燃燒理論8燃燒污染物生成與控制

8燃燒污染物生成與控制8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染和空氣污染物

由于人類活動和自然過程，引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中呈現(xiàn)出足夠濃度、達(dá)到足夠時間，因而危害了人體健康、舒適感和環(huán)境的，都叫做空氣污染。能引起空氣污染的物質(zhì)，叫做空氣污染物。空氣污染物濃度的兩種方法表示方式：1、以氣體污染物占體積的百萬分之一，縮寫為ppm2、單位體積內(nèi)空氣污染物的重量，μg/m3，每立方米中多少微克，在標(biāo)準(zhǔn)溫度（25℃）和壓力1atm時，兩者換算關(guān)系為：8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染和空氣污染物成分清潔空氣污染空氣SO20.001-0.01ppm0.02-2ppmCO2310-330ppm350-370ppmCO<1ppm5-200ppmNOx0.001-0.01ppm0.01-0.5ppmCmHn1ppm1-20ppm氧化劑0.02ppm0.2-0.4ppm顆粒物質(zhì)10-20μg/m370-700μg/m3清潔空氣與污染空氣載某些成分的含量：8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成1、按形成過程分類：原始污染物：直接從污染源排放到大氣中的有害物質(zhì)，常見的原始污染物有：SO2、CO、NOx及顆粒物次生污染物：進(jìn)入大氣中原始污染物之間相互作用，或它們與大氣中正常組分發(fā)生一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而后生成新的污染物，最常見的次生污染物有臭氧、醛類（甲醛、乙醛和丙烯醛等），過氧乙酰硝酸酯（PAN）以及硫酸煙霧和硝酸煙霧。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成2、按存在狀態(tài)分類：顆粒狀污染物：除了純水以外的任何一種以液態(tài)或固態(tài)形式存在于大氣中的物質(zhì)如塵、煙、霧塵：散布在氣體中的固體微粒（粒徑1-200μm）煙：較高濃度的過飽和蒸氣凝結(jié)形式的小顆粒（0.01-1μm）霧：水蒸氣凝結(jié)生成的懸浮小液滴煙霧：具有煙、霧的二重性，即當(dāng)煙霧同時形成時為煙霧硫酸煙霧：燃燒產(chǎn)生的SO2與SO3遇水合成硫酸霧＋煙硝酸煙霧：汽車排放中NOX及HC遇水合成硝酸霧＋煙8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的組成2、按存在狀態(tài)分類：氣態(tài)污染物：以SO2為主的含硫化合物，以NO和NO2為主的含氮化合物，碳的氧化物，碳?xì)浠衔锛胞u素化合物等類別原始污染物次生污染物人為源含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4燃燒含硫燃料含氮化合物NO、NH3NO2、MNO3高溫燃燒碳?xì)浠衔颒C醛、酮、過氧乙酰、基硝酸酯（PAN）燃燒、精煉石油碳的化合物CO、CO2無燃燒鹵素化合物HF、HCl無冶金作業(yè)8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染物的來源燃料燃燒過程工業(yè)生產(chǎn)過程交通運輸過程我國對煙塵、SOx、NOx和CO四種污染物的統(tǒng)計分析表明：燃燒料燃燒產(chǎn)生的空氣污染物約占70%，其中煤燃燒污染占95%工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的約占20%，機動車產(chǎn)生約10%。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響1、空氣污染對大氣性質(zhì)的影響降低能見度形成霧及降水減少太陽輻射改變溫度和風(fēng)的分布2、空氣污染對原材料的影響3、空氣污染對植物的影響酸性或堿性顆粒會腐蝕原材料（如油漆、石質(zhì)、金屬）臭氧極易損壞橡膠制品破壞葉綠素，致使光合作用無法進(jìn)行8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響4、空氣污染對人類健康的影響CO窒息性氣體，與紅血球里血紅蛋白結(jié)合成碳氧血紅蛋白后，使血液載氧的能力降低。當(dāng)CO的濃度達(dá)到0.5%，只需20-30min，血液中碳氧血紅蛋白即可達(dá)70%。CO2非有害物質(zhì)，但它使空氣中含氧量減少，因而使人感到頭痛和呼吸短促；CO2還會影響氣候，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。NOxNO無色無臭，有毒，與血液中血色素結(jié)合，造成血液缺氧而引起中樞神經(jīng)麻痹癥；NO2紅褐色有窒息性臭味氣體，毒性為NO的4-5倍。SO2易溶解，易被上呼吸系統(tǒng)所吸收，空氣中1ppm的SO2就導(dǎo)致呼吸道阻礙。生成硫酸煙霧后，可形成酸雨。8.1空氣污染和空氣污染物空氣污染的影響4、空氣污染對人類健康的影響HC烷烴、烯烴和芳香烴，苯對人體的心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)都有明顯的影響。煙霧一種含有固體微粒和流體微粒的氣溶膠。固體微粒有煙黑、粉粒等，煙黑中含有蒽、菲、芘等物質(zhì)，這些物質(zhì)對人體危害極大，其中不少是強致癌物質(zhì)；塵是固體分散性微粒，其中粒徑會引起呼吸道疾病。8.1空氣污染和空氣污染物大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)我國于1982年制定了第一個《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095－82），規(guī)定大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級：三級標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)自然生態(tài)和人民健康，在長期接觸情況下，不發(fā)生任何危害性影響的空氣質(zhì)量要求。一級標(biāo)準(zhǔn)：二級標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)人民健康以及城市、鄉(xiāng)村和動、植物在長期或短期接觸情況下，不發(fā)生傷害的空氣質(zhì)量要求。為保護(hù)人體不發(fā)生急性或慢性中毒以及城市一般動、植物能正常生長的空氣質(zhì)量要求。