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1、燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理2008年3月第一章 燃煤及污染物煤炭现主要用于电力、钢铁、化工、水泥建材及民用燃料，其中电厂锅炉及工业锅炉耗煤占70%，尤其是火电厂是我国最大的耗煤行业，其耗煤占全国耗煤量的50%-65%。环境污染治理设施运营资质许可管理办法对大气污染控制资质培训主要内容是燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理大气污染大气污染热电厂热电厂燃煤型污染燃煤型污染介绍：我国的大气污染情况介绍：我国的大气污染情况1997年我国能源消费结构我国煤炭消耗与部分污染物排放我国煤炭消耗与部分污染物排放年分年分 煤炭消耗煤炭消耗 污染物排放污染物排放 （亿吨）（
2、亿吨）（万吨）（万吨）20002000年年 12.45 1995 12.45 1995 二氧化硫二氧化硫20032003年年 16 2158.7 16 2158.7 二氧化硫二氧化硫 1048.7 1048.7 烟尘烟尘 1500 1500 氮氧化合物氮氧化合物全国工业全国工业SOSO2 2、烟尘、粉尘排放量比较烟尘、粉尘排放量比较 2003年大气污染物排放总量又有所上升年大气污染物排放总量又有所上升2003年二氧化硫排放总量年二氧化硫排放总量2220万吨万吨，超环境容量，超环境容量80%万吨万吨火力发电火火电厂是我国控制酸雨和空气污染的电厂是我国控制酸雨和空气污染的关键行业关键行业（2003
3、年数据）年数据）项目项目 总量总量 火电火电装机容量（亿千瓦）装机容量（亿千瓦）3.84 2.863.84 2.86（74.374.3）发电量发电量 （亿千瓦时）（亿千瓦时）19080 1580019080 15800（82.882.8）原煤消耗原煤消耗 （亿吨）（亿吨）16 9 16 9（56.356.3）二氧化硫排放（万吨）二氧化硫排放（万吨）2158.72158.7（工业）（工业）1331.9 1331.9（61.761.7）烟尘排放（万吨）烟尘排放（万吨）1048.7 1048.7（工业）（工业）486.6 486.6（46.446.4）燃煤产生的主要污染物 燃煤产生的主要污染物有烟尘
4、、燃煤产生的主要污染物有烟尘、SO2SO2、NOXNOX和碳氧化物。目前受到排放限制的和碳氧化物。目前受到排放限制的污染物是烟尘、污染物是烟尘、SO2SO2、NOXNOX。烟尘：烟尘：是指冶金过程或燃烧过程中所形是指冶金过程或燃烧过程中所形成的固体微粒。成的固体微粒。硫氧化物（硫氧化物（SOxSOx）主要是主要是SOSO2 2和和SOSO3 3，燃煤和石油产生。，燃煤和石油产生。1t1t煤中含硫煤中含硫5 550kg50kg，1t1t石油中含硫石油中含硫5 530kg30kg。危害：危害：腐蚀性较强；腐蚀性较强；损害植物叶片，影响生长；损害植物叶片，影响生长；刺激呼吸系统，引起肺气肿和支气管炎
5、，致癌作用刺激呼吸系统，引起肺气肿和支气管炎，致癌作用;形成酸雨，生成二次污染物硫酸气溶胶危害更大。形成酸雨，生成二次污染物硫酸气溶胶危害更大。2 2）氮氧化物（）氮氧化物（NoxNox）主要是主要是NONO和和NO2NO2，来自矿物燃料燃烧和化工厂及金，来自矿物燃料燃烧和化工厂及金属冶炼厂排放的废气。属冶炼厂排放的废气。危害：危害：NONO和血红蛋白结合比和血红蛋白结合比COCO亲合力大数百倍亲合力大数百倍;NO2NO2则具有腐蚀性和刺激作用，能损害农作物；则具有腐蚀性和刺激作用，能损害农作物；引起呼吸道疾病；引起呼吸道疾病；形成光化学烟雾和酸雨的主要因素。形成光化学烟雾和酸雨的主要因素。硫
6、酸烟雾硫酸烟雾硫酸烟雾：大气中的硫酸烟雾：大气中的SOSO2 2等硫化物，在有水雾、含等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存大时，发生一系列有重金属的飘尘或氮氧化物存大时，发生一系列化学或光化学反应而生成硫酸盐或硫酸盐气溶胶。化学或光化学反应而生成硫酸盐或硫酸盐气溶胶。硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要比比SOSO2 2气体强烈得多。气体强烈得多。1952.12.51952.12.58 8，英国伦敦烟雾事件。，英国伦敦烟雾事件。2.1 2.1 燃煤工业锅炉燃煤工业锅炉2.1.1 2.1.1 概述概述1.1.锅炉锅炉一种能量转换设备，把
