摘要: 近年來我國(guó)二氧化硫的排放總量和單位發(fā)電量的污染物排放情況與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了比較，為加快我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)的發(fā)展提供了指導(dǎo)方向。本文對(duì)燃煤電廠SO2控制技術(shù)及其工藝特性分析和研究。

關(guān)鍵詞: 二氧化硫;控制技術(shù);工藝特性

1引言

當(dāng)前在我國(guó)的電力能源的構(gòu)成中，煤電大約占到80%。燃煤火電廠在將一次能源煤炭轉(zhuǎn)換為二次能源電力的過程中，會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水、灰渣及噪聲等污染物，其廢氣中的 SO2 是大氣的主要污染物之一。目前我國(guó)每年排放的 SO2 超過 2090 萬噸，因酸雨造成的損失每年超過 1100 億元，相當(dāng)于每噸 SO2 造成的損失近 5000 元。因此，燃煤發(fā)電廠如何解決煙氣污染物排放控制的問題(尤其是SO2的減排工作)，如何選擇合適的環(huán)境控制技術(shù)，是一個(gè)迫在眉睫的重要任務(wù)

2燃燒前脫硫技術(shù)

2.1煤炭的洗選

洗選煤是采用物理、化學(xué)或生物方式肘鍋爐使用的原煤進(jìn)行清洗，將煤中的部分硫除掉，使煤得以凈化并生產(chǎn)出不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品。主要方法有重力法、浮選法、重液體富集法、磁性分離法、靜電分離法、凝聚法、細(xì)煤粒一重介質(zhì)旋風(fēng)分離法等，生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是前兩種。

2.2煤炭轉(zhuǎn)化

煤的氣化，是指用水蒸氣、氧氣或空氣作氧化劑，在高溫下與煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成 H2、CO、CH4 等可燃混合氣體(稱作煤氣)的過程。煤炭氣化不僅能顯著地提高煤炭利用效率，而且能極大地減少污染物的排放，使煤中的硫化物、氮化物等雜質(zhì)基本上被脫除(脫琉率 90%—99%)，與直接燃煤相比，民用煤氣可節(jié)煤 20%—30%，工業(yè)燃料氣可節(jié)煤 15%。我國(guó)煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)工作始于 1956 年，主要分為工業(yè)和民用兩大類，目前已成功掌握了年產(chǎn) 8 萬噸合成氨的德士古爐設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行技術(shù)，引進(jìn)的魯奇氣化爐技術(shù)也已成功完成了產(chǎn)氣量為 160 萬 m3/h 的依蘭煤氣工程和 54 萬 m3/h的蘭州煤氣工程。目前正在消化吸收這類技術(shù)，尚未擴(kuò)大應(yīng)用。使用更多的氣化技術(shù)是常壓固定床和二段空氣氣化爐，與世界先進(jìn)水平相比，還有很大差距。此外，我國(guó)進(jìn)行了直接在地下煤礦使煤氣化的研究，并取得了較大的進(jìn)展。與煤氣化相關(guān)的潔凈煤技術(shù)還有整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)、第二代增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(PFBC—CC)和燃料電池(FC)等，它們皆以煤炭部分或全部氣化為基本組成部分，通過燃燒或轉(zhuǎn)化煤氣來發(fā)電。

2.3水煤漿技術(shù)

水煤漿(Coal Water Mixture.簡(jiǎn)稱 CWM)是將灰分小于 10%，硫分小于 0.5%、揮發(fā)分高的原料煤，研磨成 250～300 微米的細(xì)煤粉，按 65%—70%的煤、30%—35%的水和約 1%的添加劑的比例配制而成。水煤漿可以像燃料油一樣運(yùn)輸、儲(chǔ)存和燃燒。燃燒時(shí)，水煤漿從噴嘴高速噴出，霧化成 50—70 微米的霧滴，在預(yù)熱到600-700℃的爐膛內(nèi)迅速蒸發(fā)，并伴隨微爆，煤中揮發(fā)分析出而著火，其著火溫度比干煤粉還低。它是 20 世紀(jì) 70 年代石油危機(jī)中發(fā)展起來的一種新型低污染代油燃料。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品。水煤漿技術(shù)包括水煤漿制備、儲(chǔ)運(yùn)、燃燒等關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)涉及多門學(xué)科的系統(tǒng)技術(shù)。

3燃燒過程中主要脫硫技術(shù)

3.1燃燒過程中脫硫原理

燃燒過程中進(jìn)行脫硫處理，即在煤中摻燒固硫劑固硫，固硫物質(zhì)隨爐渣排出。也就是在煤中摻入或向爐內(nèi)噴射各種石灰石粉、白云石粉、生石灰、電石渣及富含金屬氧化物的礦渣、爐渣等作為固硫劑，在燃燒中，由于固硫劑的作用，煤燃燒產(chǎn)生的 SO2 還沒有逸出就與煤中含鈣的固硫劑( 如石灰石) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固相硫酸鹽，隨爐渣排出，從而減少 SO2 隨煙氣排入大氣而污染環(huán)境。石灰石固硫的化學(xué)反應(yīng)方程式為:

CaCO3→CaO+CO2-183kJ/mol

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4+486kJ/mol

3.2 型煤

固硫型煤是用瀝青、石灰、電石渣、無硫紙漿黑液等做熟結(jié)劑，將粉煤經(jīng)機(jī)械加工成一定形狀和體積的煤制品。將粉煤加工成型煤，比燃燒散煤節(jié)約能源 24%—27%，減少煙塵排放量 74%—90%，加入適量的固硫劑，燃燒時(shí) SO2 的排放比燃燒散煤時(shí)減少一半以上。型煤燃燒技術(shù)對(duì)于占工業(yè)鍋爐總量 70%以上層燃式鍋爐及工業(yè)窯爐的有害物質(zhì)排放能起到一定的治理作用，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐窯高效、清潔燃燒的一個(gè)大有希望的方向。

4燃燒后主要脫硫技術(shù)

4.1濕式石灰石(石灰)-石膏法脫硫技術(shù)

1、系統(tǒng)組成

各種大型濕法煙氣脫硫技術(shù)工藝和系統(tǒng)基本相同，按照采用的吸收劑不同，其濕法煙氣脫硫主要工藝系統(tǒng)略有一些不同?，F(xiàn)在主要對(duì)目前實(shí)際應(yīng)用最多的采用石灰石作為吸收劑并生產(chǎn)二水石膏 CaSO4#8226;2H2O 的石灰石-石膏濕法(FGD)脫硫工藝系統(tǒng)進(jìn)行分析。一套完整的濕法脫硫工藝系統(tǒng)通常包括:吸收塔系統(tǒng)(即 SO2 吸收與氧化系統(tǒng))、煙氣系統(tǒng)(引接煙道、脫硫風(fēng)機(jī)、氣氣換熱器[如通過煙囪防腐處理，可不裝設(shè)]、擋板門及其密封系統(tǒng))、吸收劑制備與輸送系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、FGD 輔助設(shè)備系統(tǒng)(廢水處理與排放[事故]系統(tǒng)、副產(chǎn)品石膏貯存或回收利用系統(tǒng))、控制系統(tǒng)等。具體工程的脫硫系統(tǒng)因外部條件不同其組成可能略有差異。

2、工藝流程

采用價(jià)廉易得的石灰石或石灰做脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨成粉狀與水合

攪拌成吸收漿液。當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí)，石灰經(jīng)消化處理加水?dāng)嚢璩晌諠{液。

鍋爐的煙氣從電除塵器或布袋除塵后(除塵效率大于 97%)，經(jīng)煙氣換熱器降溫

后從吸收塔下部進(jìn)入吸收塔(經(jīng)過氣-氣換熱器后的煙氣溫度下降到 100℃左右)。在吸收塔中，存在吸收塔底部的含有吸收劑-石灰石的混合漿液(pH 值為 5.5-6.5左右)，由循環(huán)泵從塔底打入設(shè)置在吸收塔上層噴淋層，從噴淋層噴嘴噴出，與煙氣逆向接觸混合，吸收煙氣中的二氧化硫，生成亞硫酸鈣。反應(yīng)后含有亞硫酸鈣的漿液沉到吸收塔的下部，由于煙氣中含有氧氣，同時(shí)采取氧化風(fēng)機(jī)從吸收塔底部鼓入的空氣強(qiáng)制氧化措施，使亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，使之生成二水硫酸鈣(CaSO4#8226;2H2O)即石膏(此時(shí)循環(huán)石灰石漿液 pH 值控制在 5-5.5 左右)。將氧化后漿液從底部抽出，由于二水硫酸鈣結(jié)晶成較大的顆粒，經(jīng)脫硫裝置脫水后得含水量小于 10%的二水硫酸鈣(石膏)產(chǎn)品。脫硫凈化后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴然后再經(jīng)氣-氣換熱器升溫后，從煙囪排放到大氣空中。脫硫石膏處置方式的選擇主要取決于市場(chǎng)對(duì)脫硫石膏的需求、脫硫石膏的質(zhì)量以及是否有足夠的堆放場(chǎng)地等因素。脫硫石膏主要用于做水泥緩凝劑和建筑材料，也可以用作鹽堿地和酸性土壤的改造等。

4.2海水脫硫法

海水具有一定的天然堿度和水化學(xué)特性，自然堿度為 1.2～2.5mmol/L，對(duì)酸具有天然的中和能力，可用于燃煤含硫量不高并以海水作為循環(huán)冷卻水的海邊電廠的脫硫。

海水 FGD 工藝主要由煙氣系統(tǒng)、SO2 吸收系統(tǒng)、海水供排系統(tǒng)及海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。煙氣經(jīng)除塵后由增壓風(fēng)機(jī)送入氣氣換熱器熱側(cè)降溫，然后進(jìn)入吸收塔。在脫硫吸收塔內(nèi)，與來自循環(huán)冷卻系統(tǒng)的大量海水接觸，煙氣中的二氧化硫被吸收反應(yīng)脫除。脫除二氧化硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去液滴后進(jìn)入氣氣換熱器冷側(cè)升溫后進(jìn)入煙囪排放。吸收塔內(nèi)洗滌煙氣后的海水呈酸性，因含有較多的 SO32-，不能直接排入海中，而是依靠重力排入海水恢復(fù)系統(tǒng)—曝氣池，與大量未脫硫的海水混合，并鼓入大量空氣使其中的 SO32-被氧化成為穩(wěn)定的 SO42-，同時(shí) H+與海水中的 CO32-發(fā)生反應(yīng)，生成的 CO2 被驅(qū)除，恢復(fù)脫硫海水的 pH 值和含氧量，同時(shí)降低 COD，使海水的 pH 值與 COD 調(diào)整達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大海。

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