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行业新闻

燃烧系统的空气污染控制

燃烧系统的空气污染控制

燃料燃烧对空气的污染程度与燃料的种类关系极大。用氢作燃料似乎是理想的,因为可获得完全不含杂质(如硫)的纯氢,所以能完全燃烧,最后只产生水。但是,在燃烧温度下会产生一些氧化氮。燃烧夭然气则可能产生一些一氧化碳和一些未完全燃烧的燃料。石油和煤都含硫,硫燃烧产生50:和503。煤还含一些不挥发物质,这些物质可能被从烟囱带走。每一种污染物质的控制需要与其特性有关的控制技术。

1。一妞化破与未侣烧的破盆化合物这两种物质都是起因于未完全燃烧,我们把它们放在同一个标题下讨论。完全燃烧取决于两个因素:过剩空气量和燃料与空气的混合。气体燃料很易和空气混合,因此只需较少的过剩空气量(大约15%)就能接近于完全燃烧。液体燃料,尤其是粘滞性高的液体燃料,不能很好地和空气混合。为了有效地燃烧,需要把液体燃料与雾化蒸汽一起高压喷射。即使如此,比起气体燃料来,液体燃料的完全燃烧要求更多的过剩空气。固体燃料与空气的混合燃烧更困难,因此需要更多的过剩空气。在任何燃烧过程中,碳氢燃料、一氧化碳与氧之间自然存在一个平衡方程(1)氧气使平衡向右。在一个具有过剩空气的混合得很好的系统中,未燃烧的碳氢化合物〔CH:〕的浓度必然小于CO的浓度。因此,如果CO含量得到满意的控制,碳氢化合物的浓度必然是低的。由此可知,烟道气体含氧量的控制意味着控制与其相平衡的CO。然而,这平衡在很大程度上取决于混合过程。在燃烧带的某处缺少空气可能使气体嫩料中未燃烧的碳氢化物和Co,甚至O:释放出来。燃烧喷咀奎塞使喷雾不佳,可能产生同样结果。在低负荷时,由于燃料和空气的流速都低,混合过程自然就不彻底了。因此对含氧量的控制并不一定确保对CO和碳氢化合物泄出的控制,即使保持适当的负荷也是如此。可以获得最佳燃烧效率。如果要在更高的氧含量下面才能获得最大的燃烧效率,这表明燃烧器需要清洗或调整。可用红外分析仪测量烟道气体中的CO量。如果用调节空气一燃料比的办法使烟道气体中Co保持不变,在这种情况下的含氧量则表示燃烧器在任何负荷条件下的状态。

2.这些氧化氮与水分、空气组合在一起,形成硝酸。温度和压力的提高以及过剩空气使No:的形成加剧。燃烧就是在有压状态下进行的,所以发动机往往产生大量的NO二。Bell和rBeen的报告〔2表明,可燃气体燃烧时一般产生100ppm的No二,而轻馏产生150ppm,残油产生250ppm,煤产生高达500ppm的NO:。上面的关系无疑是由于燃烧这些燃料一般需要过剩氧量的缘故。如果主要的氧化氮形式是NO:,形成氧的速率将正比于烟气含氧量的平方。一般来说,如果煤的有效燃烧需要的过剩氧量是可燃气体有效燃烧所需过剩氧量的两倍,那么可以预料前者产生的NO:的浓度将是后者产生的NO二浓度的四倍。对燃烧器的修改或调整,使燃料可以用较少的过剩空气而燃烧得更完全,因此也减少了NO二的泄出。所以在减少这类污染方面,燃烧器的设计和维护是极其重要的。由此可见过剩空气的精确控制除了能减少热损耗外,还有减少NO二泄出的附加效益。促使No二形成的其它可控参数是燃烧温度。用烟气稀释燃料能够最有效地降低燃料带的温度,使其可感觉出的热量被带走。由于火焰式样、氧化作用和侵蚀作用等的变化,要想可靠地测得燃烧带的温度是困难的。然后,把一部分烟气再循环到参加燃烧的空气中去,可么调节火焰的温度。如果烟气的温度不变,固定再循环率就能保持恒定的火焰温度。但是烟气的温度总是随负荷的上升而上升的,因而需提高再循环率。烟气的热平衡表明,把温度为T,的烟气的x部分再循环,可使火焰温度从其最大值T,降至T当温度为260℃的烟气的再循环率为25%时,火焰温度可从1649℃降到1371℃。,把再循环烟气流量设置成正比于通过比流量调节器(FFC)的蒸汽流量。烟气测量的温度补偿实际上是不必要的因为尽管方程(3)要求在较高的温度下有较高的再循环流量,但由于气体的密度效应,流量仪表指示的是较低的流量值。虽然这两方的影响是不一样的,但它们在流量仪表的精度范围内相互抵消。

