最新大气污染第02章_燃烧与大气污染2ppt课件.ppt
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1、大气污染第大气污染第0202章章_ _燃烧与大气污燃烧与大气污染染2 2第四节第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成一、燃烧中硫的氧化机理一、燃烧中硫的氧化机理燃料中硫氧化物的形成可以分成燃料硫燃料中硫氧化物的形成可以分成燃料硫氧化到氧化到SO2,SO2氧化到氧化到SO3和和SO3氧化生成硫酸三个步骤。氧化生成硫酸三个步骤。n燃料燃烧过程中,有机硫和无机硫燃料燃烧过程中,有机硫和无机硫首先分解出含硫化合首先分解出含硫化合H2S,CS2,COS,元素硫和含硫有机物。,元素硫和含硫有机物。H2S的氧化的氧化包括直接氧化,生成包括直接氧化,生成OH和生和生成水三个阶段成水三个阶段,
2、第二个阶段决,第二个阶段决SO2的浓度;的浓度;CS2,COS,元素硫通过,元素硫通过链反应被氧化。含硫有机物通过分链反应被氧化。含硫有机物通过分解、取代和氧化被转化为解、取代和氧化被转化为SO2。n燃燃料料中中的的硫硫在在燃燃烧烧过过程程中中与与氧氧反反应应,主主要要产产物物是是SOSO2 2和和SOSO3 3,但但SOSO3 3的的浓浓度度相相当当低低,即即使使在在贫贫燃燃料料状状态态下下,生生成成的的SOSO3 3也也只只占占SOSO2 2生生成成量量的的百百分分之之几几。在在富富燃燃料料状状态态下下,除除SOSO2 2外外,还还有有一一些些其其它它S S的的氧氧化化物物,如如SOSO及
3、及其其二二聚聚物物(SOSO)2 2,还还有有少少量量一一氧氧化化二二硫硫S S2 2O O。这这些些产产物物化化学学反反应应能能力力强强,所所以以仅仅在在各各种种氧氧化化反反应应中中以以中中间间体形式出体形式出现现。n燃烧时燃烧时,故故一般主要生成一般主要生成SOSO2 2,计计算算时时可忽略可忽略SOSO3 3。n二、二、SOxSOx的控制的控制 n1 1、重油脱硫、重油脱硫 n重油脱硫常用的方法: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。nn重油脱硫的困难:n(1)要彻底加工燃料,破坏了原来的组
4、织。n(2)产生新的产物:固、液、气态物。nn n2燃料脱硫燃料脱硫 n)煤炭的固态加工煤炭的固态加工 n国外要求用于发电、冶金、动力的煤质标准是:n炼焦煤:硫分1%,灰分68%;n动力煤:硫分0.51%,灰分1520%;n故原煤必经分选以除去煤中的矿物质。n 目前选煤工艺普遍应用的是重力分选法(可降低4090%的S),此法对有机硫含量较大或精炼还不能达到环保条例的要求。n 正在研究的新脱硫法有:浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫法、微波脱硫法、磁力脱硫及溶剂精炼等,工业上应用的很少。n型煤固硫是控制SO2的一条经济有效途径。n2)煤炭的转化煤炭的转化煤炭的转化主要是气化、液
5、化。即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.煤的气化煤的气化煤的气化技术发展很快:“第一代”干式排灰的鲁奈加压气化(已商业化)和科柏斯-托切克气化;“第二代”液态排渣气化、Hygas气化、Cogas气化等未商业化;“第三代”处于实验阶段的煤催化气化。煤气主要是H2、CO、CH4等,煤中硫的H2S形式存在。生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。去除方法有干法、湿式法。B.煤的液化煤的液化直接液化SRC-法间接液化鲁奈气化-弗托合成法 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。n3.煤燃烧二氧化硫的控制煤燃烧二氧化硫的控制n分为燃前脱硫、燃
6、烧中脱硫、燃烧后脱硫和煤转化过程中脱硫,其中烟气脱硫被认为是最有效的脱硫方式。n燃前脱硫燃前脱硫:(1)重介质选煤采用磁铁矿和水配置的悬浮液作为选煤的介质,利用不同浮力进行选煤,属于物理方法。(1)淘汰选煤是各种密度、粒度和形状的物料在不断变化的流体中运动过程。属于物理选煤,主要利用煤中各种成分比例不同,而去处部分灰份和黄铁矿,不能去有机硫。(3)浮选选煤是气、液固三相界面的分选过程,包括水中矿物颗粒粘附在气泡,然后上浮到煤浆液体表面。因为煤的湿润性较好而矿物的湿润性较差。(4)高梯度强磁分离煤脱硫技术煤中有机硫为逆磁性而大部分无机硫为顺磁性,利用磁性不同分离。(5)微波辐射法煤中黄铁矿的硫最
7、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,采用浸取液洗涤煤中硫,可以去无机硫,也可以去有机硫,目前在实验室状态。(6)化学处理法,如在煤中加入碱溶液,在一定反应条件下,脱去无机和有机硫,但该工艺成本高,对煤质有一定影响,在工程上应用少。(7)生物脱硫利用微生物破坏煤中无机硫和有机硫,可以达到经济、有效的脱硫,但目前的难点是找到能破坏煤中硫而不影响碳结构的高效菌种。国外准备进行半工业实验,国内目前处于起步阶段。n(8)型煤固硫技术n将不同原料经过筛分按照一定比例配煤,粉碎后同经过预处理的粘结剂和固硫剂混合,经过机械设备成型与干燥,得到具有一定形状和成品的工业固硫型煤。
