大氣污染課程設計綜述

脫硫除塵文獻綜述課程設計名稱： 大氣污染控制工程課程設計課程設計題目 燃煤鍋爐脫硫除塵系統(tǒng)設計學院名稱： 環(huán)境與化學工程學院專業(yè)： 環(huán)境工程 班級： 100221學號： 10022129姓名：劉凱旺評分： 教師： 熊輝2013年11月22日引言二氧化硫具有強烈刺激性氣味的氣體，給人類帶來的最大問題是它在大氣中經(jīng)催化氧化等過程形成的酸沉降，對環(huán)境的危害更大。酸雨對水體、土壤、森林、農作物等生態(tài)系統(tǒng)的影響是積累性的，已成為制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一［1］。粉塵的危害不僅取決于它的暴露濃度，還很大程度上取決于它的組成成分、理化性質、粒徑和生物活性等。粉塵進入呼吸道后對呼吸道產生刺激，有毒有害的粉塵吸入身體后甚至會導致中毒死亡，這對人體健康產生了嚴重的影響。另外粉塵也影響著大氣質量，它會引起大氣能見度降低，太陽直接輻射減少，對氣候及人類的正常生產生活帶來嚴重的危害。因此很有必要對煙氣中的SO和2粉塵進行控制和治理［2］。大氣污染現(xiàn)狀與危害大氣是人類賴以生存的氧的唯一來源，也是人類活動所排放的各種污染物的稀釋場所。國際標準化組織（ISO）認為：大氣污染，通常是指由于人類活動和自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境。本課題的目的就是為了使人們了解大氣污染及其危害，知道治理大氣污染的基本方法，并使人重視治理大氣污染。2.1大氣污染現(xiàn)狀（1）國內大氣污染現(xiàn)狀我國是世界上大氣污染狀況比較嚴重的國家之一，城市大氣污染更為突出。從全國范圍看，我國大氣污染仍以煤煙型污染為主；而由于城市機動車數(shù)量的劇增，我國一些大城市的大氣污染已呈現(xiàn)出以機動車尾氣污染為主的趨勢。中國還是是一個工業(yè)化程度還比較低的發(fā)展中國家，能源結構比例中煤炭所占比例高達73%，石油為21%，天然氣和水能僅占2%和4%，因此大氣污染相當嚴重。預計2000年煤炭產量將達到24億噸（1994年為1121X1091）,煤炭在能源結構中所占比例在一個相等長的時期內不會有根本性的改變，燃煤型的大氣污染問題，也將是我國未來解決環(huán)境污染的首要課題。當然，在考慮大氣污染時，不能忽視個人吸煙、交通運輸以及其它工農業(yè)生產活動引起的污染，甚至還有火山活動、人類社區(qū)社會問題和從地表到平流層的自然或人為引起的污染［3］。根據(jù)國家環(huán)保局優(yōu)先考慮的環(huán)境問題可以看出，我國目前還處于第一代環(huán)境污染和生態(tài)破壞階段，其土要表現(xiàn)是:以燃煤排放的煙塵和二氧化硫為主要污染物的大氣污染；以工業(yè)廢水和生活污水排放的有機物為主要污染物的水污染；以植被破壞和水土流失為主的生態(tài)環(huán)境破壞。就大氣污染而言，我國的總體情況并不樂觀，其趨勢是農村好于城市，小城市好于大城市，輕工業(yè)城市好于重工業(yè)城市。1997年11月21日?27日，國家環(huán)保局對全國大城市的空氣狀況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)污染最嚴重、最密集的大城市有三個；污染程度較重的城市相當于世界發(fā)達國家五、六十年代嚴重污染時期的水平，1998年大氣污染的狀況有所改善，但仍不容樂觀。