燃煤锅炉脱硫技术与方法浅析
摘要: 分析了燃煤所产生 SO2 的原因及危害, 介绍了燃煤锅炉燃烧前、燃烧中和燃烧后各种比较常见的脱硫方式, 分析了其优缺点和适用范围, 给出了选用的指导意见。
关键词: 燃煤锅炉, 脱硫, 污染
由于我国能源资源特点和经济发展水平的制约, 决定了以煤炭为主的能源结构在我国将长期存在。大量燃用煤炭等化石燃料的结果, 使得我国的大气污染十分严重。1997 年,我国的二氧化硫排放总量为 2 346 万 t。二氧化硫排放量的不断增加, 将对人体健康、农作物生长和增产、工业产品的质量提高以及建筑和文物的保护等诸多方面有很大的危害, 造成较大的经济损失。为了控制酸雨污染, 进一步推广和发展烟气脱硫技术尤为重要。脱硫技术和方法大体上可分三大类, 即炉前脱硫、 炉内脱硫和烟气脱硫。
1 燃烧前脱硫技术
1.1 煤炭洗选技术
选煤是除去或减少原煤中所含的硫分、灰分等杂质, 并按不同用户对煤质的不同要求, 实行对路供应的有效方法。发展煤炭洗选, 是从源头上减少污染的有效措施。选煤技术分物理法、化学法和微生物法 3 种。
1.1.1 物理及化学选煤法
物理选煤可除去原煤中的部分灰分和黄铁矿硫, 是目前我国广泛采用的一种选煤方法。其中跳汰占 59%、重介质选煤占 23%、浮选占 14%。化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集或除去杂质和有害成分的工艺过程。机械浮洗法(MF) 是目前用得最多的一种炉前脱硫方法。它利用煤和含无机硫煤密度差分离, 浮选剂用水, 采用跳汰机和摇床联合作业, 脱硫率 40%~50%, 脱灰率 30%~40%。我国煤炭的入洗率现在已超过 30%。
1.1.2 微生物脱硫技术
微生物脱硫是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中。细菌产生的酶促使硫氧化为硫酸盐, 从而达到脱硫的目的。用于脱除煤中硫化物的微生物种类较多, 但主要的种类是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌。这一方法具有脱硫反应条件温和、成本低、能耗省、没有煤流失等优点。当前还应用有浸出法、空气搅拌式浸出法、表面氧化法等。
1.2 强磁分选(HMS) 和微波辐射法(MCD)
煤系黄铁矿适合用强磁分离法( HMS) 除硫。煤系黄铁矿中无机硫呈顺磁性, 而煤质呈逆磁性, 因而可以利用强磁场将煤中顺磁性的无机硫与反磁性的煤质分离。用超导材料制成磁选机, 在 2 万高斯磁场下可实现脱硫, 总脱硫率可达 45%。
微波辐射法( MCD) 是用一定波长电磁波照射经水、碱或 FeCL3 等盐类处理过 50~100 ℃煤粉, 能使煤中的 Fe- S,C- S化学键共振裂解, 形成游离 S并与 H, O反应生成 H2S,SO2 或含氧、硫低分子气体从煤中逸出, 脱硫率可达 70%。
1.3 煤气化技术
煤气化是把经过适当处理的煤送入反应器, 在一定的温度和压力下, 通过气化剂( 空气或氧和蒸汽) 以一定的流动方式( 移动床、 流化床或携带床) 转化成气体。煤气化联合循环发电( IGCC) 是目前世界发达国家大力开发的一项高效、低污染清洁煤发电技术。它不仅能满足日趋严格的环保要求, 而且发电效率可达 45%以上, 极有可能成为 21 世纪主要的洁净发电方式之一。
1.4 水煤浆技术
水煤浆是上世纪 70 年代发展起来的一种低污染、高效率、流动性强的代油煤基型流体燃料。它是把灰分很低而挥发分很高的煤, 研磨成微细煤粉, 按煤水合理的比例, 加入分散剂和稳定剂配制而成, 可以像燃料油一样运输贮存和燃烧。水煤浆可分为高浓度水煤浆( CWM) 、 普通浓度水煤浆( CWS) 、 煤泥浆( CWS) 、 精细水煤浆等。
2 燃烧中脱硫
2.1 烟气循环流化床脱硫技术
