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煙氣多污染物控制原理與技術 版權信息
- ISBN:9787030719362
- 條形碼:9787030719362 ; 978-7-03-071936-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
煙氣多污染物控制原理與技術 內容簡介
資源環(huán)境約束與實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標是我國電力、鋼鐵、有色、石化、建材等行業(yè)工業(yè)煙氣治理技術進步和產業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與機遇。本書系統(tǒng)闡述了煙氣多污染物控制原理、方法與技術,重點介紹煙氣脫硫、脫硝、脫碳、脫汞、除氟及堿金屬脫除等方面的基本原理、主要工藝、關鍵設備及典型工程案例。
煙氣多污染物控制原理與技術 目錄
序
前言
1 緒論 1
1.1 煙氣 1
1.1.1 煙氣中的大氣污染物 1
1.1.2 煙氣中主要污染物的物理化學性質、排放狀況及危害 2
1.2 煙氣特點與治理技術 15
1.2.1 煙氣的特點 15
1.2.2 煙氣污染控制技術分類 15
1.2.3 煙氣綜合利用 22
1.3 煙氣治理發(fā)展 25
1.3.1 煙氣治理技術發(fā)展特點 25
1.3.2 煙氣治理技術發(fā)展趨勢 25
1.3.3 煙氣治理產業(yè)現(xiàn)狀與前景 27
參考文獻 27
2 煙氣脫硫原理與技術 30
2.1 概述 30
2.1.1 二氧化硫的來源 30
2.1.2 二氧化硫的環(huán)境影響 31
2.1.3 二氧化硫控制標準 31
2.1.4 二氧化硫控制政策與措施 32
2.1.5 二氧化硫控制技術 39
2.2 煙氣脫硫發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 40
2.2.1 日本煙氣脫硫發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 40
2.2.2 美國煙氣脫硫發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 43
2.2.3 中國煙氣脫硫發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 48
2.3 煙氣脫硫技術 50
2.3.1 吸收技術 50
2.3.2 吸附技術 75
2.3.3 其他技術 82
2.4 典型工程案例 99
2.4.1 案例1——石灰石/石灰-石膏法脫硫工程 99
2.4.2 案例2——氧化鎂法煙氣脫硫 102
2.4.3 案例3——新型催化法脫硫 105
參考文獻 106
3 煙氣脫硝原理與技術 109
3.1 概述 109
3.1.1 氮氧化物的來源 109
3.1.2 氮氧化物的生成機理 110
3.2 煙氣脫硝發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 114
3.2.1 燃燒過程中NOx控制技術 114
3.2.2 煙氣脫硝技術 117
3.2.3 其他方法 119
3.3 氮氧化物控制技術分類 121
3.3.1 燃燒前控制技術 122
3.3.2 燃燒中控制技術 122
3.3.3 燃燒后控制技術 122
3.3.4 同時脫硫脫硝技術 123
3.4 煙氣脫硝技術原理 125
3.5 煙氣NOx控制技術 125
3.5.1 吸收法 125
3.5.2 吸附法 133
3.5.3 催化法 135
3.6 典型工程案例 165
3.6.1 案例1——電廠煙氣脫硝 165
3.6.2 案例2——鍋爐SCR脫硝 168
3.6.3 案例3——低氮燃燒器+SNCR脫硝工藝的NOx減排工藝 171
3.6.4 案例4——SNCR脫硝工程 174
參考文獻 175
4 煙氣脫碳原理與技術 179
4.1 概述 179
4.1.1 溫室效應 179
4.1.2 全球變暖 181
