二氧化硫的减排控制

奔跑的蜗牛

我国燃料概况     常用的燃料，以其物理形态分为固体燃料（煤、焦炭等），液体燃料（石油、汽油等）和气体燃料（天然气、煤气等）三大类；按其来源分为天然燃料，精制燃料和合成燃料三种；按化学成分分为有机燃料和无机燃料两类；按释放能量的原理分为化学燃料和电化学燃料两种。     煤，石油和天然气都是天然燃料，或称化石燃料中，固体燃料包括烟煤、褐煤、泥煤、木材、石油沥青、油砂、油页岩等；液体燃料主要是石油类；气体燃料有天然气（包括页岩气）、煤层气、沼气等。所有化石燃料都含有处于化学结合态的C和H，此外还含有少量的N、S和其他元素，化石燃料可以作为化工生产的原料，冶金生产的还原剂，更多的则是用于燃烧，直接或间接或取能量。    石油和煤一样，组成极为复杂，通常并不直接用作燃料，二十经过加工精制成各种燃料产品。 煤的物理脱硫（我国煤炭洗选状况） 目前我国所采煤炭中约7％为高硫煤，年产量约1亿吨，由高硫煤产生的SO2约占总量的20％-25％，随着高硫煤开采比例的增加，燃煤生成的二氧化硫对环境的污染也会日益严重，另一方面，硫又是化学工业的重要原料，国内生产的硫铁矿不能满足生产需要，因此煤炭的洗选脱硫和回收有着重要的现实意义。 我国每年动力煤用量约8亿吨，产生的粉尘和二氧化硫数量是巨大的，动力煤的入洗率还相当低，仅为25％，与发达国家的差距甚大。 入选1亿吨煤，可减少二氧化硫100万-150万吨，排出石量1500万-2000万吨。动力煤的入洗选加工已成为发展洁净煤技术的重要内容。对目前难以入洗的动力煤，可用于动力配煤或其他。 发展动力煤的洗选加工，可提高煤炭质量，降低能耗、节约动力、减少燃煤污染和保护环境，有明显的经济效益和社会效益。 泡沫浮选脱硫基本原理   媒的泡沫浮选同样只能脱除媒中的部分无机硫，对有机硫无能为力。浮选是依据硫铁矿与媒的表面润湿性的差异，发生在气-液-固三相界面的分选过程。它们能否黏附到气泡上主要取决于水对它们的表面的润湿性。润湿性强或弱的表面被称为亲水表面或疏水表面。这种亲水性或疏水性（亦称憎水性）决定于它们表面分子与水分子相互作用-----水化作用的强弱。 亲水性矿物如媒中成灰物质表面与水分子的亲和力较弱，不能形成稳定的水化膜较厚，不易随气泡上浮，而疏水性矿物如煤中的有机质分子与水分子的亲和力较弱，不能形成稳定的水化膜，因而容易随气泡上浮。利用矿物表面的润湿性和它的可浮性的关系，根据亲水性矿物难浮，疏水性矿物易浮的原理，设计泡沫浮选的脱硫工艺。不过矿物表面的润湿性，是可以人为地用药剂加以改变的。   媒是具有天然可浮性的矿物之一，但是媒的结构复杂，包含着非极性、杂极性和极性的物质，煤的表面各部分是不均一的，各部位的极性程度不等或疏水性强；在有各种含氧官能团如---OH，--COOH等处的水化作用强，是亲水部位；呈微粒嵌布于有机质中的无机矿物如石英、石灰石或黏土类，水化作用和亲水性很强。煤本身是一种天然疏水性矿物，但其中的一些无机矿物，如黄铁矿、云母、蒙脱石和绿泥石等，当它们在成煤过程中被煤的有机物或挥发物渗透时，则具有一定的疏水性。煤中的自由水分也增加了煤粒表面的亲水性。焦煤和肥煤均具有最好的疏水性。 型煤技术   型煤工业的发展已有百余年历史，世界各主要产煤国家为充分利用本国煤炭资源，提高能源利用效率和减轻环境污染，对型煤技术的开发给予了高度重视。   早在西汉，我国就有了型煤，但真正发展还是从1952年开始，大致以每年200万吨的速度递增；目前我国的型煤生产能力已超过5000万吨/年。20世纪50年代加速发展型煤生产，并对十多种黏结剂进行研制。1958年以后将工业型煤列入国家攻关项目，在技术上取得长足发展，研制成功型煤清洁燃烧和高效燃烧成套技术，攻克黏结剂难关，调整改善型煤的各项性能，逐步走上多样化、专用化、系列化的轨道。 我国的工业窑炉和市场民用煤年需求量为5亿吨。这些设备多属层燃方式，要求以块煤为燃料，然而市场上煤率不足20%，供不应求，致使层燃炉不得不燃用混煤，热效率低且污染环境。   我国《大气污染防治法》已文明规定推广型煤的生产和使用。型煤技术，实际上是燃烧过程环境。   烟煤在燃烧过程中产生黑烟的主要原因是挥发分不能完全燃烧。究其根由，或是挥发分过大而供氧不足，或是燃烧温度不够高。燃烧时，挥发分产率的大小取决于煤的性质、结构和热分解、气化、燃烧反应程度。型煤工艺的特点就是能够调整挥发分的产率，控制可燃气体的均匀性，创造高温燃烧的条件，保证充足的氧气供应，有利于完成燃烧，实现提高热效率和减少污染排放的目标。