8.2煙塵的形成與防治煙塵種類及生成機理燃料燃燒時生成的煙塵，按其生成機理可分為氣相析出型、剩余型煙塵和粉塵三種：（1）氣相析出型氣相析出型的煙塵來源于氣體燃料、已蒸發(fā)的液體燃料氣和固體燃料的揮發(fā)分氣體，在空氣不足的高溫條件下熱分解所生成的固體煙塵。粒徑很小，一般在0.02-0.05μm范圍內(nèi)?；鹧嬷泻羞@種炭黑后，輻射力增強，發(fā)出亮光，形成發(fā)光焰，由于其粒子細(xì)，容易粘附于物體而難于清除。研究表明，氣相析出型煙塵是經(jīng)過一系列氫聚合反應(yīng)面生成的。8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（1）氣相析出型甲烷在缺氧條件下進(jìn)行熱分解：乙烷的熱分解：一次反應(yīng)：二次反應(yīng)：500℃：900－1100℃：8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（2）剩余型煙塵液體燃料燃燒時剩余下來的固體顆粒，它是由重質(zhì)油霧化滴在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的同時，發(fā)生聚縮反應(yīng)，一面激烈地發(fā)泡，一面固化，從而生成絮狀空心微珠，通常稱之為油灰或煙炱，油灰粒徑較大，約100-300μm。積炭也是剩余型煙塵的一種，它是重質(zhì)油滴附著在噴口、爐壁上，并在爐內(nèi)高溫加熱氣化而殘留下來的固體殘渣，它的顆粒較大，形狀不定。8.2煙塵的形成與防治碳黑種類及生成機理（3）粉塵粉塵是固體燃料燃燒時產(chǎn)生的飛灰，其主要成分是碳和灰，固體燃料在燃燒之后，一部分變成爐渣，一部分以飛灰形式排入大氣中。以煤粉爐為例，有85-95%的灰分以飛灰排入大氣。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（1）燃料種類的影響C/H越大，產(chǎn)生炭黑數(shù)量越多；碳原子數(shù)越多就越容易產(chǎn)生炭黑；液體燃料的殘?zhí)己吭蕉?，產(chǎn)生碳黑就越大。揮發(fā)分多的煤，其炭黑生成量要比揮發(fā)分少的煤多得多，但煤燃燒時產(chǎn)生的煙塵主要以飛灰形式出現(xiàn)。對碳?xì)浠衔锶剂隙?.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（2）氧氣濃度和過?？諝庀禂?shù)的影響碳黑是在富燃缺氧條件下產(chǎn)生，因此如果碳?xì)浠衔锶紵c足夠的氧氣充分混合，能防止碳黑產(chǎn)生，防止產(chǎn)生煙塵所需要的氧氣量，隨著燃燒種類而異。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（3）燃料粒徑的影響燃料粒徑大，其燃燼時間也長，因而在爐內(nèi)有限的停留時間內(nèi)燃料滴不易燃盡，使煙塵濃度急劇增加。而且燃料滴粒徑大，所生成的空心微珠也大，當(dāng)燃料滴碰到爐壁時，如果爐壁溫度低，則燃料滴焦化成炭塊，它們可能會脫落而隨煙塵排入大氣中，使煙塵濃度增加。（4）溫度與燃燒時間的影響爐內(nèi)溫度越高，燃燒時間越長，產(chǎn)生煙塵越少。溫度越高，燃燒時間越長，直徑小的炭黑、炭和飛灰可以燃燼。8.2煙塵的形成與防治影響煙塵生成的因素（5）惰性氣體的影響空氣加入惰性氣體時，碳黑濃度降低，如加入CO2效果較好。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施1、改進(jìn)燃燒方式及改善燃燒過程（1）供給足夠的空氣，而燃燒溫度又不能太低選用合適的燃燒空氣量十分重要，一般都采用過?？諝獗M可能少的情況下進(jìn)行燃燒。（2）燃料和空氣要在燃燒室內(nèi)良好混合燃料與空氣的良好混合，是組織燃燒非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，因此必須掌握好空氣流動、燃料噴霧特性，使送風(fēng)方式和燃料的供給相搭配，燃料和空氣能充分地接觸和混合。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施1、改進(jìn)燃燒方式及改善燃燒過程（3）提高燃燒室溫度提高燃燒溫度對防止產(chǎn)生炭黑有顯著的效果。從炭黑反應(yīng)速度可知，溫度從1200℃時燒掉炭黑需要0.1S，則在1600℃時只需不到0.01S就可以了。因此，預(yù)熱空氣、保持爐膛溫度，保證有足夠的燃燒時間與空間，都可以減少炭黑的生成。8.2煙塵的形成與防治控制煙塵的措施2、加裝除塵裝置應(yīng)根據(jù)塵粒的性質(zhì)、煙氣的性質(zhì)、除塵的工作特性以及其通用范圍來進(jìn)行，在能滿足排煙標(biāo)準(zhǔn)的前提下，應(yīng)盡量選用阻力小的除塵設(shè)備，以免安裝風(fēng)機，節(jié)約費用。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理空氣中的硫氧化物主要來源于含硫燃料的燃燒。燃料中的硫，除少量非燃燒性硫(5~10%)殘留在灰分中外，絕大部分都氧化成SO2。不過即使空氣過量，也只有0.5~2%的SO2轉(zhuǎn)化成SO3。煤炭中的可燃硫有兩種：有機硫：硫茂、硫醇和二硫化物無機硫：FeS2有機硫構(gòu)成煤分子的一部分，在煤中均勻分布，而無機硫顆粒尺寸較小，在煤中通常呈獨立相彌散分布。低硫煤中主要是有機硫，約為無機硫的8倍；高硫煤中主要是無機硫，約為有機硫的3倍。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理煤受熱后分解時，煤中有機硫和無機硫同時被揮發(fā)出來，結(jié)合松散的有機硫在低溫（＜700K）下分解，結(jié)合緊密的有機硫在較高溫度（＞800K）下分解釋出，遇氧全部氧化成SO2，在還原性氣氛下，揮發(fā)分主要氣體H2S反應(yīng)路線為：無機硫的分解速度很慢，在還原性氣氛和溫度＜800K以及足夠停留時間的條件下，無機硫?qū)⒎纸獬蒄eS、S2和H2S，其中FeS必須在更高溫度（＞＝1700K）和更長時間下才能分解成Fe、S2等，并氧化成SO2，在氧化氣氛下，F(xiàn)eS2直接生成SO2：8.3硫氧化物的形成與防治SOx的生成機理（1）在火焰高溫區(qū)內(nèi)：火焰溫度越高，氧原子濃度越大，則SO3生成量越大（2）受熱面積上灰和氧化膜的催化作用SO3除了從SO2與O2直接反應(yīng)生成外，還可由下列兩個途徑產(chǎn)生：8.3硫氧化物的形成與防治影響SOx生成量的主要因素（1）燃料中含硫量越多，SO2和SO3生成量也越多（2）過?？諝庀禂?shù)越大，SO3生成量也越多（3）火焰區(qū)溫度高，氧分子離解成氧原子多，因而SO3生成量也多煤中含硫量與SO2的原始生成

