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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,大气污染,热电厂燃煤型污染,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,年分 煤炭消耗 污染物排放（亿吨）（万吨）2000年 12.45 1995 二氧化硫2003年 16 2158.7 二氧化硫 1048.7 烟尘 1500 氮氧化合物,全国工业SO2、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,2003年二氧化硫排放总量2220万吨，超环境容量80%,万吨,火力发电,火电厂是我国控制酸雨和空气污染的关键行业（2003年数据）,项目 总量 火电装机容量（亿千瓦）3.84 2.86（74.3）发电量（亿千瓦时）19080 15800（82.8）原煤消耗（亿吨）16 9（56.3）二氧化硫排放（万吨）2158.7（工业）1331.9（61.7）烟尘排放（万吨）1048.7（工业）486.6（46.4）,燃煤产生的主要污染物,燃煤产生的主要污染物有烟尘、SO2、NOX和碳氧化物。目前受到排放限制的污染物是烟尘、SO2、NOX。烟尘：是指冶金过程或燃烧过程中所形成的固体微粒。,硫氧化物（SOx）主要是SO2和SO3，燃煤和石油产生。1t煤中含硫550kg，1t石油中含硫530kg。危害：腐蚀性较强；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，致癌作用;形成酸雨，生成二次污染物硫酸气溶胶危害更大。,2）氮氧化物（Nox）主要是NO和NO2，来自矿物燃料燃烧和化工厂及金属冶炼厂排放的废气。危害：NO和血红蛋白结合比CO亲合力大数百倍;NO2则具有腐蚀性和刺激作用，能损害农作物；引起呼吸道疾病；形成光化学烟雾和酸雨的主要因素。,硫酸烟雾硫酸烟雾：大气中的SO2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，要比SO2气体强烈得多。8，英国伦敦烟雾事件。,2.1 燃煤工业锅炉2.1.1 概述1.锅炉一种能量转换设备，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力的蒸汽或热水。锅炉：锅盛装水和气并承受压力的部分；炉燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的部分；附属设备、附件及仪表保证锅炉正常运行。,2.锅炉的分类按用途、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、安装方式分类。3.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示。（1）温度热力学温度，符号是“K”；摄氏温度，符号是“”；华氏温度，符号是“F”。（2）压力帕斯卡，符号是“Pa”，锅炉常以MPa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。大气压力，符号为“atm”；表压力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；绝对压力指实际压力，数值等于表压力加大气压力。（3）热量热量是指物体吸收或放出热的数量，用符号Q。焦耳，用符号“J”表示、kJ为单位。焦耳是法定计量单位，卡是非法定计量单位。（4）蒸发量(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kJh；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MW/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（2.5MPp5.9MPa）、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。,2.4 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,2.1燃料的分类燃料指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。按来源：天然燃料和加工燃料；按物态：固体燃料、液体燃料和气体燃料；按使用多少：常规燃料和非常规燃料；固体燃料天然固体燃料：矿物燃料(煤)、生物质燃料(林木)。煤的主要组成和元素：C、H、O、N、S及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。碳是煤发热主要来源，32700kJ/kg碳。