燃煤烟气污染物脱除技术

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目标
• 反应器设计
• 结构优化 • 优化设计软件
数值模拟计算 3 系统优化设计 1
物理模型验证
2
3.1 NOx控制技术: 选择性催化(SCR)技术
SCR烟气脱硝催化剂研制
目标 • 适合我国燃煤特点 • 具有自主知识产权 • 投资运行成本低
配方优化
性 能 测 试
化 学 设 计
我国燃煤烟气特点
物理设计
塔内压力场分布
16
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
吸收塔烟气入口角的优化
17
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
喷淋层投运方式的优化
18
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
塔内SO2浓度分布情况
E-E
19
D-D
C-C B-B A-A
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
20
亚硫酸钙氧化试验台
原煤
29.63 70.45 22.95 13.58 52.96 24.7 23.94 7.39 29.8 4.88 4.79 0.52 14.92 0 7.97 4.97 5.54 28.14 73.37 36.72 30.85 31.02 36.47 13.72
核能
5.22 0.69 8.41 5.57 0.99 13.22 9.95 6.41 13.1 1.3 38.39 0 6.74 0 0 0.77 9.29 0 2.56 0 17.12 0 8.51 0
原油
33.56 17.62 37.19 21.36 29.66 40.25 36.03 32.3 41.41 46.04 33.04 40.47 35.25 62.44 42.5 51.69 49.77 42.57 20.93 36.04 9.83 25.88 41.81 46.52
天然气
23.81 4.03 27.17 53.94 10.63 16.99 22.91 26.68 15.14 9.37 16.72 57.98 40.41 37.56 39.83 36.66 20.71 25.93 2.81 23.1 39.75 31.65 11.49 37.63
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
21
亚硫酸钙氧化速率随各因素的变化规律
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
22
1. 硫酸钠溶液
2. 连续可调进样器 5. 结晶器
3. 搅拌器
4. 电导率仪
6. 恒温水浴
石膏结晶动力学试验台
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
23
90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 5 10 15
1.1 能源形势
6
近7年中国发电总装机容量
1.1 能源形势
近二十年来我国平均供电煤耗变化
7
1.2
环境问题
中国以煤为主的能源结构,加之能源效率低,造成了日趋严重的
8
环境问题。二氧化硫的排放90%是由燃煤引起的。
历年SO2排放量
1.2
环境问题
火电厂排放的NOx占到40%左右
1.2
பைடு நூலகம்环境问题
10
图1

12
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
13
CaCO3 SO2 1 2H 2O CO2 4 2 O2 2H 2 O CaSO
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
14
塔内喷淋过程模拟
塔内烟气流动反应过程模拟
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
塔内流场分布
15
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
我国1980-2009年二氧化碳排放量
据美国环保总署研究估计,燃煤烟气汞是人为汞污染物 排放的最主要来源,约占三分之一。目前,中国年排放的汞 300多吨,其中燃煤电厂约100多吨。
11
二,烟气脱硫、协同脱硫/脱硝技术
2.1 湿法烟气脱硫技术:主要问题
主要问题:
脱硫效率不稳定 石膏品质较差 能耗高 结垢腐蚀
氧化
~1.0 (O2~0.3%)
CCOFA NH3, HCN NOx Fuel N + O2 还原
=0.85 <高温>
Burner
高温还原 燃烧发热
氧化
>1
3.1 NOx控制技术: 组合式空气分级技术
34

强化着火煤粉喷嘴(WR) 一次风浓淡分离 紧凑燃尽风(CCOFA) 偏置二次风
-100 -150 -200 -250
2
31
1E-8
mol rHm/kJ ·
-300 -350 -400 -450 -500 300 320 340
反应(1) 反应(2)
NA2 / mol/sec/cm
cE=0.01 mol/L NO= 300 ppm NO= 600 ppm NO= 800 ppm NO=1000 ppm
2.1 湿法烟气脱硫技术:城市中水污泥在脱硫系统的应用