增加设置的比率值使再循环量加大,因而减少了NO二的泄出。但是,当烟气和蒸汽之间的温度梯度减少时,锅炉效率降低。因此,应该找出使No:量在规定的极限值以内又不会使之更低的最佳比率。可知,对于燃气系统,烟气再循环将使NO二的泄出减少加%多对于燃油系统,减少20%;但对于燃煤系统,财无效。在下游的湿洗涤器中,一些NO二与50:一起被收掉。8。扭拉仅当燃烧固体燃料时,颗粒才成为问题。颗粒总是变成硬的、尖的和多孔的,很容易吸收酸和水份。如果让烟气温度降到149℃以下,烟气中的酸将凝结并引起广泛的腐蚀。虽然用一袋状过滤器可除去这些颗粒,但为了保护绝大多数织物材料,温度必须维持在1232℃以下。因此袋状过渡器必须安装在任何空气预热器的下游环绕该空气预热器有份旁路,使热烟气能将烟道的温度控制在149℃以上。通过周期回吹或机械搅动把巳分离的颗粒除掉。在空气加热器的前后安置静电除尘器,究竟安置在其前还是在其后取决子这些颗粒的电阻率。如果燃料的含硫量高(翅%或更多),在颗粒上吸附了酸的导电薄膜,在空气加热器下游的149~204℃区域里的颗粒很易导电。对于含硫量低的燃料,除尘器一般安置在空气加热器的上游,在那里温度超过232℃,确保有足够的的导电率。这些作法有利于把颗粒置于空气加热器之外。除尘器装配有维持电场电荷并避免电晕放电的控制装置。定期地洗涤电极,把积累的分离颗粒清除掉。湿洗涤器一般和湿去硫系统一起使用。当水蒸汽与烟气并流时,能最有效地收集颗粒。小水滴包围固体颗粒并将其凝聚成块,然后在旋风器或挡板式分离器内把这些颖粒从气体中分离出来。除去颗粒最常用的是文丘里洗涤器或喷气洗涤器。文丘里洗涤器和旋风器这类装置对气流速度的变化比较敏感,因此在烟气处理中使用这些装置比较复杂。为了适应在电厂运行中的变化气流,在一些文丘里洗涤器中配备了可调节的喉部(图2),以便自动地调节喉部面积。维持跨过喉部的差压值不变,气体流速可保持常值。用并流高速接触去掉颗粒后,象氧化硫这样的烟气在与洗涤介质逆流低速接触的过程中被吸收。出口的烟气变冷并在通过洗涤器通道时浸透了水。这种状态的烟气不能很好地从烟道升空,而且当与大气接触时将生成一缕可见的蒸汽。为避免这些问题,在饱和烟气进入烟道以前,用蒸气或燃料把它从82℃再加热到120℃~204℃。因为再热能量是一总的损失,所以烟道温度应在最小程度上与环境保持一致。烟道温度应控制在比周围温度高出一定差值的数值上,以获得烟气上升所需的密度差。但还应根据相对湿度和风速调整此温度差,从而控制水蒸气的可见度与最小再热量相适应4妞化硫随着高质量燃料的逐渐减少,已经在使用硫量越来越高的燃料。在燃烧过程中,硫主要氧化成502,约有1%形成503,这与过热空气量及燃料在炉中停留时间有关。当烟气向大气排放时,所有的50:都要氧化成50

