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热动力装置的排气污染与噪声

热动力装置的排气污染与噪声. 第三章 锅炉及工业炉排气污染 与控制. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制. 燃料燃烧与大气污染 煤粉燃烧 Nox 的产生机理 降低 Nox 的燃烧技术 Sox 的生成与控制 烟尘的生成与控制. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制. 能源生产总量. 占能源生产总量的比重 ( ％ ). 年 份. ( 万吨标准煤 ). 原 煤. 原 油. 天然气. 水 电. 1952. 4871. 96.7. 1.3. 2.0. 1957. 9861. 94.9. 2.1. 0.1. 2.9. 1962. 17185.

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热动力装置的排气污染与噪声

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Presentation Transcript

  1. 热动力装置的排气污染与噪声 第三章 锅炉及工业炉排气污染 与控制

  2. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 燃料燃烧与大气污染 • 煤粉燃烧Nox的产生机理 • 降低Nox的燃烧技术 • Sox的生成与控制 • 烟尘的生成与控制

  3. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 能源生产总量 占能源生产总量的比重 (％) 年 份 (万吨标准煤) 原 煤 原 油 天然气 水 电 1952 4871 96.7 1.3 ... 2.0 1957 9861 94.9 2.1 0.1 2.9 1962 17185 91.4 4.8 0.9 2.9 1965 18824 88.0 8.6 0.8 2.6 1970 30990 81.6 14.1 1.2 3.1 1975 48754 70.6 22.6 2.4 4.4 1978 62770 70.3 23.7 2.9 3.1 1980 63735 69.4 23.8 3.0 3.8 1985 85546 72.8 20.9 2.0 4.3 1986 88124 72.4 21.2 2.1 4.3 1987 91266 72.6 21.0 2.0 4.4 1988 95801 73.1 20.4 2.0 4.5 1989 101639 74.1 19.3 2.0 4.6 1990 103922 74.2 19.0 2.0 4.8 1991 104844 74.1 19.2 2.0 4.7 1992 107256 74.3 18.9 2.0 4.8 1993 111059 74.0 18.7 2.0 5.3 1994 118729 74.6 17.6 1.9 5.9 1995 129034 75.3 16.6 1.9 6.2 1996 132616 75.2 17.0 2.0 5.8 1997 132410 74.1 17.3 2.1 6.5 1998 124250 71.9 18.5 2.5 7.1 1999 110000 68.2 20.9 3.1 7.8 • 能源构成

  4. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 能源构成 我国每年的一次能源消耗约为9.7亿吨标准煤。 我国能源构成是（2002）： 煤占75.8%,石油占17.0%,天然气占2.1%,水电占4.9%。

  5. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 我国NOx污染现状 • 1990年我国氮氧化物的排放量约为910万吨，其中近70%来自于煤炭的直接燃烧，固定源是NOx排放的主要来源 • 1995年全国机动车辆(不包括农用车辆)的NOx排放量为141.3万吨 • 2000年 1561万吨 • 2010年 2194万吨

  6. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • Ⅰ时段——1992年8月1日之前建成投产或初步设计已通过审查批准的新、扩、改建火电厂； • Ⅱ时段——1992年8月1日起至1996年12月31日期间环境影响报告书通过审查批准的新、扩、改建火电厂，包括1992年8月1日之前环境影响报告书通过审查批准、初步设计待审查批准的新、扩、改建火电厂； • Ⅲ时段——1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂。

  7. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 锅炉额蒸发量（1） 煤粉锅炉 液态排渣 固态排渣 ≥1000t/h 1000 650 第Ⅲ时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度。 mg/m3 注：（1）锅炉额定蒸发量低于1000t/h的暂不要求。 中华人民共和国国家标准 火电厂大气污染物排放标准 GB13223-1996

  8. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 锅炉类别 适用区域 烟尘浓度(mg/m3) 烟气黑度 (林格曼黑度,级) Ⅰ时段 Ⅱ时段 燃 煤 锅 炉 ≤0.7MW常压自然通风锅炉 一类区 100 50 1 二类 区 A区 120 100 B区 150 120 其它锅炉 一类区 100 50 1 二类 区 A区 180 150 B区 220 180 燃 油 锅 炉 燃用重 (渣)油 一类区 禁排 禁排 1 二类区 200 禁排 其它燃油 一类区 50 50 二类区 100 100 1 燃气锅炉 全部区域 50 50 1 • 锅炉最高允许烟尘排放浓度和烟气黑度

  9. 锅 炉 类 别 适用区域 SO2浓度(mg/m3) NOx浓度(mg/m3) 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 Ⅰ时段 Ⅱ时段 Ⅰ时段 Ⅱ时段 燃煤锅炉 一类区 500 400 / 二类 区 SO2污染控制区 650 500 其余地区 800 650 燃油 锅炉 燃用重 (渣)油 一类区 禁排 禁排 禁排 禁排 二类区 400 禁排 / 禁排 其它燃油 全部区域 400 300 300 300 燃气锅炉 全部区域 50 50 300 300 • 锅炉最高允许SO2和NOx排放浓度

  10. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 气体燃料为清洁燃料 • 煤为污染燃料

  11. 种类 碳（%） 氢（%） 氧（%） 氮（%） 高位发热量(卡/克) 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 泥炭 59 6 30 2-3 5400 褐煤 69 5.5 20 1.5 6700 烟煤 82 5.0 10 1.7 8400 无烟煤 95 2.2 2 0.8 8100 • 含N量 • 原油 0.1∼1.0wt％