污染類型可分為煤煙型、汽車尾氣型、煤煙+汽車尾氣型和復合型[4]。（2）國外大氣污染現(xiàn)狀世界上發(fā)達國家的大氣污染的發(fā)生、發(fā)展和演變過程，大體上可以分為三個階段。第一階段：18世紀末到20世紀中期，大氣污染狀況隨著工業(yè)的發(fā)展而加重。這一階段的大氣污染主要是燃煤引起的，即所謂的“煤煙型”污染。主要大氣污染物是煙塵和SO2等。第二階段：20世紀中期至70年代，各國工業(yè)快速發(fā)展，汽車數(shù)量倍增，石油類的燃料消耗量劇增，大氣污染日趨嚴重，幾起著名的大氣污染事件大都發(fā)生在這一階段。此時的大氣污染，已不再限于城市和工礦區(qū)，而呈現(xiàn)為廣域污染，即所謂的“石油型”污染。主要大氣污染物有飄塵、重金屬、SO、NO、CO和碳2X氫化合物等。第三階段：20世紀70年代以后，各國開始重視環(huán)境保護，加強環(huán)境立法，投入大量人力、物力、財力，經(jīng)過嚴格控制和綜合治理，取得了顯著成效，環(huán)境污染得到基本控制，環(huán)境質量明顯改善。目前，發(fā)達國家的能源結構以石油和天然氣為主，因此大氣污染為“油氣型”。2.2大氣污染危害我國大氣污染問題日益嚴重，因此，加強大氣環(huán)境質量管理、保護和改善我們的生活環(huán)境迫在眉睫。對人體健康的影響[5]（1） 引起急性中毒，直至死亡。如一氧化碳中毒等。（2） 使慢性疾病惡化。如慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、肺病、腎臟病等病人在受污染的大氣環(huán)境里病情會加重。（3）引起身體機能障礙。如使肺氣腫病人肺部氣體交換量減少，產生血液循環(huán)障礙等。芳烴等甚至能導致遺傳因子變異。（4）引起癌癥。如城市居民肺癌、肝癌等發(fā)病率高于農村，就與城市的大氣污染有關，大氣中的多環(huán)芳烴等化合物具有明顯的致癌作用。（5）引起其他癥狀，如刺激感官，導致呼吸困難，危害心、肺、肝、腎等內臟器官。光化學煙霧的主要成分能刺激人眼和上呼吸道，誘發(fā)各種炎癥，濃度過時，會導致哮喘發(fā)作。對動植物的影響氣態(tài)污染物會使植物組織脫水壞死或干擾酶的作用，阻礙各種代謝機能。例如，臭氧能使葉片上出現(xiàn)褐色斑點，降低抗病蟲害能力。而粒狀污染物則會擦傷葉面，影響光合作用。這些都會使植物生理活動減退，如生長緩慢，果實減少，產量降低等。對動物的影響主要是通過呼吸或動物食用被間接污染的飼料而引起生病。對器物的影響一是玷污器物表面，不易清洗除去；二是與器物發(fā)生化學反應，使之腐蝕變質。對氣候的影響就區(qū)域而言，城市人口密集、工業(yè)集中等造成城市溫度比周圍郊區(qū)高，冷熱空氣對流形成“城市風”，圍繞城市的大氣構成所謂“城市圓拱”[6。]就全球而言，CO2濃度增加產生的溫室效應，使地球變暖；兩極的臭氧空洞不斷擴大；各地沉降酸雨等問題已讓人類深深陷入環(huán)境危機當中。脫硫除塵的經(jīng)典方法煙氣脫硫經(jīng)典工藝煙氣脫硫（FGD）是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)應用的脫硫方式，也是最經(jīng)濟切實可行的方法。