煤含氢3%5%，结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧，可燃氢与碳、硫结合成有机物。灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。,煤中的硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。分为低硫煤（4%）。2.1.2 液体燃料天然液体燃料主要指石油，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。燃料乙醇是替代（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。水煤浆由70%的煤、30%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，具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。,2.1.3 气体燃料气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石油气(LPG)、裂化石油气和焦炉煤气。天然气的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，还有少量的CO2、N2、O2、H2S和CO等。液化石油气的主要成分是C2、C3 和C4组分，输送和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居民生活和汽车等燃料。裂化石油气是用水蒸气、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。焦炉煤气是炼焦生产的副产物，主要成分是H2、CH4和CO，还有少量的N2、CO2，广泛用作工业和民用燃料。,2.2 燃料的燃烧过程燃烧及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，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化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx。燃烧产生的污染物：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机物。,2.2.2 燃烧产生污染物的机制2.2.2.1 硫氧化物的形成机制硫氧化物是指SO2和SO3。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了SO2。元素硫燃烧 S+O2=SO2 硫化物硫燃烧 SO2+1/2O2=SO3 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 SO2+1/2O2=SO3（1%5%）有机硫CH3CH2SCH2CH3H2S+2H2+2C+C2H4 H2S+3O2=2SO2+2H2O SO2+1/2O2=SO3一般主要生成SO2，SO3可忽略。,2.2.2.2 氮氧化物的形成机制大气中的NOx90%以上产生于燃烧过程。1.热力型NOx热力型NOx是高温燃烧时N2和O2反应生成的NOx；与燃烧温度、氧气的浓度及气体在高温区的停留时间有关。燃烧温度低于1300时，只有少量NO生成，燃烧温度高于1500 时，NO的生成量显著增加。N2+O2=2NO 2NO+O2=2NO2减少热力型NOx的生成量措施：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。,2.燃料型NOx燃料型NOx燃料中有机氮经过化学反应生成的NOx。燃料型NOx的发生机制：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，然后再经氧化生成NO。燃料中的氮经过燃烧约有20%70%转化成燃料型NOx，主要是NO，在一般锅炉烟道气中只有不到10%的NO氧化成NO2。旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOx，热力型NOx生成量也增加，限制了使用。,2.2.2.3 颗粒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的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。1.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飞灰，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。2.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积碳，液态燃料高温分解形成颗粒污染物为结焦和煤胞。