燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理

燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理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（亿吨）

污染物排放（万吨）2000年161995二氧化硫2003年12.45

2158.7二氧化硫1048.7烟尘1500氮氧化物全国工业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）3.842.86（74.3％）发电量（亿千瓦时）1908015800（82.8％）原煤消耗（亿吨）169（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。粒径0.1-200微米。降尘大于10，飘尘小于10.（可吸入颗粒物）；总悬浮颗粒物是指悬浮在大气中不易沉降的所有的颗粒物，包括各种固体微粒，液体微粒等，直径通常在０.１－１００微米之间。

硫氧化物（SOx）主要是SO2和SO3，燃煤和石油产生。1t煤中含硫5—50kg，1t石油中含硫5—30kg。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亲和力大数百倍;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。1952.12.5～8，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。第二章燃煤工业锅炉锅炉：锅—盛装水和气并承受压力的部分，作用：吸收炉放出的热量，把水加热到一定温度和压力（热水锅炉）或蒸汽（蒸汽锅炉）；炉—燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的部分，作用:最大限度的把燃料的热能释放出来；附属设备、附件及仪表—保证锅炉正常运行。压力表三大安全附件安全阀水位计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；（铭牌上标为表压力）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kJ／h；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100t／h的锅炉为大型锅炉，蒸发量20～100t／h的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于20t／h的锅炉为小型锅炉。4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p≤2.5MPa）、中压锅炉（2.5MP＜p≤5.9MPa）、高压锅炉（p＝9.8MPa）、超高压锅炉（p＝13.7MPa）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。锅炉工作示意图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，如下面式样表示第三章燃煤电厂锅炉概述第一节锅炉设备的作用及构成锅炉是能源工业发展的主要组成部分——火力发电站三大主机之一；火力发电三种能量转换；表1-1典型电厂锅炉简况

二、锅炉设备的构成1.锅炉本体构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。1）汽锅——锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。2）炉子——锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能3）安全附件——水位计、压力表、安全阀2、气水系统3、燃烧系统2．锅炉辅机给煤机、磨煤机、送风机、吸风机、给水泵、吹灰器、碎渣机、除尘器、灰浆泵。三、电站锅炉的分类及型号2、锅炉型号的表示方法第二节锅炉燃烧理论基础（p18）1）着火前的准备：煤粉进入炉膛至着火前这一阶段为着火前的准备阶段。在此阶段内，煤粉中的水份蒸发，挥发份析出，煤粉温度升高到着火温度，故又称为干燥、挥发阶段，这是一个吸热阶段。这个阶段在炉膛内为着火区。①预热干燥。105℃左右时，水分蒸发

（2）燃烧阶段：当煤粉温度升高到着火点，而煤粉浓度又适合时，开始着火进入燃烧阶段。挥发份首先着火燃烧并放出大量热量，对焦炭直接加热，于是焦炭在高温下燃烧。此阶段是一个强烈放热阶段，在炉膛中为燃烧区。②干馏。300℃左右时，挥发物不断析出并与空气混合，开始燃烧。③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

（3）燃烬阶段：未燃烬的少量固体炭继续燃烧，直到燃烬。此阶段是在氧气供应不足，气粉混合较弱，炉内温度较低的情况下进行的，过程时间长。此阶段在炉膛中为燃烬区。

这些阶段的划分不是绝对的，不能截然分开，其实它们是互相联系并交错进行的。并且各个阶段的长短与煤粉性质有关，与锅炉设备的结构和操作方法也有关。三、燃烧条件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，T↑——t↓。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”。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。第三节煤的组成及其性质一、元素分析和工业分析测定煤组成的方法分工业分析和元素分析两大类。

二、煤的成分通常说煤炭，有的地方习惯叫石炭。但煤不是碳。煤是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质（主要含硅、铝、钙、铁等元素）。煤的结构复杂。1、碳碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。碳含量随煤化度的升高而增加。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。固定碳含量越高，越南燃烧；2、氢3、硫4、氧5、氮6、灰分7、水分三、煤的工业成分分析工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳以及估测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。

1、水分指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。

2、灰分是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。3、挥发分指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。

4、固定碳测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物第一节煤炭燃烧前的脱硫技术一、煤中硫的性质煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。煤中的有机硫，是以有机物的形态存在与煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还不够充分，大体有以下官能团：硫醇类，R-SH(-SH，为硫基)；噻吩类，如噻吩、苯骈噻吩、硫醌类，如对硫醌、硫醚类，R-S-R';硫蒽类等

第九章煤炭燃烧前与燃烧中的脱硫技术简介煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的硫。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量的ZnS,PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。

煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。煤燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），或焦化后留在焦炭中的硫（以有机硫、硫化钙和硫化亚铁等为主），称为固体硫。煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和焦油析出的硫，称为挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳等为主）。煤的固定硫和挥发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫（St）。

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。二、煤炭的物理脱硫技术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。1、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。2、跳汰选煤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。

3、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。4、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％。三、煤炭的化学脱硫技术（P124）1、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。2、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。四、煤炭的生物脱硫技术第二节煤炭燃烧中的脱硫技术在我国主要采用的技术有三种：型煤固硫、炉内喷钙技术和循环流化床燃烧脱硫技术。1.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2.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：CaCO3→CaO+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+SO2→CaSO3CaSO3+1/2CaO2→CaSO4CaO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((10~30)%)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1073—1173K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