我國(guó)燃煤脫硫技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀-化工論文發(fā)表
摘要:介紹了目前國(guó)內(nèi)外較成熟的幾種主要的脫硫方法,提出對(duì)不同的燃煤選用不同的方法進(jìn)行脫硫處理,改進(jìn)脫硫技術(shù)和設(shè)備以提高脫硫效率,降低投資和運(yùn)行成本,同時(shí)減少煙塵排放量,分析了脫硫技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用前景及對(duì)環(huán)境的保護(hù)的意義。
關(guān)鍵詞:燃煤;脫硫;SO2;方法
引言
我國(guó)的能源構(gòu)成以煤炭為主,其消耗量日益增加,SO2的排放量也不斷增加,我國(guó)是世界上大氣環(huán)境SO2嚴(yán)重污染的少數(shù)國(guó)家之一。全國(guó)各地的煤炭都不同程度地含有化學(xué)成分“硫”,然而絕大部分的煤不經(jīng)過(guò)處理就直接進(jìn)入工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐內(nèi)燃燒,燃燒產(chǎn)生的SO2等有害物質(zhì)又直接排放到大氣中,我國(guó)每年排放到大氣的SO2有1800~2000萬(wàn)t,其中80%來(lái)自燃燒過(guò)程。世界各國(guó)都已注意到大氣污染對(duì)人類生存的危害,都投入巨額資金對(duì)其進(jìn)行整治。我國(guó)也已制定了《中國(guó)跨世紀(jì)綠色工程計(jì)劃》對(duì)大氣污染進(jìn)行綜合治理,削減SO2的排放量,防止大氣SO2污染,已成為我國(guó)當(dāng)今及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的主要社會(huì)問(wèn)題之一[1,2]。
1 煤炭中硫的存在形式
一般根據(jù)煤中硫的化學(xué)形態(tài)而將其泛分為有機(jī)硫、硫鐵礦硫、硫酸鹽硫、元素硫四種形式存在,我國(guó)煤中硫以黃鐵礦硫?yàn)橹鳎袡C(jī)硫次之,硫酸鹽硫最低。
2 燃燒脫硫的途徑
煤的脫硫方法不下數(shù)十種,按其基本原理則可大致分為以下三種,即物理脫硫法、化學(xué)脫硫法和微生物脫硫法。
2.1 物理脫硫法
物理脫硫法主要基于煤中硫(主要是硫化鐵硫)與煤基體的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì),如密度、電性質(zhì)、磁性質(zhì)、表面性質(zhì)等的不同,將其與煤基體分離開(kāi)來(lái)的過(guò)程。目前,煤炭物理法脫硫方法主要包括洗選、浮選、重介質(zhì)分離、水力分離、磁分離、油團(tuán)聚等,工藝較簡(jiǎn)單,可脫除50%~80%的黃鐵礦 [4],
物理法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是:過(guò)程比較簡(jiǎn)單,設(shè)備成本低,已有一定規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。其缺點(diǎn)是:不能去除其中大部分的有機(jī)硫,而且無(wú)機(jī)硫的晶體結(jié)構(gòu)、大小及分布影響脫硫效果和產(chǎn)品回收,能耗損失大。
2. 2 化學(xué)脫硫法
化學(xué)脫硫法是利用強(qiáng)堿、強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑等化學(xué)試劑在一定的條件下與煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使煤中硫分轉(zhuǎn)化為可溶物,繼而從煤中洗脫的一種脫硫技術(shù)方法。根據(jù)所用的化學(xué)試劑的種類和反應(yīng)原理的不同,化學(xué)脫硫法可分為堿處理法,氧化法,溶劑萃取法,熱解法,微波處理法[5]。
化學(xué)方法脫硫最大的優(yōu)點(diǎn)是能脫除大部分無(wú)機(jī)硫(不受硫的晶體結(jié)構(gòu)、大小和分布的影響)和相當(dāng)部分的有機(jī)硫[6,7]。其缺點(diǎn)是必須高溫,高壓并使用腐蝕性瀝濾劑,因此過(guò)程能耗大,設(shè)備復(fù)雜。到目前為止,因經(jīng)濟(jì)成本高,還沒(méi)能大規(guī)模投入實(shí)際應(yīng)用。
