论锅炉烟气SO2污染及控制技术
我国的能源以燃煤为主。占煤炭产量75%的原煤用于直接燃烧,燃烧过程中产生严重污染,如烟气中的CO2产生温室效应,SOX 导致形成酸雨,NOX引起酸雨、破坏臭氧层以及产生化学烟雾。1995年国家颁布了新的《大气污染防治法》,并划定了SO2 污染控制区及酸雨控制区,各地对SO2 的排放控制越来越严格,并且开始实行SO2 排放收费制度。随着人们环境意识的逐渐增强,减少污染源,净化大气,保护人类生存环境的问题,正在被亿万人们所关心和重视。寻求解决这一污染源的措施,已成为当代科技研究的重要课题之一。因此,治理锅炉烟气具有十分重要的意义。
1 锅炉烟气的污染
1.1 锅炉内煤的燃烧过程
在煤的燃烧过程中,当煤块受热后温度达100 ℃,煤中水分就逐渐被烘干。当煤块温度继续升温时,在煤尚未与空气作用的条件下,煤开始干熘出碳氧化合物及少量的氢和一氧化碳,这些气体的混合物叫挥发物(着火250～700℃)。当温度不断升高,挥发物逸出的量不断增多,煤粒周围的挥发物在一定的温度条件下,遇到空气中的氧就开始着火燃烧,在煤粒外层形成黄色明亮的火焰。煤中的挥发物全部逸出后,所剩下的固态物质就是焦炭。当煤块周围的挥发物燃烧时,放出大量的热将焦炭加热到红热状态,为焦炭的燃烧创造了条件。焦炭是煤的主要可燃物,它的燃烧是固体与气体间进行的化学反应,它比挥发物难燃烧,如何创造焦炭燃烬的条件,关系到煤块燃烧程度。综上所述,固体燃料的燃烧都包括加热干燥、干熘析出挥发物,形成焦炭燃烧和燃烬形成灰渣等4个阶段。
1.2 煤在燃烧过程中SO2 的生成
煤中的全硫分包括无机硫和有机硫。在高硫分煤中,硫主要以硫铁矿的形式存在。有机硫、游离状态的硫和硫铁矿中的硫皆为可燃性硫。硫燃烧生成SO2 、 SO3 和H2O 生成H2SO3 。硫酸盐中的硫难于分解出来,为不可燃烧硫,进入灰分中。但在高温下有些金属的硫酸盐是可以分解的。煤在燃烧过程中产生的SO2 在锅炉和烟道内要发生一系列复杂的物理变化和化学反应:SO2的氧化反应主要是在金属氧化物、金属盐类和其它粉尘的接触催化作用下转化为 SO3进而转化为H2SO4或硫酸盐。在硫的转化过程中,湿度对SO2 的转化率有重要的影响。相对湿度低于40 %转化速度缓慢,相对湿度高于70%, 转化速度明显提高。
2 燃煤锅炉烟气脱硫技术及控制
烟气脱硫方法可分为抛弃法和回收法两大类。抛弃法是将吸收剂与SO2 结合,形成废渣,其中包括烟灰、CaSO4、CaSO3 和部分水,没有再生步骤、废渣抛弃或作填充处理,其最大问题是污染问题未得到彻底解诀,只是将空气污染变成固体污染;回收法是将吸收剂吸附SO2 ,然后再生或循环使用,烟气中的SO2 被回收,转化成可出售的副产品如硫磺、硫酸或浓 SO2 气体,回收效果较好,但成本较高、一般按使用的吸收剂或吸收剂的形态和处理过程的不同,将回收法分为干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫三类。
2.1干法脱硫干法烟气脱硫是用固体吸收剂(或吸附剂) 吸收(或吸附) 烟气中SOX的方法,具有系统简单、占地小、同时具有脱氮功能等优点,缺点是钙利用率低,脱硫剂再生、更换费用高。一般钙硫比为2 时,脱硫效率可以达到70 % ,干法脱硫又有活性炭法、活性氧化锰法、接触氧化法和还原法之分。如活性炭法就是利用活性炭的活性和较大的比表面积使烟气中的SO2在活性炭表面上与水蒸汽反应生成硫酸的方法。
2.2半干法烟气脱硫半干法烟气脱硫介于湿法和干法之间,脱硫剂以溶液的形式被喷入烟气中,SOX 与脱硫剂发生反应的同时,溶液的水分全部蒸发。一般钙硫比为1.6 时,脱硫效率可以达到80 %。半干法烟气脱硫要求的控制水平较高,以使喷水量能全部蒸发。
2.3湿法烟气脱硫湿法烟气脱硫是用水或钙盐溶液作吸收剂吸收烟气SOX 的方法,一般钙硫比为1 时,脱硫效率可以达到90% ,缺点是须建立水循环系统,防腐、烟气脱水问题突出。湿法中由于所使用的吸收剂不同,湿法脱硫又有石灰石- 石膏法、钠法、氧化镁法、氨和催化氧化法之分。如氨法就是用氨 (NH3·H2O) 为吸收剂吸收烟气中的SO2 ,其湿灰(中间产物) 为亚硫酸铵(NH4)2SO3 和亚硫酸氢铵NH4HSO3。采用不同方法处理湿灰,还可回收亚硫酸铵(NH4)2SO3、石膏CaSO4·2H2O和单体硫S等副产物。由于回收系统工艺复杂、投资高等因素80%湿灰采用经济的抛弃法。
3 结论
3.1目前我国燃煤锅炉众多,锅炉烟气脱硫治理难度大、存在问题多及造成污染严重,成为我国当今令人关注的热点之一。
3.2实现烟气脱硫低成本的“经济化”目标是烟气脱硫技术发展的大趋势。
参考文献
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