7、燃料中的化学能通过燃烧一种能量转换设备，把燃料中的化学能通过燃烧转换为热能，加热给水，从而产生一定温度和压转换为热能，加热给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽或热水。力的蒸汽或热水。锅炉：锅炉：锅锅盛装水和气并承受压力的部分；盛装水和气并承受压力的部分；炉炉燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的部分；气的部分；附属设备、附件及仪表附属设备、附件及仪表保证锅炉正常运行。保证锅炉正常运行。2.2.锅炉的分类锅炉的分类按用途、烟气的流动、燃料、出厂形式、输出介质、按用途、烟气的流动、燃料、出厂形式、输出介质、水循环方式、吨位、压力、燃烧方式、通风方式、水循环方
8、式、吨位、压力、燃烧方式、通风方式、安装方式分类。安装方式分类。3.3.锅炉常用物理量和状态指标锅炉常用物理量和状态指标锅炉在燃烧和传热过程中状况是由各种物理量来表锅炉在燃烧和传热过程中状况是由各种物理量来表示。示。（1 1）温度）温度热力学温度，符号是热力学温度，符号是“K K”；摄氏温度，符号是；摄氏温度，符号是“”；华氏温度，符号是；华氏温度，符号是“F F”。（2 2）压力）压力帕斯卡，符号是帕斯卡，符号是“PaPa”，锅炉常以，锅炉常以MPaMPa为单位。为单位。锅炉的压力由于水受热汽化为蒸汽后体积膨胀所导致。锅炉的压力由于水受热汽化为蒸汽后体积膨胀所导致。大气压力，符号为大气压力，
9、符号为“atmatm”；表压力表压力是指压力表上的数值，是容器内压力高于或低于是指压力表上的数值，是容器内压力高于或低于大气压的部分；大气压的部分；绝对压力绝对压力指实际压力，数值等于表压力加大气压力。指实际压力，数值等于表压力加大气压力。（3 3）热量）热量热量是指物体吸收或放出热的数量，用符号热量是指物体吸收或放出热的数量，用符号QQ。焦耳，用符号焦耳，用符号“J J”表示、表示、kJkJ为单位。焦耳是法定计量为单位。焦耳是法定计量单位，卡是非法定计量单位。单位，卡是非法定计量单位。（4 4）蒸发量）蒸发量(出力出力)对于热水炉来讲就是锅炉生产热水放出的热量，单位为对于热水炉来讲就是锅炉生
10、产热水放出的热量，单位为kJkJh h；采用法定计量单位制后，热水锅炉的出力，改；采用法定计量单位制后，热水锅炉的出力，改用热功率表示，单位为用热功率表示，单位为MW/hMW/h。2.2、锅炉分类可以从不同角度出发对锅炉进行分类：1.按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。2.按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。3.按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上，蒸发量大于100th的锅炉为大型锅炉，蒸发量20100th的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于20th的锅炉为小型锅炉。4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p2.5MPa）、中压锅炉（2.5MPp5.9MP
11、a）、高压锅炉（p9.8MPa）、超高压锅炉（p13.7MPa）等。5.按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。6.按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。7.按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。2.3 锅炉结构锅炉的结构，是根据所给定的蒸发量或热功率、工作压力、蒸汽温度或额定进出口水温，以及燃料特性和燃烧方式等参数，并遵循蒸汽锅炉安全技术监察规程、热水锅炉安全技术监察规程及锅炉受压元件强度计算标准等有关规定确定的。一台合格的锅炉，不论属于那种形式，都应满足“安全运行，高效低耗，消烟除尘，保产保暖”的基本要求
12、。2.4 锅炉型号一、燃煤、燃油、燃气、生物持锅炉型号一、燃煤、燃油、燃气、生物持锅炉型号（一）型号：按JB/T1626-92工业锅炉产品型号编制方法规定，锅炉号由三部分组成，各部分之间用短横线相连，如下面式样表示二、电站锅炉型号二、电站锅炉型号 2.12.1燃料的分类燃料的分类燃料燃料指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。按按来源来源：天然燃料和加工燃料：天然燃料和加工燃料 ；按按物态物态：固体燃料、液体燃料和气体燃料：固体燃料、液体燃料和气体燃料 ；按按使用多少使用多少：常规燃料和非常规燃料：常规燃料和非常规燃料 ；2.1.12.1.1固体燃料
