利用粉煤灰脫硫技術綜述
當前國內實施的煙氣脫硫工程中， 無論是大型的電廠鍋爐還是中小型的燃煤鍋爐，大多數是采用濕法煙氣脫硫技術，因為這項技術的脫硫率高、工藝也比較成熟可靠。但對于還處在發展階段中的中國來說，濕法工藝還存在投資大、運行費用高和存在二次污染隱患等問題，一般企業難以承受。尤其對于中小型燃煤鍋爐，在近幾年里所上的一大批簡易濕法煙氣脫硫設備中，由于用戶或商家為了節省投資或應付差使， 往往忽視了防腐蝕、 煙氣再加熱、廢水和廢渣處理等環節，大大影響其使用壽命和實際運行率。筆者在本文介紹各種利用粉煤灰脫硫技術供大家參考，其目的是想尋求一條新的煙氣脫硫途徑，希望能引進、開發和研制一些更適合于我國國情、效果好、費用低并為用戶樂意接受的實用脫硫技術。
一、粉煤灰理化性質及其脫硫原理
電廠粉煤灰化學成分中大部分是SiO2和少量Al2O3，Fe2o3、CaO、TiO2，鉀、鈉、鎂、硫、磷的氧化物少許，其余是炭粒。其中堿性氧化物 CaO 含量約在 10%~20%左右，當灰水在酸性條件下，Ca 2+ 離子的溶出量較高，因此粉煤灰水具有一點的脫硫能力。目前一些水膜除塵器，由于灰水的重復利用，在除塵的同時也有一定的脫硫作用，脫硫率在15%-20%左右。 另外炭粒在燃燒中由于氣體的揮發和化學反應，形成表面多孔、形狀復雜的焦狀顆粒，比表面積約為 0.8~2.4m 2 /g。其中大部分是玻璃球體，其余是結晶物質和未燃燼顆粒。成為一種空心顆粒與實心顆粒、多孔顆粒與規則顆粒、有機物質和無機物質相互混合的特殊粉體[1] 。在干法脫硫技術中，利用了這種特殊結構的良好反應活性，把粉煤灰作為脫硫劑的載體進行煙氣脫硫，脫硫率可以高達 90%以上。
二、利用灰渣水脫硫試驗[2]
由蕭山熱電廠提供的灰渣， 燃煤的灰化學成分為： SiO244%-59%、 CaO24%、 Al2O314%-17%、 Fe2O39%-17%、 MgO1%-2%、Na2O2%，用灰渣配制濃度為1%、4%和8%的漿液，測試它們對 SO2氣體的吸收率，試驗結果如表1 所示。
表1 |
利用鍋爐灰渣水脫硫的反應機理復雜， 其脫硫能力的高低取決于氣體、液體的擴散速度以及堿性物質浸出速度和浸出量的多少。PH 值在 7.0~3.5 時，脫硫率由 90%緩慢下降到 70%左右;PH 值在 3.5~2.5 時，脫硫率穩定在70%左右;PH低于2.5后，脫硫率急劇下降。當灰渣濃度高出一定值后，脫硫率反而會降低，因為PH越高Ca2+ 離子越難溶出。經工業性試驗證明，利用鍋爐灰渣水脫硫，可以節約 20%-60% 的吸收劑用量。
三、粉煤灰脫硫劑的研究試驗
在近幾年來，國內外都在開展利用粉煤灰制高效脫硫劑的研究[3][4][5] 。它們的共同之處都是利用粉煤灰或灰渣作為一種載體，加入熟石灰和粘結劑后造粒成型制成的。
試驗證明，用粉煤灰制成的脫硫劑的脫硫效率要高于純的石灰脫硫劑，這是因為氣-固反應中吸收劑比表面積的大小是反應速率的主要決定因素的結果。在適當的灰/石灰比和反應溫度時，脫硫率可達到 90%以上。試驗也證明，電廠的飛灰是各種灰渣中最好的脫硫劑載體，即使在 100-165℃時，仍然有很高的脫硫率。
四、 利用電廠粉煤灰脫除煙氣SO2的示范工程
日本北海道電力公司在 1986 年開始研究和開發的，先后經過實驗室階段、1000 和 50000m3N/h 煙氣量的小試和中試，直到建立12.5 萬kw機組的示范工程，歷經 5 年時間正式投入了商業運轉，至今已正常運轉整十年。該技術已轉讓給美國等5個國家。
（一）工藝過程
經除塵后的鍋爐煙氣在脫硫器中與顆粒狀粉煤灰脫硫劑反應，煙氣中SO2被脫除后進入煙囪排放。脫硫產物沉積在粉煤灰脫硫劑中一起從脫硫器排出，其中一部分摻入到飛灰中作粉煤灰脫硫劑的原料，其余則成為副產品出售。其工藝過程如圖示：