4.1.3 中國的能源利用與溫室氣體排放 183
4.1.4 CO2減排 186
4.2 CO2捕集分離的方法 193
4.2.1 吸收法 193
4.2.2 吸附法 204
4.2.3 膜分離法 209
4.2.4 空氣分離/煙氣再循環(huán)法 215
4.3 CO2資源化利用 219
4.3.1 CO2的物理利用 219
4.3.2 CO2的化學利用 221
4.3.3 CO2利用現(xiàn)狀與趨勢 223
參考文獻 224
5 煙氣脫汞原理與技術 231
5.1 概述 231
5.1.1 煙氣中汞的來源 231
5.1.2 汞的環(huán)境影響 237
5.1.3 汞的控制標準 237
5.2 煙氣脫汞發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 239
5.2.1 國外煙氣脫汞發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 239
5.2.2 國內煙氣脫汞發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 240
5.3 煙氣中汞控制技術分類 241
5.3.1 燃煤汞排放控制——控制過程 241
5.3.2 燃煤汞排放控制——控制技術 245
5.3.3 有色冶煉過程汞排放控制——治理工藝 250
5.4 煙氣中脫汞技術原理 257
5.4.1 氧化吸收法脫汞 257
5.4.2 吸附法脫汞 258
5.4.3 催化氧化法脫汞 259
5.5 煙氣中脫汞技術 260
5.5.1 氧化吸收法脫汞技術 260
5.5.2 吸附法脫汞技術 266
5.5.3 催化氧化法脫汞技術 271
5.5.4 協(xié)同脫汞技術 283
5.5.5 聯(lián)合脫汞技術 289
5.6 典型工程案例 290
5.6.1 案例1——江西某電廠鍋爐WFGD系統(tǒng)添加氧化增效劑 290
5.6.2 案例2——20t/h工業(yè)鏈條鍋爐煙氣超低排放治理工藝 292
5.6.3 案例3——基于燃煤電廠超低排放的催化法脫汞技術 297
參考文獻 301
6 煙氣除氟原理與技術 306
6.1 概述 306
6.1.1 煙氣中氟的來源 306
6.1.2 氟的環(huán)境影響 310
6.1.3 氟的控制標準 310
6.2 煙氣除氟發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 311
6.2.1 國外煙氣除氟發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 311
6.2.2 國內煙氣除氟發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 312
6.3 煙氣中氟控制技術分類 313
6.3.1 含氟煙氣的干法凈化工藝 313
6.3.2 含氟廢氣的濕法凈化工藝 314
6.4 煙氣中除氟技術原理 314
6.4.1 除氟過程的吸附機理 314
6.4.2 濕法除氟過程的化學過程 316
6.5 煙氣中除氟技術 317
6.5.1 電解鋁煙氣除氟技術 317
6.5.2 玻璃窯爐煙氣除氟技術 319
6.5.3 球團煙氣除氟技術 321
6.5.4 燒結煙氣除氟技術 322
6.6 典型工程案例 325
6.6.1 案例1——鋁電解干法煙氣凈化系統(tǒng) 325
6.6.2 案例2——WETFINE系統(tǒng)燒結和球團廢氣的凈化技術 327
6.6.3 案例3——窯爐煙氣干式洗滌除氟工藝 329
6.6.4 案例4——冶煉煙氣三段四層凈化除氟技術 330
參考文獻 333
7 煙氣中堿金屬脫除原理與技術 335
7.1 概述 335
7.1.1 煙氣中堿金屬的來源 335
7.1.2 堿金屬的環(huán)境影響 336
7.1.3 堿金屬的控制標準 337
7.2 煙氣中堿金屬的脫除技術 337
7.2.1 煤中堿金屬的脫除技術 337
7.2.2 燒結過程中堿金屬脫除技術 340
7.3 堿金屬對脫硝催化劑的影響 341
參考文獻 342
煙氣多污染物控制原理與技術 節(jié)選