濃度及脫硫效率的關(guān)系煤中的SO2排放濃度煤在氧化性氣氛中燃燒時，其可燃硫?qū)⒀趸蒘O2。由于可燃硫占煤中含硫量的絕大部分，因此可以根據(jù)含硫量估算出煤燃燒中SO2的生成量。煤中的硫在燃燒后生成兩倍于煤中硫重量的SO2，因此煤中每1%的硫含量就會在煙氣中生成約2000mg/Nm3的SO2濃度(此時SO2的濃度系折算到干燥基氧的體積濃度為6%時的濃度)

。8.3硫氧化物的形成與防治對于煤粉爐，煙氣中SO2排放系數(shù)K可用下式表示：

K=63+34.5×(0.99)Aj式中：K--煙氣中SO2的排放系數(shù)，即在煤燃燒過程中不采取其它脫硫措施時排放出的SO2濃度與原始總生成的SO2濃度之比；如果考慮到煤灰的自身脫硫作用，即排放系數(shù)K，就可求得在a=1.40時排出的煙氣中的SO2濃度：8.3硫氧化物的形成與防治煤的折算含硫量在不同的排放系數(shù)下與排煙中原始SO2生成濃度及要求的脫硫效率的關(guān)系如果環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的該種燃煤鍋爐的SO2允許排放濃度為，則為滿足環(huán)境保護(hù)要求所需達(dá)到的脫硫效率計算式為：

如圖表示出排放系數(shù)K分別為70%、80%、90%時和排放限額C*so分別為400、600和800mg/Nm3時Szs和Cso及ηSO2的關(guān)系。其中，變化范圍區(qū)帶各自的低限值ηSO2都相應(yīng)于K=70%時的數(shù)值，高限值ηSO2則相應(yīng)于K=90%時的數(shù)值。8.3硫氧化物的形成與防治燃燒前脫硫：洗選燃燒中脫硫：爐內(nèi)脫硫，循環(huán)流化床鍋爐、型煤燃燒后脫硫：煙氣脫硫(Flue