2. 3 微生物脫硫法
煤的生物脫硫技術(shù)大體可分為生物浸出法、生物表面法和生物浮選脫硫。
當(dāng)前微生物煤炭表面改性強(qiáng)化脫硫方面的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:一是選擇、發(fā)現(xiàn)新菌種,對(duì)老菌種進(jìn)行培養(yǎng)、馴化,使之具有新的功能,擴(kuò)大其應(yīng)用;二是探索最適宜的細(xì)菌作用、改性、分選的條件,以盡量接近現(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)條件;三是結(jié)合以上的研究和試驗(yàn)過(guò)程,進(jìn)行有關(guān)煤、黃鐵礦或其他礦物顆粒表面性質(zhì)變化的測(cè)定、分析,以掌握其規(guī)律,了解其改性和吸附機(jī)理。
目前,微生物脫硫還僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段,但卻是當(dāng)前國(guó)際上脫硫研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn),我國(guó)在這方面也做了許多有益的工作??梢灶A(yù)見(jiàn),隨著微生物技術(shù)的發(fā)展,微生物在煤炭脫硫中是大有可為的。
3 脫硫技術(shù)分析
理想的脫硫技術(shù)是要從根本上降低煤燃燒后煙氣向大氣排放SO2的量。目前我們可以采取以下三種方法進(jìn)行脫硫處理。
3.1 燃燒前脫硫技術(shù)
燃燒前脫硫技術(shù)主要分為選煤和潔凈優(yōu)化動(dòng)力配煤。
選煤是指煤炭選洗技術(shù),應(yīng)用化學(xué)或物理方法去除或減少原煤中所含的硫分和灰分等雜質(zhì),從而達(dá)到脫硫的目的。目前,化學(xué)選洗技術(shù)盡管有數(shù)十種之多,但因普遍存在操作過(guò)程復(fù)雜、化學(xué)添加劑成本高等缺點(diǎn)而仍停留在小試或中試階段,尚無(wú)法與其它脫硫技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。物理選洗因投資少、運(yùn)行費(fèi)用低而成為廣泛采用的煤炭選洗技術(shù)。然而,物理選洗僅能去除煤中無(wú)機(jī)硫的80%,占煤中硫總含量的15%~30%,無(wú)法滿足燃煤SO2污染控制要求,故只能作為燃煤脫硫的一種輔助手段。
潔凈優(yōu)化動(dòng)力配煤技術(shù)是將不同品質(zhì)的煤經(jīng)過(guò)篩選、破碎,按比例配合等過(guò)程,并輔以一定的添加劑,以改變動(dòng)力煤的化學(xué)組成、巖相組成、物理特性和燃煤性能,達(dá)到充分利用煤巖資源、優(yōu)化煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)互補(bǔ),適應(yīng)用戶燃煤設(shè)備對(duì)煤質(zhì)要求,高燃煤效率和減少污染物排放。
3.2 燃燒中脫硫技術(shù)
燃燒中脫硫技術(shù)主要分為型煤燃燒固硫技術(shù)和流化床燃燒固硫技術(shù)。
型煤燃燒固硫系將粉煤、固硫劑和粘結(jié)劑等混合擠壓成形入爐燃燒,燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO2部分吸收固定于灰渣中,達(dá)到脫硫目的。型煤燃燒固硫工藝簡(jiǎn)單,投資及運(yùn)行費(fèi)用低,不僅可以脫硫還可節(jié)煤和減少煙塵排放,但因SO2與固硫劑接觸時(shí)間太短而導(dǎo)致脫硫率偏低,固硫率一般在50%左右。我國(guó)近十幾年來(lái)對(duì)工業(yè)型煤固硫燃燒技術(shù)開(kāi)展了大量的研究工作,相繼在重慶、洛陽(yáng)、貴陽(yáng)、北京、太原等地建設(shè)了工業(yè)型煤廠。在集中成形基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的集中配煤爐前成型技術(shù)已在蘭州、北京、天津等地部分推廣。目前, 工業(yè)型煤的生產(chǎn)能力達(dá)550萬(wàn)噸,多用于中小鍋爐燃煤脫硫。