8、固硫剂按照化学形态分为钙系、钠系及其他。LIFAC:炉内喷钙增湿活化脱硫:炉内喷钙增湿活化脱硫n在锅炉尾部烟道上安装活化反应器在锅炉尾部烟道上安装活化反应器,将烟气增湿将烟气增湿,延长滞延长滞留时间留时间,使剩余的吸收剂和使剩余的吸收剂和2发生反应。发生反应。n石灰石中的石灰石中的CaCOCaCO3 3含量应超过含量应超过9090,石灰石的颗粒度应,石灰石的颗粒度应是是8080以上的颗粒尺寸小于以上的颗粒尺寸小于40m40m。此时炉内脱硫反应。此时炉内脱硫反应所能达到的脱硫效率为所能达到的脱硫效率为20203030 n活化反应器的烟气进口温度一般在活化反应器的烟气进口温度一般在11011014
9、0140,当将,当将活化反应器出口处烟温控制在比露点温度高活化反应器出口处烟温控制在比露点温度高5 51010、Ca/SCa/S2 2时时,有可能使活化反,有可能使活化反应应器的脱硫效率达到器的脱硫效率达到6060,从而使总脱硫效率达到从而使总脱硫效率达到8080。n流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫流流化化床床燃燃烧烧脱脱硫硫具有炉炉内内脱脱硝硝脱脱硫硫的优点,故普遍受到重视。n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的气成量减少。n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(dp2mm左右)与煤同时加入炉内。在1073
10、1173K下燃烧:n(CaO为多孔)n达固硫目的。n烟气脱硫技术烟气脱硫技术n目目前前主主要要有有吸吸收收法法和和吸吸附附法法,以以吸吸收收法法应应用用最最为为广广泛泛,另另外外还还有有许许多多物物理理方方法法,如如电电子子辐辐射射法法、等等离离子子法法等等正正在在积积极极发发展展中中。吸吸收收法法中中又又分分为为湿湿法法和和干干法法脱脱硫硫,其其中中湿湿法法脱脱硫硫是是商商业业应应用用最最为为广广泛泛的的方方法法,如如石石灰灰(石石)-石石膏膏法法,海海水水脱脱硫硫、钠钠碱碱法法、氨氨吸吸收收法法等等,干干法法中中有有旋旋转喷雾吸收法、烟气循环流化床脱硫等。转喷雾吸收法、烟气循环流化床脱硫等
11、。n第五节第五节 燃烧过程中颗粒物的形成燃烧过程中颗粒物的形成1.1.碳粒子的生成碳粒子的生成燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子,通常燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子,通常气相脱气相脱氢反应并产生生成积碳,由液态烃燃料高温分解产生的氢反应并产生生成积碳,由液态烃燃料高温分解产生的粒子都是结焦或煤胞。粒子都是结焦或煤胞。n积炭的生成的积炭的生成的3个阶段:个阶段:1.核化过程:气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳核化过程:气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳2.核表面上发生非均质反应核表面上发生非均质反应3.较为缓慢的聚团和凝聚过程较为缓慢的聚团和凝聚过程4.是否产生积碳主要取决于核化步骤和氧化这些中
12、间体的反应速率是否产生积碳主要取决于核化步骤和氧化这些中间体的反应速率是否是否5.较快:较快:n燃料的分子结构是影响积炭的主导因素燃料的分子结构是影响积炭的主导因素n积炭的生成与火焰的结构有关积炭的生成与火焰的结构有关n提高氧气量可以防止积炭生成提高氧气量可以防止积炭生成n压力越低则积炭的生成趋势越小压力越低则积炭的生成趋势越小1.碳粒子的生成碳粒子的生成n火焰的结构火焰的结构n预混火焰:气体燃料和空气在燃烧前充分混合(bursenburner,meekerburner)n扩散火焰:燃料和空气分别进入燃烧区,混合然后发生反应(实际中应用最多),不同的区域有不同的(0)值1.碳粒子的生成碳粒子的
13、生成n火焰的结构(续)火焰的结构(续)n层流火焰:Re2200,强烈的湍流作用,但分子扩散仍然起作用扩散火焰中,碳的生成按如下顺序:芳香烃芳香烃炔烃炔烃烯烃烯烃烷烃烷烃而在预混火焰中则是萘萘苯苯醇醇烃烃烯烯醛醛炔炔1.碳粒子的生成碳粒子的生成n乙炔火焰中生碳反应过程乙炔火焰中生碳反应过程1.碳粒子的生成碳粒子的生成n石油焦和煤胞的生成石油焦和煤胞的生成燃料油雾滴在被充分氧化之前,与炽热壁面接触,发生液相燃料油雾滴在被充分氧化之前,与炽热壁面接触,发生液相裂化和高温分解,出现结焦裂化和高温分解,出现结焦多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞,难以燃烧。多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞,难以燃烧。焦粒生
14、成反应的顺序:烷烃焦粒生成反应的顺序:烷烃烯烃烯烃带支链芳烃带支链芳烃凝聚环系凝聚环系沥青沥青半园体沥青半园体沥青沥青焦沥青焦焦炭焦炭煤胞是重油燃料液滴燃烧后期生成的一种焦粒,难以继续燃煤胞是重油燃料液滴燃烧后期生成的一种焦粒,难以继续燃烧。煤胞为微小空心的球形粒子,其大小与油滴的直径成正烧。煤胞为微小空心的球形粒子,其大小与油滴的直径成正比,一般为比,一般为10-300m。2.燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成n烟尘烟尘:固体燃料燃烧产生的颗粒物,包括:固体燃料燃烧产生的颗粒物,包括:黑烟:黑烟:未燃尽的碳粒,煤粉燃烧时,碳粒表面温度和氧含量相对较低。如果燃烧不够理想,煤粉在高温下发生热解作用,产
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