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          我國SO₂ 控制技術的研究、開發及應用

          作者:管理員    發布于:2019-12-17

          SO₂控制技術的研究從20世紀初至今已有90多年的歷史。自20世紀60年代起,一些工業化國家相繼制定了嚴格的法規和標準,限制煤炭燃燒過程中SO₂等污染物的排放,這一措施極大地促進了SO₂控制技術的發展。進入70年代以后,SO₂ 控制技術逐漸由實驗室階段轉向應用性階段。據洛陽合合工貿的相關人員介紹美國環保署(EPA)1984 年統計,世界各國開發、研制、使用的SO₂控制技術已達184種,而目前的數量已超過200種。這些技術概括起來可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫(煙氣脫硫FGD)3大類。

          一、燃燒前脫硫

          燃燒前脫硫技術主要包括煤炭的洗選、煤炭轉化(煤氣化、液化)、水煤漿技術。

          洗選煤是采用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗,將煤中的硫部分脫除使煤得以凈化而生產出不同質量、規格的產品。其中煤的物理凈化技術是目前世界上應用最廣泛的燃燒前脫硫技術,該法可以從原煤中除去泥土、頁巖和黃鐵礦硫。通過煤的粉碎,使非化學鍵結合的不純物質與煤脫離,繼而利用構成煤的有機物質(煤的基本微觀結構)與密度較大的礦物之間相對密度的不同,或利用兩者表面潤濕性、磁性、導電性的不同將它們分離。其主要方法有重力法、浮選法、重液體高集法、磁性分離法、靜電分離法、凝聚法、旋風分離法等,生產中應用最廣泛的是前兩種。物理方法工藝簡單,投資少、操作成本低,但不能脫除煤中有機硫,對黃鐵礦硫的脫除率在50%左右。

          我國SO₂ 控制技術的研究、開發及應用

          煤炭的化學脫硫方法可分為物理化學脫硫方法和純化學脫硫方法。物理化學脫硫即浮選,化學脫硫方法又包括堿法脫硫、氣體脫硫、熱解與氫化法脫硫等。堿法脫硫是在煤中加人KOH、NaOH成Ca(OH);和苛性堿,在一定的反應溫度下使煤中的硫生成含硫化合物。氣體脫硫是在高溫下,用能與煤中黃鐵礦或有機硫反應的氣體處理媒,生成揮發性含硫氣體,從而脫去煤中的硫。熱解和氫化脫硫是采用炭化、酸浸和氫化脫硫3個步驟將硫轉化為碳化鈣,進而轉化為可溶的硫氫化鈣,分離后達到脫硫目的。

          微生物脫硫技術雖然從本質上講也是 種化學法,但由于其自身的特殊性,可把它單獨歸為一類。它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中,細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽從而達到脫硫的目的。該類技術具有以下3項突出的優點:

          (1)反應能在常溫、常壓下進行,耗能少,運轉費用低。

          (2)不會降低煤的發熱量。

          (3)能脫除煤中有機硫和無機硫,脫硫工藝投資成本低。

          目前常用的脫硫細菌有氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細菌、熱硫化葉菌等。

          通過自行研究開發和引進,目前中國的選煤技術已取得了長足的進步,自行研制的選煤設備已能滿足年處理能力400萬I以下的新廠建設和老廠改造需要。到1997年,全國已有選煤廠和車間(30kl/a 以上)1500 多座,生產能力480ML以上。但目前我國原煤洗選比例還是很低的,僅為30%左右,在主要產煤國中是最低的,這為煤炭行業的洗選煤加工技術及水平帶來了較大的發展空間。在國務院批準的《中國潔凈煤技術九五計劃和2010年發展規劃》中,選煤和型煤被列為潔凈煤技術的首選項目。

          煤的氣化,是指用水蒸氣、氧氣或空氣作為氧化劑,在高溫下與煤發生化學反應,生成H2、CO、CH. 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,而且能極大地堿少污染物的排放,使煤中的硫化物、氮化物等雜質基本上被脫除(脫硫率為90%~99%)。與直接燃煤相比,民用煤氣可節煤20%~30%,工業燃料氣可節煤15%。