,2.2.3 燃料完全燃烧的条件1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表2-2，P26。3）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。反应速度随温度升高而加快，Tt。4）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。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：空气与燃料之比、温度(temperature)、时间(time)和湍流(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的“三T”。,2.2.3 发热量与热损失 1.发热量单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下(通常指298K和101325Pa)的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是kJkg，或KJm3。2.热损失(1)排烟热损失排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%12%。减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取433473K，大中型锅炉取383453K。(2)不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的CO及少量的H2、CH4等可燃气体。机械不完全燃烧热损失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。,2.3.1 锅炉用的燃料与燃烧过程1.煤的分类褐煤、烟煤、无烟煤，还有贫煤、石煤和煤矸石等。2.煤的燃烧煤从进入锅炉起至燃烧完毕分几个阶段：预热干燥。105左右时，水分蒸发。干馏。300左右时，挥发物不断析出并与空气混合，开始燃烧。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。煤中的固定碳燃烬后，剩下的便是灰渣。煤燃烧后主要产物：烟气、烟尘和灰渣。,2.3 燃烧设备简介根据燃料在炉内的燃烧方式不同分四种：火床燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。,链条炉示意图,振动炉排炉示意图,旋风燃烧炉示意图,2.4 洁净燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：1.燃烧前脱硫原煤在投入使用前，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。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。煤的洗选技术、煤的转化。2.燃烧中脱硫在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸盐，随炉渣排除。型煤固硫及流化床燃烧脱硫。3.燃烧后脱硫 烟气脱硫。,燃烧前脱硫1.洗煤技术洗煤又称选煤，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。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40一90，含灰分降低50一80。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。重力洗选：利用煤与杂质密度不同进行机械分离。硫的净化效率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，仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。,淘汰分选原理图,跳汰式洗煤机入洗粒度30mm；筛板槽框宽18mm；跳汰面积：3.6m2；水压：0.8-1公斤/平方厘米；用水量150吨/小时,处理煤泥设备和压滤机配套使用浓缩机，即可提高洗煤机产量、又解决了环保问题。,新的脱硫方法浮选法：用于处理粒径小于0.5mm的煤粉，利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。高梯度磁分离法：利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离去除，脱硫效率约60。