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燃煤SO2污染及其控制技术综述 崔敬媛 焦红光 陈清如 张春光 （河南理工大学 材料科学与工程学院 ，河南 焦作 454003） 摘要 作为世界上最大的煤炭生产国和消费国,“煤烟”型大气污染是我国当前面临的主要环境问题之一,其中由于燃煤排放SO2所引发的“酸雨”危害尤为突出。本文首先论述了我国SO2的污染状况，指出劣质燃煤是造成污染的最主要原因，在此基础上分析对比了当前燃前、燃中和燃后常用SO2污染控制技术的优缺点，认为基于我国基本国情，为有效控制当前的SO2污染，应优先发展燃前微粉煤干法脱硫技术。 Abstract As the largest coal producing and consuming country in the world, air pollution of “ soot “ type is one of the main environmental problems which our country faces at present, among them because the fire coal discharges “ acid rain “ that SO2 initiates to it is particularly outstanding to endanger. This text describes the pollution state of SO2 of our country at first, point out the inferior fire coal is a main reason for pollution, before analyzing and comparing with firing at present on this basis, fire and daily SO2 polluted the pluses and minuses of the control technology after firing, think because of our country fundamental realities of the country, control present SO2 pollution effectively, should little fine coal be laws desulphurization technology have priority development fire. 关键词 二氧化硫 污染 控制技术 Key words sulfur dioxide pollution control technique 中图分类号 文献标志 能源、经济、环境、可持续发展是人类面临的紧迫课题。煤炭提供了我国75％的工业燃料，76％ 的发电能源和80％的民用商品能源[1] ，在我国一次能源消费结构中占有最主要的地位。但是煤炭在生产和加工利用过程的同时也造成了严重的环境污染，其中由于燃煤排放SO2而引发的“酸雨”污染近年来愈演愈烈，已经严重影响到我国全面建设小康社会目标的顺利实现。 1燃煤SO2污染现状 二氧化硫的主要污染源可归纳为三个方面1硫酸厂和汽车尾气中排放的二氧化硫；2有色金属冶炼过程排放的二氧化硫如铜、铅、锌、钴、镍、金、银等矿物，都含硫化物，在冶炼过程中排放出大量的二氧化硫；3燃煤烟气中的二氧化硫[2]我国煤炭消费量的80％以上直接用于燃烧，燃煤是大气环境中二氧化硫最主要来源。据环境公报报道，我国2004年烟尘排放量1095万t，SO2排放量2255万t。其中燃煤产生的SO2约占总量的90％，CO占总量的7l％，CO2占总量85％ ，氮氧化物占总量的70％，灰尘微粒占总量的61％[3]。 图1列出了不同年份我国原煤产量及SO2排放量之间的关系。从图中我们可以看到近些年来随着原煤产量的增加，二氧化硫的排放量也在不断上升。 图1 不同年份我国原煤产量及SO2排放量之间的关系 Fig 1 different year our country raw coal output and SO2 withdrawal 煤燃烧过程中排出大量的SO2 ，约占燃煤排放污染物的85[4]，使我国成为三大酸雨区之首。二氧化硫的大量排放，造成我国南方地区大面积的酸雨，且每年以1亿m2的面积增加。