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脫硫反應器分預反應器和主反應器兩個部分，粒狀脫硫劑自上而下依次流 動穿過主反應器和預反應器，煙氣與脫硫劑在反應器內交錯流動接觸。
（二） 工藝特點
脫硫率≥90%（煙氣溫度 100-300℃） ；除塵率≥85%；石灰利用率≥80%
屬于固-氣反應，脫硫產物被固定在粉煤灰中，一方面改善了粉煤灰的物理性能，提高了粉煤灰的利用的價值；另一方面作為造粒的粘接劑而得到充分利用。 干式工藝過程，不產生廢水，也不引起煙氣溫度的下降，因此不需要煙氣再加熱過程。
脫硫器類型：顆粒流動床，系統壓力降約 100mm水柱。
（三） 用于脫硫的粉煤灰最終產品的商業用途
這種粉煤灰除了通常做建筑材料外，在日本還作以下用途：
冰箱除臭劑和鞋子除臭/干燥劑，以及貓、 狗等寵物用除臭/干燥劑， 在日本市場上的商業名稱叫“經濟砂” ，它的除臭能力相當于或大大高于市場同類產品，如與活性炭比較，則是后者的兩倍以上。
用作江河湖泊清淤泥用的凝結劑， 無論是采用就地覆蓋還是異地處理的辦法，它都能起到類似水泥的作用。
五、利用粉煤灰脫硫的優點和應注意的問題
（一） 利用粉煤灰脫硫的優點
脫硫效率高，石灰利用率也高。
不產生廢水、廢渣和二次污染，尤其適用于干旱缺水地區。
由于是干式工藝， 加上脫硫產物是沉積在粉煤灰中隨時被帶出， 因此腐蝕和結垢問題要減輕了很多。
粉煤灰經加工被用于脫硫后，其理化性能得到了改善，具有較高的商業利用價值。
（二） 推廣應用粉煤灰脫硫應注意的問題
這項技術雖然免除了龐大的廢水處理設施，但也要增加一系列粉煤灰加工設備，如混合、成型、養護、干燥、除塵等工序，再加上這一整套設備的運轉，其投資和運行費用是不會很低的，因此需要一定的經濟實力。 如果采用其他工藝，簡化粉煤灰造粒成型工序[6]， 投資和運行費用會適當降低的。
這項技術要真正得到應用，其關鍵是粉煤灰的最終產物要有銷路，而原料粉煤灰的質量則是關鍵之最了。因此，效率較高的大、中型電廠鍋爐才能滿足這一要求。粉煤灰有了銷路，其銷售收入再加上減免排污費、 粉煤灰輸送和管理費的大幅度減少等一系列經濟效益，才有可能抵消部分甚至全部的運行費用，則一系列的優點就能得到體現。
這項技術的關鍵設備是顆粒流動床脫硫器，美國西屋電器公司（現合并到西門子公司）近期研制成功一種顆粒移動床設備，它是利用粉煤灰進行高溫除塵，也可以具有脫硫的功能，但由于系統阻力太大，實際應用于煙氣脫硫還難易實現。如果使用循環流化床設備，脫硫效率可以保證，但動力消耗要大大增加，還要增加一套除塵設備。目前日本研制的顆粒流動床脫硫器，系統阻力比較小，反應效率也比較高，商業應用已有10年之久，比較適用。國內也有人提出其他類型的設想和試驗[7] 。
[參考資料]
[1]許綠薇 電廠粉煤灰理化性質的測定及利用途徑 環境科學研究 2000，3，P51
[2]杭州環境保護研究所 旋流沖擊煙氣脫硫除塵技術研究課題鑒定材料 1997
[3]熊云威 鈣質煤渣脫硫劑與煙氣脫硫的實驗研究 重慶環境科學 2000，3，P29
[4]吳潁海 活性飛灰煙氣脫硫試驗研究 廈門潔凈煤技術國際研討會論文集 1997，P457
[5] K.Yamada Preparation of Highly Active Absorbents for SO2 RemovaThe Fifth International Symposium 0f ETERNET-APR 1998，P111
[6] 馬果駿 一體化除塵脫硫技術極其對電除塵器的影響 電力環境保護 1999，2，P27
[7] 季學李 煤渣床層煙氣脫硫除塵試驗 污染防治技術 1998，1， P17
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