Gas

Desulfurization)石灰石（石灰）-濕法濕式洗滌法脫硫工藝噴霧干燥法煙氣循環(huán)流化床爐內(nèi)噴鈣尾部加濕活化法海水法電子束法氨法氧化鎂法鈉堿法8.3硫氧化物的形成與防治8.3硫氧化物的形成與防治SOx的抑制技術(shù)1、燃料脫硫（1）物理凈化法通過煤的粉碎，使非化學(xué)鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，利用FeS2的密度與煤密度的相差，用水洗除FeS2，也可利用二者表面潤濕、磁性或?qū)щ娦圆煌右苑蛛x。此法不能除去有機硫（2）化學(xué)凈化法如用堿液浸煤后通過微波照射，使有機硫和黃鐵礦的化學(xué)鍵被微波打斷，生成硫化氫，它與堿反應(yīng)而被去除。可除去90%的無機硫和70%有機硫。（3）煤的氣化將煤進(jìn)行氣化，使煤中硫轉(zhuǎn)變成H2S，然后再將其去除。8.3硫氧化物的形成與防治SOx的抑制技術(shù)2、爐內(nèi)固硫噴鈣脫硫：先將脫硫劑破碎成一定粒度，然后送入爐膛，在溫度800-1000℃范圍下脫硫劑受熱分解，把燃燒過程中產(chǎn)生的部分SO2固化：脫硫劑分解：硫化反應(yīng)：再生反應(yīng)：在還原性氣氛中CaCO3和CaO遇到H2S時，會發(fā)生如下的反應(yīng)：

如果CaS再遇到氧氣，則根據(jù)氧的濃度大小又會發(fā)生如下的氧化反應(yīng)：

8.3硫氧化物的形成與防治

向爐內(nèi)加入石灰石脫硫，對于不同燃燒方式的燃煤設(shè)備，其使用方法、使用條件及脫硫效果都是不相同的。石灰石脫硫的最佳燃燒方式是流化床燃燒，另外，在型煤加工過程中加入脫硫劑的固硫型煤燃燒脫硫也可得到較好的脫硫效果。（1）流化床燃燒脫硫流化床燃燒脫硫就是在流化床內(nèi)加入石灰石(或白云石),在燃燒過程中同時脫除煙氣中存在的SO2和SO3。影響流化床脫硫效率的因素不僅有：燃燒溫度，流化床壓力，Ca/S摩爾比和床截面氣流速度，還有脫硫劑種類、煤種、脫硫劑顆粒度和煙氣中氧氣濃度等。8.3硫氧化物的形成與防治

床溫對脫硫率的影響A、燃燒溫度

由于脫硫反應(yīng)是可逆反應(yīng)，故而只是在一定的溫度范圍內(nèi)效果較好,如圖所示。B、流化床壓力與脫硫劑種類最常用的脫硫劑有石灰石和白云石。試驗表明，在常壓下石灰石的脫硫效率高；在增壓下則是白云石的脫硫效率高，這主要是由固硫劑內(nèi)部的主要成分決定的。

石灰石脫硫反應(yīng)中其反應(yīng)產(chǎn)物CaSO4首先在顆粒表面處形成。隨著CaSO4的增厚使顆粒表面孔隙大大縮小，并可能被堵死，產(chǎn)生氣窒息現(xiàn)象從而使顆粒內(nèi)部的CaO難以與SO2和8.3硫氧化物的形成與防治O2分子接觸，大大降低了鈣的利用率。為了提高鈣利用率，可將石灰石制成粉后再粘結(jié)成球型，或用水合過的水泥熟料，形成多孔脫硫劑。其特點是：孔容積小而粗大的孔很多，使鈣的利用率大幅度提高。

Ca/S摩爾比對脫硫率的影響試驗條件:床溫900℃,煙氣中O2為4％C、Ca/S摩爾比

Ca/S摩爾比對脫硫率影響的典型曲線如圖所示。在其他條件不變的情況下，隨著Ca/S摩爾比的增大，脫硫率明顯提高。8.3硫氧化物的形成與防治D、顆粒尺寸用白云石作脫硫劑時顆粒尺寸對脫硫率的影響較??；但用石灰石時，顆粒尺寸越小其脫硫率越高。試驗表明：小一個數(shù)量級的細(xì)顆粒脫硫率要提高10%-20%。這主要是比表面積增大和擴散深度減少的緣故。但實際的顆粒尺寸應(yīng)與氣流速度相配合，因一定的氣流速度下顆粒尺寸較小時，揚析量增加。運行經(jīng)驗表明，固硫劑顆粒的尺寸也不應(yīng)取得太小，考慮到揚析量和除塵器負(fù)擔(dān)，建議石灰石的平均粒徑不小于100μm。

8.3硫氧化物的形成與防治E、氣流速度

在其他條件相同時，風(fēng)速增大將導(dǎo)致脫硫率下降。日本日立公司在550×550mm2試驗爐上得出氣流速度對脫硫劑飛逸率的影響，飛逸率增大時，脫硫率將明顯下降。氣流速度對脫硫劑的影響試驗條件：床溫900℃，Ca/S＝4，

脫硫劑：石灰石8.3硫氧化物的形成與防治F、氧濃度的影響床內(nèi)氧濃度水平及其分布主要與過量空氣系數(shù)a、是否過量空氣系數(shù)對SO2排放的影響實施分段燃燒、給料方式、爐膛壓力及給料點分布有關(guān)。研究表明，過量空氣系數(shù)本身對SO2并無多大影響，除非它很低(或很高時)導(dǎo)致床溫下降而使石灰石利用率降低。

