国内外燃煤脱硫技术的现状及对策.doc

国内外燃煤脱硫技术的现状及对策，看完之后绝对过瘾一般找不着 本帖最后由 envim 于 2010-12-29 1525 编辑 摘要 介绍了目前国内外较成熟的几种主要的脱硫方法, 提出对不同的燃煤选用不同的方法进行脱硫处理, 改进脱硫技术和设备以提高脱硫效率, 降低投资和运行成本, 同时减少烟尘排放量, 分析了脱硫技术的发展、应用前景及对环境的保护的意义。 关键词 燃煤; 脱硫; SO2; 方法 0 引言 我国的能源构成以煤炭为主, 其消耗量日益增加, SO2 的排放量也不断增加, 我国是世界上大气环境SO2 严重污染的少数国家之一。生态环境因此遭到严重的破坏也造成很大的经济损失。煤在我国的一次能源中占71左右, 并且今后在相当长的时间内一次能源的消耗仍然以煤炭为主。全国各地的煤炭都不同程度地含有化学成分“硫”, 然而绝大部分的煤不经过处理就直接进入工业窑炉、工业锅炉内燃烧, 燃烧产生的SO2 等有害物质又直接排放到大气中, 我国每年排放到大气的SO2 有1 8002 000 万t, 其中80来自燃烧过程。 我国76的发电燃料、75的工业动力燃料、80的居民生活燃料和60的化工原料, 都来自煤炭, 而煤炭是通过燃烧加以利用的。它的燃烧一方面产生了各种工业和人类生活所需要的能量, 同时也产生了有害物如SO2, CO2, NO 等, 严重污染了环境。1998 年我国SO2 排放总量成为世界SO2 排放量最高的国家, 且随着我国经济的迅速发展, 煤炭消耗量的不断增加, 排放量将以每年100 万t 递增, 致使我国的酸雨覆盖面积已占到国土面积的40, 酸雨造成的经济损失每年达数百亿元。世界各国都已注意到大气污染对人类生存的危害, 都投入巨额资金对其进行整治。我国也已制定了中国跨世纪绿色工程计划对大气污染进行综合治理。削减SO2 的排放量,防止大气SO2 污染, 已成为我国当今及未来相当长时期内的主要社会问题之一[ 1, 2] 。 1 煤炭中硫的存在形式 煤炭脱硫与硫在煤炭中的赋存状态有着密切的关系, 硫在煤炭中存在形式复杂, 主要包括无机硫和有机硫, 有时还包括微量的呈单体状态的元素硫。有机硫以硫醇类 R- SH 、硫醚类 R- S- R′ 、硫蒽类 R- S- S- R′ 、硫醌类等结构的官能团存在于煤中; 无机硫主要以硫化物的形式存在, 还有少量的硫酸盐中的硫, 无机含硫矿物以黄铁矿为主, 硫酸盐以钙、铁、镁和钡的硫酸盐类形式出现。黄铁矿是煤炭中硫的 主要组成部分。有机硫与无机硫不同, 它是煤中有机质组成部分, 以有机键结合, 主要来源于成煤植物细胞中的蛋白质。换句话说, 它是成煤植物本身的硫在成煤过程中参与煤的形成转到煤里面, 均匀分布于煤中的, 有机硫主要 包括硫醚和硫醇。中国煤中硫的含量变化很大 0.28 。我国煤炭资源平均灰分为17, 平均硫分为1.11。其中, 高灰分、高硫分的煤比重大, 高硫煤储量约占煤炭总量的1/3 左右, 西南地区煤平均含硫量为3.23, 西北地区煤的平均含硫量为3.05, 中南地区煤的平均含硫量为2.0206, 华北地区煤的平均含硫量为1.65, 山东地区煤的平均含硫量在2以上[ 3] 。 2 燃烧脱硫的途径 2.1 主要方法 煤的脱硫方法不下数十种, 按其基本原理则可大致分为以下三种, 即物理脱硫法、化学脱硫法和生物脱硫法。 2.1.1 物理脱硫法 物理脱硫法是基于煤中硫的存在形式主要是硫化铁与煤基体的物理化学物质, 如利用密度、电性质、磁性质、表面性质等的不同, 将其与煤基体分离开来的过程。