化学氧化脱硫法：将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器中加热至120左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和S，通人O2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。微波辐射法：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。,2.煤的转化,煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.煤的气化煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，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。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。原理：在氧气不足时，C与O2反应可以生成CO。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。,煤气主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。大型煤气厂先用湿法洗涤脱除大部分H2S，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法脱除H2S。B.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。直接液化：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。间接液化：煤气化转化成合成气（CO+H2），再催化合成液体燃料。煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度COD，要求大规模水处理设施。,3.型煤固硫,型煤：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。型煤固硫：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，经干馏成型或直接压制成型。美国型煤加石灰固硫率达87%，烟尘减少60%；日本蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达70%80%，脱硫费用仅为选煤的8%。民用蜂窝煤和煤球加石灰固硫率可达50%以上，工业锅炉型煤加石灰固硫意义重大。固硫剂一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。成型设备多采用单螺杆挤压成型机和对辊成型机。,压球机,蜂窝煤机,4.重油脱硫常用方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。重油脱硫的困难:（1）要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。（2）产生新的产物：固、液、气态物。,2.4.2 燃烧中脱硫在我国主要采用的技术有两种：炉内喷钙技术和循环流化床燃烧脱硫技术。1.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达到脱除烟气中二氧化硫目的。特点：投资小、工艺简单、易操作、占地省。（1）炉内喷钙技术原理钙基脱硫剂：主要为石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3-MgCO3)。煅烧反应为：CaCO3CaO+CO2,影响煅烧反应和脱硫率的主要因素微孔结构比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布；比表面积及空隙率：白云石最大，Ca(OH)2次之，CaCO3 为最小。煅烧产物CaO与SO2 可发生如下的反应：CaO+SO2CaSO3 CaSO3+1/2CaO2CaSO4CaO对SO2的吸收包括如下几个过程：1）SO2 从主气流向颗粒外表面转移的气相传质；2）SO2在多孔介质内的扩散；3）SO2在孔壁上的吸附；4）SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成；5）SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散。,（2）炉内喷钙脱硫技术的现状炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因：炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结，表面积快速减少，反应活性和反应速率降低；当温度超过1300时，所产生的产物CaSO4 易于分解成CaO和SO2；脱硫率较低(1030)%)新的研究进展提高吸收剂的活性，改善SO2的扩散过程；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。