13、固体燃料天然固体燃料：矿物燃料天然固体燃料：矿物燃料(煤煤)、生物质燃料、生物质燃料(林木林木)。煤的主要组成和元素：煤的主要组成和元素：CC、H H、OO、N N、S S及一些非可及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。燃性矿物如灰分和水分等。碳碳是煤发热主要来源，是煤发热主要来源，32700kJ/kg32700kJ/kg碳。碳。煤含煤含氢氢3%3%5%5%，结合氢结合氢和氧结合成稳定化合物不能和氧结合成稳定化合物不能燃烧，燃烧，可燃氢可燃氢与碳、硫结合成有机物。与碳、硫结合成有机物。灰分灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。煤中的煤中的硫分硫分有无机硫（硫铁
14、矿和硫酸盐）和有机硫（硫有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。醇、硫醚等）两种形态。分为低硫煤（分为低硫煤（1.5%1.5%）、中硫煤（）、中硫煤（1.5%1.5%2.4%2.4%）、高）、高硫煤（硫煤（2.4%4%4%）。）。2.1.2 2.1.2 液体燃料液体燃料天然液体燃料主要指天然液体燃料主要指石油石油，人工液体燃料指汽油、煤油、，人工液体燃料指汽油、煤油、柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。燃料乙醇燃料乙醇是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉米是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉米等陈化粮的转化问题。乙醇几
15、乎能够完全燃烧，不会产等陈化粮的转化问题。乙醇几乎能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的排放。生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的排放。水煤浆水煤浆由由70%70%的煤、的煤、30%30%水及少量化学添加剂制成。浆水及少量化学添加剂制成。浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。2.1.3 2.1.3 气体燃料气体燃料气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石油气油气(LPG)(LPG)、裂化
16、石油气和焦炉煤气。、裂化石油气和焦炉煤气。天然气天然气的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，还有少量的还有少量的COCO2 2、N N2 2、OO2 2、H H2 2S S和和COCO等。等。液化石油气液化石油气的主要成分是的主要成分是CC2 2、CC3 3 和和CC4 4组分，输送组分，输送和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居民生活和汽车等燃料。民生活和汽车等燃料。裂化石油气裂化石油气是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，将石油和重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。将石油和
17、重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。焦炉煤气焦炉煤气是炼焦生产的副产物，主要成分是是炼焦生产的副产物，主要成分是H H2 2、CHCH4 4和和COCO，还有少量的，还有少量的N N2 2、COCO2 2，广泛用作工业和，广泛用作工业和民用燃料。民用燃料。2.2 2.2 燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程2.2.12.2.1燃烧及燃烧产物燃烧及燃烧产物燃烧是燃烧是可燃混合物的快速氧化可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是多数化石燃料完全燃烧的产物是COCO2 2、
18、水蒸汽；、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、不完全燃烧过程将产生黑烟、COCO等。等。若燃料中含若燃料中含S S、N N会生成会生成SOSO2 2和和NOxNOx。燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物。机物。2.2.2 2.2.2 燃烧产生污染物的机制燃烧产生污染物的机制2.2.2.1 2.2.2.1 硫氧化物的形成机制硫氧化物的形成机制硫氧化物是指硫氧化物是指SOSO2 2和和SOSO3 3。当燃料中的可燃性硫进行。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了燃烧