常用的方法有重介质法、跳汰法、浮洗法、磁选法、辐射照射法等。 2.1.2 化学脱硫法 化学脱硫法是利用化学试剂在一定的条件下与煤发生化学反应, 使煤中的硫转化为可溶物, 继而从煤中洗脱的一种脱硫方法。根据所用化学试剂的种类和反应原理的不同,化学脱硫法可分为碱处理法, 氧化法, 溶剂萃取法, 热解法,微波处理法等。 化学脱硫目前还处于试验阶段, 尽管它可以脱去所有的无机硫和大部分的有机硫, 但工艺复杂, 需在一定的酸碱条件下进行, 有时甚至需要较高的温度, 对煤的性质影响较大,如可能引起煤的黏结性差异、发热量降低等。 2.1.3 生物脱硫法 煤的生物脱硫技术大体可分为生物浸出法、生物表面法和生物浮选脱硫法。 当前微生物煤炭表面改性强化脱硫方面的研究主要集中在以下几个方面 一是选择、发现新菌种,对老菌种进行培养、驯化, 使之具有新的功能, 扩大其应用; 二是探索最适宜的细菌作用、改性、分选的条件, 以尽量接近现行的工业生产条件; 三是结合以上的研究和试验过程, 进行有关煤、黄铁矿或其他矿物颗粒表面性质变化的测定、分析, 以掌握其规律,了解其改性和吸附机理。 目前, 微生物脱硫还仅停留在实验室阶段, 但却是当前国际上脱硫研究开发的热点, 我国在这方面也做了许多有益的工作。可以预见, 随着微生物技术的发展, 微生物在煤炭脱硫中是大有可为的。 2.2 脱硫技术分析 在较长的一个时期内, 环保部门要求某一地区的工业窑炉、工业锅炉烟气排放浓度达到该地区相应的排放标准, 在未找到较好的脱硫方式的前提下, 大多是采用增加烟囱高度, 扩散稀释, 使当地SO2 落地浓度符合环保要求, 但是这并 没有从根本上降低烟囱气中SO2 的排放量, 这是一个消极而又不经济的做法。 理想的脱硫技术是要从根本上降低煤燃烧后烟气向大气排放SO2 的量。目前我们 可以采取以下三种方法进行脱硫处理。 2.2.1 燃烧前脱硫技术 燃烧前脱硫技术主要是指煤炭选洗技术, 应用化学或物理方法去除或减少原煤中所含的硫分和灰分等杂质, 从而达到脱硫的目的。即 在煤矿区或某供煤站设洗煤厂, 将煤中含硫的矿物质洗掉, 供给用户的是低硫煤、洁净煤。燃烧前脱硫技术主要有物理洗选煤法、化学洗选煤法、煤的气化和液化等。物理洗选煤法脱硫最经济, 可除去大部分的黄铁矿硫, 但只能脱无机硫, 且会造成煤炭资源和水资源的浪费。物理选洗因投资少、运行费用低而成为广泛采用的煤炭选洗技术。生物化学法脱硫不仅能脱无机硫, 也能脱除有机硫, 但生产成本昂贵。目前, 化学洗选技术尽管有数十种之多, 但因普遍存在操作过程复杂、化学添加剂成本高等缺点而仍停留在小试或中试阶段, 尚无法与其他脱硫技术竞争, 距工业应用尚有较大距离。燃烧前脱硫技术中物理洗选煤技术已成熟, 煤的气化和液化还有待于进一步研究完善, 有的技术如微生物脱硫等正在开发研究。尽管还存在着种种问题, 但其优点是 能同时除去灰分, 减轻运输量, 减轻锅炉的沾污和磨损, 减少电厂灰渣处理量, 还可回收部分硫资源[ 2] 。 我国当前的煤炭入洗率较低, 2005 年大约在20左右,而美国为42, 英国为94.9, 法国为88.7, 日本为98.2,提高煤炭的入洗率能显著改善燃煤SO2 污染。然而, 物理选洗仅能去除煤中无机硫的80, 占煤中硫总含量的2530, 无法满足燃煤SO2 污染控制要求, 故只能作为燃煤脱硫的一种辅助手段。 2.2.2 燃烧过程中脱硫技术 煤燃烧过程中进行脱硫处理, 即在煤中掺烧固硫剂固硫, 固硫物质随炉渣排出。