸收剂量小于5%时，固体废物是无害的,可采用与飞灰相同的处理处置方法（见颗粒污染物去除方法）。 环境工程基础干法烟气脱硫技术炉内喷钙尾部增湿法，在80年代开始应用;吸收剂在炉膛出口喷入，避免了吸收剂的烧死失活，Ca/S在2以上时，脱硫率可达60%;工艺系统简单，脱硫费用低；炉内喷钙工艺特别适用于老锅炉的改造。环境工程基础炉内喷钙尾部增湿法脱硫原理在第一阶段,石灰石粉用气力喷射到炉膛的上方、温度900~1250℃的区域。

CaCO3

CaO+CO2

CaO+SO2+O2

CaSO4 CaO+SO3

CaSO4在第二阶段,烟气在活化器中喷入雾化水,进行增湿。烟气中未反应的CaO与水反应形成含湿的Ca(OH)2颗粒或浆滴,与烟气中剩余的SO2反应。

CaO+H2O

Ca(OH)2 Ca(OH)2

+SO2+H2O+1/2O2

CaSO4+H2O环境工程基础炉内喷钙尾部增湿法流程石灰石主粉仓计量仓锅炉活化器ESP环境工程基础烟气脱硫工艺的综合比较主要涉及因素脱硫效率钙硫比脱硫剂利用率脱硫剂的来源脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响对机组运行方式适应性的影响占地面积流程的复杂程度动力消耗工艺成熟度环境工程基础燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价评价指标1.技术成熟度。依脱硫技术目前所处的开发阶段，分为实验室，中试，示范和商业化四个阶段2.技术性能。包括脱硫效率，处理能力，技术复杂程度，占地情况，再热需要及副产品利用等，反映技术的综合性能3.环境特性。环境特性根据处理后烟气的SO2排放量与排放标准比较进行评价4.经济性。选用技术的总投资和SO2单位脱硫成本为综合经济性的评价指标环境工程基础燃烧前和燃烧中技术综合评价环境工程基础烟气脱硫技术技术综合评价环境工程基础5.高浓度SO2尾气的回收和净化

冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业，SO2浓度通常2～40％化学反应式反应1为放热反应，温度低时转化率高工业上一般采用多层催化床层环境工程基础催化转化脱硫净化工艺段间冷却的四层催化床第二级催化床预除尘和水分填充床吸收塔填充床吸收塔来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含SO2的尾气水含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气含有约为初始进气SO2浓度0.3%的尾气水单级吸收工艺二级吸收工艺SO2单级和二级净化工艺的流程图催化反应：420～550℃环境工程基础吸附法SO2是一种以被吸附的气体，常用的吸附剂是活性碳，活性炭具有催化转化功能。吸附机理：第一步，物理吸附（无水蒸汽与氧气存在）第二步，化学反应（需要氧气与水蒸汽存在）反应式：活性碳脱附再生方法：加热再生：洗涤再生环境工程基础NOX去除技术

1、NOX产生源2、燃烧控制3、末端治理A、催化还原法B、吸附法C、吸收法环境工程基础NOX的来源NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在NOx的来源固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a）人类活动（5×107t/a）燃料燃烧占90％95％以NO形式，其余主要为NO2由于人类活动处于集中空间范围，显示污染特性。环境工程基础环境工程基础NOX的性质N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏。NO：大气中NO2的前体物质，是形成光化学烟雾的活跃组分。NO2:硝酸酐，有强烈刺激性，来源于NO的氧化，是酸沉降的重要组成之一。环境工程基础燃烧过程NOx的形成机理形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的Nox瞬时NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx环境工程基础NOX的主要形成机理热力型NOX的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响。平衡时NO浓度随温度升高迅速增加。控制NOx形成的主要因素空气－燃料比（控制过氧量）燃烧区温度及其分布环境工程基础燃烧控制：低NOX燃烧技术传统低NOx燃烧技术1.低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增加环境工程基础传统低NOx燃烧技术2.降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍环境工程基础传统低NOx燃烧技术3.烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx环境工程基础传统低NOx燃烧技术4.两段燃烧技术第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小。第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低。环境工程基础先进的低NOx燃烧技术原理：低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术1.炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气（燃尽风）喷嘴类似于两段燃烧技术环境工程基础先进的低NOx燃烧技术2.空气分级的低NOx旋流燃烧器一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化二次火焰区：燃尽CO、HC等环境工程基础先进的低NOx燃烧技术3.空气/燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx环境工程基础烟气脱硝技术脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大环境工程基础烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）氨作为还原剂催化剂：贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应环境工程基础SCR脱硝技术流程环境工程基础SCR烟气脱硝的温度影响环境工程基础烟气脱硝技术2.选择性非催化还原法（SNCR）尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度化学反应同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生环境工程基础烟气脱硝技术3.吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO/NO2＝1效果最佳环境工程基础吸收法烟气脱硝强硫酸吸收环境工程基础烟气脱硝技术4.吸附法吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂：浸渍碳酸钠的

-Al2O3反应式再生：天然气、CO环境工程基础NOX控制技术经济比较LNB-低氮氧化物燃烧AOFA-改进燃尽风法SCR-选择性催化还原SNCR-选择性非催化还原环境工程基础3.4.5VOC去除技术1、VOC来源与性质2、源头控制A、替代原料及工艺B、呼吸损耗控制3、末端治理A、冷凝法B、燃烧法C、微生物净化法D、吸收E、吸附法环境工程基础VOC概念VOC（Volatileorganiccompound）中文名“挥发性有机物”是指各种有机化合物的气体，如烃、醇、酚、醛、酯、多环及杂环化合物的气体，这些有机气体很多都具有毒性，同时是造成环境恶臭的主要来源。环境工程基础环境工程基础防止泄漏为主的预防性措施替换原材料改变运行条件更换设备等末端治理为主的控制性措施VOC控制技术可分为两类环境工程基础VOCs控制技术环境工程基础源头控制－溶剂替代环境工程基础呼吸（转移）损耗的概念充入、呼吸和排空损耗呼吸损耗－容积变化使容器产生“吸进和呼出”导致的有机物损耗环境工程基础转移损耗控制方法浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在液面上，使液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼吸损耗。环境工程基础转移损耗控制方法－阶段1控制环境工程基础转移损耗控制方法－阶段2控制环境工程基础末端治理A冷凝法适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气常作为其它方法的前处理环境工程基础B燃烧法直接燃烧适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气设备：燃烧炉、窑、锅炉温度1100oC左右火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免环境工程基础B燃烧法热力燃烧适于低浓度废气的净化温度低，540～820oC必要条件：温度、停留时间、湍流混合环境工程基础催化氧化净化工艺催化剂：Pt(Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3

等VOCs的催化氧化优点：无火焰燃烧，安全性好温度低：300～450oC，辅助燃料消耗少对可燃组分浓度和热值限制少环境工程基础环境工程基础C吸收（洗涤）法环境工程基础吸收工艺吸收剂的要求对被去除的VOCs有较大的溶解性蒸气压低易解吸化学稳定性和无毒无害性分子量低环境工程基础D吸附法环境工程基础吸附工艺活性炭吸附VOCs的性能最佳亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附环境工程基础E微生物净化原理微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2和H2O工艺环境工程基础生物洗涤塔（悬浮生长系统）环境工程基础生物滴滤塔环境工程基础3.4.6汽车污染及控制简介汽车污染物来源及种类燃料使用——燃料气体挥发HC燃烧过程——碳烟、CO、HC