一、燃燒前脫硫技術(shù)
燃燒前脫硫技術(shù)主要是指煤炭選洗技術(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),從而達到脫硫的目的。即:在煤礦區(qū)或某供煤站設(shè)洗煤廠,將煤中含硫的礦物質(zhì)冼掉,供給用戶的是低硫煤、潔凈煤。
燃燒前脫硫技術(shù)主要有物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法、煤的氣化和液化等。物理洗選煤法脫硫最經(jīng)濟,可除去大部分的黃鐵礦硫,但只能脫無機硫,且會造成煤炭資源和水資源的浪費。物理選洗因投資少、運行費用低而成為廣泛采用的煤炭選洗技術(shù)。生物化學(xué)法脫硫不僅能脫無機硫,也能脫除有機硫,但生產(chǎn)成本昂貴。目前,化學(xué)洗選技術(shù)盡管有數(shù)十種之多,但因普遍存在操作過程復(fù)雜、化學(xué)添加劑成本高等缺點而仍停留在小試或中試階段,尚無法與其他脫硫技術(shù)競爭,距工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離。燃燒前脫硫技術(shù)中物理洗選煤技術(shù)已成熟,煤的氣化和液化還有待于進一步研究完善,有的技術(shù)如微生物脫硫等正在開發(fā)研究。盡管還存在著種種問題,但其優(yōu)點是:能同時除去灰分,減輕運輸量,減輕鍋爐的沾污和磨損,減少電廠灰渣處理量,還可回收部分硫資源。
我國當(dāng)前的煤炭入洗率較低,2005年大約在20%左右,而美國為42%,英國為94.9%,法國為88.7%,日本為98.2%,提高煤炭的入洗率能顯著改善燃煤SO2污染。然而,物理選洗僅能去除煤巾無機硫的80%,占煤中硫總含量的25%~ 30%,無法滿足燃煤SO2污染控制要求,故只能作為燃煤脫硫的一種輔助手段。
二、燃燒過程中脫硫技術(shù)
當(dāng)煤在爐內(nèi)燃燒的同時向爐內(nèi)適當(dāng)位置噴人脫硫劑,稱為燃燒中脫硫。常用的脫硫劑有石灰石、白云石,也有用熟石灰和生石灰的。脫硫反應(yīng)溫度較高,一般在800~1250℃的范圍內(nèi)。常用技術(shù)有一下幾種。
煤粉爐直接噴鈣脫硫技術(shù)
爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)早在20世紀(jì)60年代就己經(jīng)開始研究,由于其脫硫效率沒有濕法煙氣脫硫(WFGD)高,故在較長一段時間內(nèi)沒有得到工業(yè)應(yīng)用(目前一些國家,特別是發(fā)展中國家的有關(guān)環(huán)保法令只要求對燃煤排放的SO2有中等程度的排除)。這一方法具有投資省,裝置簡單,便于改造且能滿足一般環(huán)保要求,所以受到人們的關(guān)注。單純的爐內(nèi)直接噴鈣脫硫效率只能達到30%-40%,如再與尾部活化器增濕或與添加催化劑等技術(shù)相結(jié)合,其脫硫效率可達70%以上,具有廣闊的發(fā)展前景。
流化床燃燒脫硫技術(shù)
在流化床中,煤與粉碎的石灰石一起隨同熱風(fēng)進入鍋爐,煤和石灰石懸浮在燃燒空氣中。當(dāng)煤燃燒時,燃料中的硫釋放出來被石灰石吸收,達到脫硫的目的。流化床的燃燒溫度(800-950℃)恰好是石灰石脫硫的最佳溫度。該技術(shù)可以減少二氧化硫排放80%以上。另外,低的燃燒溫度可以大幅度降低NOX的生成。因此,流化床鍋爐無需加污染控制設(shè)備即可達到硫氧化物和氮化物的排放標(biāo)準(zhǔn)。
流化床燃燒脫硫技術(shù)包括常壓鼓泡流化床燃燒技術(shù)、常壓循環(huán)流化床、增壓鼓泡流化床燃燒技術(shù)與增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。其中前三類已得到工業(yè)應(yīng)用,增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)尚在工業(yè)試驗階段。
型煤燃燒固硫技術(shù)
型煤燃燒固硫是將粉煤、固硫劑和粘結(jié)劑等混合擠壓成形入爐燃燒,燃燒時產(chǎn)生的SO2部分吸收固定于灰渣中,達到脫硫目的。
型煤燃燒固硫工藝簡單,投資及運行費用低,不僅可以脫硫,還可節(jié)煤和減少煙塵排放,但因SO2與固硫劑接觸時間太短而導(dǎo)致脫硫率偏低,固硫率一般在5O%左右。
水煤漿燃燒技術(shù)
水煤漿是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料。將灰份小于10%,硫份小于0.5%的揮發(fā)份高的原料煤,研磨成250-300微米的細(xì)煤粉,按煤70%,水30%的比例,再加入0.5%~1.0%的分散劑(保證其流動性)和0.02%-0.1%的穩(wěn)定劑配制而成。水煤漿可以象燃料油一樣運輸、貯存和燃燒。燃燒時,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℃爐膛內(nèi)迅速蒸發(fā),并伴隨微爆,煤中揮發(fā)份析出而著火,其著火溫度比煤粉還低100℃。
三、燃燒后脫硫(煙氣脫硫)技術(shù)
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。最早的煙氣脫硫技術(shù)在本世紀(jì)初就已經(jīng)出現(xiàn)。近幾十年來,國外工業(yè)煙氣脫硫裝置的應(yīng)用發(fā)展很快。我國近十多年來也開展了煙氣脫硫技術(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。
干法脫硫工藝
干法脫硫工藝?yán)梅蹱罨蝾w粒狀吸收劑,通過吸附、催化反應(yīng)或高能電子電解等作用除去煙氣中的SO2.反應(yīng)在無液相介入的完全干燥狀態(tài)下進行,反應(yīng)物亦為干粉狀,不存在腐蝕和結(jié)垢等問題.相對于濕法脫硫技術(shù),干法脫硫技術(shù)具有耗水量少、不造成二次污染、硫便于回收等優(yōu)點;但由于氣固反應(yīng)速率較低,致使脫硫過程空速低、設(shè)備龐大,脫硫率不及濕法。
半干法煙氣脫硫
半干法煙氣脫硫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,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)。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,又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)點。
典型工藝有噴霧干燥法和吸著劑噴射法。
噴霧干燥法
噴霧干燥法是2O世紀(jì)7O年代中后期發(fā)展起來的脫硫新技術(shù),其基本原理是利用快速離心噴霧機將吸收劑噴射成極其細(xì)小且均勻分布的霧粒,霧粒與熱煙氣接觸,一方面吸收劑吸收煙氣中的SO2,另一方面水分迅速蒸發(fā)而形成含水量很低的固體灰渣,從而達到凈化煙氣中SO2的目的,脫硫率可達75%~90%。該方法具有設(shè)備簡單、投資小、運行維護方便及運行費用低等優(yōu)點,從而得到較廣泛的應(yīng)用,約占總裝機容量的1O%,大多用于低硫和中硫煤的中小容量機組。