第七章氣態(tài)污染物的控制.ppt

氮氧化物的排放及控制硫氧化物的排放及控制 2011年 全國化學需氧量排放總量2499 9萬噸 比2010年下降2 04 氨氮排放總量260 4萬噸 比2010年下降1 52 二氧化硫排放總量2217 9萬噸 比2010年下降2 21 氮氧化物排放總量2404 3萬噸 比2010年上升5 74 其中化學需氧量 二氧化硫和氧化物排放總量均是世界首位 從環(huán)境容量看 我國的年排放量 二氧化硫是1620萬噸左右 氮氧化物為1880萬噸 但目前已經(jīng)超排 NOX污染的環(huán)境影響氮氧化物的來源與排放趨勢中國NOX排放現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢發(fā)達國家NOX排放控制中國NOX排放控制策略的確定選擇性催化還原技術 SCR 結束語 氮氧化物的排放及控制 NOX含義 NOx 氮氧化合物 排放限制的對象 NO NO2 N2O N2O2等等化合物的總稱 在高溫下氮和氧結合后產(chǎn)生 越接近完全燃燒產(chǎn)生的量越多 所以必須降低燃燒溫度 NOX污染的環(huán)境影響 全球NOX排放量 SO2 NH3 NOX 全球NOX排放量估計 中國NOX排放現(xiàn)狀 1980 2004年 GDP年均增長率9 5 能源消費年均增長5 05 能源消費彈性系數(shù) 0 53能源強度總體下降 近3年反彈 2003年 16Mt 各省區(qū)NOX排放分布 2008 NOX排放大省 河北 遼寧 江蘇 山東 廣東 山西 河南 四川等80 以上在中東部地區(qū) 各省區(qū)NOX排放強度分布 10 西部地區(qū)排放強度很小 90 左右NOX排放源于火力發(fā)電 工業(yè) 交通運輸 各經(jīng)濟部門NOX排放狀況 火電廠已成為最大排放源交通部門貢獻率增長迅速 不同燃料品種對NOX排放總量貢獻 燃煤是最大來源 60 70 柴油 焦炭 汽油次之 近年燃煤貢獻率略有下降汽油 柴油貢獻率上升較快 未來NOX排放總量發(fā)展趨勢 11771677 18532363 29143154 4296 未來30年各省區(qū)NOX排放強度分布 0省區(qū) 1Mt 4省區(qū) 1Mt 7省區(qū) 1Mt 13省區(qū) 1Mt 發(fā)達國家NOX排放控制 1999年 在瑞典哥德堡20個國家簽署了緩解酸化 富營養(yǎng)化和地面臭氧議定書對四種主要污染物制定了2010年國家排放限值 據(jù)此 歐洲國家在1990年水平上可消減63 二氧化硫 40 氮氧化物和VOC 17 氨 火電廠發(fā)電量僅次于美國和中國 居世界第3位 1973年 空氣污染防治法 開始 幾經(jīng)修訂 成為當今世界上NOX允許排放限值最低 排放標準要求最嚴的國家之一 電站鍋爐NOX排放標準 開發(fā)并應用先進的低NOX燃燒技術 1976年在350MW機組試驗SCR 至今15GW燃煤電站機組安裝SCR 采用低NOX燃燒技術及安裝SCR脫銷裝置 燃煤電站煙氣NOX濃度已降至45ppm 日本電站鍋爐NOX控制 美國機動車NOX排放標準 美國輕型汽車尾氣排放標準 g km 美國加州機動車尾氣排放標準更嚴 中國NOX排放控制策略的確定 缺乏對全國NOX排放狀況 環(huán)境影響及控制對策系統(tǒng)研究 歐洲 北美的教訓 控制酸沉降最初重視SO2控制而輕視NOX控制 NOX排放增長及高氧化性可能抵消SO2控制的效果 如果NOX排放量增加 即使SO2排放量不變 微細顆粒物中硫酸鹽含量也會大幅增加 美國控制電站NOx排放的努力 被機動車排放的不斷增長所抵消 應同步控制固定源與流動源的NOx排放因此 控制NOx污染應成為中國環(huán)境保護的重要部分 應抓住機遇 制定中國NOx排放的控制策略 NOX優(yōu)先控制領域 火電廠 排放量大 排氣集中有利于采取控制措施 已有成熟的商業(yè)化控制技術 解決我國區(qū)域酸雨污染問題的關鍵之一 對地區(qū)陰霾形成的貢獻機動車 保有量增長迅速 尤其大城市 排氣高度低 地形影響大 大城市局地空氣污染的貢獻大 電站鍋爐NOX排放控制技術 一級措施 燃燒改進技術 