          我國煤氣化技術的研究開發工作始于1956年,主要分為工業和民用兩大類,目前已成功掌握了年產8萬i合成氨的德士古爐設計、制造及運行技術,引進的魯奇氣化爐技術也已成功完成了產氣量為160萬m/h的依蘭煤氣工程和54萬m/h的蘭州煤氣工程。目前正在消化吸收這類技術,尚未擴大應用。使用更多的氣化技術是常壓固定床和二段空氣氣化爐,與世界先進水平相比,還有很大差距。此外,我國進行了直接在地下煤礦使煤氣化的研究,并取得了較大的進展。與煤氣化相關的潔凈煤技術還有整體煤氣化聯合循環(IGCC)、第二代增壓流化床燃燒聯合循環發電(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,通過燃燒或轉化煤氣來發電。

          煤炭液化是將煤轉化為清潔的液體燃料(汽油、柴油、航空煤油等)或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。煤炭液化分直接和間接液化兩大類,在國外技術上已成熟,南非的商業化間接液化廠一直在生產,直接液化中新開發的兩種新工藝,即兩段催化加氫液化和某油共煉,改善了煤液化的經濟性。煤炭液化技術的商業化取決于常規石油的競爭力,據國內外專家分析,可望在2010年前后實現。

          我國的石油資源短缺,到2000年,全國石油需求量超過2億t,目前國內供應已出現缺口,今后石油缺口有可能繼續增大。我國煤炭資源十分豐富,發展煤的液化以補充石油產量的不足,是一條重要的帶有戰略意義的技術途徑、

          關于煤的直接液化,我國已建立了具有世界先進水平的試驗研究室,并優選10種液化性能好的中國煤種,可在此基礎上加快液化技術開發!熬盼濉 計劃期間與德國進行技術合作。在云南富煤鋏油地區建立一個年處理170萬噸褐煤,年產60萬L汽油、柴油的直接液化示范廠,并將投人生產,2010 年后實現商業化生產。煤的間接液化在我國已具備了一定的技術基礎,新開發的MET工藝已在山西進行了2000L/u 的中試,“九五”計劃期間建立一個間接液化的示范廠,為實現間接液化工業化生產做好技術準備,據預測煤炭液化技術的運用到2020年、2050年會有一定的發展。

          燃燒過程中脫硫主要是指當煤在爐內燃燒的同時,向爐內噴入脫硫劑(常用的有石灰、白云石等),脫硫劑一般利用爐內較高溫度進行自身煆燒,煅燒產物(主要有CaO、MgO等)與煤燃燒過程中產生的SO2、SO3反應,生成硫酸鹽和亞硫酸鹽,以灰的形式排出爐外,減少SO2、SO3向大氣的排放,達到脫硫的目的。燃燒過程中脫硫反應溫度較高,一般在800~125攝氏度的范圍內,在這溫度下,其反應過程可用以下兩段化學反應式來表示。

          我國SO₂ 控制技術的研究、開發及應用

          煤燃燒中,脫硫技術主要有型煤固硫技術、煤粉爐直接噴鈣脫硫技術、流化床燃燒脫硫技術3種技術。

          (1)型煤固硫技術。

          型煤固硫是用瀝青、石灰、電石渣、無硫紙漿黑液等做黏結劑,將粉煤經機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SO2的排放比燃燒散煤時減少一半以上。型煤燃燒技術對于占工業鍋爐總量70%以上層燃式鍋爐及工業窯爐的有害物質排放能起到一定的治理作用,是實現工業爐窯高效、清潔燃燒的一個大有希望的方向。在我國,民用型煤(蜂窩煤、煤球)加工已有成熟技術,但工業型煤技術的發展比較緩慢,其技術開發仍處于分散的低水平狀態,對于其推廣缺乏有效的組織管理。

          近年來,我國相繼在重慶、洛陽、貴陽、北京、太原等地建設了工業型煤廠,在集中成型基礎上開發的集中配煤、爐前成型技術已在蘭州、北京、大澤等地部分推廣。目前,我國工業型煤的總生產能力已達550萬,較多地用于中小型鍋爐上。在國務院批準的《中國潔凈煤技術九五計劃和2010年發展規劃》中,型煤被列為潔凈煤技術的首選項目。

          (2)煤粉爐直接噴鈣脫硫技術。

          煤粉爐直接噴鈣脫硫技術是在煤粉爐中,脫硫劑選擇溫度1000C左右的區域(爐膛上方)噴人。由于煤粉爐內直接噴鈣脫硫技術的脫硫效率沒有濕法煙氣脫硫高,因此它曾在較長一段時間內沒有得到工業應用,目前一些國家,特別是發展中國家的有關環保法令只要求對燃煤排放的SO2有中等程度的排除,這項技術所具有的投資省、裝置簡單、便于改造、能滿足一般環保要求的特點越來越受到人們的關注。單純的爐內直接噴鈣脫硫效率只能達到30%~ 40%,若再與尾部活化器增濕或在脫硫中添加催化劑等技術相結合,如LI-FAC技術,其脫硫效率可達70%以上,因此具有廣闊的發展前景。