  12. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 不同燃烧方式 煤粉炉 链条炉 抛煤机炉 沸腾炉

  13. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 燃煤产生Nox的方式 • <1600K,基本全来自“燃料”NO • ~1700K;75%来源于“燃料”NO • ~1873K; “热力”NO占(25-30)% 燃料中的氮化合物分解产生HCN,CN,NHi，键能比N2小，低温分解

  14. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 N2 挥发分 挥发分N NO 煤粒 N 焦炭 焦炭N N2 • 燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图

  15. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 氮的转换率 • 与含氮化合物的种类无关 • 与含氮量有关

  16. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 氮的转换率 • 与燃料/空气当量系数关系

  17. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 燃料氮与含N量和过量空气系数的关系 Turner： α 上升[NO]上升 含氮量上升[NO]上升

  18. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 挥发N与焦炭N

  19. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 热速率与挥发N

  20. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 挥发N反应机理 HCN,CNNNO N2

  21. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 影响挥发NO的因素 • 挥发份释放总量 挥发份量越多，挥发NO越多；温度的影响 • 着火区氧浓度 过量空气系数 稀释效应 • 停留时间 贫燃料 富燃料

  22. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 焦炭No 焦炭NO释放量与燃尽率的关系

  23. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 焦炭NO的生成机理焦炭NO的氧化速率 • 焦炭NO的生成速率

  24. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 焦炭NO的消耗反应

  25. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 煤粉炉内焦炭NO的消耗反应速率

  26. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 燃烧方式对NO生成的影响 • 过量空气系数

  27. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 炉内燃烧过程影响 • 温度的影响

  28. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 温度变化

  29. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 降低Nox途径： • 低N燃料 • 过浓燃烧 N+NON2 • 过淡燃烧（空气过量，降低温度） • 增加停留时间（燃料过量）

  30. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 降低Nox具体方法： • 分级燃烧 (空气分级） • 再燃烧 （燃料分级） • 低氧燃烧 • 浓淡偏差燃烧 • 烟气再循环

  31. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 降低Nox具体方法： • 炉膛喷射脱硝：包括喷氨及尿素，喷入水蒸汽，喷入二次燃料。 • 烟气脱硝： (1)干法脱硝。(烟气催化脱硝，电子束照射烟气脱硝) (2).湿法脱硝。

  32. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 分级燃烧 将燃料的燃烧过程分阶段完成。第一阶段减少供气量到70%--75%；第二阶段将完全燃烧所需的其余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（Over Fire Air）”火上风”喷入炉膛。为了保证既能减少排放，又能保证锅炉燃烧的经济、可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程

  33. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 分级燃烧 1级空气富燃料燃烧 2级空气贫燃料燃烧

  34. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 分级燃烧 • 燃烧室内分级燃烧 • 燃烧器内分级燃烧

  35. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 “火上风”喷口 一次风煤粉 • 燃烧室内分级燃烧 减少Nox排放 （15-30%）

  36. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 燃烧器内分级燃烧

  37. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 采用分级燃烧需注意： • 一次风量与二次风量比例 燃尽风率

  38. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 采用分级燃烧需注意： • 二次风送入位置 燃尽风率

  39. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 Flue gas Burnout Zoneα>1 Burnout air Reburn Zone α<1 Reburning Fuel Primary combustion Zone α>1 Secondary air Primary coal +Air • 再燃烧法 • 再燃低NOX燃烧技术又称为燃料分级或炉内还原（IFNR）技术，它是近二十年发展起来的一种很有前途的低NOX技术，其原理示意图见图 • 再燃低NOX燃烧技术可以大幅度降低NOX排放，一般情况下可以使NOX排放浓度降低50%以上 • 再燃技术可以保证燃料燃烧初期的良好燃烧条件，可以解决其他低NOX燃烧技术在燃用低挥发分煤种效果较差的问题。

  40. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 再燃烧区 燃尽区

  41. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制

  42. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 国内外的研究者对天然气、煤粉、焦炉煤气、生物质燃料、水煤浆等不同燃料作为再燃燃料还原NOx机理和燃料特性、主燃区化学当量比、再燃区化学当量比、再燃燃料比例、再燃区温度和再燃区停留时间等因素对NOx再燃的影响及NOx再燃的数值模拟进行了研究。研究（尤其是NOx再燃的数值模拟）主要针对天然气再燃。 • 早在1980年日本三菱公司就将再燃技术应用于实际锅炉，NOx排放减少50%以上，美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NOx排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。

  43. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 低氧燃烧 • 扩散燃烧

  44. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 低氧燃烧

  45. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 浓淡燃烧技术 • 通过燃烧器将燃料空间分级，导致在燃烧室空间上形成偏离化学当量比的浓燃料区和淡燃料区 • 分级燃烧和燃料再燃的方法是通过组合燃料和配风的空间位置来组织浓淡燃烧的一种形式。

  46. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制

  47. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 关键是如何组织浓淡分开

  48. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 烟气再循环 • 再循环率r

  49. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 烟气再循环

  50. 第三章锅炉及工业炉排气污染与控制 • 低N燃烧器 • 阶段燃烧器 • 自身再循环型 • 浓淡燃烧器 • 分割火焰型 • 混合促进型

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