我國(guó)燃煤脫硫技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀-化工論文發(fā)表

摘要：介紹了目前國(guó)內(nèi)外較成熟的幾種主要的脫硫方法，提出對(duì)不同的燃煤選用不同的方法進(jìn)行脫硫處理，改進(jìn)脫硫技術(shù)和設(shè)備以提高脫硫效率，降低投資和運(yùn)行成本，同時(shí)減少煙塵排放量，分析了脫硫技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用前景及對(duì)環(huán)境的保護(hù)的意義。

關(guān)鍵詞：燃煤；脫硫；SO₂；方法

引言

我國(guó)的能源構(gòu)成以煤炭為主，其消耗量日益增加，SO₂的排放量也不斷增加，我國(guó)是世界上大氣環(huán)境SO₂嚴(yán)重污染的少數(shù)國(guó)家之一。全國(guó)各地的煤炭都不同程度地含有化學(xué)成分“硫”，然而絕大部分的煤不經(jīng)過(guò)處理就直接進(jìn)入工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的SO₂等有害物質(zhì)又直接排放到大氣中，我國(guó)每年排放到大氣的SO₂有1800~2000萬(wàn)t，其中80%來(lái)自燃燒過(guò)程。世界各國(guó)都已注意到大氣污染對(duì)人類生存的危害，都投入巨額資金對(duì)其進(jìn)行整治。我國(guó)也已制定了《中國(guó)跨世紀(jì)綠色工程計(jì)劃》對(duì)大氣污染進(jìn)行綜合治理，削減SO₂的排放量，防止大氣SO₂污染，已成為我國(guó)當(dāng)今及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的主要社會(huì)問(wèn)題之一^[1,2]。

1 煤炭中硫的存在形式

一般根據(jù)煤中硫的化學(xué)形態(tài)而將其泛分為有機(jī)硫、硫鐵礦硫、硫酸鹽硫、元素硫四種形式存在，我國(guó)煤中硫以黃鐵礦硫?yàn)橹鳎袡C(jī)硫次之，硫酸鹽硫最低。

2 燃燒脫硫的途徑

煤的脫硫方法不下數(shù)十種，按其基本原理則可大致分為以下三種，即物理脫硫法、化學(xué)脫硫法和微生物脫硫法。

2.1 物理脫硫法

    物理脫硫法主要基于煤中硫(主要是硫化鐵硫)與煤基體的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)，如密度、電性質(zhì)、磁性質(zhì)、表面性質(zhì)等的不同，將其與煤基體分離開(kāi)來(lái)的過(guò)程。目前，煤炭物理法脫硫方法主要包括洗選、浮選、重介質(zhì)分離、水力分離、磁分離、油團(tuán)聚等，工藝較簡(jiǎn)單，可脫除50%~80%的黃鐵礦 ^[4]，

物理法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是:過(guò)程比較簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，已有一定規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。其缺點(diǎn)是：不能去除其中大部分的有機(jī)硫，而且無(wú)機(jī)硫的晶體結(jié)構(gòu)、大小及分布影響脫硫效果和產(chǎn)品回收，能耗損失大。

2. 2 化學(xué)脫硫法

化學(xué)脫硫法是利用強(qiáng)堿、強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑等化學(xué)試劑在一定的條件下與煤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使煤中硫分轉(zhuǎn)化為可溶物，繼而從煤中洗脫的一種脫硫技術(shù)方法。根據(jù)所用的化學(xué)試劑的種類和反應(yīng)原理的不同，化學(xué)脫硫法可分為堿處理法，氧化法，溶劑萃取法，熱解法，微波處理法^[5]。

化學(xué)方法脫硫最大的優(yōu)點(diǎn)是能脫除大部分無(wú)機(jī)硫(不受硫的晶體結(jié)構(gòu)、大小和分布的影響)和相當(dāng)部分的有機(jī)硫^[6,7]。其缺點(diǎn)是必須高溫，高壓并使用腐蝕性瀝濾劑，因此過(guò)程能耗大，設(shè)備復(fù)雜。到目前為止，因經(jīng)濟(jì)成本高，還沒(méi)能大規(guī)模投入實(shí)際應(yīng)用。