1緒論 1.1煙氣 煙氣主要指燃料燃燒、工業(yè)生產等過程產生的含有煙塵、氣態(tài)污染物的氣體。電力、鋼鐵、有色、化工、建材、造紙等行業(yè)是主要的煙氣排放行業(yè)。由于燃料、原料不同,煙氣產生過程工況條件不同,不同行業(yè)煙氣主要污染物組成與濃度不同,因而排放的煙氣具有不同特性。 1.1.1煙氣中的大氣污染物 煙氣中的大氣污染物主要包括煙塵、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物及一些有害物質(如重金屬類、含氟氣體、含氯氣體等)[1]。根據(jù)煙氣中大氣污染物的存在狀態(tài),也可將其分為氣溶膠態(tài)污染物和氣態(tài)污染物。 1.1.1.1氣溶膠態(tài)污染物 根據(jù)顆粒污染物物理性質的不同,可分為如下幾種:①粉塵。粉塵指懸浮于氣體介質中的固體微粒,通常是在固體物質的破碎、分級、研磨等機械過程或土壤、巖石風化等自然過程形成的。粉塵粒徑一般在一微米到幾百微米。粒徑大于10μm的粒子靠重力作用能在較短時間內沉降到地面,稱為降塵;小于10μm的粒子能長期在大氣中漂浮,稱為飄塵。②煙。煙通常指由生產過程形成的固體粒子的氣溶膠。在工業(yè)生產過程中總是伴有諸如氧化之類的化學反應,熔融物質揮發(fā)后生成氣態(tài)物質的冷凝物。煙的粒子是很細微的,粒徑范圍一般為0.01~1μm。③飛灰。飛灰指由燃料燃燒后產生的煙氣帶走的灰分中分散的較細的粒子。灰分是含碳物質燃燒后殘留的固體渣,在分析測定時假定它是完全燃燒的。④黑煙。黑煙通常指由燃燒過程中產生的不完全燃燒產物,不包括水蒸氣。黑煙的粒徑范圍為0.05~1μm。⑤霧。在工程中,霧一般指小液體粒子的懸浮體。它可能是在液體蒸氣的凝結、液體的霧化以及化學反應等過程形成的,如水霧、酸霧、堿霧、油霧等,水滴的粒徑范圍在200μm以下。⑥總懸浮顆粒物。總懸浮顆粒物是指大氣中粒徑小于100μm的所有固體顆粒。 1.1.1.2氣態(tài)污染物 氣態(tài)污染物以分子狀態(tài)存在,常見的有五大類:①以SO2為主的硫氧化物;②以NO和NO2為主的氮氧化物;③以烷烴、烯烴、芳香烴及其衍生物(如萘、蒽、苯并芘等)為主的碳氫化合物;④碳氧化物CO、CO2;⑤鹵素化合物。 氣態(tài)污染物也可分為無機氣態(tài)污染物和有機氣態(tài)污染物兩類。①無機氣態(tài)污染物有硫化物(SO2、SO3、H2S等)、含氮化合物(NO、NO2、NH3等)、鹵素單質(Cl2等)、含鹵化合物(HCl、HF、SiF4等)、碳氧化物(CO、CO2)以及臭氧、過氧化物等。②有機氣態(tài)污染物則有碳氫化合物(烷烴、芳香烴、稠環(huán)芳烴等)、含氧有機物(醛、酮、酚等)、含氮有機物(芳香胺類化合物、氰等)、含硫有機物(硫醇、噻吩、二硫化碳等)、含氯有機物(氯代烴、氯醇、有機氯農藥等)。 直接從污染源排放的污染物稱為一次污染物。一次污染物有顆粒物、硫氧化物、氮氧化物、烴類化合物和碳氧化物、重金屬等。一次污染物為煙氣污染控制的主要對象。一次污染物在大氣中互相作用,經物理、化學或物理化學作用形成的與一次污染物的物理、化學性質完全不同的新的大氣污染物稱為二次污染物。大氣中的二次污染物種類繁多,受到普遍重視的有臭氧、酸霧和鹽類及光化學煙霧等。 大氣污染物的一般特征是來源廣,數(shù)量大,有氣味,有毒性,能夠協(xié)同轉化和長程擴散遷移,與人類生存息息相關。排放到大氣中的各種污染物經歷一系列的物理化學過程:擴散、遷移、轉化和循環(huán),它們在大氣中的滯留時間長短決定了其對人類或環(huán)境危害的程度。表1-1為幾種常見大氣污染物的特征。 1.1.2煙氣中主要污染物的物理化學性質、排放狀況及危害 1.1.2.1硫氧化物 (1) 硫氧化物的物理化學性質 硫的氧化物有5種:SO、S2O3、SO2、SO3、SO4。其中*重要的是SO2和SO3。SO2是具有強烈刺激性氣味的無色氣體,其分子結構為角狀,O—S—O鍵角120°,S—O鍵長0.143nm。SO2分子中的S原子呈sp2雜化態(tài),在不成鍵的雜化軌道中有一對孤電子。兩個S—O鍵具有雙鍵特征。