27
某城市中水处理系统为两台1000MW机组配套工程,供应1000MW机 组用水,设计处理水量4200t/h,每年处理水量可达1000万吨,中水处 理采用石灰混凝处理,每年产生的污泥量在9000吨以上,此污泥的主 要成分为CaCO3,而CaCO3作为脱硫原料,将中水处理产生污泥用于 脱硫,可以降低环境污染,同时降低脱硫成本。
反应时间 t , min
不同温度下电导率随时间变化曲线
不同温度时石膏晶体的粒度分布
粒径, m
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
24
30℃下石膏晶体电镜照片
50℃下石膏晶体电镜照片
电厂现场脱硫石膏
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
1280000 70000
25
90000
0.01MFeCl3+0.01M MgCl2 0.01MFeCl3+0.01M AlCl3 0.01M AlCl3+0.01M MgCl2 0.01MFeCl3+0.01M MgCl2+0.01M AlCl3
体积分 率,%(V)
7
34-
1
6
电导率,s/cm
5
2 4 3
60000 50000 40000
4
3 4 2
3
30000 20000 10000 0 10 20 30 40
1
2
1
0
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140
0
50
100
150
200
250
300
350
400
反应时间t ,min
粒径,m
不同混合杂质离子电导率随时间变化曲线比较
1- 0.01M MgCl2;2 –0.01M AlCl3; 3-0.01M FeCl3; 4- 0.01M MgCl2+0.01M AlCl3+0.01M FeCl3 不同杂质离子对石膏晶体粒度的影响
2.1 湿法烟气脱硫技术: 优化技术
26
A. 无金属离子;B. 0.02M镁离子;C. 0.02M铁离子; D. 0.02M镁离子+ 0.02M铁离子
燃煤电站运行特点
消 化 国 外 催 化 剂 技 术
3.2 烟气汞控制技术:实验与测试系统
41
3.2 烟气汞控制技术:实验与测试系统
滤桶加热箱 化学试剂瓶组
42
热电偶
内衬石英玻璃管取样枪
玻璃 过 滤器
电加热器
出口管
石英玻璃 取样头
冰浴箱
KCl
二价汞
HNO3/H2O2 KMnO4/H2SO4
元素汞 元素汞
NH3 Tank Blower
3.1 NOx控制技术: 选择性催化(SCR)技术
SCR烟气脱硝系统关键技术
反应温度、空间速度、流场特征等对脱硝效 率的影响规律 催化剂的关键技术 运行状态下对催化剂活性进行状态评估的技 术
3.1 NOx控制技术: 选择性催化(SCR)技术
SCR烟气脱硝反应器优化设计
电厂COG再燃、吸附剂喷射试验工况表
工况 1 2 3 4 5 6 7 8 负荷 满负荷 满负荷 满负荷 满负荷 满负荷 满负荷 满负荷 满负荷 煤种 纯烧大同煤 大同煤:神府煤=3:2 纯烧大同煤+COG再燃 大同煤:神府煤=3:1 纯烧大同煤+COG再燃,喷射吸附剂量为50kg/h 纯烧大同煤+COG再燃,喷射吸附剂量为100kg/h 大同煤:神府煤=3:1, 喷射吸附剂量为50kg/h 大同煤:神府煤=3:1, 喷射吸附剂量为100kg/h
28

不同石灰石/污泥掺混比例对脱硫效率的影响
2.2 脱硫/脱硝协同脱除技术:氧化吸收技术
29

利用NaClO2、KMnO4、H2O2、O3、 HClO3和自行开发的氧化剂将NO氧化为易 溶于水的NO2并利用现在广泛应用的石灰 石-石膏湿法烟气脱硫系统进行SO2和NOx 的同时脱除对于实现我国火电厂大气污染 物排放的综合治理、降低污染物控制系统 的投资和运行费用具有重要的现实意义.
-1
1E-9
1E-10 0.01
360 380
cB2 / mol/L 0.1
1
T/K
. 温度对反应焓变的影响
添加剂浓度对吸收速率的影响
32
三,烟气脱硝、除汞技术
3.1 NOx控制技术: 组合式空气分级技术
33
CO2 氧化 NOx CO H2O N2
=1.15 (O2=2.8%)
SOFA
燃烧完成 NOx还原
硅胶瓶
3.2 烟气汞控制技术:实验与测试系统