2. 3 微生物脫硫法

煤的生物脫硫技術(shù)大體可分為生物浸出法、生物表面法和生物浮選脫硫。

當(dāng)前微生物煤炭表面改性強(qiáng)化脫硫方面的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：一是選擇、發(fā)現(xiàn)新菌種，對(duì)老菌種進(jìn)行培養(yǎng)、馴化，使之具有新的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用；二是探索最適宜的細(xì)菌作用、改性、分選的條件，以盡量接近現(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)條件；三是結(jié)合以上的研究和試驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)行有關(guān)煤、黃鐵礦或其他礦物顆粒表面性質(zhì)變化的測(cè)定、分析，以掌握其規(guī)律，了解其改性和吸附機(jī)理。

目前，微生物脫硫還僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，但卻是當(dāng)前國(guó)際上脫硫研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，我國(guó)在這方面也做了許多有益的工作?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，微生物在煤炭脫硫中是大有可為的。

3 脫硫技術(shù)分析

理想的脫硫技術(shù)是要從根本上降低煤燃燒后煙氣向大氣排放SO₂的量。目前我們可以采取以下三種方法進(jìn)行脫硫處理。

3.1 燃燒前脫硫技術(shù)

燃燒前脫硫技術(shù)主要分為選煤和潔凈優(yōu)化動(dòng)力配煤。

選煤是指煤炭選洗技術(shù)，應(yīng)用化學(xué)或物理方法去除或減少原煤中所含的硫分和灰分等雜質(zhì)，從而達(dá)到脫硫的目的。目前，化學(xué)選洗技術(shù)盡管有數(shù)十種之多，但因普遍存在操作過(guò)程復(fù)雜、化學(xué)添加劑成本高等缺點(diǎn)而仍停留在小試或中試階段，尚無(wú)法與其它脫硫技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。物理選洗因投資少、運(yùn)行費(fèi)用低而成為廣泛采用的煤炭選洗技術(shù)。然而，物理選洗僅能去除煤中無(wú)機(jī)硫的80%，占煤中硫總含量的15%～30%，無(wú)法滿足燃煤SO₂污染控制要求，故只能作為燃煤脫硫的一種輔助手段。

潔凈優(yōu)化動(dòng)力配煤技術(shù)是將不同品質(zhì)的煤經(jīng)過(guò)篩選、破碎，按比例配合等過(guò)程，并輔以一定的添加劑，以改變動(dòng)力煤的化學(xué)組成、巖相組成、物理特性和燃煤性能，達(dá)到充分利用煤巖資源、優(yōu)化煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)互補(bǔ)，適應(yīng)用戶燃煤設(shè)備對(duì)煤質(zhì)要求，高燃煤效率和減少污染物排放。

3.2 燃燒中脫硫技術(shù)

燃燒中脫硫技術(shù)主要分為型煤燃燒固硫技術(shù)和流化床燃燒固硫技術(shù)。

型煤燃燒固硫系將粉煤、固硫劑和粘結(jié)劑等混合擠壓成形入爐燃燒,燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO₂部分吸收固定于灰渣中，達(dá)到脫硫目的。型煤燃燒固硫工藝簡(jiǎn)單，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，不僅可以脫硫還可節(jié)煤和減少煙塵排放，但因SO₂與固硫劑接觸時(shí)間太短而導(dǎo)致脫硫率偏低，固硫率一般在50%左右。我國(guó)近十幾年來(lái)對(duì)工業(yè)型煤固硫燃燒技術(shù)開(kāi)展了大量的研究工作，相繼在重慶、洛陽(yáng)、貴陽(yáng)、北京、太原等地建設(shè)了工業(yè)型煤廠。在集中成形基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的集中配煤爐前成型技術(shù)已在蘭州、北京、天津等地部分推廣。目前, 工業(yè)型煤的生產(chǎn)能力達(dá)550萬(wàn)噸，多用于中小鍋爐燃煤脫硫。

流化床燃煤是把煤和吸附劑加入燃燒室的床層中，從爐底鼓風(fēng)使床層懸浮進(jìn)行流化燃燒，流化形成湍流混合條件，從而提高了燃燒效率。固硫劑固硫減少了SO₂排放，較低的燃燒溫度使NOx的生成量大幅度減少。近年來(lái)，電廠循環(huán)流化鍋爐有很大發(fā)展，目前國(guó)外已有大約240臺(tái)在運(yùn)行，總?cè)萘考s10GW，最大單機(jī)容量達(dá)250MW。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)循環(huán)床燃燒鍋爐，并成功地研制出以流化床氣化和燃燒為基礎(chǔ)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)^[8]。