优点：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。,2.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时，煤粒将开始浮动。流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。原理：流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型Nox基本上不产生，因而NOx生成量减少。流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。石灰石粉碎至与煤同样的粒度（2mm左右）与煤同时加入炉内。在10731173K下燃烧，CaO为多孔，达固硫目的。,流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉（FBC）和循环流化床锅炉（CFB）。鼓泡流化床锅炉：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并和分裂，泡径随之增大，直到床面破裂。循环流化床锅炉：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,鼓泡流化床锅炉系统,循环流化床锅炉的炉膛（CFB）,典型的流化床锅炉示意图1.原煤仓；2.石灰石仓；3.二次风；4.一次风;5.燃烧室;6.旋风分离器;7.外置流化床热交换器;8.控制阀;9.对流竖井;10.除尘器;11引风机.;12.汽轮发电机;13.烟囱,最新循环流化床,回转式空预器,流化床燃烧特点：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；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900左右，有利于燃烧过程脱硫。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，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉1200有优势。从工业运行的经验来看，炉内钙/硫摩尔比在时，脱硫效率可以达到90%以上。,8.1.3 锅炉的消烟除尘脱硫技术1.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。（1）原理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，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消烟；添加剂中含有钙镁等碱性物质，煤中硫氧化物生成钙镁硫酸盐固化在灰渣中。（2）适用范围燃煤添加剂适用于一切燃煤锅炉和窑炉。,2选煤技术选煤：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除去以提高煤质量的工艺过程。经选煤后，原煤中的含硫量降低4090，含灰分降低5080。目前研究的选煤方法：物理方法、化学方法和微生物脱硫法。物理方法：重力洗选法、高梯度磁选法和静电分选法等；化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法及化学破碎法。,3.工业型煤推广技术（1）加工及特点工业型煤的加工：原煤经破碎，再按比例添加适量的粘结剂(通常加焦油渣)、固硫剂(如石灰等)和一些其它的添加剂，最后经冷压或热压加工成型。工业型煤形状：椭圆形或管状棒形，具有消烟除尘、节能脱硫效果。工业型煤的特点：透气性好：工业型煤由于其纯度高、粒度均匀、透气性好、氧气分布均匀，所以能燃烧充分，能消烟除尘、节约能源。工业型煤中加入含有钙和镁等碱性物质，在高温下与硫氧化物生成硫酸盐，留在灰渣中而固硫。（2）适用范围在燃煤的锅炉和窑炉均可使用，居民使用，如蜂窝煤。,4.炉体的综合改造技术改进燃烧方式和配备设施来降低烟气黑度减少烟尘浓度。（1）布置前、后拱，强化炉内燃烧改造后的拱型，前拱加长1倍，后拱加长45倍。优点：扩大锅炉对煤种的适应性，减小炉膛含湿量，提高炉温，强化燃烧，延长了烟气流程，使可燃挥发物在炉膛内有充分的停留时间，达到燃料充分燃烧。（2）增加炉排有效面积，保证锅炉出力由于炉排有效面积不够，燃劣质煤炉，设计出力难达到。煤种越差，所需炉排面积越大。2.8MW链条炉，燃用一类烟煤，炉排有效面积6m2；燃用二类烟煤，炉排有效面积5.5m2。（3）系统保证风量供给煤先后经过干燥、干馏着火、燃烧和燃烬等阶段，各区段所需空气量不同。分段送风：干燥区不送风，干馏着火少给风，燃烧区多供风，燃烬区少给风，才能使燃料达到最好程度的燃烧。