8.3硫氧化物的形成與防治（2）型煤燃燒固硫型煤燃燒固硫就是把固硫劑，如石灰石、生石灰、電石渣、造紙廢渣、赤泥或其它工業(yè)廢棄物固硫劑，加入到型煤配料中，加工成各種固硫型煤，型煤燃燒中生成的SOX，可直接與固硫劑發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鹽硫等存留在灰渣中，從而防止了SOX對大氣的排放。A、固硫原理主要以石灰石和生石灰為例，介紹固硫劑的固硫原理。石灰石與SOX進(jìn)行反應(yīng)，主要反應(yīng)式與石灰石在流化床中的固硫反應(yīng)式相同。8.3硫氧化物的形成與防治在還原性氣氛中，CaO可與煤中的硫化物反應(yīng)生成CaS:生石灰作為型煤固硫劑，在型煤加工中遇水后生成Ca(OH)2，Ca(OH)2性質(zhì)很活潑，低溫下便與SO2、SO3發(fā)生反應(yīng)，高溫下Ca(OH)2析出水分形成CaO，CaO再與SOx進(jìn)行硫化反應(yīng)，Ca(OH)2的硫化反應(yīng)式如下：

CaSO4、CaS等保留在型煤渣中，從而減少了SOx對大氣的排放。8.3硫氧化物的形成與防治燃燒后脫硫燃燒后脫硫即通常所說的煙氣脫硫(FGD)，按吸收劑處理狀態(tài)分濕法、干法及半干法。濕法脫硫如石灰石/石灰--石膏洗滌法，雙堿法，海水洗滌

法等；干法脫硫如電子束照射法，爐內(nèi)噴鈣尾部活化法，循環(huán)

流化床煙氣脫硫等，半干法如旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法等。8.3硫氧化物的形成與防治（1）石灰/石灰石--石膏法石灰石-石膏法采用的吸收劑是石灰石，首先是將粉狀石灰石制成漿液，噴入到脫硫吸收塔中，吸收煙氣中的二氧化硫，未反應(yīng)完的漿液進(jìn)行再循環(huán)，反應(yīng)生成的亞硫酸鈣經(jīng)氧化后生成硫酸鈣，含有CaSO4·2H2O的洗滌排出液經(jīng)濃縮脫水生成副產(chǎn)品石膏(回收法)或被排棄(拋棄法)。（2）爐內(nèi)噴鈣尾部活化法(LIFAC)LIFAC工藝可以分為二個主要工藝階段，一是爐內(nèi)噴鈣，二是爐外尾部活化。8.3硫氧化物的形成與防治石灰石—石膏濕法脫硫系統(tǒng)

在第一階段，磨細(xì)到325目左右的石灰石粉用氣力噴射到鍋爐爐膛的上部、溫度為900～1250℃的區(qū)域。CaCO3受熱分解為CaO和CO2。鍋爐煙氣中的部分SO2和幾乎全部的SO3與CaO反應(yīng)生成CaSO4。新生成的CaSO4和未反應(yīng)的CaO與飛灰隨煙氣(包括未被吸收的SO2)一起流到鍋爐的下游，參與下階段的反應(yīng)。在第二階段，即尾部活化階段，煙氣在一個專門設(shè)計的活化器中噴入霧化水，進(jìn)行增濕。煙氣中未反應(yīng)的CaO與水反應(yīng)生成在低溫下很高活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2與煙氣中剩余的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣。部分亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣。最后形成穩(wěn)定的脫硫產(chǎn)物。8.3硫氧化物的形成與防治（3）電子束照射法（EBA）基本的工藝流程由煙氣冷卻工序、氨的充入工序、電子束照射工序和副產(chǎn)品分離工序組成。鍋爐所產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)過集塵器除塵后流入冷卻塔，在冷卻塔內(nèi)噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合的反應(yīng)溫度約60～70℃，然后進(jìn)入反應(yīng)器，在電子束的照射下，煙氣中的硫氧化物和氮氧化物在極短時間內(nèi)被氧化，并和注入反應(yīng)器的氨反應(yīng)，生成固體微粒，生成的副產(chǎn)品被除塵器收集，經(jīng)造粒處理后送到副產(chǎn)品倉。經(jīng)凈化后的煙氣排入大氣。8.3硫氧化物的形成與防治（4）旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫是利用噴霧干燥的原理，將吸收劑漿液以霧狀形式噴入吸收塔內(nèi)，吸收劑霧粒在與煙氣中二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中，又不斷吸收煙氣中的熱量使霧粒中水分蒸發(fā)干燥，最后完成脫硫后的廢渣以干態(tài)灰渣形式排出。（5）煙氣脫硫技術(shù)的比較各種煙氣脫硫技術(shù)均有其固有的優(yōu)缺點，選擇使用何種技術(shù)的一個基本原則就是因地制宜，幾種常見脫硫工藝條件和其主要優(yōu)缺點的比較見表。8.3硫氧化物的形成與防治幾種常見脫硫工藝條件的比較一覽表