流化床燃煤是把煤和吸附劑加入燃燒室的床層中,從爐底鼓風(fēng)使床層懸浮進(jìn)行流化燃燒,流化形成湍流混合條件,從而提高了燃燒效率。固硫劑固硫減少了SO2排放,較低的燃燒溫度使NOx的生成量大幅度減少。近年來(lái),電廠循環(huán)流化鍋爐有很大發(fā)展,目前國(guó)外已有大約240臺(tái)在運(yùn)行,總?cè)萘考s10GW,最大單機(jī)容量達(dá)250MW。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)循環(huán)床燃燒鍋爐,并成功地研制出以流化床氣化和燃燒為基礎(chǔ)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)[8]。
3.3 燃燒后脫硫技術(shù)
燃燒后脫硫技術(shù)即煙氣脫硫技術(shù),主要是利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO2,并使其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫化物或硫。
近幾十年來(lái),國(guó)外工業(yè)煙氣脫硫裝置的應(yīng)用發(fā)展很快。我國(guó)近十多年來(lái)也開(kāi)展了煙氣脫硫技術(shù)的研究。煙氣脫硫技術(shù)的種類非常多,按脫硫的方式和產(chǎn)物的處理形式可分為干法,半干法和濕法三大類。
(1) 干法煙氣脫硫(DFGD)是指加入的脫硫劑為干態(tài),脫硫產(chǎn)物仍為干態(tài)的脫硫工藝。干法煙氣脫硫技術(shù)由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術(shù)存在的腐蝕和二次污染等問(wèn)題,近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。但存在脫硫效率低,反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問(wèn)題[9]。
(2) 濕法煙氣脫硫(WFGD)是以水溶液或漿液作脫硫劑,生成的脫硫產(chǎn)物存在于水溶液或漿液中,產(chǎn)物為濕態(tài)的脫硫工藝。該技術(shù)具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn),但存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問(wèn)題。
(3) 半干法煙氣脫硫(SDFGD)是以水溶液或漿液為脫硫劑,生成的脫硫產(chǎn)物為干態(tài)的脫硫工藝。半干法兼有干法與濕法的一些特點(diǎn),是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫在濕狀態(tài)下再生(如水洗活性炭再生流程)或者在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術(shù)[10]。特別是后者,既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn),又有干法無(wú)污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)點(diǎn)[11]。
4 結(jié)論
(1) 在全球范圍內(nèi),特別是我國(guó)控制燃煤SO2污染迫在眉睫;
(2) 煙氣脫硫是目前控制燃煤SO2排放最有效的途徑,其中濕法脫硫工藝仍占絕對(duì)統(tǒng)治地位;半干法由于占地小、投資及運(yùn)行費(fèi)用低,將會(huì)得到廣泛應(yīng)用;干法脫硫工藝若能在能耗及某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,將會(huì)成為新一代煙氣脫硫技術(shù);
(3) 根據(jù)已有技術(shù)的運(yùn)行情況,我國(guó)在開(kāi)發(fā)和引進(jìn)煙氣脫硫技術(shù)時(shí)需注意的問(wèn)題:1 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,包括設(shè)備的防腐、防磨、防結(jié)垢、設(shè)備利用率和壽命等;2 力求系統(tǒng)投資低,消耗少,不可一味追求高脫硫率;3 因地制宜選用脫硫技術(shù)及脫硫劑,注意脫硫副產(chǎn)物的二次污染和回收利用。
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