燃煤鍋爐脫硫技術與方法淺析
摘要: 分析了燃煤所產生 SO2 的原因及危害, 介紹了燃煤鍋爐燃燒前、燃燒中和燃燒后各種比較常見的脫硫方式, 分析了其優缺點和適用范圍, 給出了選用的指導意見。
關鍵詞: 燃煤鍋爐, 脫硫, 污染
由于我國能源資源特點和經濟發展水平的制約, 決定了以煤炭為主的能源結構在我國將長期存在。大量燃用煤炭等化石燃料的結果, 使得我國的大氣污染十分嚴重。1997 年,我國的二氧化硫排放總量為 2 346 萬 t。二氧化硫排放量的不斷增加, 將對人體健康、農作物生長和增產、工業產品的質量提高以及建筑和文物的保護等諸多方面有很大的危害, 造成較大的經濟損失。為了控制酸雨污染, 進一步推廣和發展煙氣脫硫技術尤為重要。脫硫技術和方法大體上可分三大類, 即爐前脫硫、 爐內脫硫和煙氣脫硫。
1 燃燒前脫硫技術
1.1 煤炭洗選技術
選煤是除去或減少原煤中所含的硫分、灰分等雜質, 并按不同用戶對煤質的不同要求, 實行對路供應的有效方法。發展煤炭洗選, 是從源頭上減少污染的有效措施。選煤技術分物理法、化學法和微生物法 3 種。
1.1.1 物理及化學選煤法
物理選煤可除去原煤中的部分灰分和黃鐵礦硫, 是目前我國廣泛采用的一種選煤方法。其中跳汰占 59%、重介質選煤占 23%、浮選占 14%。化學選煤是借助化學反應使煤中有用成分富集或除去雜質和有害成分的工藝過程。機械浮洗法(MF) 是目前用得最多的一種爐前脫硫方法。它利用煤和含無機硫煤密度差分離, 浮選劑用水, 采用跳汰機和搖床聯合作業, 脫硫率 40%~50%, 脫灰率 30%~40%。我國煤炭的入洗率現在已超過 30%。
1.1.2 微生物脫硫技術
微生物脫硫是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中。細菌產生的酶促使硫氧化為硫酸鹽, 從而達到脫硫的目的。用于脫除煤中硫化物的微生物種類較多, 但主要的種類是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫桿菌。這一方法具有脫硫反應條件溫和、成本低、能耗省、沒有煤流失等優點。當前還應用有浸出法、空氣攪拌式浸出法、表面氧化法等。
1.2 強磁分選(HMS) 和微波輻射法(MCD)
煤系黃鐵礦適合用強磁分離法( HMS) 除硫。煤系黃鐵礦中無機硫呈順磁性, 而煤質呈逆磁性, 因而可以利用強磁場將煤中順磁性的無機硫與反磁性的煤質分離。用超導材料制成磁選機, 在 2 萬高斯磁場下可實現脫硫, 總脫硫率可達 45%。
微波輻射法( MCD) 是用一定波長電磁波照射經水、堿或 FeCL3 等鹽類處理過 50~100 ℃煤粉, 能使煤中的 Fe- S,C- S化學鍵共振裂解, 形成游離 S并與 H, O反應生成 H2S,SO2 或含氧、硫低分子氣體從煤中逸出, 脫硫率可達 70%。
1.3 煤氣化技術
煤氣化是把經過適當處理的煤送入反應器, 在一定的溫度和壓力下, 通過氣化劑( 空氣或氧和蒸汽) 以一定的流動方式( 移動床、 流化床或攜帶床) 轉化成氣體。煤氣化聯合循環發電( IGCC) 是目前世界發達國家大力開發的一項高效、低污染清潔煤發電技術。它不僅能滿足日趨嚴格的環保要求, 而且發電效率可達 45%以上, 極有可能成為 21 世紀主要的潔凈發電方式之一。
1.4 水煤漿技術
水煤漿是上世紀 70 年代發展起來的一種低污染、高效率、流動性強的代油煤基型流體燃料。它是把灰分很低而揮發分很高的煤, 研磨成微細煤粉, 按煤水合理的比例, 加入分散劑和穩定劑配制而成, 可以像燃料油一樣運輸貯存和燃燒。水煤漿可分為高濃度水煤漿( CWM) 、 普通濃度水煤漿( CWS) 、 煤泥漿( CWS) 、 精細水煤漿等。
2 燃燒中脫硫
2.1 煙氣循環流化床脫硫技術