在SO2分子中,S的氧化數(shù)為+4,介于其*低氧化數(shù)2和*高氧化數(shù)+6之間,因此,SO2既可作為氧化劑,也可作為還原劑,但主要是還原劑。SO2易溶于水形成亞硫酸。亞硫酸實際上是SO2的水合物,具有中等程度的腐蝕性,可以緩慢地與空氣中的氧結合,形成腐蝕性和刺激性更強的硫酸。 SO3是由SO2催化氧化而得,無色,易揮發(fā),熔點為16.8℃,沸點為44.8℃,密度在10℃時為2.29g/cm3,20℃時為1.92g/cm3。在蒸氣狀態(tài)下SO3分子結構為平面三角形,鍵角120°,S—O鍵長0.143nm,具有雙鍵特征,其中S原子呈sp2雜化態(tài)。固體SO3有兩種形態(tài):纖維狀(SO3)n和冰狀結構的三聚體(SO3)3。SO3是強氧化劑,其中S原子處于*高氧化態(tài)(+6)。SO3能與不溶解的堿性或兩性氧化物作用,生成可溶性鹽。SO3與水作用生成H2SO4,同時放出大量熱: (2) SO2的排放狀況 圖1-1列出了我國2000~2019年SO2排放總量的變化。1995年,由于國家對粉塵、SO2等主要污染物排放實施總量控制和經濟結構調整,SO2排放量逐年減少,到2002年降至19.26×106t(19.26Mt)。然而,從2003年開始,隨著經濟的快速發(fā)展,SO2排放量逐年升高,2006年達到25.89Mt。此后,隨著我國經濟結構的調整和環(huán)保標準趨于嚴格,SO2排放量逐漸降低,2012年排放量降至21.2Mt,但仍高于2002年排放水平。2015年排放量降至18.59Mt,低于2002年的排放水平。2016年后,SO2排放量的統(tǒng)計更為科學,其統(tǒng)計數(shù)據(jù)明顯不同于2016年以前的數(shù)據(jù),但是仍然可見,工業(yè)源排放是我國SO2排放的主要源頭,占總排放量的85%左右。生活源排放主要是由城鎮(zhèn)供熱取暖、餐飲等過程數(shù)據(jù)來源:2000~2015年數(shù)據(jù)來源于歷年《環(huán)境統(tǒng)計年報》;2016~2019年數(shù)據(jù)來源于歷年《中國生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計年報》造成的。近年來,由于采用集中供暖,使用型煤和清潔燃料等方式,我國生活源SO2排放量呈逐年降低趨勢。2019年,全國SO2排放量為457.3萬t,相比2016年下降46.5%。其中,工業(yè)源SO2排放量為395.4萬t,占全國SO2排放量的86.5%;生活源SO2排放量為61.3萬t,占全國SO2排放量的13.4%。 我國SO2排放源還具有明顯的地域和行業(yè)特征。2019年SO2排放量超過25萬t的省份有5個,分別為內蒙古、河北、江蘇、山東和遼寧。其中內蒙古是唯一一個SO2排放量超過30萬t的省份,達到35.2萬t,占全國SO2總排放量的7.7%。天津、上海、海南、西藏和北京排放量低于5萬t。工業(yè)源SO2排放量*大的地區(qū)是內蒙古,生活源SO2排放量*大的省份是湖南。 2019年,在調查統(tǒng)計的42個工業(yè)行業(yè)中,SO2排放量排名前3位的行業(yè)依次為非金屬礦物制品業(yè),電力、熱力生產和供應業(yè),黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)。3個行業(yè)的SO2排放量合計為262萬t,約占全國工業(yè)源SO2排放量的66%。2017~2019年工業(yè)行業(yè)SO2排放情況見表1-2。 (3) SO2的危害 SO2為無色、有強烈刺激性氣味的氣體,對人體呼吸器官有很強的毒害作用,還可通過皮膚經毛孔侵入人體或通過食物和飲水經消化道進入人體而造成危害。空氣中SO2的濃度只有1×106時,人就會感到胸部有一種被壓迫的不適感;當濃度達到時,人就會感到呼吸困難;當濃度達到10×106時,咽喉纖毛就會排出黏液。 人體主要經呼吸道吸收大氣中的SO2,引起不同程度的呼吸道及眼結膜的刺激癥狀。急性中毒者表現(xiàn)出眼結膜和呼吸道黏膜強烈刺激癥狀,如流淚,鼻、咽、喉燒灼感及疼痛,咳嗽,胸悶,胸骨后疼痛,心悸,氣短,惡心,嘔吐等。