迄今為止,世界各國研究開發(fā)的FGD技術估計超過了200多種,目前成熟可行的有十多種。通常按照脫硫劑和脫硫產物的干濕狀態(tài)分為濕法、半干法和干法。濕法脫硫除塵這是目前較成熟、運行較穩(wěn)定的方法。由于是氣液反應,脫硫反應速率快、效率高、脫硫劑利用率高。但由于其廢水處理量大,運行成本也較高。（1）石灰石-石膏法。是以空氣鼓入吸收塔,使得CaSO氧化為CaSO(石膏),由于其鼓入氣體使料34液更為均勻,脫硫率更高,其堵塞和結垢的幾率大大降低。此法的最大優(yōu)點是石灰石來源廣、價格低,而生成的石膏可用于建筑材料和鈣塑材料。其缺點是系統(tǒng)管理操作復雜、初期投資較大。石灰石-石灰法。是以石灰石或石灰的漿液為脫硫劑,在吸收塔內對SO煙氣進行洗滌吸收的2方法，其產物為CaSO和CaSO。石灰石系統(tǒng)的最佳操作條件PH值為5.8-6.2,而34石灰系統(tǒng)的最佳PH值為8。由于原料中的Ca(OH)或CaCO沉積或結晶析出、反23應產物CaSO和CaSO的結晶析出等,所以其最大的難點是吸收塔結垢和堵塞問34題。為了解決這個問題,現(xiàn)在石灰石-石灰法已被石灰石-石膏法所代替。雙堿法。此法種類較多,實際上是為了克服石灰法易結垢的缺點,主要是鈉堿雙堿法。即采用NaCO或NaOH溶液為第一吸收液，再用石灰石或石灰溶液為第二堿液使之23再生，再生后溶液繼續(xù)循環(huán)使用。此法得到的SO仍以CaSO或CaSO的形式沉淀234出來。由于其產物的生產過程在吸收塔外，所以避免了結垢和堵塞。氧化鎂吸收法。除了Ca2+對SO有吸收作用外,MgO、MnO和ZnO等對SO也有吸收作用。此法222具有代表性的工藝有基里洛(Girillo)法和凱米克(Chemico)法?；锫宸ㄊ怯梦招阅芎们乙自偕腗gOx、MgOy為吸收劑,吸收煙氣中的SO。凱米克法是用MgO2的水溶液［Mg(OH)］吸收煙氣中的SO,吸收液再生后可繼續(xù)循環(huán)使用。我國氧化22鎂資源豐富，而且可再生，成本相對較低，吸收后得到高濃度SO氣體，適宜于制造2硫酸或固態(tài)硫磺。由于鎂還是會有損失，易造成二次污染。鈉堿吸收法。本法是用NaOH、NaCO和NaSO的水溶液為吸收劑,吸收煙氣中的SO。其中23232使用最多的是威爾曼-洛德(Wellman-Lord)法,是美國和日本應用較多的脫硫方法。此法實際上是采用NaSO和NaHSO混合液為吸收劑。當吸收劑中NaHSO濃2333度達到80%-90%時,就要對吸收劑進行再生，可獲得較高濃度的SO和NaSO。再223生后的NaSO可用于循環(huán)使用,SO可用于生產硫酸。對煙氣的吸收效率可達到23290%以上。此法具有吸收速度快、運轉時不易堵塞等優(yōu)點。除以上方法外,濕法還包括氨法、堿式硫酸鋁法、水和稀酸吸收法等。這些方法由于吸收效率不高,應用范圍較窄。半干法脫硫除塵是利用顯熱蒸發(fā)吸收液中的水份,使最終產物為干粉狀,得到廢渣較難利用,一般拋棄處理。⑴旋轉噴霧干燥(SDA)法。此法是利用噴霧干燥的原理,將吸收劑(如石灰漿液)霧化噴入吸收塔內,使得吸收劑與煙氣中的SO發(fā)生化學反應。得到的固體以廢渣形式排出。