減少燃燒過程中NOX生成低NOX燃燒器 LNBs 分級燃燒 火上風 OFA 煙氣再循環(huán) FGR 二級措施 燃燒后煙氣脫硝技術 再燃燒技術 Reburning 選擇性非催化還原 SNCR 選擇性催化還原 SCR NOx廢氣的治理 吸收法 采用堿液 稀硝酸溶液 濃硫酸等作為吸收劑 吸附法 采用吸附劑有活性碳 沸石分子篩 催化氧化法 適用于硝酸尾氣與燃燒煙氣的治理 LNB 通過使燃料和空氣的完全燃燒延遲 在燃燒局部形成富燃料貧氧的氛圍 抑制NOX生成量 可達到50 以上的脫硝率 OFA 將5 20 的燃燒空氣在主燃燒器區(qū)下游的OFA噴口引入爐膛 主燃燒器區(qū)低于標準空燃比 AIR TO FUEL 的貧氧氣氛下 與LNB配合可使脫硝率提高10 25 再燃燒技術 Reburning 1960年代末期由Dr JostWendt發(fā)明再燃燃料 天然氣 煤 其他燃料 提供15 25 的熱輸入量 氮氧化物削減率 50 投資費用較低 燃料成本 適當停留時間可用性 應用 旋風爐 墻燃爐 切燃爐 容量范圍 33 800MW目前 美國已有超過5000MW容量鍋爐安裝了再燃燒系統(tǒng)在俄羅斯 烏克蘭 意大利 日本和中國臺灣等國家和地區(qū)得到應用 廣泛采用的選擇性催化還原法 SCR 原理 利用NH3做還原劑 在300 400 溫度范圍和一定的催化劑 鐵 釩 鉻 銅 鈷或鉬等金屬氧化物 作用下 使煙氣中的NOX還原為無害的N2和H2O 主反應機理 可能的副反應 8NH3 6NO2 7N2 12H2O4NH3 6NO 5N2 6H2OSCR特點 1 90 95 NOX削減率 2 氨泄漏量低 0 5ppm 3 極好的空燃比控制 接近1 0 4 廣泛應用于日本 歐洲的燃氣 燃油和燃煤鍋爐問題 投資及運行費用高 催化劑中毒 氨儲存 粉煤灰綜合利用 SCR系統(tǒng)布置方式選擇 高粉塵布置 低粉塵布置 尾端布置 鍋爐空預器除塵器FGDSCR煙囪 鍋爐空預器除塵器SCRFGD煙囪 鍋爐SCR空預器除塵器FGD煙囪 SCR系統(tǒng)構成 SCR NH3噴射 溫度范圍 350 400 可達到90 以上脫硝率 投資費用高 空間限制 NH3泄漏 SO3排放 催化劑中毒失火 應用 超過75臺鍋爐 旋風爐 墻燃爐 切燃爐 容量范圍 122 1300MW SCR催化劑 適用不同燃料類型 蜂窩狀催化劑單元 不同開孔大小適用于不同燃料 煤 油 天然氣 板式催化劑 催化劑堵塞及腐蝕 催化劑單元單元 催化劑單元 催化劑模塊 整流層 催化劑層 SCR催化劑構造 SCR裝置 氨的噴射柵格和靜態(tài)混合器 NH3噴射柵格 靜態(tài)混合器 PhotocourtesyofSiemens FlowModelTestsbrochure 1998 氨的存儲系統(tǒng) 氨的儲備與供應系統(tǒng) 氨的流量分配閥門站 煙氣 氨的混合 氨的存儲系統(tǒng) 氨的儲備與供應系統(tǒng) 氨的蒸發(fā)器 氨的儲備與供應系統(tǒng) 煙道系統(tǒng) SCR的投資 機動車NOX排放控制技術 城市機動車是中國城市NOX排放控制的重點對象北京 上海 廣州等城市機動車NOX污染貢獻率超過50 控制技術包括 機內(nèi)凈化技術機外凈化技術替代低污染燃料和新型低污染發(fā)動機關鍵是技術的長期穩(wěn)定性 缺乏經(jīng)濟性分析 車 油 路 三個因素的協(xié)調(diào) 重視非道路用車的排放控制缺乏相應的經(jīng)濟政策 機內(nèi)凈化 改進發(fā)動機的燃燒方式 使污染物的產(chǎn)生量減少將一種汽車性能改善劑 卡瑪絲液體注入水箱 就可以減少汽車尾氣達60 90 這是被實踐證明了最經(jīng)濟 最方便 最有效的治理尾氣法 加入水箱后 隨著水箱溫度的升高 極大化了卡瑪絲本身的的遠紅外線和負離子的放射效果 在汽缸周圍形成了電子磁場 加快了汽缸內(nèi)的燃燒 達到了近于完全燃燒的程度 機外凈化 利用裝置在發(fā)動機外部的凈化設備 對排出的廢氣進行凈化治理 如排放管上裝一個 催化轉換器 用鉑 鈀合金作催化劑 它的特點是使CO與NO反應 生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體 