長期接觸低濃度SO2可引起慢性損害,以慢性鼻炎、咽炎、氣管炎、支氣管炎、肺氣腫、肺間質纖維化等病理改變?yōu)槌R姟]p度中毒者可出現(xiàn)眼灼痛、畏光、流淚、流涕、咳嗽(常為陣發(fā)性干咳),鼻、咽、喉部有燒灼樣痛,聲音嘶啞,甚至有呼吸短促、胸痛、胸悶。有時還出現(xiàn)消化道癥狀,如惡心、嘔吐、上腹痛和消化不良,以及全身癥狀,如頭痛、頭昏、失眠、全身無力等。嚴重中毒很少見,可于數(shù)小時內發(fā)生肺水腫,出現(xiàn)呼吸困難和發(fā)紺,咳粉紅色泡沫樣痰。較高濃度的SO2可使肺泡上皮脫落、破裂,引起自發(fā)性氣胸,導致縱隔氣腫。SO2的危害在于它常常跟大氣中的飄塵結合在一起被吸入,飄塵氣溶膠微粒可把SO2帶到肺部使毒性增加3~4倍,對人體造成危害。 如果SO2遇到水蒸氣,形成硫酸霧,就可以長期滯留在大氣中,毒性比SO2大10倍左右。一般情況下,SO2含量達到8×106時,人開始感到難受;而硫酸霧濃度還不到80×106時,人已經開始不能接受。“八大公害事件”中的倫敦煙霧事件就是硫酸煙霧引起呼吸道疾病,導致5天之內4000人死亡,后來又連續(xù)發(fā)生了3次。 SO2會給植物帶來嚴重的危害,它的允許含量只有0.15×106,超過這個含量就會使植物的葉綠體受到破壞,組織壞死。SO2對植物的危害多發(fā)生在生理功能旺盛的成熟葉上,而對幼葉和生理活動衰老的葉的危害程度相對較輕。此外,不同種類的植物對SO2的抗性不同,某些常綠植物、豆科植物和黑麥植物特別容易遭受損害。 1.1.2.2氮氧化物 (1) 氮氧化物的物理化學性質 氮氧化物NOx有6種常見的形式:一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)。其中NO和NO2是重要的大氣污染物。 NO是無色無味無臭的氣體,液化點151.7℃,凝固點163.6℃。液態(tài)與固態(tài)的NO均呈綠色。NO在常溫下極易氧化為紅棕色的NO2。NO微溶于水,0℃時1體積水中可溶解0.07體積的NO,但不與水反應,也不與酸、堿反應。在濃硫酸中溶解得很少,在稀硫酸中溶解得更少。溶于濃硝酸,易溶于亞鐵鹽溶液,特別易溶于硫酸亞鐵溶液,更易溶于CS2中。溫度較高時,也與許多還原劑反應,例如,紅熱的Fe、Ni、C能把NO還原為N2,在鉑催化劑存在下,H2能將其還原為NH3。NO分子內有孤對電子,故可與金屬離子形成配合物。例如,NO與FeSO4溶液形成棕色可溶性的硫酸亞硝酰合鐵(I)。 NO2為紅棕色有窒息性臭味的氣體,具有強烈的刺激性,液化點21.2℃,凝固點11.2℃。液態(tài)NO2為黃色,固態(tài)NO2為白色。NO2是具有順磁性的單電子分子,易發(fā)生聚合作用生成抗磁性的二聚體N2O4。在聚合體中N2O4和NO2的組成與溫度有關,在極低的溫度以固態(tài)存在時,NO2全部聚合成無色的N2O4晶體。當達到熔點9℃時,N2O4發(fā)生部分解離,其中含有0.7%的NO2,故液態(tài)N2O4呈黃色。當達到沸點20℃左右時,紅棕色氣體為NO2和N2O4的混合物,其中約含15%的NO2。當溫度達到140℃以上時,N2O4全部轉變?yōu)镹O2,所以N2O4與NO2共存的溫度范圍為9~140℃。NO2與N2O4氣體混合物的氧化性很強,能把SO2氧化為SO3,碳、硫、磷均能在其中燃燒。它溶于濃硝酸、CS2和三氯甲烷。當溫度超過150℃時,NO2發(fā)生分解: NO2易溶于水,溶于少量冷水,生成硝酸和N2O3。在水很多時歧化為HNO3和HNO2。HNO2不穩(wěn)定,受熱立即分解成NO和NO2,因此NO2溶于熱水得HNO3和NO。 (2) 氮氧化物的排放狀況 我國的NOx歷年排放總量的確切數(shù)據(jù)迄今尚不完整,只有火電廠有記錄可查。按照1980~2000年的零散資料,20年間我國的NOx排放總量從486萬t/a躍升至1177萬t/a,凈增1.4倍。圖1-2列出了我國2006~2019年NOx排放總量的變化。自2011年起機動車污染物排放情況(移動源)與生活源分開單獨統(tǒng)計。由圖1-2可見,2011年排放量為2404萬t,達到歷史*高。此后,NO
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