3,在雨水中作为硫酸的稀释溶液返回大地。在工业化地区,酸雨对金属和混凝土的腐蚀是很常见的。江湖的PH值也已经到了使水中生物受害的程度。氧化硫很容易被以食盐、钙、镁、氨甚至有机反应物为基础的碱溶液吸收掉。在大多数这类化学反应中,硫转换成亚硫酸钙与/或硫酸钙渣和填土。日本人用硫酸钙制造墙板。某些过程利用蒸发或烘焙,从洗涤介质中恢复50:,然后转换成硫酸或还原成硫。显著影响污水的50:含量的参数是洗涤介质的PH值。吸收作用取决于与50:在气相中的局部压力相平衡的溶解度。为了降低分压力,必须通过把502转换成HSO:一离子或转换成固态亚硫酸钙来降低50:的浓度。在第一个反应中,可溶解的亚硫酸钠作为洗涤介质使用,这样一来亚硫酸盐离子使50:转换成HS03一离子在第二个反应中,钙离子既可从氢氧化物(石灰)又可从碳酸(石灰石)得到在上述两个反应中,50:的吸收引起PH值降低,而PH值的降低必然使吸收率减小。图2表示一个PH调节器,用它来加注新鲜试剂,以维持洗涤溶液的有效组分。最佳PH值取决于过程的性质。当用石灰或石灰石洗涤时,约等于6的PH值基本上能保证完全中和。事实上,用石灰石作洗涤试剂是不可能把PH值提高到大于6.7的,因为石灰石的溶解度是有限的。当采用钠类试剂洗涤时,化学反应的终点出现在PH值接近5时。如果使用的PH值太高,不用使用试剂就能使CO:的吸收作用增加,并且在洗涤器内部形成碳酸盐水垢。通常在第二阶段用与生石灰的反应使钠类试剂再生。。5.火苗一烟道控制在炼油和化工生产中,为了焚化通过安全装置排放的气体废料和制成品,火焰是良见的。如果用蒸汽喷射火焰,辐射和烟可犬矢减少,但可燃气体的质量变化范围很大,并且变化十分迅速。解决此问题有两个办法:与可燃气流成比例地设置蒸汽流;根据火苗容许的辐射调节蒸汽流。在此,比例控制(前馈)系统有些欠缺。习惯上用来测量可燃气气流和蒸汽气流的孔板流量仪表量程局限在4`,这对大多数火焰来说是太低了。

更高量程的仪表,如分离式旋涡流量仪表,虽然可测出火焰的可燃气流,但价格昂贵。此外,向外扩展的成钟状的气体的组分可能有根本的改变,这样蒸汽一可燃气的比例也随之变化。为避免在燃烧可燃成分高的混合燃料时产生烟气,必须提高蒸汽对燃气的比例。在燃可燃成份低的混合燃料时如仍使用高的比例就会浪费蒸汽。最后应指出的是,蒸汽流必须比嫩气流领先,以补偿流量控制回路中的延时以及蒸汽从阀门向火苗顶部传送所需要的时间。在火苗烟道出口的四周安置一暴露在火焰辐射区的由四个热电偶组成的矩阵。这些热电偶是并联的给出的温度是这四个温度的平均值。这样安置热电偶能保证无论何时,不管风向如何,至少能有一个热电偶暴露在火苗的辐射区。假定火苗很小,热电偶的温度就接近周围温度。相当于暴露在烟道底部的第五个热电偶的电压近似于零。但在出现明亮火焰时,火苗与周围温度之间有一温度差。当该差值上升时,比例+微分调节器动作,打开蒸汽伐门。加上蒸汽后,辐射热量减少,温差下降,虽然由于火苗释放的热量,此温差不会减少到零。因此,调节器不能有积分作用,否则,调节器将继续增加蒸汽流而并不能进一步降温。微分作用有助于克服热电偶和蒸汽管道上的延时。调节器应这样加置偏置值,使在温差为零时,关闭蒸汽伐。为了使烟气减到最小值,比例带应设置成尽可能低的值,但是,如果设置得太低,会产生振荡。微分时间应设置成能减少30%的振荡周期,这样就能稍许减少些比例带,而改善回路的响应速度。被调量的变化范围受阀门调节范围的限制,一般为50至100。建议采用线性伐门


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点击次数:  更新时间:2018-09-30 21:21:28  【打印此页】  【关闭