19、时，就生成了SOSO2 2。元素硫燃烧元素硫燃烧 S +OS +O2 2 =SO =SO2 2 硫化物硫燃烧硫化物硫燃烧 SOSO2 2 +1/2O +1/2O2 2 =SO =SO3 3 4FeS 4FeS2 2 +11O +11O2 2 =2Fe =2Fe2 2OO3 3+8SO+8SO2 2 SO SO2 2 +1/2O +1/2O2 2 =SO =SO3 3（1%1%5%5%）有机硫有机硫CHCH3 3CHCH2 2SCHSCH2 2CHCH3 3HH2 2S+2HS+2H2 2+2C+C+2C+C2 2H H4 4 H H2 2S+3OS+3O2 2 =2SO =2SO2 2+2H+
20、2H2 2OO SO SO2 2+1/2O+1/2O2 2 =SO =SO3 3一般主要生成一般主要生成SOSO2 2，SOSO3 3可忽略。可忽略。2.2.2.2 2.2.2.2 氮氧化物的形成机制氮氧化物的形成机制大气中的大气中的NOx90%NOx90%以上产生于燃烧过程。以上产生于燃烧过程。1.1.热力型热力型NOxNOx热力型热力型NOxNOx是高温燃烧时是高温燃烧时N N2 2和和OO2 2反应生成的反应生成的NOxNOx；与与燃烧温度燃烧温度、氧气的浓度氧气的浓度及气体在高温区的及气体在高温区的停留时停留时间间有关。有关。燃烧温度低于燃烧温度低于13001300时，只有少量时，只有
21、少量NONO生成，燃烧生成，燃烧温度高于温度高于1500 1500 时，时，NONO的生成量显著增加。的生成量显著增加。N N2 2 +O +O2 2 =2NO=2NO 2NO +O 2NO +O2 2 =2NO =2NO2 2减少热力型减少热力型NOxNOx的生成量的生成量措施措施：降低燃烧温度，减：降低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。2.2.燃料型燃料型NOxNOx燃料型燃料型NOxNOx燃料中有机氮经过化学反应生成的燃料中有机氮经过化学反应生成的NOxNOx。燃料型燃料型NOxNOx的的发生机制发生机制：一般认为，燃料中的氮化：
22、一般认为，燃料中的氮化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成生成NONO。燃料中的氮经过燃烧约有燃料中的氮经过燃烧约有20%20%70%70%转化成燃料型转化成燃料型NOxNOx，主要是，主要是NONO，在一般锅炉烟道气中只有不到，在一般锅炉烟道气中只有不到10%10%的的NONO氧化成氧化成NONO2 2。旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOxNOx，热力型，热力型NOxNOx生成量也增加，限制了使用。生成量也增加，限制了使用。2.2.2.3 2.2.2.3 颗粒污染物的形成机制颗粒
23、污染物的形成机制燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。1.1.燃煤粉尘的形成燃煤粉尘的形成煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合物而产生黑烟。多环化合物而产生黑烟。随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为随烟气一起排出的固体颗粒物一般都
24、称为飞灰飞灰，包括，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。的炭黑等。2.2.气、液燃料燃烧形成的碳粒子气、液燃料燃烧形成的碳粒子气态燃料燃烧的颗粒污染物为气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳积碳，液态燃料高温分，液态燃料高温分解形成颗粒污染物为解形成颗粒污染物为结焦结焦和和煤胞煤胞。2.2.3 2.2.3 燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件1 1）空气条件空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2 2）温度条件温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。：只有达到着火温度，才能与氧化合而
25、燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表度。各种燃烧的着火温度见表2-2 2-2，P26P26。3 3）时间条件时间条件燃料在燃烧室中的停留时间影响燃烧完全的程度。燃料在燃烧室中的停留时间影响燃烧完全的程度。反应速度随温度升高而加快，反应速度随温度升高而加快，TTt t。4 4）燃烧与空气的混合条件燃烧与空气的混合条件燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因素：在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四