脫硫工藝優(yōu)缺點比較一覽表

脫硫公司及其技術(shù)脫硫公司及其技術(shù)(續(xù))8.3硫氧化物的形成與防治煙氣同時脫流脫硝技術(shù)活性炭吸附NH3法來同時脫硫脫硝，在溫度為80-130℃下用活性炭作SO2的吸收劑，把吸收了SO2的活性炭進(jìn)行再分解，并進(jìn)一步處理成硫酸和元素硫。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃燒過程中所產(chǎn)生的氮的氧化物：NO（占95%）NO2（占5%）燃燒所用的空氣中氮（分子氮）的氧化；（大多數(shù)燃燒裝置中，這是NO的主要來源）燃料中含氮化合物（燃料氮）在火焰中熱分解后再氧化（在燒原油或煤的燃燒裝置中，燃料氮是NO的主要來源）燃燒生成NO按來源不同可分為：熱力NO瞬發(fā)NO燃料NO8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理熱力NO：燃燒所用的空氣中氮高溫氧化生成NO，稱為熱力NO，它的生成機理（鏈鎖反應(yīng)）是Zeldovich于1946年提出的：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理—

Zedovich熱力NO生成率，與貧燃料預(yù)混火焰的實驗結(jié)果吻合。Fenimore指出富燃料燃燒還與下列反應(yīng)有關(guān)：煤燃燒中“快速型”NOX“快速型”NOX是煤燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成的NOX。費尼莫爾認(rèn)為：“快速型”NOX生成過程共由四組反應(yīng)構(gòu)成：如：

(2)(1)中的反應(yīng)所生成的HCN和CN，與在火焰中所產(chǎn)生的大量、OH等原子團(tuán)反應(yīng)生成NCO：

(1)在碳?xì)浠衔锶紵龝r，特別是富燃料燃燒時，會分解出大量的CH、CH2、CH3和C2等離子團(tuán)，它們會破壞燃燒空氣中N2分子的鍵而反應(yīng)生成HCN，CN等，(3)NCO被進(jìn)一步氧化成NO：

(4)此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在火焰中HCN濃度達(dá)到最高點轉(zhuǎn)入下降階段時，存在著大量的氨化物(NH3)，這些氨化物會和氧原子等快速反應(yīng)而被氧化成NO：如

研究表明，“快速型”NOX對溫度的依賴性很弱。一般情況下，對不含氮的碳?xì)淙剂显谳^低溫度燃燒時，才重點考慮“快速型”NOX。對煤燃燒設(shè)備，“快速型”NOX與“熱力型”和“燃料型”NOX相比，其生成量要少得多，一般在總NOX生成量的5%以下。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理熱力NO：限制熱力NO的生成，主要是降低溫度，具體措施可歸納為：（1）降低燃燒溫度，避免局部高溫；（2）降低氧氣濃度；（3）縮短在高溫區(qū)的停留時間；（4）在偏離α＝1的條件下進(jìn)行燃燒；8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO：大氣壓力下甲烷與空氣預(yù)混火焰中NO的生成8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO：燃燒時燃料中碳?xì)浠衔锓纸馍傻腃H和C等原子團(tuán)，與空氣中N2進(jìn)行反應(yīng)而生成氰化物：氰化物生成反應(yīng)活化能小，反應(yīng)快，氰化物又與火焰中大量的O、OH等原子團(tuán)生成NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO：研究表明，在火焰中不僅有HCN等存在，而且還有胺化物（NH、NH2、NH3）存在，同樣與OH、N等原子團(tuán)反應(yīng)生成NO：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO：瞬發(fā)NO生成與下列三個因素有關(guān)：（1）CH原子團(tuán)的濃度及其形成過程（2）N2分子反應(yīng)生成氮化物的速率與下列反應(yīng)有關(guān)：（3）氮化物間相互轉(zhuǎn)化率此反應(yīng)對NO的生成起重要作用（富燃料及貧燃料），可以認(rèn)為：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理瞬發(fā)NO形成的主要途徑：在溫度T＜2000K時，NO生成率主要取決于CH－N2反應(yīng)，即瞬發(fā)NO，隨著溫度增加，瞬發(fā)NO比例減小，熱力NO增加，當(dāng)T＞2500K時，NO生成主要按Zeldovich的熱力NO生機理控制。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO：試驗表明：燃燒裝置中所用的燃料含有氮化合物時，排出燃?xì)庵泻写罅康腘O，且隨著燃料中N含量增加而增加。燃料中N與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成環(huán)狀或鏈狀化合物，與空氣中N相比，其結(jié)合鍵較小，燃燒時易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成NO8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO：燃料平均含氮量（重量%）含氮量范圍（重量%）原油0.065－瀝青2.32.15－2.5重餾分1.40.6－2.15輕餾分0.070.06煤1.51－2.5不同燃料中含氮量8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理燃料NO的形成途徑：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理影響燃料NO的因素：（1）燃料含N量的影響：實際燃燒過程中只有部分燃料N轉(zhuǎn)化為NO，實際生成NO與全部燃料N之比稱為燃料N轉(zhuǎn)換率，影響燃料N轉(zhuǎn)換率的因素：當(dāng)α＝1.3時，NO隨著燃料N含量增加而增加，但卻下降。當(dāng)α＝0.8時，NO隨著燃料N含量增加先增加后飽和，而下降。8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理（2）過?？諝庀禂?shù)的影響：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理（2）過?？諝庀禂?shù)的影響：8.4氮氧化物的形成與防治NO的生成機理影響燃料NO的因素：（3）燃燒溫度的影響：試驗結(jié)果表明，燃料NO與熱力NO不同，它受溫度影響較小，這是因為燃料中N的熱分解溫度比火焰溫度低，當(dāng)燃燒達(dá)到分解溫度而進(jìn)行分解，生成NO與火焰溫度關(guān)系不大。8.4氮氧化物的形成與防治NO2的生成機理燃燒生成的NO可與與含氮原子中間產(chǎn)物反應(yīng)使NO還原成N2，也可以與各種含氮化合物或氧化物反應(yīng)生成NO2，如在火焰面附近存在下列反應(yīng)：另外在燃燒區(qū)由于氧原子增加，NO2又轉(zhuǎn)變成NO，導(dǎo)致NO2含量較少：煤燃燒中“燃料型”NOX生成規(guī)律“燃料型”NOx：煤中的氮化合物在燃燒過程中發(fā)生熱分解，