,5.蒸汽喷射助燃技术助燃器：采用一些帮助使燃料快速并充分燃烧的设备。蒸汽喷射助燃器原理蒸汽喷射助燃器通过特制的狭窄喷嘴向锅炉炉膛内喷射高速的微量饱和蒸汽或过热蒸汽，在炉膛内与炽热的碳接触，产生一定的水煤气，使炉膛温度大大提高。助燃器喷嘴极其狭窄，蒸汽流速可达3070ms，产生一定频率的声波，与高温煤粒相撞，使其破碎为更小的微粒，增加与氧气的接触面积。蒸汽方向与烟气流向对流或旋流，使烟气、蒸汽和颗粒状物质充分搅拌、混合，增加可燃物在炉膛内停留时间。由于助燃器从不同方向向炉膛上方喷射蒸汽，形成一层由蒸汽、空气和烟气混合的气体网幕。被风力吹起的未完全燃烧的细小颗粒，受阻挡和蒸汽喷射影响，继续燃烧。,6.锅炉的科学经济运行管理我国工业锅炉主要燃料是以煤为主，燃烧方式：层式燃烧、悬浮燃烧和沸腾燃烧。（1）层式燃烧层式燃烧：将块粒燃料堆积于炉排上面，从炉排下送入的空气进行混合燃烧。普遍的燃烧方式：手烧炉、链条炉、抛煤机炉、往复炉排炉等。手烧炉排锅炉的科学经济运行管理添煤要“勤、少、快、匀”加煤次数要多；每次加煤少，煤层厚度要小；加煤动作要快，以免冷风进入炉膛多降低炉温，影响燃烧效率；投煤要撒开，煤层平整均匀。,操作要“一看，二快、三要”。当燃烧火焰呈白亮色时，燃烧炽烈，要准备投煤。二快：开关炉门快、投煤快、清除炉渣快。三要：每次投煤要少，煤块颗粒大小要适当，撤煤要薄而匀。合理调整煤层厚度。合理控制煤中水分。采用间断二次风。在加煤周期的前13时间内，直接向炉膛送入二次风，可补充空气，使燃料充分燃烧，提高锅炉的热效率。合理配煤，粒度配比合适。,链条锅炉的科学经济运行管理链条炉排锅炉：通过链带自动加煤、燃烧和排出灰渣的机械化燃烧设备。,采用合理的炉拱：炉拱是将新燃料引燃，促进炉内气流的扰动与混合。炉膛内布置前拱和后拱，燃用劣质煤增设中拱。采用分段送风堵漏风：链条锅炉注意减少漏风。炉墙损坏、看火门、出灰门关闭不严、煤闸板两侧空隙过大都会造成大量冷空气进入炉内，没通过煤层进行化学反应，增加过量空气。合理使用二次风：加强气流扰动和改善混合作用。二次风最好是热风，降低气体和固体不完全燃烧热损失。严格控制燃料的性质：燃煤最好经过筛选，06mm的粉末不应超过50%55，块粒最大的尺寸不应超过40mm，以保证燃尽。沿炉膛宽度保持煤层平整：根据煤种、煤质和颗粒的不同，燃料层厚度一般在100150mm左右。,往复炉排锅炉的科学经济运行管理往复炉排是侧饲式机械化燃烧设备。特点：结构简单、制作方便、节省金属、可烧次煤，消除黑烟效果较好。分倾斜式和水平式两种。往复炉排燃烧情况与链条炉相似，分段送风，如图示。,往复炉排与链条炉排的区别：炉排与煤有相对运动，当活动炉排向后下方推动时，部分新煤被推饲到已经燃着的煤的上方，当活动炉排向前上方返回时又带回一部分已经燃着的煤返到没燃烧的煤底部，对新煤进行加热。合理供煤。不适合烧大块煤，50mm。煤颗粒变化时应适当调整煤闸板，颗粒大、煤层加厚，缩短推煤时间，或用短行程。当燃用煤屑多的煤时，应减薄煤层，水分适当防止结焦；使用强粘结性煤时，煤层减薄在120mm。合理送风。前部第一风室，供风量要少，甚至风门全关；主燃区供风量要大、风门全开；燃尽区视燃料燃烧情况，遇有红火可稍打开后部风门供少量的风，使残煤燃尽，尽量降低过量空气，减少排烟热损失。减少漏风、漏煤,抛煤机炉的科学经济运行管理基本属于层状悬浮燃烧，如图所示。,抛煤机炉正常运行时进入炉膛的煤粒落在炉排上燃烧，而煤屑由于风力的作用在炉膛空间悬浮燃烧。抛煤机炉可任意调整煤的射程。一般不装前后拱，防止气流搅动混合不良，烟气流程短。适当配比煤粒：6mm、613mm和1319mm各占13，保持炉排上火床均匀。严格控制煤的水分：水分8左右。过高易在煤斗中造成闭塞，过少时容易自流。合理分配风量：一次风量占总风量8090%；二次风占总风量l015。增设飞灰回收装置：利用高速喷出的空气流将烟道下部集灰斗收集的飞灰送进炉膛再次燃烧，能减少飞灰损失，有利于烟气与空气混合。,（2）悬浮燃烧煤的悬浮燃烧是预先将煤磨成粉，或是破碎成较小的颗粒，使其与空气混合，通过喷燃器送入炉膛空间在悬浮状态下燃烧，主要设备是煤粉炉，如图所示。,特点：煤粉粒度小，燃烧速度快、炉膛容积大、燃烧效率高、煤种适应性强，但负荷调节性差，适合大容量锅炉。控制煤粉细度和送风量煤粉细度要适当：粗煤粉不易烧透，使飞灰中的含碳量升高，因而降低热效率；细煤粉容易着火和燃烧，但煤粉过细，会增加制粉时的耗电量和对磨煤机的磨损。煤粉炉的送风：一次风和二次风。一次风作用：将煤粉随气流送进炉膛；与煤粉混合均匀。一次风量占总供风量的百分比：无烟煤和贫烟的占2025；烟煤约占2545；褐煤约占4045；煤粉炉二次风比例大，直接送入炉膛，使煤粉完全燃烧。煤粉燃烧时间取决于煤粉细度和挥发份含量，l2s。,保持较高的炉膛温度煤粉在炉膛内停留时间较短，有足够的温度，工业锅炉1200oC左右。堵漏风和防结焦炉膛漏风严重会导致火焰中心偏移，如炉膛底部漏风严重，火焰中心会发生上移，导致燃烧不完全；烟道通风也会使受热面吸热量降低。