26、个因素：空气与燃料之比空气与燃料之比、温度温度(temperature)(temperature)、时间时间(time)(time)和和湍湍流流(torrent)(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的，后三者通常称为燃烧过程的“三三T T”。2.2.3 2.2.3 发热量与热损失发热量与热损失 1.1.发热量发热量单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下同情况下(通常指通常指298K298K和和101325Pa)101325Pa)的热量变化值，称为的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是燃料的发热量，单位是kJkJkgkg，或
27、，或KJKJm3m3。2.2.热损失热损失(1)(1)排烟热损失排烟热损失排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%6%12%12%。减少措施：减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取烟温度取433433473K473K，大中型锅炉取，大中型锅炉取383383453K453K。(2)(2)不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的：烟气中残留的COCO及少量的及少量的H H2 2、CHCH4 4等可燃气体。等可燃气体。机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失：
28、灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。带走的碳产生的热损失。2.3.1 2.3.1 锅炉用的燃料与燃烧过程锅炉用的燃料与燃烧过程1.1.煤的分类煤的分类褐煤、烟煤、无烟煤，还有贫煤、石煤和煤矸石等。褐煤、烟煤、无烟煤，还有贫煤、石煤和煤矸石等。2.2.煤的燃烧煤的燃烧煤从进入锅炉起至燃烧完毕分几个阶段：煤从进入锅炉起至燃烧完毕分几个阶段：预热干燥。预热干燥。105105左右时，水分蒸发。左右时，水分蒸发。干馏。干馏。300300左右时，挥发物不断析出并与空气混合，左右时，挥发物不断析出并与空气混合，开始燃烧。开始燃烧。固定碳的燃烧。挥发物燃烧后，炉膛温度不
29、断升高，固定碳的燃烧。挥发物燃烧后，炉膛温度不断升高，固定碳逐渐点燃。固定碳逐渐点燃。煤中的固定碳燃烬后，剩下的便是灰渣。煤中的固定碳燃烬后，剩下的便是灰渣。煤燃烧后主要产物：煤燃烧后主要产物：烟气、烟尘和灰渣。烟气、烟尘和灰渣。2.3 2.3 燃烧设备简介燃烧设备简介根根据据燃燃料料在在炉炉内内的的燃燃烧烧方方式式不不同同分分四四种种：火火床床燃燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。链条炉示意图链条炉示意图 振动炉排炉示意图振动炉排炉示意图 旋风燃烧炉示意图旋风燃烧炉示意图2.4 2.4 洁净燃烧技术洁净燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：燃煤脱硫技术可划分为：1.
30、1.燃烧前脱硫燃烧前脱硫原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。煤的洗选技术、煤的转化。煤的洗选技术、煤的转化。2.2.燃烧中脱硫燃烧中脱硫在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸盐，随炉渣排除。化为硫酸盐，随炉渣排除。型煤固硫及流化床燃烧脱硫。型煤固硫及流化
31、床燃烧脱硫。3.3.燃烧后脱硫燃烧后脱硫 烟气脱硫。烟气脱硫。2.4.12.4.1燃烧前脱硫燃烧前脱硫1.1.洗煤技术洗煤技术洗煤洗煤又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低4040一一9090，含灰分降低，含灰分降低5050一一8080。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选
32、法。重力洗选：重力洗选：利用煤与杂质密度不同进行机械分离。利用煤与杂质密度不同进行机械分离。硫的净化效率硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。有机硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，含量。有机硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。淘汰分选原理图淘汰分选原理图跳汰式洗煤机入洗粒度入洗粒度30mm30mm；筛板槽框宽筛板槽框宽18mm18mm；跳汰面积：跳汰面积：3.6m23.6m2；水压：水压：0.8-10.8-1公斤公斤/平方厘米；用水量平方厘米；用水量150150吨吨/小时小