3.3 燃燒后脫硫技術(shù)

燃燒后脫硫技術(shù)即煙氣脫硫技術(shù)，主要是利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO₂，并使其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫化物或硫。

近幾十年來(lái)，國(guó)外工業(yè)煙氣脫硫裝置的應(yīng)用發(fā)展很快。我國(guó)近十多年來(lái)也開(kāi)展了煙氣脫硫技術(shù)的研究。煙氣脫硫技術(shù)的種類非常多，按脫硫的方式和產(chǎn)物的處理形式可分為干法，半干法和濕法三大類。

(1) 干法煙氣脫硫(DFGD)是指加入的脫硫劑為干態(tài)，脫硫產(chǎn)物仍為干態(tài)的脫硫工藝。干法煙氣脫硫技術(shù)由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術(shù)存在的腐蝕和二次污染等問(wèn)題，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問(wèn)題^[9]。

(2) 濕法煙氣脫硫(WFGD)是以水溶液或漿液作脫硫劑，生成的脫硫產(chǎn)物存在于水溶液或漿液中，產(chǎn)物為濕態(tài)的脫硫工藝。該技術(shù)具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問(wèn)題。

(3) 半干法煙氣脫硫(SDFGD)是以水溶液或漿液為脫硫劑，生成的脫硫產(chǎn)物為干態(tài)的脫硫工藝。半干法兼有干法與濕法的一些特點(diǎn)，是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)^[10]。特別是后者，既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又有干法無(wú)污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)點(diǎn)^[11]。

4 結(jié)論

(1) 在全球范圍內(nèi)，特別是我國(guó)控制燃煤SO₂污染迫在眉睫；

(2) 煙氣脫硫是目前控制燃煤SO₂排放最有效的途徑，其中濕法脫硫工藝仍占絕對(duì)統(tǒng)治地位；半干法由于占地小、投資及運(yùn)行費(fèi)用低，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用；干法脫硫工藝若能在能耗及某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，將會(huì)成為新一代煙氣脫硫技術(shù)；

(3) 根據(jù)已有技術(shù)的運(yùn)行情況，我國(guó)在開(kāi)發(fā)和引進(jìn)煙氣脫硫技術(shù)時(shí)需注意的問(wèn)題：1 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，包括設(shè)備的防腐、防磨、防結(jié)垢、設(shè)備利用率和壽命等；2 力求系統(tǒng)投資低，消耗少，不可一味追求高脫硫率；3 因地制宜選用脫硫技術(shù)及脫硫劑，注意脫硫副產(chǎn)物的二次污染和回收利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭延紅,王維周,張東亮.低溫?zé)岣馁|(zhì)煤對(duì)煤-油-水三元料漿成漿性的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2005,28(2):53-55.

[2] 郭延紅,樊世科,劉銀祥.電解質(zhì)溶液對(duì)煤油水三元料漿分散性的影響[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(2):62-6.

[3] 胡雅琴,微生物脫除煤中硫的技術(shù)進(jìn)展[J].煤化工,2004,32(2):32-34.

[4] 李成峰,任建勛,杜美利.煤脫硫技術(shù)研究進(jìn)展[J].2004，23(3)：83-85

[5] 許平.細(xì)菌脫除有機(jī)硫的遺傳學(xué)背景[J].微生物學(xué)進(jìn)展,2000,27(5);368-370.

[6] 李國(guó)輝,胡杰南.煤的微生物法脫硫研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展,1997,9(1),79-89.

[7] Eduardo Humeres, Moreira Regina F P M,Peruch Mariada Gliria B.Reduction of SO2 on deferent carbons [J]. Carbon,2002,40:751-760.

[8] Travis Thoms , Developments for the precombustion removal of inorganic sulfur from coal , Fuelprocessing Technology. 1995 ,42-43.

[9] 于紹忠,滿瑞林.赤泥用于熱電廠煙氣脫硫研究[J].礦冶工程,2005,25(6):63-65.

[10] 李娟,錢楓,張溱芳.燃煤煙氣脫硫添加劑研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2005,28:181-183.