为此采用适宜的配料粒度和水分，合理掺入添加剂，严格掌握型煤的加工工艺条件是关键的技术。 传统湿法仍然是主流技术   所谓传统湿式是指石灰石/石灰洗涤工艺。这项技术在工业上应用最多，也是最成熟的脱硫技术，其主要优势在于吸收剂价廉易得，对机组容量、煤种和地域的适应范围宽广，运行可靠，脱硫效率高，副产物便于利用。然而，它的致命缺点是工程投资和运行费用高，企业在选用它时常常出于无奈，因为还没有比它更好的办法。   目前，在火电厂总容量中，单机组容量在200MW以上的占55%，高参数、大容量机组是发展方向，因此大型火电厂应是烟气脱硫的重点，是控制SO2的管件。而在现有的FGD工艺中，适用于300MW以上的大容量机组的唯一选择是湿式石灰石法（海水法除外）。数十年来，传统湿法始终是国际上通行的大型电厂的基本工艺，我国也不会例外，它必将成为FGD发展的重点和主流。   传统湿法经过不断改进和优化，在工艺和设备结构以及功能上，确已实现了突破，例如双循环流程，AFGD和CT121工艺等，脱硫率达到95%以上，系统可用率超过99%，而工程投资下降40%。尽管投资费用已大大降低，但与干法、半干法工艺相比，仍然是最高的。 FGD工程建设   烟气脱硫（FGD）是一个陈旧而又崭新、简单而又复杂的问题。在国外，已历经40多年的发展，国内也走过了40年的艰辛历程。目前，各类工艺流程不下180种，可供选用的商业化装置约十余种。从设计来讲，传统湿法的第三代产品已臻于成熟和完善。   改革开放以来，我国的社会经济发展突飞猛进。随着社会需求的提高和国力的充实，现在我国已到了规模实施FGD阶段，必须踏实而果断地不误时机，集中人力财力，在示范工程的基础上，大力推进了FGD建设，以适应社会经济文化发展的需要。这是当前环保界的共识，也是今年环境工程的热门话题，进入20世纪90年代，国家有计划有选择地引进建造了一批示范装置，积累了一定的经验，对我国FGD事业的发展起到了巨大的推动作用，无论国外的或国内的，设计上采取“拿来主义”的态度是正确的。除了少数尚难确定的前沿性技术以外，我们这个时代已完全不必要亦步亦趋再走别人走过的老路子。我国发展FGD的起点应当是站在第三代工艺设计的基础之上，广收博采，并加以创新，形成具有我国特色的适用技术和技术路线。   为此，在实施FGD工程建设的时候，尤其是高阶段设计，务必审慎思考一系列技术的经济和工程的问题。   作为环境工作者，有责任如实地向投资决策部门提供准确的信息。   （1）为保护大气环境，国家对“两控区”的FGD作了具体的规定。处于“两控区”内的企业必须根据本单位的SO2排放浓度和排放总量情况，依照国家和地方的剥减SO2行动计划，进行必要的规划和立顶。   （2）FGD是一项工程投资巨大而基本无经济效益的事业。就现有的脱硫工艺来看，充其量副产品的价值只能补偿部分运行费用。因此，投资决策者应当尽量考虑在清洁生产工作卓有成效的前提下选用投资运行费用。因此，投资决策者应当尽量考虑在清洁生产工作卓有成效的前提下选用投资运行费用相对较低和副产物有一定价值和出路的FGD工艺为上策。   （3）为了力求避免决策失误，前期准备工作务必做足。建不建脱硫设施，如何建，建何种装置等都应经过充分的科学论证。然后，按照设计程序和阶段深度，逐步开展高阶段设计和施工图设计。须知建设电厂FGD装置，实质上是建设一座锅炉烟气的化学处理工厂，切忌草率决定和仓促上马。 工艺设计要不断优化   湿式石灰石烟气脱硫工艺是当今燃煤电厂应用最为广泛的主流工艺。30年来，不断改进和完善，在许多环节上取得了突破性进展，已成为一种脱硫率、可靠性和性能价格比都很高的先进工艺。其主要特点是：⑴脱硫效率高，可达到95%以上，对高硫煤也可达97%；⑵吸收剂利用率高，Ca/S摩尔比一般为1.05-1.10；⑶对煤种的适应性好，尤其适用于高硫煤和大容量机组；⑷吸收剂来源广，价格低；⑸系统成熟，运行可靠性高。20年前，湿式脱硫装置可靠性仅为85%，而现在都已超过95%。这归结于简化流程，选用合适材料，较好地掌握和改善脱硫化学过程，并解决了系统中结垢、堵塞、材料损坏等问题。   事实证明，改善化学过程，优化工程设计是有效的，而且存在着相当的空间。针对传统 MC型脉冲袋式除尘器 MC型脉冲袋式除尘器是在MC型的基础上，改进的新型高效脉冲袋式除尘器，处理气体能力大，性能稳定，操作方便、滤袋寿命长、维修工作量小等优点。而且从结构上和脉冲阀上进行改革，解决了露天安放和压缩空气压力低的问题，适用于机械、冶金、橡胶、面粉、化工、制药、碳素、建材、矿山等单位。