燃煤鍋爐脫硫技術與方法淺析
摘要: 分析了燃煤所產(chǎn)生 SO2 的原因及危害, 介紹了燃煤鍋爐燃燒前、燃燒中和燃燒后各種比較常見的脫硫方式, 分析了其優(yōu)缺點和適用范圍, 給出了選用的指導意見。
關鍵詞: 燃煤鍋爐, 脫硫, 污染
由于我國能源資源特點和經(jīng)濟發(fā)展水平的制約, 決定了以煤炭為主的能源結構在我國將長期存在。大量燃用煤炭等化石燃料的結果, 使得我國的大氣污染十分嚴重。1997 年,我國的二氧化硫排放總量為 2 346 萬 t。二氧化硫排放量的不斷增加, 將對人體健康、農(nóng)作物生長和增產(chǎn)、工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提高以及建筑和文物的保護等諸多方面有很大的危害, 造成較大的經(jīng)濟損失。為了控制酸雨污染, 進一步推廣和發(fā)展煙氣脫硫技術尤為重要。脫硫技術和方法大體上可分三大類, 即爐前脫硫、 爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫。
1 燃燒前脫硫技術
1.1 煤炭洗選技術
選煤是除去或減少原煤中所含的硫分、灰分等雜質(zhì), 并按不同用戶對煤質(zhì)的不同要求, 實行對路供應的有效方法。發(fā)展煤炭洗選, 是從源頭上減少污染的有效措施。選煤技術分物理法、化學法和微生物法 3 種。
1.1.1 物理及化學選煤法
物理選煤可除去原煤中的部分灰分和黃鐵礦硫, 是目前我國廣泛采用的一種選煤方法。其中跳汰占 59%、重介質(zhì)選煤占 23%、浮選占 14%；瘜W選煤是借助化學反應使煤中有用成分富集或除去雜質(zhì)和有害成分的工藝過程。機械浮洗法(MF) 是目前用得最多的一種爐前脫硫方法。它利用煤和含無機硫煤密度差分離, 浮選劑用水, 采用跳汰機和搖床聯(lián)合作業(yè), 脫硫率 40%~50%, 脫灰率 30%~40%。我國煤炭的入洗率現(xiàn)在已超過 30%。
1.1.2 微生物脫硫技術
微生物脫硫是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中。細菌產(chǎn)生的酶促使硫氧化為硫酸鹽, 從而達到脫硫的目的。用于脫除煤中硫化物的微生物種類較多, 但主要的種類是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫桿菌。這一方法具有脫硫反應條件溫和、成本低、能耗省、沒有煤流失等優(yōu)點。當前還應用有浸出法、空氣攪拌式浸出法、表面氧化法等。
1.2 強磁分選(HMS) 和微波輻射法(MCD)
煤系黃鐵礦適合用強磁分離法( HMS) 除硫。煤系黃鐵礦中無機硫呈順磁性, 而煤質(zhì)呈逆磁性, 因而可以利用強磁場將煤中順磁性的無機硫與反磁性的煤質(zhì)分離。用超導材料制成磁選機, 在 2 萬高斯磁場下可實現(xiàn)脫硫, 總脫硫率可達 45%。
微波輻射法( MCD) 是用一定波長電磁波照射經(jīng)水、堿或 FeCL3 等鹽類處理過 50~100 ℃煤粉, 能使煤中的 Fe- S,C- S化學鍵共振裂解, 形成游離 S并與 H, O反應生成 H2S,SO2 或含氧、硫低分子氣體從煤中逸出, 脫硫率可達 70%。
1.3 煤氣化技術
煤氣化是把經(jīng)過適當處理的煤送入反應器, 在一定的溫度和壓力下, 通過氣化劑( 空氣或氧和蒸汽) 以一定的流動方式( 移動床、 流化床或攜帶床) 轉(zhuǎn)化成氣體。煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電( IGCC) 是目前世界發(fā)達國家大力開發(fā)的一項高效、低污染清潔煤發(fā)電技術。它不僅能滿足日趨嚴格的環(huán)保要求, 而且發(fā)電效率可達 45%以上, 極有可能成為 21 世紀主要的潔凈發(fā)電方式之一。
1.4 水煤漿技術
水煤漿是上世紀 70 年代發(fā)展起來的一種低污染、高效率、流動性強的代油煤基型流體燃料。它是把灰分很低而揮發(fā)分很高的煤, 研磨成微細煤粉, 按煤水合理的比例, 加入分散劑和穩(wěn)定劑配制而成, 可以像燃料油一樣運輸貯存和燃燒。水煤漿可分為高濃度水煤漿( CWM) 、 普通濃度水煤漿( CWS) 、 煤泥漿( CWS) 、 精細水煤漿等。
2 燃燒中脫硫
2.1 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術