烟气循环流化床脱硫技术是上世纪 80 年代发展起来的新一代脱硫技术, 由于流化床内的燃烧温度较低( 850~900℃) ,所以可在床层内直接添加石灰石脱硫剂, 在燃烧过程中完成有效的脱硫。同传统脱硫技术相比, 流化床内脱硫剂与烟气中 SO2 间的反应环境 (反应温度、停留时间和传质等) 十分有利于脱硫反应的进行。循环流化床是目前电力行业中、小容量发电锅炉的首选炉型之一。
2.2 AG- R 型脱硫技术
煤中含有有机硫和无机硫两类, 但在煤粉炉的高温燃烧中, 无机硫能够分解为 SO2。煤在充分燃烧过程中, 所有的可燃硫都会释放出来, 氧化生成 SO2, 排入大气。 AG- 2 型脱硫剂关键是加入一定量的催化剂, 改变了传统脱硫剂的物理和化学特性, 大大提高了脱硫剂吸收 SO2 的能力。反应式可写为:
氧化过程:
S+O2—> SO2
脱硫剂燃烧分解为 MXOY 的过程:
脱硫剂—> MXOY
硫酸盐化过程:
SO2+ 12O2+MXOY—> MXSO4
脱硫剂储存在置于锅炉零米的脱硫剂储仓内, 通过空气将脱硫剂送入锅炉喷射点附近的炉前小料仓内, 给料机均匀地将脱硫剂提供给压缩空气, 喷嘴将脱硫剂喷入炉膛内, 与烟气充分混合、分解、催化, 并与 SO2 作用, 生成硫酸盐, 达到脱硫的目的。AG- R 型脱硫系统具有投资低, 占地面积小, 运行成本少, 操作方便灵活和可调节性强等优点。
3 燃烧后脱硫
3.1 循环悬浮式半干法
半干法兼有干法与湿法的一些特点, 是脱硫剂在干燥状态下脱硫在湿状态下再生( 如水洗活性炭再生流程) , 或者在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫, 在干状态下处理脱硫产物的半干法, 以其既具有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点, 又具有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到人们广泛的关注。适用于 300 MW燃煤锅炉机组的烟气脱硫。
3.2 炉内喷钙尾部增湿活化法
虽然炉内喷钙尾部增湿脱硫的基本工艺都是将 CaCO3 粉末喷入炉内,脱硫剂在高温下迅速分解产生 CaO, 同时与烟气中的 SO2 反应生成 CaSO3。 由于单纯炉内喷钙脱硫效率往往不高( 在 20%~50%之间) , 脱硫剂利用率也较低, 因此炉内喷钙还需与尾部增湿配合以提高脱硫效率。炉内喷钙尾部增湿活化脱硫工艺系统简单, 脱硫费用低, 适用于老锅炉的改造,但脱硫效率不高, 而且对锅炉燃烧效率和运行有一定影响。
3.3 海水烟气脱硫技术
这是一种投资省、运行费用低、易管理的脱硫技术, 适用于燃煤含硫不高,并以海水为循环冷却水的电厂。已投运或工程建设中的国家有挪威、西班牙、印度尼西亚、委内瑞拉和瑞典。 英国也计划在大型燃煤电站实施海水脱硫工艺。现已有 20 多套商业运行系统, 烟气处理总量达 6.589×106m3/h, 相当于装机容量 2 150 MW。这是一种符合我国国情并值得在海边电厂试点的脱硫技术。深圳西部电厂海水脱硫项目已经投入运行。
3.4 电子束烟气脱硫技术
这是一种由日本开发正在西方国家中试验, 不产生二次污染并能实现资源综合利用的脱硫技术。它将烟气中的 H2O和 O2 离解后生成活性原子, SO2, NOX 氧化后喷氨而生成副产品原料, 其工艺流程简单。并且能同时脱硫、 脱硝, 脱除率分别为 90%和 80%以上, 而目前任何一种其他烟气脱硫方法一次只能脱除其中一种。
4 结束语
随着人们环境意识的提高和法制观念的增强, 排烟脱硫技术已逐步被重视, 世界各国都在积极研究开发脱硫新技术(如: 利用增压流化床技术、静电技术等) 。因此, 我们应该加强脱硫技术的开发和应用, 选择既经济又实用的脱硫技术,充分降低 SO2 排放量, 保护我们生存的环境。
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