33、时 处理煤泥设备和压处理煤泥设备和压滤机配套使用浓缩滤机配套使用浓缩机机，即可提高洗煤即可提高洗煤机产量、又解决了机产量、又解决了环保问题。环保问题。新的脱硫方法新的脱硫方法浮选法浮选法：用于处理粒径小于：用于处理粒径小于0.5mm0.5mm的煤粉，利用煤与的煤粉，利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。高梯度磁分离法：高梯度磁分离法：利用煤与黄铁矿的磁性不同利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁黄铁矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离，将黄铁矿分离去除，脱硫效率约去除，脱硫效率约6060。化学氧化脱硫法：化学氧化脱硫法：将煤
34、破碎后与硫酸铁溶液混合，在将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器中加热至反应器中加热至120120左右，硫酸铁与黄铁矿反应生左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和成硫酸亚铁和S S，通人，通人OO2 2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。微波辐射法微波辐射法 ：煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应用。还没在工业上应用。2.煤的转化煤的转化煤煤炭炭的的转转
35、化化主主要要是是气气化化、液液化化，对对煤煤进进行行脱脱硫硫或或加加氢氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.A.煤的气化煤的气化煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、COCO2 2和水和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产出不同组分、不同热值的煤气。产出不同组分、不同热值的煤气。煤的气化技术发展很快：第一代干式排灰气化；第二煤的气化技术发展很快：第一代干式排灰气化；第二代液态排渣气化；第三代实验阶段的煤催化气化。代液态排渣气化；第三代实验
36、阶段的煤催化气化。原理：原理：在氧气不足时，在氧气不足时，CC与与OO2 2反应可以生成反应可以生成COCO。若将炽热的煤与水蒸气反应，就生成中热值焦炉煤气，若将炽热的煤与水蒸气反应，就生成中热值焦炉煤气，即所谓的即所谓的水煤气水煤气。煤气化系统由煤的预处理、气化、清洗和优化组成。煤气化系统由煤的预处理、气化、清洗和优化组成。煤气主要是煤气主要是H H2 2、COCO、CHCH4 4等，硫以等，硫以H H2 2S S形式存在。生产形式存在。生产出煤气中出煤气中H H2 2S S含量几百到几千含量几百到几千mg/mmg/m3 3。大型煤气厂先用湿法洗涤脱除大部分大型煤气厂先用湿法洗涤脱除大部分H
37、 H2 2S S，再用干法吸再用干法吸附和催化转化去除其余部分。小型煤气厂一般用氧化铁附和催化转化去除其余部分。小型煤气厂一般用氧化铁法脱除法脱除H H2 2S S。B.B.煤的液化煤的液化煤的液化指在一定条件下使煤转化为有机液体燃料。煤的液化指在一定条件下使煤转化为有机液体燃料。直接液化直接液化：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。间接液化间接液化：煤气化转化成合成气（：煤气化转化成合成气（CO+HCO+H2 2），），再催化再催化合成液体燃料。合成液体燃料。煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度CODCOD，要求大要求
38、大规模水处理设施。规模水处理设施。3.型煤固硫型煤固硫型煤：型煤：使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度均匀的固体型块。度均匀的固体型块。型煤固硫：型煤固硫：选用不同煤种、以无粘结剂法或以沥青选用不同煤种、以无粘结剂法或以沥青等粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直等粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压制成型。接压制成型。美国型煤加石灰固硫率达美国型煤加石灰固硫率达87%87%，烟尘减少，烟尘减少60%60%；日；日本蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达本蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达70%80%70%80%，脱硫，脱硫费用仅为选煤的费用仅为选煤的8
