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    燃 煤 脫 硫 技 術

    前言

    我國是世界上最大的煤炭生產和消費國,也是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一。我國排放的二氧化硫90%來自于燃煤,1995年二氧化硫排放量超過2370萬噸,超過歐美,位居世界第一。而二氧化硫排放會造成酸雨,對人及生態環境造成嚴重的危害,為此我國積極推行脫硫技術,減少二氧化硫的排放。目前減少二氧化硫排放的措施主要有燃燒前煤脫硫技術、燃燒中煤脫硫技術、燃燒后煙氣脫硫技術。下面進行具體的介紹。

      燃燒前煤脫硫技術

        主要為煤炭洗選脫硫,即在燃燒前對煤進行凈化,去除原煤中部分硫分和灰分。分為物理法、化學法和微生物法等。

     1、物理法:主要指重力選煤,利用煤中有機質和硫鐵礦的密度差異而使它們分離。該法的影響因素主要有煤的破碎粒度和硫的狀態等。主要方法有跳汰選煤,重介質選煤,風力選煤等。

     2、化學法:可分為物理化學法和純化學法。物理化學法即浮選;化學法又包括堿法脫硫,氣體脫硫,熱解與氫化脫硫,氧化法脫硫等。

     3、微生物法:在細菌浸出金屬的基礎上應用于煤炭工業的一項生物工程新技術,可脫除煤中的有機硫和無機硫。

    我國當前的煤炭入洗率較低,大約在20%左右,而美國為42%,英國94.2%,法國為88.7%,日本為98.2%。提高煤炭的入洗率有望顯著改善燃煤二氧化硫污染。然而,物理選洗僅能去除煤中無機硫的80%,占煤中硫總含量的15%30%,無法滿足燃煤二氧化硫污染控制要求,故只能作為燃煤脫硫的一種輔助手段。

      燃燒中煤脫硫技術

    煤燃燒過程中加入石灰石或白云石作脫硫劑,碳酸鈣、碳酸鎂受熱分解生成氧化鈣、氧化鎂,與煙氣中二氧化硫反應生成硫酸鹽,隨灰分排出。在我國采用的燃燒過程中脫硫的技術主要有兩種:型煤固硫和流化床燃燒脫硫技術。

     1、型煤固硫技術:將不同的原料經篩分后按一定比例配煤,粉碎后同經過預處理的粘結劑和固硫劑混合,經機械設備擠壓成型及干燥,即可得到具有一定強度和形狀的成品工業固硫型煤。固硫劑主要有石灰石、大理石、電石渣等,其加入量視含硫量而定。燃用型煤可大大降低煙氣中二氧化硫、一氧化碳和煙塵濃度,節約煤炭,經濟效益和環境效益相當可觀,但工業實際應用中應解決型煤著火滯后、操作不當會造成的斷火熄爐等問題。

    2、流化床燃燒脫硫技術:把煤和吸附劑加入燃燒室的床層中,從爐底鼓風使床層懸浮進行流化燃燒,形成了湍流混合條件,延長了停留時間,從而提高了燃燒效率。其反應過程是煤中硫燃燒生成二氧化硫,同時石灰石煅燒分解為多孔狀氧化鈣,二氧化硫到達吸附劑表面并反應,從而達到脫硫效果。流化床燃燒脫硫的主要影響因素有鈣硫比,煅燒溫度,脫硫劑的顆粒尺寸孔隙結構和脫硫劑種類等。為提高脫硫效率,可采用以下方法:

    1)改進燃燒系統的設計及運行條件

    2)脫硫劑預煅燒

    3)運用添加劑,如碳酸鈉,碳酸鉀等

    4)開發新型脫硫劑

       燃燒后煙氣脫硫技術

    煙氣脫硫的基本原理是酸堿中和反應。煙氣中的二氧化硫是酸性物質,通過與堿性物質發生反應,生成亞硫酸鹽或硫酸鹽,從而將煙氣中的二氧化硫脫除。最常用的堿性物質是石灰石、生石灰和熟石也可用氨和海水等其它堿性物質。從脫硫介質的形態看可分為濕法煙氣脫硫技術、干法煙氣脫硫技術、半干法煙氣脫硫技術三類,分別介紹如下:

    1、濕法煙氣脫硫技術

    濕法煙氣脫硫技術是指吸收劑為液體或漿液。由于是氣液反應,所以反應速度快,效率高,脫硫劑利用率高。該法的主要缺點是脫硫廢水二次污染;系統易結垢,腐蝕;脫硫設備初期投資費用大;運行費用較高等。

    1)石灰石石膏法煙氣脫硫技術 

    該技術以石灰石漿液作為脫硫劑,在吸收塔內對煙氣進行噴淋洗滌,使煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣,同時向吸收塔的漿液中鼓入空氣,強制使亞硫酸鈣轉化為硫酸鈣,脫硫劑的副產品為石膏。該系統包括煙氣換熱系統、吸收脫硫系統、脫硫劑漿液制備系統、石膏脫水和廢水處理系統。由于石灰石價格便宜,易于運輸和保存,因而已成為濕法煙氣脫硫工藝中的主要脫硫劑,石灰石石膏法煙氣脫硫技術成為優先選擇的濕法煙氣脫硫工藝。該法脫硫效率高(大于95%),工作可靠性高,但該法易堵塞腐蝕,脫硫廢水較難處理。

    2)氨法煙氣脫硫技術

    該法的原理是采用氨水作為脫硫吸收劑,氨水與煙氣在吸收塔中接觸,煙氣中的二氧化硫與氨水反應生成亞硫酸氨,亞硫酸氫銨,氧化后生成硫酸氨溶液,經結晶、脫水、干燥后即可制得硫酸氨(肥料)。該法的反應速度比石灰石石膏法快得多,而且不存在結垢和堵塞現象。另外,濕法煙氣脫硫技術中還有鈉法、雙堿脫硫法和海水煙氣脫硫法等,應根據吸收劑的來源、當地的具體情況和副產品的銷路實際選用。

    2、半干法煙氣脫硫技術主要介紹旋轉噴霧干燥法。

    該法是美國和丹麥聯合研制出的工藝。該法與煙氣脫硫工藝相比,具有設備簡單,投資和運行費用低,占地面積小等特點,而且煙氣脫硫率達75%—90%。該法利用噴霧干燥的原理,將吸收劑漿液霧化噴入吸收塔。在吸收塔內,吸收劑在與煙氣中的二氧化硫發生化學反應的同時,吸收煙氣中的熱量使吸收劑中的水分蒸發干燥,完成脫硫反應后的廢渣以干態形式排出。該法包括四個在步驟:

    1)吸收劑的制備;

    2)吸收劑漿液霧化;

    3)霧粒與煙氣混合,吸收二氧化硫并被干燥;

    4)脫硫廢渣排出。

    該法一般用生石灰做吸收劑。生石灰經熟化變成具有良好反應能力的熟石灰,熟石灰漿液經高達1500020000r/min的高速旋轉霧化器噴射成均勻的霧滴,其霧粒直徑可小于100微米,具有很大的表面積,霧滴一經與煙氣接觸,便發生強烈的熱交換和化學反應,迅速的將大部分水分蒸發,產生含水量很少的固體廢渣。

    3、干法煙氣脫硫技術 

    干法采用固體粉末或顆粒為吸附劑,干法脫硫后煙氣仍具有較高的溫度(100℃),排出后易擴散。主要有爐內噴鈣法和活性炭法。由于爐內噴鈣法的吸收劑及反應原理與濕法有些相似,這里不再詳述,只介紹一下活性炭法。

     活性炭法是利用活性炭的活性與較大的比表面積使煙氣中的二氧化硫在活性炭表面上與氧及水蒸氣反應生成硫酸而被吸附。吸附過的活性炭經再生,可以獲得硫酸,液體二氧化硫,單質硫等產品。該法不僅可以控制二氧化硫的排放,還能回收硫資源,是一種發展前景較好的脫硫工藝。

      總結

    選擇脫硫技術時,除了考慮脫硫效果外,還應看該方法的綜合技術經濟指標,從投資額、技術成熟程度、廢料和二次污染處置的難易程度和吸收劑的來源是否廣泛和價格高低等方面考慮,選擇最適宜的方法。

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