并促使烴類充分燃燒及SO2的轉化 2CO 2NO 2C 2 N 措施缺陷 無法消除硫的氧化物對環(huán)境的污染 還加速了SO 向SO 的轉化 使排出的廢氣酸度升高 只能減少 無法根本杜絕有害氣體產(chǎn)生 結論 1 若不采取進一步控制措施 到2020年 中國NOX排放總量將達到2363 2914萬t之間 超過美國成為世界第一大NOX排放國 2 燃煤依然是未來NOX排放最主要來源 55 左右 隨電煤消費比重上升 未來火力發(fā)電貢獻比目前更大 到2030年將達到45 左右 3 火電廠是中國NOX排放控制的重點 嚴格控制機動車NOX排放是解決大中城市NOX污染的最有效途徑 4 盡早開展燃煤火電廠SCR示范工程對今后控制火電廠NOX排放具有重要意義 低溫催化具有較好的應用前景 5 為制定中國NOx排放控制的中長期戰(zhàn)略 應系統(tǒng)開展相關基礎應用研究 加快控制技術的開發(fā)和工程示范 硫氧化物的污染控制 1 硫循環(huán)及硫排放2 燃燒前和燃燒中脫硫技術與工藝3 燃燒后脫硫技術及其研究進展4 燃煤二氧化硫污染控制技術綜合評價5 中國控制酸雨和二氧化硫污染的政策 措施和重大行動 中國城市的大氣污染的特征煤煙型大氣污染 主要是硫排放 其中90 來自煤炭煤中硫的存在形式 無機硫 黃鐵礦和硫酸鹽 有機硫 硫醇和硫醚 中國的動力煤資源全硫的加權平均含量為1 15 含硫量為小于0 5 的超低硫煤占39 35 含硫量在0 5 1 0 的低硫煤占16 46 含硫量在1 0 1 5 的中低硫煤占16 68 含硫量在1 5 2 0 的中硫煤占9 49 含硫量為2 0 3 0 的中高硫煤占7 85 含硫量分別為3 0 5 0 的高硫煤和大于5 0 的特高硫煤占7 05 硫氧化物的污染 關注熱點 早期局地環(huán)境中二氧化硫的濃度升高近100年來二氧化硫等酸性氣體導致的酸沉降最近二氧化硫等氣態(tài)污染物形成的二次微細粒子 硫循環(huán)與硫排放 硫循環(huán)與硫排放 人類使用的化石燃料都含有一定量的硫燃料燃燒時 其中的硫大部分轉化為SO2 我國SO2排放的年際變化 全國二氧化硫排放量年際變化 各地區(qū)二氧化硫排放情況排放情況 全國近年廢氣中主要污染物排放量單位 萬噸 我國南方城市SO2污染現(xiàn)狀 控制技術一 燃燒前脫硫 1 煤炭的固態(tài)加工煤炭洗選物理選煤 利用黃鐵礦硫和煤的密度不同而通過重力分選和水選將黃鐵礦硫和部分礦物質除去 這樣可使煤的含硫量降低40 灰份降低70 左右 化學選煤技術 加氫脫硫 加氧脫硫 用堿液浸煤后用微波照射等 適合于含硫量很高的煤微生物方法 細菌脫硫我國以物理選煤為主 重力分選法 2 煤炭的轉化煤的氣化采用空氣 氧氣 CO2和水蒸氣作為氣化劑 在氣化爐內(nèi)反應生成不同組分不同熱值的煤氣移動床 流化床和氣流床三種方法煤的液化通過化學加工轉化為液態(tài)烴燃料或化工原料等液體產(chǎn)品直接液化和間接液化3 重油脫硫在催化劑作用下通過高壓加氫反應 切斷碳與硫的化學鍵 使氫與硫作用形成H2S從重油中分離 1 流化床燃燒技術氣流速度介于臨界速度和輸送速度之間 煤粒保持流化狀態(tài)流化床利于燃料的充分燃燒分類按流態(tài) 鼓泡流化床和循環(huán)流化床按運行壓力 常壓流化床和增壓流化床 二 燃燒中脫硫 流化床脫硫的化學過程脫硫劑 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 爐內(nèi)化學反應流化床燃燒方式為脫硫提供了理想的環(huán)境CaSO4的摩爾體積大于CaCO3 由于孔隙堵塞 CaO不可能完全轉化為CaSO4 冶煉廠 硫酸廠和造紙廠等工業(yè) SO2濃度通常2 40 化學反應式反應為放熱反應 溫度低時轉化率高工業(yè)上一般采用多層催化床層 三 高濃度SO2尾氣的回收和凈化 高濃度SO2尾氣的回收和凈化 1 石灰石 石灰法洗滌目前應用最廣泛的脫硫技術 1 石灰石 石灰法洗滌 續(xù) 影響因素 pH 液氣比 鈣硫比 氣流速度 漿液的固體含量 SO2濃度 吸收塔結構 1 石灰石 石灰法洗滌 續(xù) 2 改進的石灰石 石灰濕法煙氣脫硫加入己二酸的石灰石法己二酸抑制氣液界面上SO2溶解造成