39、%8%。民用蜂窝煤民用蜂窝煤和煤球和煤球加石灰固硫率可达加石灰固硫率可达50%50%以上，工以上，工业锅炉型煤加石灰固硫意义重大。业锅炉型煤加石灰固硫意义重大。固硫剂固硫剂一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。成型设备成型设备多采用多采用单螺杆挤压成型机单螺杆挤压成型机和和对辊成型机对辊成型机。压球机蜂窝煤机4.4.重油脱硫重油脱硫常常用用方方法法：在在钼钼、钴钴和和镍镍等等的的金金属属氧氧化化物物催催化化剂剂作作用用下下，通通过过高高压压加加氢氢反反应应，加加断断碳碳与与硫硫的的化化合合键键，以以氢氢置置换换出出碳碳，同同时时氢氢与与硫硫作作用用形形成成
40、H H2 2S S，从重油中分离出来。从重油中分离出来。重油脱硫的困难重油脱硫的困难:（1 1）要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。）要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。（2 2）产生新的产物：固、液、气态物。）产生新的产物：固、液、气态物。2.4.2 2.4.2 燃烧中脱硫燃烧中脱硫在我国主要采用的技术有两种：炉内喷钙技术和循在我国主要采用的技术有两种：炉内喷钙技术和循环流化床燃烧脱硫技术。环流化床燃烧脱硫技术。1.1.炉内喷钙脱硫炉内喷钙脱硫炉内喷钙脱硫：炉内喷钙脱硫：煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而达到脱除烟气中二氧化硫目的。达到脱除烟气中二氧化硫目的。特点：特点
41、：投资小、工艺简单、易操作、占地省。投资小、工艺简单、易操作、占地省。（1 1）炉内喷钙技术原理）炉内喷钙技术原理钙基脱硫剂：主要为石灰石钙基脱硫剂：主要为石灰石(CaCO(CaCO3 3)、熟石灰熟石灰(Ca(OH)(Ca(OH)2 2)、白云石白云石(CaCO(CaCO3 3-MgCO-MgCO3 3)。煅烧反应为：煅烧反应为：CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+CO2 2影响煅烧反应和脱硫率的主要因素影响煅烧反应和脱硫率的主要因素微孔结构微孔结构比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布；比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布；比表面积及空隙率：白云石最大，比表面积及空隙率：白云石最大，Ca(
42、OH)Ca(OH)2 2次之，次之，CaCOCaCO3 3 为最小。为最小。煅烧产物煅烧产物CaOCaO与与SOSO2 2 可发生如下的反应：可发生如下的反应：CaO+SOCaO+SO2 2CaSOCaSO3 3 CaSO CaSO3 3+1/2CaO+1/2CaO2 2CaSOCaSO4 4CaOCaO对对SOSO2 2的吸收包括如下几个过程：的吸收包括如下几个过程：1 1）SOSO2 2 从主气流向颗粒外表面转移的气相传质；从主气流向颗粒外表面转移的气相传质；2 2）SOSO2 2在多孔介质内的扩散；在多孔介质内的扩散；3 3）SOSO2 2在孔壁上的吸附；在孔壁上的吸附；4 4）SOSO
43、2 2与与CaOCaO的化学反应以及产物层的形成；的化学反应以及产物层的形成；5 5）SOSO2 2通过产物层向未反应通过产物层向未反应CaOCaO表面的扩散。表面的扩散。（2 2）炉内喷钙脱硫技术的现状）炉内喷钙脱硫技术的现状炉内喷钙脱硫在煤粉炉炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因未广泛应用的原因：炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结，表面积快速减炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结，表面积快速减少，反应活性和反应速率降低；少，反应活性和反应速率降低；当温度超过当温度超过13001300时，所产生的产物时，所产生的产物CaSOCaSO4 4 易于易于分解成分解成CaOCaO和和SOSO2 2；脱硫率较低脱硫