煙氣循環流化床脫硫技術是上世紀 80 年代發展起來的新一代脫硫技術, 由于流化床內的燃燒溫度較低( 850~900℃) ,所以可在床層內直接添加石灰石脫硫劑, 在燃燒過程中完成有效的脫硫。同傳統脫硫技術相比, 流化床內脫硫劑與煙氣中 SO2 間的反應環境 (反應溫度、停留時間和傳質等) 十分有利于脫硫反應的進行。循環流化床是目前電力行業中、小容量發電鍋爐的首選爐型之一。
2.2 AG- R 型脫硫技術
煤中含有有機硫和無機硫兩類, 但在煤粉爐的高溫燃燒中, 無機硫能夠分解為 SO2。煤在充分燃燒過程中, 所有的可燃硫都會釋放出來, 氧化生成 SO2, 排入大氣。 AG- 2 型脫硫劑關鍵是加入一定量的催化劑, 改變了傳統脫硫劑的物理和化學特性, 大大提高了脫硫劑吸收 SO2 的能力。反應式可寫為:
氧化過程:
S+O2—> SO2
脫硫劑燃燒分解為 MXOY 的過程:
脫硫劑—> MXOY
硫酸鹽化過程:
SO2+ 12O2+MXOY—> MXSO4
脫硫劑儲存在置于鍋爐零米的脫硫劑儲倉內, 通過空氣將脫硫劑送入鍋爐噴射點附近的爐前小料倉內, 給料機均勻地將脫硫劑提供給壓縮空氣, 噴嘴將脫硫劑噴入爐膛內, 與煙氣充分混合、分解、催化, 并與 SO2 作用, 生成硫酸鹽, 達到脫硫的目的。AG- R 型脫硫系統具有投資低, 占地面積小, 運行成本少, 操作方便靈活和可調節性強等優點。
3 燃燒后脫硫
3.1 循環懸浮式半干法
半干法兼有干法與濕法的一些特點, 是脫硫劑在干燥狀態下脫硫在濕狀態下再生( 如水洗活性炭再生流程) , 或者在濕狀態下脫硫在干狀態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫, 在干狀態下處理脫硫產物的半干法, 以其既具有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點, 又具有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的好處而受到人們廣泛的關注。適用于 300 MW燃煤鍋爐機組的煙氣脫硫。
3.2 爐內噴鈣尾部增濕活化法
雖然爐內噴鈣尾部增濕脫硫的基本工藝都是將 CaCO3 粉末噴入爐內,脫硫劑在高溫下迅速分解產生 CaO, 同時與煙氣中的 SO2 反應生成 CaSO3。 由于單純爐內噴鈣脫硫效率往往不高( 在 20%~50%之間) , 脫硫劑利用率也較低, 因此爐內噴鈣還需與尾部增濕配合以提高脫硫效率。爐內噴鈣尾部增濕活化脫硫工藝系統簡單, 脫硫費用低, 適用于老鍋爐的改造,但脫硫效率不高, 而且對鍋爐燃燒效率和運行有一定影響。
3.3 海水煙氣脫硫技術
這是一種投資省、運行費用低、易管理的脫硫技術, 適用于燃煤含硫不高,并以海水為循環冷卻水的電廠。已投運或工程建設中的國家有挪威、西班牙、印度尼西亞、委內瑞拉和瑞典。 英國也計劃在大型燃煤電站實施海水脫硫工藝。現已有 20 多套商業運行系統, 煙氣處理總量達 6.589×106m3/h, 相當于裝機容量 2 150 MW。這是一種符合我國國情并值得在海邊電廠試點的脫硫技術。深圳西部電廠海水脫硫項目已經投入運行。
3.4 電子束煙氣脫硫技術
這是一種由日本開發正在西方國家中試驗, 不產生二次污染并能實現資源綜合利用的脫硫技術。它將煙氣中的 H2O和 O2 離解后生成活性原子, SO2, NOX 氧化后噴氨而生成副產品原料, 其工藝流程簡單。并且能同時脫硫、 脫硝, 脫除率分別為 90%和 80%以上, 而目前任何一種其他煙氣脫硫方法一次只能脫除其中一種。
4 結束語
隨著人們環境意識的提高和法制觀念的增強, 排煙脫硫技術已逐步被重視, 世界各國都在積極研究開發脫硫新技術(如: 利用增壓流化床技術、靜電技術等) 。因此, 我們應該加強脫硫技術的開發和應用, 選擇既經濟又實用的脫硫技術,充分降低 SO2 排放量, 保護我們生存的環境。
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