也就是在煤中掺入或向炉内喷射各种石灰石粉、白云石粉、生石灰、电石渣及富含金属氧化物的矿渣、炉渣等作为固硫剂, 在燃烧中, 由于固硫剂的作用,煤燃烧产生的SO2 还没有逸出就与煤中含钙的固硫剂 如石灰石 发生化学反应, 生成固相硫酸盐, 随炉渣排出, 从而减少SO2 随烟气排入大气而污染环境。 石灰石固硫的化学反应方程式为 CaCO3→CaOCO2- 183 kJ/mol 1 CaOSO21/2O2→CaSO4486 kJ/mol 2 2.2.3 燃烧后脱硫技术 煤燃烧后进行脱硫处理, 即对尾部烟气进行脱硫处理,净化烟气, 降低烟气中的SO2 排放量。亦即烟气脱硫, 是在烟道处加装脱硫设备对烟气进行脱硫的方法。是目前世界上大规模商业化应用的脱硫技术, 它是控制SO2 最行之有效的途径。典型的技术有石灰石/ 石膏法, 喷雾干燥法, 电子束法, 氨法等。 a 湿法脱硫工艺 湿法脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂, 是目前使用最广泛的脱硫技术。 b 半干法脱硫工艺 半干 法的工艺特点是反应在气、液、固三相中进行, 利用烟气的湿热蒸发吸收剂中的水分, 使最终产物为干粉。典型工艺有喷雾干燥法和吸着剂喷射法。 a 喷雾干燥法 喷雾干燥法是20 世纪70 年代中后期发展起来的脱硫新技术, 其基本原理是利用快速离心喷雾机将吸收剂喷射成极其细小且均匀分布的雾粒, 雾粒与热烟气接触, 一方面吸收剂吸收烟气中的SO2, 另一方面水分迅速蒸发而形成含水量很低的固体灰渣, 从而达到净化烟气中SO2 的目的。脱硫率可达7590。该方法具有设备简单、投资小、运行维护方便及运行费用低等优点, 从而得到较广泛的应用。 b 吸着剂喷射法 吸着剂喷射法按所用吸着剂的不同可分为钙基和钠基工艺。吸着剂可以是干态、湿润态或浆液, 喷入部位可以为炉膛、省煤器或烟道。该方法比较适合老电厂改造, 因为在电厂排烟流程中不需增加任何设备就能达到脱硫的目的。 c 干法脱硫工艺 干法脱硫工艺利用粉状或颗粒状吸收剂, 通过吸附、催化反应或高能电子电解等作用除去烟气中的SO2。反应在无液相介入的完全干燥状态下进行, 反应物亦为干粉状, 不存在腐蚀和结垢等问题。相对于湿法脱硫技术, 干法脱硫技术具有耗水量少、不造成二次污染、硫便于回收等优点, 但由于气固反应速率较低, 致使脱硫过程空速低、设备庞大, 脱硫率不及湿法。 近年来, 对干法脱硫技术的研究呈上升趋势, 出现了不少新的技术, 其中, 研究较多的是20 世纪70 年代发展起来 的用于同时脱硫、脱硝的等离子体法。等离子体法主要是利用高能电子使烟气中的N2O2 和水蒸气等发生辐射反应, 生成大量离子、自由基、原子、电子和各种激发态原子等活性物质, 将烟气中的SO2, NOx 等氧化为SO3 和NO2,并与水蒸气反应生成雾状硫酸和硝酸, 在注入氨的情况下生成硫铵和硝铵化肥, 根据高能电子的来源, 等离子体法可分为电子束照射法和脉冲电晕等离子体法。 3 结论 根据我国高硫煤大多数以无机硫为主, 且解离粒度相对较粗的特点, 用物理脱硫法即可脱除大部分黄铁矿。我们应该把以选煤为主的物理脱硫方法放在首位, 进一步完善与提高物理脱硫法, 研究和发展先进的选煤方法, 积极开展以选煤、脱硫、选硫为龙头的高硫煤综合洁净利用。同时开展化学脱硫法的研究, 广泛进行国内外合作, 加强学术交流,使煤炭成为洁净、高效能源。以上综合介绍了目前国内外较成熟的燃煤脱硫技术及其使用情况,脱硫技术的发展和应用前景, 以促进我国对燃煤脱硫的重视, 改进脱硫技术和设备, 提高脱硫效率, 降低投资和运行成本。控制煤燃烧过程中污染物的生成, 并采取措施减少其 排放量以减少煤燃烧产生的烟尘。