氧化而生成的NOx。一般，當(dāng)燃料中氮的含量超過0.1%時，所生成的NO在煙氣中的濃度將會超過260mg/Nm3。90%的NOX是“燃料型”NOX?！叭剂闲汀盢OX是煤燃燒時產(chǎn)生NOX的主要來源。“燃料型”NOX的生成機理非常復(fù)雜，主要機理有以下幾點：（1）煤在燃燒中氮化合物分為兩部分，隨揮發(fā)分一起析出的氮化合物－揮發(fā)分N和殘留在焦炭中的氮化合物－焦炭N。當(dāng)煤中的揮發(fā)分增加、熱解溫度和熱解速度提高、煤的顆粒越小時，揮發(fā)分N增加，而焦炭N相應(yīng)減少。（2）揮發(fā)分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3。HCN和NH3所占揮發(fā)分N的比例與煤種、揮發(fā)分的性質(zhì)、氮和煤的碳?xì)浠衔锝M合狀態(tài)及燃燒條件等有關(guān)。（3）揮發(fā)分N中HCN的主要反應(yīng)途徑如下圖：

揮發(fā)分N中HCN的主要反應(yīng)途徑其中：〈1〉在氧化性氣氛中，NCO直接氧化成NO；

〈2〉在還原性氣氛中，NCO生成NH，NH在還原性

氣氛下生成N2（4）揮發(fā)分N中NH3的主要反應(yīng)途徑：

其中：〈1〉NH3與OH，O或H反應(yīng)生成NH2，NH2進(jìn)一步

反生成NH，NH氧化生成NO；

〈2〉NH2還原NO生成N2。（5）在通常的煤燃燒溫度下，燃料型NOX主要來自揮發(fā)分N。煤粉燃燒時由揮發(fā)分生成的NOX占燃料型NO的60%～80%，由焦炭N所生成的NOX占20%～40%，研究表明：在氧化性氣氛中，隨著過量空氣的增加，揮發(fā)分NOX迅速增加，數(shù)量超過焦炭NOX，而焦炭N的增加則較少。（6）NOX的還原在氧化性氣氛中生成的NOX當(dāng)遇到還原性氣氛時，會使NOX還原或破壞，所以煤燃燒時，NOX的排放濃度最終取決于NO的生成反應(yīng)和NO的還原或破壞反應(yīng)的綜合結(jié)果。（7）煤燃燒中，燃料N中只有一部分最終生成NO，其余的燃料N常以NH3的形式分解出來，再轉(zhuǎn)化為N2。燃料氮轉(zhuǎn)化為NO的轉(zhuǎn)化率與煤種特性和爐內(nèi)燃燒條件有關(guān)，一般煤中固定碳的含量相對于揮發(fā)分的含量越高，過量空氣系數(shù)越低時，NOX的轉(zhuǎn)換率越低。煤燃燒N2O的生成機理

N2O是一種燃料型氮氧化物，其生成機理和燃料型NOX很相似，也是在揮發(fā)分析出和燃燒期間，揮發(fā)分N首先析出并生成揮發(fā)分NO，然后NO再和揮發(fā)分N中的HCN，NCO，NHi等反應(yīng)生成N2O，同時，焦炭N也會在一定條件下通過多相反應(yīng)生成N2O。

揮發(fā)分N生成N2O的反應(yīng)途徑

燃料N生成N2O的反應(yīng)途徑

NOx的破壞機理火焰中NOx形成和破壞機理途徑。抑制NOx的生成和促使NOx破壞途徑的示意圖

1.在富燃料火焰中有機地結(jié)合在燃料中的氮與烴根如CH和CH2反應(yīng)，空氣中的氮也可能部分與烴相結(jié)合快速生成氰如HCN，CN等，氰與和反應(yīng)生成中間產(chǎn)物氰氧化物（HNCO和NCO），接著再轉(zhuǎn)換成攜氮產(chǎn)物如NH3，NH2，NH和等，然后和NH根與O2、或OH反應(yīng)生成快速NO：