          (3)流化床燃燒脫硫技術。

          流化床燃燒脫硫技術包括常壓鼓泡流化床(BFB)、常壓循環流化床(CFB)、 增壓鼓泡流化床與增壓循環流化床(PCFB)燃燒技術。其中前三類已得到工業應用,PCFB燃燒技術尚在工業示范階段。

          CFB燃燒技術是最近發展起來的一種有效的燃燒方式,它具有和煤粉爐相當的燃燒效率,并且由于其燃燒溫度低(850~ 950C),正處于爐內脫硫的最佳溫度段,因而在不需增加設備和較低的運行費用下就能清潔地利用高硫煤。特別是煙氣分離再循環技術的應用相當于提高了脫硫劑在床內的停留時間,也提高了床內脫硫劑濃度,同時床料間,床料與床壁間的磨損、撞擊使脫硫劑表面產物層變薄或使脫硫劑分裂,有效地增加了脫硫劑的反應比表面積,使脫硫劑的利用率得到相應的提高。穩定運行時的CFB爐燃燒脫硫效率可達90%以上。該技術現已在國內外得到廣泛的應用,大型化是當前CFB鍋爐的主要發展方向。

          PCFB燃燒技術的出現主要是為了使其能與燃氣輪機配套,組成聯合循環機組(PF-BC-CC),以提高整個熱力循環的效率。一般而言,PFBC 機組效率在38%~42%,脫硫效率在90%以上,同時還具有較強的脫硝能力,因此它也引起了人們的極大興趣。

          20世紀60年代初,我國開始研究和開發CFB燃燒鍋爐,至今已經歷了4個階段。第1階段, 研究開發中小型 流化床工業鍋爐,目前全國在用量達3000多臺。第2階段,研究開發電廠用CFB鍋爐,目前125MW機組的CFB鍋爐國產化技術已完全成熟。2002 年10月19日。保定熱電廠450/h國產CFB爐并網發電一次成功,河南新鄉、開封電廠的440/h國產CFB機組已于2003年2月并網發電。目前在建成即將建設的125MW等級機組的CFB鍋爐已超過30臺,國產技術的200MW CFB鍋爐示范工程正在進行中,四川白馬電廠300MW引進的CFB鍋爐機組已于2003年8月28日正式開工建設。第3階段研制煤氣與蒸汽聯產鍋爐,1994 年投人運行了1臺351/h的示范鍋爐。第4階段,研制以流化床氣化和燃燒為基礎的PFPC聯合循環發電技術,目前已在一些電廠進行示范。

          煙氣脫硫技術主要是利用脫硫劑或吸附劑除去煙氣中的SO₂,并使其轉化為穩定的硫化合物或硫。

          最早的煙氣脫硫技術在本世紀就已經出現,近幾年來國外對煙氣的脫硫,脫硝進行了大量的研究。在工業發達國家,工業脫硫裝置的應用發展很快,我國近十多年來也開展了煙氣脫硫技術的研究。至今,煙氣脫硫的種類非常多,按脫硫的方式和產物的處理形式般可分為干法、半干法和濕法3類。

          (1)濕法煙氣脫硫技術(WFGD技術)。其主要原理是含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和進行脫離產物處理。該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點,但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。

          (2)干法煙氣脫硫技術(DFGD技術)。其脫硫吸收及產物處理均在干態下進行,該法具有無污水度酸排出、設備腐蝕小、煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙氣溫高、利于煙氣排氣擴散等優點,但存在脫硫效率低、反應速度慢、設備龐大等問題,干法煙氣脫硫技術由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術存在的腐蝕和二次污染等問題,近年來得到迅速發展和應用。

          (3)半干法煙氣脫硫技術(SDFGD技術)。 半干法間有干法和濕法的- .些特點,是脫硫劑在干狀態下脫硫在濕狀態下再生(如水洗活性碳再生流程)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具有濕法脫硫速度快、脫硫效率高的優點。又有干法無廢水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的好處而受到廣泛的關注。

          其實煙氣脫硫的這三種方法,之前我們也有給大家詳細介紹過,希望通過我們的持續性介紹,大家對于脫硫技術能有更全面的認識。



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