44、率较低(1030)%)(1030)%)新的研究进展新的研究进展提高吸收剂的活性，改善提高吸收剂的活性，改善SOSO2 2的扩散过程；的扩散过程；以有机钙盐代替石灰石；以有机钙盐代替石灰石；以有机固体废弃物和石灰制备有机钙混合物。以有机固体废弃物和石灰制备有机钙混合物。优点：优点：有机钙具有一定的热值，能降低锅炉的煤耗；有机钙具有一定的热值，能降低锅炉的煤耗；改变吸收剂喷入位置，避免吸收剂的烧结失活。改变吸收剂喷入位置，避免吸收剂的烧结失活。2.2.流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动。时，煤粒
45、将开始浮动。流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。到重视。原理：原理：流流化化床床燃燃烧烧是是一一低低温温燃燃烧烧过过程程。炉炉内内存存在在局局部部还还原原气气氛，热型氛，热型NoxNox基本上不产生，因而基本上不产生，因而NOxNOx生成量减少。生成量减少。流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂常用的脱硫剂是石灰石或白云石。是石灰石或白云石。石石灰灰石石粉粉碎碎至至与与煤煤同同样样的的粒粒度度（2mm2mm左左右右）与与煤煤同同时时加加入入炉炉内内。在在1073107311731173K K下下燃燃烧烧，CaOCaO为为多多孔孔
46、，达固硫目的。达固硫目的。流化锅炉分为流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉（鼓泡流化床锅炉（FBC）和和循循环流化床锅炉（环流化床锅炉（CFB）。鼓泡流化床锅炉：鼓泡流化床锅炉：在分布板区有较大的空隙在分布板区有较大的空隙率和细小气泡，气泡上升过程中反复发生聚率和细小气泡，气泡上升过程中反复发生聚并和分裂，泡径随之增大，直到床面破裂。并和分裂，泡径随之增大，直到床面破裂。循环流化床锅炉：循环流化床锅炉：无明显的气泡，断面空隙无明显的气泡，断面空隙率大，高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛率大，高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛内循环利用。内循环利用。鼓泡流化床锅炉燃烧鼓泡流化床锅炉（FBC）炉膛鼓泡流化床锅炉
47、系统循环流化床锅炉的炉膛（CFB）典型的流化床锅炉示意图典型的流化床锅炉示意图1.1.原煤仓；原煤仓；2.2.石灰石仓；石灰石仓；3.3.二次风；二次风；4.4.一次风一次风;5.;5.燃烧室燃烧室;6.;6.旋风分离器旋风分离器;7.;7.外置流化床热交换器外置流化床热交换器;8.;8.控制阀控制阀;9.;9.对流竖井对流竖井;10.;10.除尘器除尘器;11;11引风机引风机.;12.;12.汽轮发电机汽轮发电机;13.;13.烟囱烟囱最新循环流化床回转式空预器流化床燃烧特点：流化床燃烧特点：强化气固两相的热量和质量交强化气固两相的热量和质量交换，有利于燃料燃烧。不仅适用于煤燃烧，还可换，
48、有利于燃料燃烧。不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；延长燃料的停留时间；延长燃料的停留时间；料层蓄热量大，新煤易着火燃烧。料层蓄热量大，新煤易着火燃烧。循环流化床炉内燃烧温度保持在循环流化床炉内燃烧温度保持在900900左右，有利左右，有利于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉锅炉12001200有优势。有优势
49、。从工业运行的经验来看，炉内钙从工业运行的经验来看，炉内钙/硫摩尔比在硫摩尔比在1.8-1.8-2.52.5时，脱硫效率可以达到时，脱硫效率可以达到90%90%以上。以上。8.1.3 8.1.3 锅炉的消烟除尘脱硫技术锅炉的消烟除尘脱硫技术1.1.燃煤添加剂助燃消烟技术燃煤添加剂助燃消烟技术 燃煤添加剂消烟节能效果显著，还起到脱硫作用。燃煤添加剂消烟节能效果显著，还起到脱硫作用。（1 1）原理）原理炉膛内部有富氧区和贫氧区，贫氧区燃料燃烧不完全。炉膛内部有富氧区和贫氧区，贫氧区燃料燃烧不完全。燃料中加入添加剂，在高温状态下添加剂能离解出铁离子燃料中加入添加剂，在高温状态下添加剂能离解出铁离子起
50、到催化助燃的作用，使燃料充分燃烧，并消烟节能。起到催化助燃的作用，使燃料充分燃烧，并消烟节能。燃料充分燃烧，炉膛温度升高，煤粉燃烧后变成熔融状态，燃料充分燃烧，炉膛温度升高，煤粉燃烧后变成熔融状态，颗粒状物质互相碰撞、粘结，形成较大的颗粒，沉降到炉颗粒状物质互相碰撞、粘结，形成较大的颗粒，沉降到炉膛继续燃烧，减少煤粉被气流带走而膛继续燃烧，减少煤粉被气流带走而消烟消烟；添加剂中含有钙镁等碱性物质，煤中添加剂中含有钙镁等碱性物质，煤中硫氧化物生成钙镁硫硫氧化物生成钙镁硫酸盐酸盐固化在灰渣中。固化在灰渣中。（2 2）适用范围）适用范围燃煤添加剂适用于一切燃煤锅炉和窑炉。燃煤添加剂适用于一切燃煤锅炉