我國的能源以燃煤為主。占煤炭產(chǎn)量75%的原煤用于直接燃燒,燃燒過程中產(chǎn)生嚴(yán)重污染,如煙氣中的CO2產(chǎn)生溫室效應(yīng),SOX 導(dǎo)致形成酸雨,NOX引起酸雨、破壞臭氧層以及產(chǎn)生化學(xué)煙霧。1995年國家頒布了新的《大氣污染防治法》,并劃定了SO2 污染控制區(qū)及酸雨控制區(qū),各地對SO2 的排放控制越來越嚴(yán)格,并且開始實行SO2 排放收費(fèi)制度。隨著人們環(huán)境意識的逐漸增強(qiáng),減少污染源,凈化大氣,保護(hù)人類生存環(huán)境的問題,正在被億萬人們所關(guān)心和重視。尋求解決這一污染源的措施,已成為當(dāng)代科技研究的重要課題之一。因此,治理鍋爐煙氣具有十分重要的意義。

1 鍋爐煙氣的污染

1.1 鍋爐內(nèi)煤的燃燒過程

在煤的燃燒過程中,當(dāng)煤塊受熱后溫度達(dá)100 ℃,煤中水分就逐漸被烘干。當(dāng)煤塊溫度繼續(xù)升溫時,在煤尚未與空氣作用的條件下,煤開始干熘出碳氧化合物及少量的氫和一氧化碳,這些氣體的混合物叫揮發(fā)物(著火250～700℃)。當(dāng)溫度不斷升高,揮發(fā)物逸出的量不斷增多,煤粒周圍的揮發(fā)物在一定的溫度條件下,遇到空氣中的氧就開始著火燃燒,在煤粒外層形成黃色明亮的火焰。煤中的揮發(fā)物全部逸出后,所剩下的固態(tài)物質(zhì)就是焦炭。當(dāng)煤塊周圍的揮發(fā)物燃燒時,放出大量的熱將焦炭加熱到紅熱狀態(tài),為焦炭的燃燒創(chuàng)造了條件。焦炭是煤的主要可燃物,它的燃燒是固體與氣體間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),它比揮發(fā)物難燃燒,如何創(chuàng)造焦炭燃燼的條件,關(guān)系到煤塊燃燒程度。綜上所述,固體燃料的燃燒都包括加熱干燥、干熘析出揮發(fā)物,形成焦炭燃燒和燃燼形成灰渣等4個階段。

1.2 煤在燃燒過程中SO2 的生成

煤中的全硫分包括無機(jī)硫和有機(jī)硫。在高硫分煤中,硫主要以硫鐵礦的形式存在。有機(jī)硫、游離狀態(tài)的硫和硫鐵礦中的硫皆為可燃性硫。硫燃燒生成SO2 、 SO3 和H2O 生成H2SO3 。硫酸鹽中的硫難于分解出來,為不可燃燒硫,進(jìn)入灰分中。但在高溫下有些金屬的硫酸鹽是可以分解的。煤在燃燒過程中產(chǎn)生的SO2 在鍋爐和煙道內(nèi)要發(fā)生一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng):SO2的氧化反應(yīng)主要是在金屬氧化物、金屬鹽類和其它粉塵的接觸催化作用下轉(zhuǎn)化為 SO3進(jìn)而轉(zhuǎn)化為H2SO4或硫酸鹽。在硫的轉(zhuǎn)化過程中,濕度對SO2 的轉(zhuǎn)化率有重要的影響。相對濕度低于40 %轉(zhuǎn)化速度緩慢,相對濕度高于70%, 轉(zhuǎn)化速度明顯提高。

2 燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)及控制

煙氣脫硫方法可分為拋棄法和回收法兩大類。拋棄法是將吸收劑與SO2 結(jié)合,形成廢渣,其中包括煙灰、CaSO4、CaSO3 和部分水,沒有再生步驟、廢渣拋棄或作填充處理,其最大問題是污染問題未得到徹底解訣,只是將空氣污染變成固體污染;回收法是將吸收劑吸附SO2 ,然后再生或循環(huán)使用,煙氣中的SO2 被回收,轉(zhuǎn)化成可出售的副產(chǎn)品如硫磺、硫酸或濃 SO2 氣體,回收效果較好,但成本較高、一般按使用的吸收劑或吸收劑的形態(tài)和處理過程的不同,將回收法分為干法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和濕法煙氣脫硫三類。

2.1干法脫硫干法煙氣脫硫是用固體吸收劑(或吸附劑) 吸收(或吸附) 煙氣中SOX的方法,具有系統(tǒng)簡單、占地小、同時具有脫氮功能等優(yōu)點,缺點是鈣利用率低,脫硫劑再生、更換費(fèi)用高。一般鈣硫比為2 時,脫硫效率可以達(dá)到70 % ,干法脫硫又有活性炭法、活性氧化錳法、接觸氧化法和還原法之分。如活性炭法就是利用活性炭的活性和較大的比表面積使煙氣中的SO2在活性炭表面上與水蒸汽反應(yīng)生成硫酸的方法。

2.2半干法煙氣脫硫半干法煙氣脫硫介于濕法和干法之間,脫硫劑以溶液的形式被噴入煙氣中,SOX 與脫硫劑發(fā)生反應(yīng)的同時,溶液的水分全部蒸發(fā)。一般鈣硫比為1.6 時,脫硫效率可以達(dá)到80 %。半干法煙氣脫硫要求的控制水平較高,以使噴水量能全部蒸發(fā)。

2.3濕法煙氣脫硫濕法煙氣脫硫是用水或鈣鹽溶液作吸收劑吸收煙氣SOX 的方法,一般鈣硫比為1 時,脫硫效率可以達(dá)到90% ,缺點是須建立水循環(huán)系統(tǒng),防腐、煙氣脫水問題突出。濕法中由于所使用的吸收劑不同,濕法脫硫又有石灰石- 石膏法、鈉法、氧化鎂法、氨和催化氧化法之分。如氨法就是用氨 (NH3·H2O) 為吸收劑吸收煙氣中的SO2 ,其濕灰(中間產(chǎn)物) 為亞硫酸銨(NH4)2SO3 和亞硫酸氫銨NH4HSO3。采用不同方法處理濕灰,還可回收亞硫酸銨(NH4)2SO3、石膏CaSO4·2H2O和單體硫S等副產(chǎn)物。由于回收系統(tǒng)工藝復(fù)雜、投資高等因素80%濕灰采用經(jīng)濟(jì)的拋棄法。

3 結(jié)論

3.1目前我國燃煤鍋爐眾多,鍋爐煙氣脫硫治理難度大、存在問題多及造成污染嚴(yán)重,成為我國當(dāng)今令人關(guān)注的熱點之一。

3.2實現(xiàn)煙氣脫硫低成本的“經(jīng)濟(jì)化”目標(biāo)是煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的大趨勢。

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