SDA法系2統(tǒng)簡單、投資較低,不會結垢和堵塞,但其效率略低于濕法。⑵爐內噴鈣濕活化(LIFAC)法。此法是由芬蘭IVO公司和TAMPELL公司聯(lián)合開發(fā)的。是在傳統(tǒng)爐內噴鈣法基礎上增加了活化反應器,并促進噴水增濕。由于其脫硫效率可達到75%-80%左右,較適合于中小機組和老電廠改造。干法脫硫除塵傳統(tǒng)是用石灰蘇打(CaO-NaCO)干粉來除去煙道內廢氣所含的SO。從而得232到干粉狀鈣鹽和鈉鹽及未反應的干燥粉塵的混合產物的方法。此法可以達到自動控制的目的,但效率不及濕式脫硫法,可靠性也還有待提高。脫硫除塵新工藝荷電干式噴射脫硫(CDSI)法。此法是美國ALANCO公司開發(fā)的專利技術。其技術核心是吸收劑以高速通過高壓靜電電暈充電區(qū),得到強大的靜電荷后,被噴射到煙氣中,擴散形成均勻的懸浮狀態(tài)。由于粒子表現(xiàn)的電暈,增強了活性、縮短了反應時間,從而有效提高了反應效率。此法投資及占地僅為傳統(tǒng)濕法的10%和27%。但其脫硫效率相對較低。電子束照射(EBA)法。其原理是在煙氣進入反應器之前先加入氨氣,然后在反應器中用電子加速器產生的電子束照射煙氣,使水蒸氣與氧等分子激發(fā)產生氧化能力強的自由基,這些自由基使煙氣中的SO很快氧化,產生硫酸。再和氨氣反應形成硫酸氨。其主2要特點是系統(tǒng)簡單,操作方便,過程易于控制,副產物可用于生產化肥。脫硫成本低于傳統(tǒng)方法。但此法需要大功率、長期溫度的電子槍,同時需要防輻射屏蔽。脈沖電暈等離子體(PPCP)法。是日本專家增田閃一在EBA法的基礎上提出的。由于省去了昂貴的電子束加速器,避免了電子槍壽命短和X射線屏蔽等問題。所以世界許多科學家競相研究。它是靠脈沖高壓電源在普通反應器中形成等離子體,產生高能電子。此法設備簡單,操作簡便,投資是EBA法的60%。除以上介紹的以外,近年發(fā)展的新工藝還有ABA公司開發(fā)的新型集成半干式脫硫（NID）法,適合于海邊工廠的海水脫硫工藝、常溫精脫硫工藝等。淺談國內外脫硫除塵一體化技術概況脫硫技術可以分為燃燒前脫硫、爐內脫硫和煙氣脫硫三類。燃燒前脫硫是在原煤投入使用前，采用物理、化學或生物方法將煤中硫脫除，由于成本較高尚未推廣應用。爐內脫硫是指煤燃燒過程中，在爐內加入固硫劑，使硫分轉化為硫酸鹽隨爐渣排出。它以投資小，工藝簡單、易操作等優(yōu)點而得到發(fā)展。燃燒后的煙氣脫硫技術是當前應用最廣、效率最高脫硫技術。屬于比較成熟的工業(yè)化方法，但因投資和運行費用較高而在實際應用中受到限制。具體的脫硫工藝有：爐內噴鈣脫硫，干法煙氣脫硫，濕法煙氣脫硫等等。國內外脫硫除塵一體化技術在常規(guī)工藝中，脫硫和除塵作為獨立的單元操作分別在各自的裝置中完成，而在一體化工藝過程中，將脫硫和除塵兩個操作單元結合起來，即在一個操作單元中既達到除塵的目的又滿足脫硫的要求［7］。脫硫除塵一體化操作可以簡化工藝流程，節(jié)約設備投資。因而，開發(fā)適合于煙氣脫硫除塵一體化的設備具有重要意義。目前國內外所研發(fā)的脫硫除塵一體化裝置分為干法和濕法裝置兩大類［8，9］。干法煙氣除塵脫硫一體化裝置主要是在干法、半干法脫硫技術的基礎上，增加除塵裝置來實現(xiàn)，目前應用的主要有以下一些：（1） 吸附過濾法。