酸雨区域已由西南发展到长江流域，且有向北发展的趋势，严重威胁京津地区。酸雨造成农田减产面积达9.91010,森林受害面积达1.28万hm2 ;大气中S02浓度每增加l0mg/cm3，呼吸系统病亡人数增加5; S02对建筑物、文物的侵蚀也十分严重,据统计S02污染造成全国每年经济损失达1100多亿元[5]。 由于煤炭资源相对充足并能够稳定可靠地获得，因此，在世界范围内，煤炭是可靠的能源。世界能源研究机构预测，由于资源条件的变化，21世纪世界能源消费结构将是石油比重下降，天然气上升，煤炭持平，三者呈均势各占27％-28％ 。继而将出现一个以天然气为主的短暂时期，然后再转向以煤炭为主。中国化石能源资源探明的可采储量中煤炭占92.94％. 中国是当今世界上最大的煤炭生产和消费国，据有关专家预测煤炭在中国能源结构中的主导地位近50年不会改变[4] 。因此防治燃煤二氧化硫污染是当前一项重要和迫切的工作。 2燃煤SO2控制技术 燃煤S02污染控制技术总体来说可以分为燃烧前、燃烧中及燃烧后等三大类型．所谓燃烧前脱硫主要是指在煤炭的加工转化等煤基燃料制备过程中脱出其中的有害成分；燃烧中脱硫的方式主要是通过洁净煤技术、型煤和流化床燃烧等项技术来实现；而燃烧后脱硫则主要指烟气脱硫技术. 2.1燃烧前脱硫 燃前脱硫是指煤炭的洗选加工，主要是通过重选、浮选、磁选及氧化、微生物脱硫等技术减少原煤中的硫分和灰分，以降低S02的排放量，根据脱硫机理，燃烧前脱硫又分为物理法、化学法和生物法三种。 原煤的燃烧前脱硫是洁净煤的源头技术，既能脱硫又能除灰，同时还可以提高热能利用效率，减少无效运输，并且脱硫的费用较低，无二次污染。 表1主要的燃前脱硫方法 Table 1 Main front burns the desulphurization s 物理脱硫法[5] 跳汰分选 重介质分选 摇床分选 电选 化学脱硫法[5] 浮选脱硫 碱法脱硫 Meyers法 加氢热解脱硫 生物脱硫法[6] 生物浸出法 生物表面处理法 2.2 燃烧中固硫 燃烧中脱硫的原理是向燃煤炉膛内喷撒碱性物质，与燃烧产生的SO2发生中和反应，生成中性物质．减少烟气中的SO2含量。 主要的燃烧中固硫方法见表2 表2主要的燃中固硫方法 Table 2 main burns the solid sulfur 炉内喷钙技术 将钙基吸着剂粉料，由气流携带，沿炉膛合适的温度区域喷入，使钙基吸着剂粉料在炉内热解、固硫。 流化床燃烧技术 它是把燃料和物料石灰石一同加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床料在炉室内沿高度方向上形成有规律的悬浮分布，呈流态化燃烧[7] 型煤加工技术 用煤粉或低品味煤制成具有一定强度和形状的煤制品的技术[8] 2.3 燃烧后脱硫 燃烧后脱硫就是指烟气脱硫。这是目前世界上惟一的大规模商业化应用的脱硫方式。由于烟气脱硫的主要困难是SO2浓度和总量大、要处理的烟气体积大，因此，虽然烟气脱硫的方法多达十几种。但仍需要合理地选择烟气脱硫工艺，同时还要考虑环境、经济和社会等多方面的因素。 根据脱硫产物的干湿形态。烟气脱硫可分为湿法、半干法和干法工艺技术。 表3主要的燃后脱硫方法 Table3 Main after burns the desulphurization s 湿法[9；10] 石灰石石灰-石膏法 简易石灰石石灰-石膏法 海水脱硫技术 稀硫酸吸收法 磷铵复合肥法 双碱法 氨吸收法 半干法[11] 旋转喷雾干燥法 烟气循环流化床脱硫 干法[11] 吸着剂喷射法 电子束辐照法 接触氧化法 荷电干式吸收制喷射脱法CDSI 2.4 常用脱硫方法比较 表4常用脱硫方法比较 Table 4 Commonly used desulphurization comparison 脱硫方法 优点 缺点 煤炭洗选 跳汰分选 工艺流程简单，处理能力大 脱硫效果欠佳， 分选精度低，即便处理易选煤，矸石中精煤损失也高于2％全国平均约5％，损失于中煤中的精煤则更高全国平均约30％[12]。 重介质分选 分选效率较高， 生产工艺中增加了加重质的回收再生系统；设备磨损比较严重，虽已研制出不少耐磨材料和设备，提高了使用寿命，但与其它选矿方法比较，仍是它的主要缺点[13]。 