炉膛结焦能使受热面热负荷不均匀和燃烧不稳定，甚至出现事故，使用二次风、合理布置喷燃器，可防止结焦。,（3）合理解决负荷波动如果蒸汽负荷变化很大，锅炉运行也不会稳定，经济性也必然变差。调整用汽、用热负荷，削峰填谷、交叉开合，使负荷波动趋于平坦。加强供汽用汽之间联系，有准备地适应负荷变化。在高峰负荷来到之前，适当提高锅炉的燃烧热强度。装设蓄热器，适当平衡负荷。提高自动化的程度和水平。提高操作人员的职业技术能力水平，更好地适应燃烧调整规律。,8.2 钢铁工业废气治理8.2.1 钢铁工业的概述1.概况钢铁联合企业工艺流程见教材171页图8-6所示。每生产1吨钢需要耗费67吨原料和燃料，原料和燃料的80%即5吨左右变成废物。2.钢铁工业废气的主要来源原料、燃料运输、装卸、加工过程产生大量含尘废气；焦化生产过程产生粉尘、焦油烟气、蒸汽和有毒气体；烧结生产过程大气的主要污染源，排尘量相当大，还有二氧化硫；炼铁过程产生大量含有氧化铁粉尘的烟气，高炉水冲渣生成浓雾状的蒸汽；炼钢过程排放主要含有氧化铁烟尘的棕褐烟气；铁合成生产产生电炉烟气。,3.钢铁工业废气的特点（1）废气排放量大，污染面广生产每吨钢的废气排放量约20000m3(标准状态)。钢铁企业的废气污染源集中在炼铁、炼钢、烧结、焦化等冶炼工业窑炉，设备集中、规模庞大。（2）烟尘颗粒细，吸附力强多为氧化铁烟尘，1m占多数。由于尘粒细，比表面积大，吸附力强，易成为吸附有害气体的载体。（3）废气温度高，治理难度大冶金窑炉排出的废气温度一般为40010000，最高可达140016000。,由于烟气温度高，对管道材质、构件结构，以及净化设备的选择均有特殊要求；烟气的冷却处理技术难度大，设备投资高；高温烟气中含硫、水、CO，烟气净化处理时必须妥善处理好“露点”及防火、防爆问题。（4）烟气挥发性强，无组织排放多烟气的产生具有阵发性，散发烟气量也不同，波动极大，形成了无组织地通过厂房或天窗外逸。（5）废气具有回收价值高温烟气的余热通过热能回收装置转换为蒸汽或电能；炼焦及炼铁、炼钢过程中产生的煤气，钢铁企业的主要燃料，并可外供使用；各废气净化过程中所收集的尘泥，绝大部分含有氧化铁成分，可回收利用。,4.钢铁废气的危害（1）钢铁厂烟尘多为极细微粒，很强的吸附力。很多有害气体沉积于肺泡中或被吸收到血液、淋巴液中，促成急性或慢性病的发生。采矿、选矿、耐火材料、铁合金铸造等车间排出的含游离二氧化硅粉尘，易患“矽肺”。（2）由硫矿石和含硫燃料的冶炼和燃烧过程中产生的二氧化硫，形成硫酸雾和硫酸盐，直接危害人体健康和农作物生长，并腐蚀金属器材和建筑物。（3）钢铁企业排放的致癌物质，如多环芳羟，主要来自焦化厂、炭素厂、炼钢厂的焦油砖车间、叠轧薄板厂等生产过程。（4）氟污染，来自矿石和萤石，骨筋产生不良影响。,8.2.2 烧结厂废气治理1.烧结厂工艺烧结工艺流程见教材173页图8-7所示。2.废气来源烧结燃料在装卸、混合破碎、筛分和配料生产过程中将产生含尘废气；在混合料系统中将产生水汽一粉尘的共生废气；混合料在烧结时，将产生含有粉尘、烟气、S02和NOx的高温废气；烧结矿在破碎、筛分、冷却、储存和转运的过程中也将产生含尘废气。烧结厂产生废气的量很大，含尘和含N02的浓度很高，所以对大气的污染较严重。,带式烧结机示意图,3.治理技术（1）烧结过程烟尘控制主要发生源烧结机排放的烟气中。机械式除尘器，如旋风或多管旋风除尘器，再加一级干式静电除尘器或布袋除尘器。（2）烧结机烟气中二氧化硫的治理烧结机烧结时产生的烟气，SO2头部和尾部低，中部高。方法：如日本的氨硫铵法、石灰石膏法、钢渣石膏法；前苏联的石灰石法和循环菱镁矿法以及我国的苛性苏打亚硫酸盐法等。以亚硫酸铵溶液作为吸收剂，生成亚硫酸氢铵，它再与焦炉中排出的氨气反应，生成亚硫酸铵。亚硫酸铵又作为吸收剂，再与S02反应。,氨-硫铵法脱硫工艺流程图,8.2.3 炼焦厂废气治理1.炼焦厂工艺流程焦化：以烟煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到9601000，得到焦碳。粗干馏煤气，经过净化和回收的煤气，可供化工合成或作燃料用；回收的化工产品有苯、焦油、氨、酚等。焦化生产过程：煤的配备、炼焦、煤气净化和回收等步骤，焦化生产工艺可分为硫氨工艺和氨水工艺。硫氨工艺：在煤气净化过程中，回收氨并最终生成硫氨，见图8-11。2废气来源焦炉（装煤和出焦）、熄焦塔、焦炉燃料加热燃烧产生的废气；各工艺过程排放的烟尘和废气以及各工艺设备的逸散物。,3治理技术（1）装煤时的烟尘控制采用无烟装炉：在装煤时，炭化室必须造成负压，以免烟气冲出炉外。（2）推焦时的烟尘控制推焦操作的排放物中的固体粒子主要由焦炭粉、未焦化的煤和飞灰组成。每吨推焦的排放物约为0.30.4kg，还含有一定量的焦油和碳氢冷凝物。该控制系统基本上有三个主要部分：焦烟罩：收集从导焦车和熄焦车上部排出的烟气。烟气管道：将收集到的烟气输送到固定的除尘器。,除尘器：通常采用沉降器和湿式洗涤器，缺点是效率低、投资和操作费用都很大。