2010-2011(1)《燃烧污染与控制》(参考答案及评分标准)

山东科技大学2010—2011学年第一学期
《燃烧污染与控制》考试试卷
参考答案及评分标准
一、简答题（共50分）
1.湿法和半干法烟气脱硫工艺中，脱硫剂中含有的CaCl2能起到什么样的作用？（10分）
湿法烟气脱硫工艺中，脱硫剂中溶解的氯化钙会影响石灰石的溶解。

由于存在共同离子效应，溶解的氯化钙会使得脱硫剂中溶解的碳酸钙减少，从而降低脱硫效率；…………………………………（5分）而在半干法烟气脱硫工艺中，由于氯化钙具有吸湿性，可以减缓水从石灰浆液滴的蒸发，从而提高脱硫效率，另外，氯化钙的吸湿性也使得粉尘颗粒具有趋向于粘性，二次减少扬尘，从而使得除尘器的效率提高。

…………………………………………………………………………………………………（5分）2.简要介绍CO2的危害、去除方法及用途（15分）
研究表明，近50年的气候变暖主要是由人类使用化石燃料排放的大量CO2等温室气体的增温效应造成的。

二氧化碳是造成温室效应危害最大的气体，也是全球暖化的元凶。

（3分）
（1）提高能源利用效率。

如（超）临界燃煤锅炉机组、联合循环机组等。

效率的提高可使生产单位电力所需的燃料减少，从而减少CO2的排放量。

常规锅炉汽机电厂、IGCC以及煤气化-固体氧化物燃料电池(SOFC)混合循环分别代表了现在、近期及未来燃煤电厂的典型配置，超临界及超超临界电厂效率可以达到40%以上，采用GEH型等先进燃气轮机的IGCC可提高到50%以上，而混合循环电厂的效率则有望达到60%以上。

…………………………………………………………………………………………………（4分）（2）改革传统的煤炭燃烧利用方式。

新型的O2/CO2循环燃烧技术、基于CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离技术(CCR)等。

O2/CO2循环燃烧技术采用纯氧和再循环的烟气代替空气进行助燃，将锅炉尾部排烟的一部分烟气经再循环系统送至炉前，与空气分离装置制取的氧气（O2含量在95%以上）按一定比例混合后，携带燃料经燃烧器送入炉膛，在炉内组织与常规空气燃烧方式类似的燃烧过程，并完成传热过程;基于CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离技术(CCR)使用CaO与CO2反应以及生成产物CaCO3的煅烧这个循环过程来捕捉烟气中的CO2是一种有希望的CO2分离技术。

通过CaO与CO2气体的反应生成CaCO3，当CaO与CO2不再反应或反应速率变得很慢时，通过加热反应产物CaCO3重新生成CaO和CO2，这样得到的CO2气流具有极高的纯度，便于压缩后运输和封存。

这种技术可以用于燃烧烟气中CO2的分离，也可以用于气化过程中CO2的分离。

……………………………………………………………………………（4分）（3）烟气中CO2捕获技术。

目前常用的CO2捕集分离技术主要有化学吸收法和物理吸收法，吸附分离法，膜分离法等，其中膜分离技术正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。

从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。

然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。

……………………………………………………（4分）3.试比较空气分级燃烧、燃料分级燃烧这两种清洁燃烧方式的机理。

（10分）
空气分级是常用的形成富燃料区的燃烧方法，也就是把燃烧用空气由原来的一股分为两股或多股。

（1分）（1）在燃烧开始阶段只部分空气，造成一次气流燃烧区域的富燃料状态。

由于富燃料贫氧，因而该区的燃料只是部分的燃烧，使得有机地结合在燃料中的氮的一部分生成无害的氮分子，预示减少了热力NOx的形成。

………………………………………………………………………………………………（3分）（2）作为二次风的供燃烧完全用的空气喷射到一次富燃料区域的下游，形成二次燃烧完全区，在这个区域内完成燃烧。

此外，由于一次区域的燃烧产物进入二次燃烧完全区，同时降低了氧浓度和火焰浓度，于是二次区域的NOx生成收到了限制。

风分级是二次燃烧过程…………………………………………（3分）（3）燃料分级的过程是大部分燃料从燃烧器进入一次燃烧区并形成富燃料状态，而小部分燃料，如天然气，喷射到携带NO的一次燃烧产物中，于是在一次燃烧区域内生成的NO，在二次燃烧区大量的被氢根还原成氮分子。

……………………………………………………………………………………………（3分）4.请说明影响SCR效率的因素。

（15分）
（1）反应温度的影响：反应温度增加一方面使得脱除NO x效率提高，另一方面，NH3氧化反应开始发
生，使NO x脱除效率下降，因此，最佳反应温度是上述两种趋势对立统一的结果。

…………………（4分）（2）NH3/NO x摩尔比的影响：NH3/NO x摩尔比较小时，NO x脱除率随NH3/NO x摩尔比的增大而增大，当NH3投入过量后，NH3的氧化副反应将增大，会降低脱氮效率，同时也增加了净化气中未转化NH3的浓度，造成二次污染。

………………………………………………………………………………………………（4分）（3）接触时间对NO x脱除率的影响：NO x脱除率随接触时间的增大表现为先增大后减小，主要原因在于接触时间过大后会发生NH3的氧化副反应。

……………………………………………………………（4分）（4）催化剂中V2O5的含量影响：随V2O5含量的增加，NO x脱除率表现为先增大后减小。

………（3分）二、请绘图说明循环流化床烟气脱硫工艺的原理和特点，并绘制其工艺图（25分）
烟气循环流化床是采用含湿量为3%～5%的石灰粉作为脱硫剂，在流化床中与高速流动的烟气接触完成脱硫。

在流化床尾部除下来的吸收剂经增湿后循环使用。

在钙硫比为 1.1～1.5的情况下，脱硫率可达80%～90%。

（5分）
循环流化床烟气脱硫工艺的特点为：
(1)脱硫效率高：在钙硫比为1.1～1.5时，脱硫效率可达90%以上，是目前各种干法、半干法烟气脱硫工艺中最高的；（1分）
(2)工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50%～60%。

（1分）
(3)工艺流程简单，系统设备少，为湿法工艺的40%～50%，且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用；（1分）
(4)占地面积小，为湿法工艺的30%～40%，且系统布置灵活，适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组；（1分）
(5)能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30%～50%；（1分）
(6)能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率远高于湿法工艺，达90%～99%。

烟气的湿度相对较低，因而对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备的腐蚀性较小，可不采用烟气再热器，对现有的烟囱可不进行防腐处理。

（1分）
(7)对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30％负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性；（1分）
(8)对燃煤硫分的适应性强，可用于0.3%～6.5%的燃煤硫分。

且应用于中低硫煤时（＜2%），其经济性优于湿法工艺；（1分）
(9)无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利；，直接使用干烟囱排放脱硫烟气；（1分）
(10)脱硫后烟尘多采用布袋除尘器捕集。

（1分）
(11)已有10多年的运行经验，工艺已成熟、可靠，且最大配套机组容量已达300 MW。

（1分）
(12)脱硫剂中加入少量的铁基催化剂可脱除60%～90%氮氧化物，具有脱硫脱氮一体化的发展潜力。

（1分）
（8分）
三、如下图1所示，请说明是何种脱硫工艺，并在图上标注各部分的名称（25分）
图中所示是湿法烟气脱硫工艺（石灰石-石膏法）(1分)。

图中各个部分的名称如下图所示。

（每个名称计3分）。