43
多功能吸附实验台
3.2 烟气汞控制技术:试验研究
44
1.炉膛 2.屏式过热器 3.低温过热器 4.空气预热器 5.风机 6.取样点1 7.电除尘器 8.取样点2 9.脱硫塔 10.取样点3 11.烟囱 试验电厂结构及烟气取样点示意图
3.2 烟气汞控制技术:试验研究
3.1 NOx控制技术: 再燃技术
36
3.1 NOx控制技术: 选择性催化(SCR) 技术 Econ
Bypass AIG Static Mixer(s)
37
Catalyst
Future Catalyst
Aqueous NH3 System
Vaporizer Airheater HOT AIR FROM IDHX COLD AIR Clean Gas To Stack

燃尽风(SOFA)
3.1 NOx控制技术: 组合式空气分级技术
基于风粉闭环控制的低NOx燃烧
35
技术,其基本思路是:以锅炉污 染物NOx的排放和锅炉效率η 为 优化控制目标,通过闭环控制系 统确保锅炉在不同工况下各层一 次风风粉分配均匀和燃烧器区域 二次风量与SOFA 、CCOFA风量配 比优化。
5
2010年全世界一次能源消费总量为120.02亿吨油当量。我国一次能源消费总量为 24.32亿吨油当量,其消费构成中煤炭占70.45%。
国家 世界总计 中国 美国 俄罗斯联邦 印 度 日 本 德 国 加拿大 韩 国 巴 西 法 国 伊 朗 英 国 沙特阿拉伯 意大利 墨西哥 西班牙 印度尼西亚 南 非 澳大利亚 乌克兰 土耳其 中国台湾 泰 国
7
[CaCl2]=0.5mol/L [Na2SO4]=0.5mol/L
体积分率,%(V)
30 C 0 40 C 0 50 C 0 55 C 0 60 C
0
6
40 C 0 55 C 0 60 C
0
5
电导率,s/cm
4
5 4 3 2 1
20 25 30 35 40
3
2
1
0 0 50 100 150 200 250 300 350
水力发电
6.46 6.71 2.57 5.51 4.81 3.85 1.35 26.18 0.31 35.29 5.67 1.04 0.38 0 6.51 4.91 6.41 1.86 0.25 2.88 2.46 10.55 0.81 1.11
再生能源
1.32 0.5 1.71 0.01 0.95 1.02 5.82 1.04 0.2 3.11 1.35 0.05 2.34 0 3.26 1.01 8.28 1.5 0.08 1.27 0 0.9 0.9 1.02
燃煤烟气污染物脱除技术
研究进展
潘卫国
中国动力工程学会环保专委会
上 海发电环保工程技术研究中心
2012年3月22日
学科简介
上海电力学院电站污染物减排方向:
行业特色明显,所在学科是上海市重点学科,是上海 发电环保工程技术研究中心依托单位,长期从事污染 物控制的研究。 承担许多与此相关的国家级“973”、“863”和省市 科技攻关项目和企业委托项目的支持 与国内外科研机构和企业在大气污染物控制方面建立 了良好合作关系 在节能和燃煤污染物的脱除方面,曾获得10余项省部 级科技进步奖。 发表与方向有关的论文近二百篇,申请专利50余项。
2.2 脱硫/脱硝协同脱除技术:氧化吸收技术
5 4 Vent 1 2 3 6
30
NO2+N2
O2
N2
7 9 8
1. 质量流量计 2. 混气箱 3. 挡板
4. 搅拌器 5. pH计
6. 双搅拌釜反应器 7. 搅拌桨 8. 恒温水浴 9. 烟气分析仪
2.2 脱硫/脱硝协同脱除技术:氧化吸收技术
计算与实验结果


1
2 3 4

能源与环境形势 烟气脱硫、协同脱硫/脱硝技术 烟气脱硝、除汞技术 结 论
4
一, 能源与环境形势
1.1 能源形势
能源消费总量 (亿吨油当量)
120.02 24.32 22.86 6.91 5.24 5.01 3.19 3.17 2.55 2.54 2.52 2.13 2.09 2.01 1.72 1.69 1.49 1.40 1.21 1.18 1.18 1.11 1.11 1.08 占能源的比重%
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