现采用二级净化处理方法，第一级机械式除尘，第二级布袋除尘器或静电除尘器。（3）熄焦时的烟尘控制老工艺采用湿熄焦。水淋到炽热的焦碳上，产生大量蒸汽，蒸汽又带出若干焦粉。干熄焦原理：通过惰性气体（氮气）在密闭系统内循环流动，带走炙热焦碳的显热使之冷却，再由废热锅炉回收惰性气体的热量。,炼焦炉出焦时的烟尘污染,8.2.4 炼铁厂废气治理1.工艺流程炼铁：把经过处理的铁矿石（烧结料）和燃料，按一定比例分批加到高炉中，进行熔炼，获得产品生铁和副产品炉渣，其工艺流程见图8-12和图8-13。炼铁原料：铁矿石、熔剂、燃料，冶炼一吨生铁需要1.52.0吨铁矿石。熔剂：常用溶剂为碱性物质，有石灰石（CaCO3）、消石灰Ca(OH)2、生石灰（CaO）及白云石（含CaO及MgO）等。熔剂作用：冶炼时降低脉石和焦碳灰分的熔点，形成易与铁分离的炉渣，将铁水和脉石分离，一般每吨生铁要用0.20.4吨熔剂。,燃料：焦碳和煤气。作用：发热剂，供给冶炼时需要的热量；还原剂，提供CO、碳、氢等还原剂；作料柱的骨架，起支撑和透气作用。每吨生铁需要0.40.6吨焦炭。此外还用喷吹燃料，常用的有无烟煤粉、渣油、天然气。2.废气来源 高炉原料、燃料及辅助原料的运输、筛分、转运过程中将产生粉尘；在高炉出铁时将产生一些有害废气，该废气主要包括粉尘、CO、SO2和H2S等污染物；高炉煤气的放散及铸铁机铁水浇铸时产生含尘废气和石墨碳的废气。,3.治理技术（1）炉前矿槽的除尘解决高炉烧结矿、焦炭、杂矿等原料和燃料在运输、转运、卸料、给料及上料时产生的有害粉尘。根本措施：严格控制高炉原料燃料的含粉量，特别是烧结矿的含粉量。针对不同产尘点的设备设置密封罩和抽风除尘系统。输送带转运点采取局部密封罩、振动筛采用整体密封罩、在上料小车的料坑处采用大容量密封罩，可采用袋式除尘器等。（2）高炉出铁场除尘高炉在开炉、堵铁口及出铁的过程产生大量的烟尘，采取产尘点设置局部加罩和抽风除尘一次除尘系统；,在开、堵铁口时，出铁厂必须设置包括封闭式外围结构的二次除尘系统；除尘器可采用袋式除尘器等，工艺流程见教材图8-14。（3）碾泥机室除尘高炉堵铁口使用的炮泥由碳化硅、粉焦、粘土等粉料制成。在各种粉料的装卸、配料、混碾、装运的过程中将产生大量的粉尘。治理这些废气可设置集尘除尘系统，除尘设备可采用袋式除尘器收集粉尘。,8.2.5 炼钢厂废气治理铁含有较多的碳素，及不必要的硅、锰、磷和硫，生产钢时这些杂质都必须去除。使钢具有某种特殊性能，外加一些如锡、铜、镍、铬、钼等合金元素。生产钢工艺：平炉炼钢，氧气顶吹炉炼钢和电弧炉炼钢。1.废气来源废气来源及特点：源于冶炼过程，特别是在吹氧冶炼期产生大量的废气。废气中含尘和CO的浓度很高，其中转炉烟气中含有5070%CO，热值高可回收利用。,2.治理技术（1）炼钢电炉的烟尘控制炼钢过程排放棕色烟气，缩短时间采用吹氧措施，烟气量及含尘浓度大增。对电炉炼钢采用局部排烟法、直接抽烟法、炉顶排烟法、半密闭罩、大密闭罩都可。排出烟气的净化设备采用袋滤器，教材178页图8-15是半密闭罩去除电炉烟气系统流程图。,半密闭罩去除电炉烟气工艺流程图,（2）吹氧转炉烟气的治理吹氧转炉炼钢不用燃料，将铁水、废钢、铁矿石和其他辅助原料混合在一起，用工业纯氧（99.5%以上）进行吹炼，在短时间内精练成钢。烟尘主要成分Fe2O3和FeO等，首要考虑综合利用。吹氧转炉的烟气净化一般是在炉口的上方设置吸烟罩，直接捕集炉内排出的烟气，并用净化设备处理。干法处理:利用旋风除尘器加高压静电除尘器或布袋除尘器来净化转炉煤气中的烟尘；湿式处理：OG法先对转炉煤气进行显热回收，用冷却塔将烟气冷却到380，再用湿法除尘洗涤净化并冷却到42，然后用文丘里洗涤器进行二级除尘。,8.2.6 轧钢厂废气治理轧钢：将炼钢炉出来的钢加工成市场需要的各种形状和尺寸的钢材。按轧制温度的不同为热轧和冷轧。热扎：钢锭或钢坯为原料，用均热炉或加热炉加热到11501250后，在热扎机上扎制成品或半成品。冷轧：指不经加热的扎制，如冷轧板、线的生产。在冷轧前，需进行“酸洗”除锈。1.废气来源钢锭和钢坯加热过程，炉内燃烧时产生大量废气；红热钢坯轧制过程中，产生大量氧化铁皮、铁屑及水蒸气；冷轧时冷却、润滑轧辊和轧件而产生的乳化液废气；钢材酸洗过程中产生大量的酸雾。,2.治理技术（1）轧机排烟治理轧机排烟经排气罩收集后加以处理。由于废气混有水蒸气，都采用湿法净化装置，如冲激式除尘器、低速文丘里洗涤器及湿式电除尘器等。（2）火焰清理机废气治理在钢坯进行火焰清理过程中，将产生熔渣及烟尘废气。将废气加罩收集后进行处理，除尘器可采用湿式电除尘器。,8.3建材工业废气治理 概述1.来源：原料及燃料的运输、装卸、加工过程产生的粉尘；各种生产窑炉产生大量的含尘及SO2废气；油毡、砖瓦工业的含氟及氧化沥青的污染物废气。2.建材废气的分类（1）高温废气以原煤为燃料，对原材料进行烘干，对成品或半成品高温烧结或半熔融状态产生的烟气。（2）锅炉烟气工业或民用所需供热、供气、供水的各