摇床分选 有精度高、设备简单等优点， 处理能力低、占地面积大 电选 无须进行煤粉脱水，较湿式脱硫具有应用上的优势 处理量小，受空气湿度及煤种影响较大， 固硫剂脱硫 钙基固硫剂原料丰富,价格便宜 目前的钙基固硫剂普遍存在利用率较低的问题,降低热值、增加了炉渣量、高温情况下CaSO4不稳定，会分解重新释放SO2。 烟气脱硫 脱硫率高 成本高 3 我国脱硫的技术开发及发展方向 3.1二氧化硫控制的关键 我国的SO2污染大部分来自燃煤，在全国煤炭的消费中，占总量约84％的煤炭被直接燃用。 而火电业又是最大的煤炭消费部门，我国二氧化硫排放量的90％来自燃煤，而其中的50％左右来自火电厂。我国电煤消费从1991年的20719.8万t标煤上升到2003年的78153.02万t标量，占煤炭消费量的比重从26．2％到67.6％，火电用煤比例不断上升[14]，到2005年电煤消费约为11.09亿吨[15]。我国能源结构的特点决定了控制二氧化硫污染的关键是控制火电厂二氧化硫的排放量。削减和控制火电厂燃煤二氧化硫污染事在必行[16]。 3.2我国脱硫技术发展方向 我国因燃煤造成的污染是十分严重的,与其他国家相比,除煤炭消费量大这一客观事实外,另一个主要原因是全社会对使用洁净煤还未形成共识。我国原煤入选比例只有25 ,而动力煤入选比重更低,仅为12 ,75以上的煤炭未经分选直接燃用。我国发电用煤平均灰分为28美国发电用煤灰分在8以下 ,硫分为1.2 ,而且,电厂烧劣质煤也成为传统习俗。所以,高灰、高硫中煤,甚至矸石最后都烧掉了。因此,从全国范围来看,等于全部烧原煤。因此,现阶段特别强调,煤炭分选加工是十分必要的[17]。 据统计,电厂上脱硫设备,即烟气脱硫,其投资约占总投资的三分之一,在我国现有经济条件下,普遍推广决非易事,所以应首先抓好燃前的净化技术。如每入选1 亿t 原煤,脱除其中大部分的黄铁矿硫,就可减少二氧化硫的排放量100～150 万t ,而其成本仅为烟气脱硫的十分之一[17]。 我们可以看到燃前控制技术，不仅能够提高煤炭的利用效率、减少灰渣排放量，还能大大减轻煤中的硫分对后续工序设备的腐蚀，从而延长设备使用寿命并降低生产成本，具有许多燃中和燃后控制技术不可比拟的优点。 燃前控制技术包括物理、化学和生物选煤方法等，其中化学和生物选煤方法虽然可以同时脱出煤中的无机硫和有机硫，但由于生产工艺复杂、生产周期长和易产生二次污染等因素，短期内难以实现工业化。物理选煤方法包括重选、浮选等，只能脱出煤中的无机硫，目前已经得到了大规模的工业应用。表5中列出我国煤炭资源中全硫的分布情况[18]。我国煤炭中高硫煤贮量约占煤炭总贮量的20％-25％ 。表6我国中高硫煤中各类硫分平均含量。我国高硫煤中的硫分主要以无机硫为主，且绝大多数以黄铁矿硫为主（约占60％～70％）[19]，同时存在少量的白铁矿硫[20]，因此从理论上讲，采用物理分选方法能够大大降低煤中的硫分，但由于我国煤炭中的黄铁矿多呈细粒嵌布，煤中的硫大都被炭质污染，致使当前通用的重选和浮选方法脱硫效果不佳[21]。 表5中国煤炭资源中全硫的分布 Table 5 Chinese coal resources entire sulfur distribution 各煤种所占比例（％） 煤种 平均硫分 特低硫煤 低硫煤 低中硫煤 中硫煤 中高硫煤 高硫煤 全国 1.10 48.60 14.85 9.30 5.91 7.86 8.54 动力煤 1.15 39.35 16.46 16.68 9.48 7.65 7.05 炼焦煤 1.03 55.16 13.71 4.18 3.29 8.05 9.62 华北 1.03 42.99 14.40 16.94 10.74 8.88 3.57 东北 0.47 51.66 14.04 l9．68 1.92 2.05 0.00 华东 1.08 46.67 31.14 3．70 3．20 4．72 9．2l 中南 1.17 65.20 12.42 7．66 2．34 5，50 6．7l 西南 2.43 13.22 10.71 7．52 2．68 l7．40 43．6l 西北 1.07 66.23 6.20 2．50 4．0l 9．3l 9．