吸附過濾法是應用氣體吸附和過濾除塵的機理實現(xiàn)聯(lián)合脫硫除塵，利用可循環(huán)再生的固定吸附材料，除去煙氣中的SO、NO和粉塵，水2X洗再生。這種裝置具有很高的脫硫除塵效率，SO去除率大于90%，凈化氣粉塵2濃度小于10mg/m3，煙氣溫降少，無二次污染，可回收副產品的優(yōu)點。（2） 噴霧干燥法一體化裝置。爐內噴鈣脫硫是一種投資很低的技術，但效率一般在30%左右。噴鈣后煙氣中粉塵量增加，電阻提高，增加了電除塵器的負荷，為提高脫硫率及鈣的利用率，可在爐內噴鈣后，電除塵之前，采用煙氣噴鈣增濕活化技術，對煙氣噴鈣及對脫硫劑進行活么降低鈣基脫硫劑的比電阻，提高收塵率及硫的轉化率。（3）排煙循環(huán)流化床脫硫除塵裝置。排煙通過固體吸收劑流化床，固體吸收劑與SO2充分接觸，且強烈進行傳質傳熱。運行溫度降至露點附近，仍不會在反應器壁面結垢。由此帶來極大益處是脫硫劑的高利用率和高脫硫率。對高硫煤也能達到80%?90%脫硫率，其后接電除塵或袋式除塵器，除塵效果可以保證。該裝置占地大，運行可靠，投資大，運行費用適中。濕法煙氣脫硫一體化裝置（1） 噴霧除塵脫硫裝置。噴霧除塵脫硫裝置是一種非常典型的脫硫除塵一體化裝置，具有結構簡單、壓力損失小、操作穩(wěn)定脫硫除塵效率商等優(yōu)點，但是需要嚴格控制噴嘴的霧化效果，并且在使用某些脫硫劑（如石灰）時容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。根據(jù)氣液相對運動的不同，噴霧除塵脫硫裝置可以分為逆流型和錯流型。逆流型是煙氣向上運動，霧滴由噴嘴噴出向下運動，使氣液得以充分棍合，完成除塵脫硫過程；錯流型是霧滴由噴嘴向下噴出，而煙氣水平流動，此外，在一些噴霧脫硫塔中，還有采用順流型的，即煙氣向上運動，霧滴由噴嘴向上噴出，與煙氣同向流動，來增加氣液接觸時間，提高傳質效果，同時與逆流布置相比可以減小壓力損失，但是在應用中還是以逆流型更為常見。（2） 文丘里除塵脫硫裝置。文丘里除塵脫硫裝置由收縮管、喉管和擴散管組成。當煙氣由進氣管道進入收縮管后，流速逐漸增大氣體的壓力能逐漸轉變?yōu)閯幽?，在喉管入口處氣流速度達到最大，沿喉管周邊布置的噴嘴噴出的液滴被高速氣體霧化和加速，氣液充分混合，在擴散管中，氣流速度減小，而壓力回升，使塵粒凝聚速度加快，增加了對細微粉塵的捕集效果，在此過程中同時完成脫硫過程。該裝置具有投資省、占地少、工藝簡單、運行費用低等優(yōu)點，但是脫硫除塵效率較低，而且耗電量大。常與其他除塵脫硫裝置配合使用，很少單獨使用。（3） 旋風水膜除塵脫硫裝置。由于旋風水膜除塵脫硫裝置通常采用麻石作為殼體，所以又稱為麻石水膜除塵脫硫裝置，其基本原理是：煙氣切向高速進入裝置內部，旋轉上升，依靠離心作用，將塵粒甩到裝置的濕內壁上，然后被溢流堰上流下的堿液洗滌下來。除塵效果不錯，但是脫硫效率較低。（4） 旋流塔板除塵脫硫裝置。旋流塔板除塵脫硫裝置是在麻石水膜除塵脫硫裝置的基礎上演變而來：在麻石水膜除塵脫硫裝置的基礎上，增加1-6層旋流塔板，對氣體的旋轉起“接力作用”，盲板布水結構也加強了裝置的除塵脫硫性能。與前者相比，除塵和脫硫效率都有很大的提高。用溶液作為脫硫劑時，其脫硫效率可達70%?84%，己成功應用于220t/h鍋爐的煙除塵脫硫，是目前我國自行研制的處理量最大的除塵脫硫裝置。結論脫硫除塵一體化技術方案具有經(jīng)濟、簡便、效率較高、切實可行等特點。能夠一舉兩得地實