上述反應(yīng)方程式在低溫富燃料條件下占主導(dǎo)地位。對于上兩式所生成的NO有兩種方式可以破壞NO。一種方式是與氨類（NHx和）反應(yīng)生成氮分子，另一種方式是與烴根CHi結(jié)合生成氰，氰（HCN）再與，等反應(yīng)轉(zhuǎn)換成氨類NHi，然后NHi又由第一種方式把NO再燃燒或燃料分級燃燒。NOx燃料分級還原的反應(yīng)途徑

即如圖所示，使NO分解的合適反應(yīng)溫度要大于1200℃。1—α為2.2;2—α為0.12；3—α為0.53

O2一次濃度,1%;NO一次濃度,184-206mg/Nm3;停留時間,0.2s;氣體流率,5Nl/min;

使用的烴:丙烷NOx還原區(qū)內(nèi)反應(yīng)溫度與NO分解率的關(guān)系2.較高的反應(yīng)溫度有助于促進(jìn)NOx分解3.在煤粉火焰中產(chǎn)生的NO也可通過碳來還原，其產(chǎn)物是CO，CO2和N2。主要反應(yīng)如下：式中C（N）、C（O）中的（N）和（O），表示碳吸附的氮原子和氧原子?；衔降牡俞尫判纬蒒2，化學(xué)吸附的氧原子或釋放形成CO，或與CO反應(yīng)生成CO2。8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術(shù)主要途徑：選用N含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料降低過?？諝庀禂?shù)，組織過濃燃燒，以降低燃料周圍氧濃度在過剩空氣的條件下，降低溫度峰值以減少熱力NO在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前鋒和反應(yīng)區(qū)中的停留時間。減少NOx的形成和排放的具體方法為：分級燃燒、再燃燒法、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒和煙氣再循環(huán)等。8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術(shù)分級燃燒：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，一級空氣所用的過剩空氣系數(shù)：氣體燃料0.7，油0.8，煤0.8－0.9，其余空氣在燃燒器附近適當(dāng)位置送入，使燃燒分兩級完成。一級燃燒區(qū)：燃料在過濃情況下燃燒，因缺氧富燃料使得燃燒速度和溫度降低，從而抑制了揮發(fā)分燃燒生成的熱力NO。另外燃燒生成CO與NO還原反應(yīng)及燃料中N分解成中間產(chǎn)物相互復(fù)合作用或與NO還原分解，從而抑制了燃料NO的生成：8.4氮氧化物的形成與防治降低NOx的燃燒技術(shù)分級燃燒：二級燃燒區(qū)：貧燃料燃燒區(qū)，因空氣量多，一些中間產(chǎn)物氧化生成NO：但因火焰溫度低，NO生成量不大，最終二級燃燒可使Nox生成量降低（30-40%）。

風(fēng)分級、低過量空氣系數(shù)、燃料分級（再燃燒）、煙氣循環(huán)等方法就是基于這些思想來減少NOx的形成和排放.風(fēng)分級風(fēng)分級是一種常用的形成富燃料區(qū)的方法，該法是把供燃燒用的空氣由原來的一股分為二股或多股，在燃燒開始階段只加部分空氣，造成一次氣流燃燒區(qū)域的富燃料狀態(tài)。由于富燃料貧氧，因而該區(qū)的燃料只是部分地燃燒，使得有機地結(jié)合在燃料中氮的一部分生成無害的氮分子。從而減少了“燃料型”

NOx的形成。風(fēng)分級是二次燃燒過程，可描述為：富燃料（貧氧）燃燒-貧燃料（富氧）燃燒。空氣分級低NOx燃燒器原理示意圖

燃燒過程分成三個區(qū)：煤和一次風(fēng)在出口處形成的富燃料區(qū)、二次風(fēng)逐漸摻混的持續(xù)富燃料區(qū)、三次風(fēng)摻入最終形成的完全燃燒區(qū)。

火上風(fēng)火上風(fēng)方法是爐內(nèi)風(fēng)分級的一種基本形式，此法中供燃燒用的空氣分為兩部分：一部分空氣從主燃器內(nèi)引入，在主燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行富燃料燃燒，其余的空氣從爐內(nèi)主燃燒區(qū)上方加入，以便于進(jìn)行完全燃燒?？諝庖远壏绞椒謩e引入以達(dá)到富燃料燃燒和富氧燃燒。這種從爐內(nèi)主燃燒區(qū)上方引入的空氣，簡稱為火上風(fēng)。對新設(shè)計的鍋爐和有選擇性的改型鍋爐，火上風(fēng)布置在最上排燃燒器的上面，燃燒器和主燃燒區(qū)在富燃料狀態(tài)下運行。研究表明，單純火上風(fēng)方法可以減少NOx排放