煙氣循環(huán)流化床脫硫技術是上世紀 80 年代發(fā)展起來的新一代脫硫技術, 由于流化床內(nèi)的燃燒溫度較低( 850~900℃) ,所以可在床層內(nèi)直接添加石灰石脫硫劑, 在燃燒過程中完成有效的脫硫。同傳統(tǒng)脫硫技術相比, 流化床內(nèi)脫硫劑與煙氣中 SO2 間的反應環(huán)境 (反應溫度、停留時間和傳質(zhì)等) 十分有利于脫硫反應的進行。循環(huán)流化床是目前電力行業(yè)中、小容量發(fā)電鍋爐的首選爐型之一。
2.2 AG- R 型脫硫技術
煤中含有有機硫和無機硫兩類, 但在煤粉爐的高溫燃燒中, 無機硫能夠分解為 SO2。煤在充分燃燒過程中, 所有的可燃硫都會釋放出來, 氧化生成 SO2, 排入大氣。 AG- 2 型脫硫劑關鍵是加入一定量的催化劑, 改變了傳統(tǒng)脫硫劑的物理和化學特性, 大大提高了脫硫劑吸收 SO2 的能力。反應式可寫為:
氧化過程:
S+O2—> SO2
脫硫劑燃燒分解為 MXOY 的過程:
脫硫劑—> MXOY
硫酸鹽化過程:
SO2+ 12O2+MXOY—> MXSO4
脫硫劑儲存在置于鍋爐零米的脫硫劑儲倉內(nèi), 通過空氣將脫硫劑送入鍋爐噴射點附近的爐前小料倉內(nèi), 給料機均勻地將脫硫劑提供給壓縮空氣, 噴嘴將脫硫劑噴入爐膛內(nèi), 與煙氣充分混合、分解、催化, 并與 SO2 作用, 生成硫酸鹽, 達到脫硫的目的。AG- R 型脫硫系統(tǒng)具有投資低, 占地面積小, 運行成本少, 操作方便靈活和可調(diào)節(jié)性強等優(yōu)點。
3 燃燒后脫硫
3.1 循環(huán)懸浮式半干法
半干法兼有干法與濕法的一些特點, 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。特別是在濕狀態(tài)下脫硫, 在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法, 以其既具有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優(yōu)點, 又具有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的好處而受到人們廣泛的關注。適用于 300 MW燃煤鍋爐機組的煙氣脫硫。
3.2 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法
雖然爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫的基本工藝都是將 CaCO3 粉末噴入爐內(nèi),脫硫劑在高溫下迅速分解產(chǎn)生 CaO, 同時與煙氣中的 SO2 反應生成 CaSO3。 由于單純爐內(nèi)噴鈣脫硫效率往往不高( 在 20%~50%之間) , 脫硫劑利用率也較低, 因此爐內(nèi)噴鈣還需與尾部增濕配合以提高脫硫效率。爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化脫硫工藝系統(tǒng)簡單, 脫硫費用低, 適用于老鍋爐的改造,但脫硫效率不高, 而且對鍋爐燃燒效率和運行有一定影響。
3.3 海水煙氣脫硫技術
這是一種投資省、運行費用低、易管理的脫硫技術, 適用于燃煤含硫不高,并以海水為循環(huán)冷卻水的電廠。已投運或工程建設中的國家有挪威、西班牙、印度尼西亞、委內(nèi)瑞拉和瑞典。 英國也計劃在大型燃煤電站實施海水脫硫工藝。現(xiàn)已有 20 多套商業(yè)運行系統(tǒng), 煙氣處理總量達 6.589×106m3/h, 相當于裝機容量 2 150 MW。這是一種符合我國國情并值得在海邊電廠試點的脫硫技術。深圳西部電廠海水脫硫項目已經(jīng)投入運行。
3.4 電子束煙氣脫硫技術
這是一種由日本開發(fā)正在西方國家中試驗, 不產(chǎn)生二次污染并能實現(xiàn)資源綜合利用的脫硫技術。它將煙氣中的 H2O和 O2 離解后生成活性原子, SO2, NOX 氧化后噴氨而生成副產(chǎn)品原料, 其工藝流程簡單。并且能同時脫硫、 脫硝, 脫除率分別為 90%和 80%以上, 而目前任何一種其他煙氣脫硫方法一次只能脫除其中一種。
4 結束語
隨著人們環(huán)境意識的提高和法制觀念的增強, 排煙脫硫技術已逐步被重視, 世界各國都在積極研究開發(fā)脫硫新技術(如: 利用增壓流化床技術、靜電技術等) 。因此, 我們應該加強脫硫技術的開發(fā)和應用, 選擇既經(jīng)濟又實用的脫硫技術,充分降低 SO2 排放量, 保護我們生存的環(huán)境。
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