98 表6我国中高硫煤中各类硫分平均含量 Table 6 our country in high-sulfur-coal each kind of sulfur average content 煤种 硫化铁硫 有机硫 硫酸盐硫 全国 1.61 1.04 0.11 动力煤 1.69 0.94 0.13 炼焦煤 1.54 1.12 0.09 华北 1.39 0.98 0.13 东北 1.91 0.62 0.17 华东 1.09 0.98 0.09 中南 1.62 1.46 0.12 西南 2.69 0.74 0.11 西北 1.14 1.59 0.09 要想获得高质量的低硫低灰煤，首先必须将煤炭细粉碎使得煤中的矿物质得到充分的解离，而后再加以分选，但磨煤的能耗必将使得加工成本大大增加。值得注意的是为提高燃烧效率，目前的燃煤锅炉大都采用了煤粉炉，其燃前制粉工艺系统可将燃煤粒度控制在200网目以下，这就为在燃前应用物理选煤方法高效去除其中的黄铁矿硫和成灰物质提供了充分的解离条件。 能够适应这种集成化要求的选煤方法，必须是能够分选74μm微粉煤的工艺简单的干法分选技术，因为锅炉喷粉燃烧必须用干粉。采用湿法技术分选如此细的煤，其精煤产品需要脱水、干燥，同时需要庞大的煤泥水处理系统，其投资、运行成本都非常高，易造成新的环境污染，而且做不到炉前在线分选。摩擦电选和干式磁选恰是能满足这种要求的分选技术。由于黄铁矿颗粒得电快、放电也快的特性[22，23]，同摩擦电选技术相比，磁选的脱硫效果要优于前者，而降灰效果劣于前者。 五 结束语 二氧化硫排放严重污染了我国的环境，给我们的生活和生存带来了威胁，控制二氧化硫污染已经成为迫在眉睫的问题。我国二氧化硫主要来自火电厂的燃煤，我国电厂燃煤质量差，如果能有效的采取技术提高燃煤的质量，我国的SO2污染将能得到很好的控制。 在众多的脱硫技术中应是我国电厂燃煤洁净技术的首选。干法脱硫技术将能使我国的二氧化硫污染得到缓解。 参考文献 [1] 王卓雅，赵跃民，高淑玲. 论中国燃煤污染及其防治[J]. 煤炭技术，2004,2374-6 [2]刘东生，李凤起. 二氧化硫污染治理及其资源化利用新途径[J].辽宁城乡环境科技.2006，26（4）61-64 [3]谌天兵，武建军，韩甲业.燃煤污染现状及其治理技术综述[J].煤，2006，15（2）3～7. [4]焦红光. 浅谈我国燃煤污染危害及其防治[J]. 选煤技术2004,23-6. [5]朱复海. 煤粉高梯度磁分离脱硫试验研究[D]. 青岛建筑工程学院硕士学位论文.20041-5. [6]朱申红，杨卫东，娄性义. 煤炭脱硫技术现状及高梯度磁分离技术在脱硫中的应用[J]. 青岛建筑工程学院学报，2001，22（2）26-29. [7] 贾小宁. 二氧化硫污染控制方法综述[J].甘肃科技，2005，21（12）138-139. [8]贾培胜. 浅谈燃煤 SO2污染控制技术[J]. 科技情报开发与经济，2003,136116-117. [9]杨柳春. 二氧化硫污染控制的湿法技术[J]. 华东交通大学学报，2005，22（1）. [10]徐明. 烟气二氧化硫污染控制技术发展及现状[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2001，24（2）187-189. [11]李斌，李晶，胡晓明.燃煤二氧化硫污染的防治对策[J].煤矿现代化，2001，620-22. [12]新世纪煤炭工业对选煤技术的期待[EB/OL],2004-5-17. [13]陈俊涛.重介质选矿概述.[EB/OL],2007-1-6. [14]史兴民.控制煤中SO2 排放的技术对策分析[J]. 资源开发与市场，2006，22（5）425-428. [15] 成玉琪.论我国洁净煤技术的推广应用[J].中国煤炭， 1998，24（4）12-17. [16]韩明霞，李华民.中国煤炭消费与大气污染物排放[J].煤炭工程，2006，376-78. [17] 去年我国二氧化硫排放量世界第一.[EB/OL],2007-1-6 [18]王薇. 火电厂脱硫技术应用综述[J].贵州电力技术，2006，221-24. [19]陈清如. 煤烟型大气污染的防治对策[J].黑龙江矿业学报，2000，10（3）1-5. [20]陈鹏.中国煤炭性质分类和利用[M].北京化学工业出版社，2004398～404 [21]焦红光，谌伦建，铁占续.细粒煤重选设备的技术现状与分析[J].煤炭工程，2006，（1）14～17 [22] 安振连,章新喜,陈清如.微细粒煤摩擦电选的研究现状[J].煤炭加工与综合利用,1996, 615～18 [23] 高孟华,章新喜,陈清如. 应用摩擦电选技术降低微粉煤灰分[J]. 中国矿业大学学报, 2003, 32 6674～677