在煤燃烧过程中加入石灰石或白云石粉作脱硫剂,CaCO3、MgCO3受热分解生成CaO、MgO,与烟气中SO2反应生成硫酸盐,随灰分排出。在我国采用煤燃烧过程脱硫的技术主要有两种:一是型煤固硫;二是循环流化床燃烧脱硫技术。
型煤固硫是将不同的原料经筛分后按一定的比例配煤,煤粉碎后同经过预处理的粘结剂和固硫剂混合,经机械设备挤压成型及干燥,即可得到具有一定强度和形状的成品工业固硫型煤。型煤用固硫剂有钙系、钠系及其它金属氧化物等,其中钙系应用最广。钙系脱硫剂主要有石灰石(CaCO3)和大理石(CaCO3,MgCO3)。在型煤高温燃烧时,其中的固硫剂被煅烧分解为CaO和MgO,烟气中SO2
即被CaO和MgO吸收,生成 CaSO3和 MgSO3。由于炉膛内有足够的氧气,一小部分生成的CaSO3和MgSO3会进一步氧化生成CaSO4和MgSO4。反应温度、钙硫比以及原煤的粒度等是影响固硫效率的主要因素。在锅炉炉膛温度下,烟气脱硫主要生成CaSO4和MgSO4。一般情况下钙系固硫剂的固硫效率随钙硫比的增加而增加。由于型煤中常加入少量氧化剂等组分,其燃烧性能一般比原煤好,型煤的烟尘排放量减少54%~80%,SO2排放量减少30%~75%,并可节约一定量的煤,经济效益和环境效益较好。多年来,我国工业燃料型煤的应用一直停留在工业示范阶段,今后型煤的推广应用要注重利用现有基础技术设施,并进一步发挥自身的优势,即要与动力配煤相衔接,侧重于末煤或碎煤的成型。强调散煤好烧、忽视型煤的节煤效益与环境效益,或从眼前的经济利益出发,认为型煤燃烧无利可图,甚至入不敷出,不与接受,工业型煤的推广应用难免要被延误。过分强调型煤固硫,将块煤也加以破碎成型,不但增加型煤加工成本,总体上末煤不能得到有效利用,还失掉了一种现实可行的经济调节手段。随着对SO2排放控制认识的提高和管理力度的加强,现排污收费标准将会有大幅度的提高,势将有力推动工业型煤的推广应用和加速技术本身的完善。
循环流化床燃烧脱硫技术是指在循环流化床锅炉(CFBC)中将石灰石等廉价的原料与煤粉碎成同样的细度,与煤在炉中同时燃烧,在800~900℃时,石灰石受热分解放出CO2,形成多孔的CaO与SO2反应生成硫酸盐,达到脱硫的目的。由于CFBC带有高温除尘器使飞出的未完全反应的脱硫剂又返回炉膛内循环利用,同时CFBC较低的燃烧温度不会使CaO烧结,从而提高了脱硫剂的利用率。影响脱硫效率的主要因素有:Ca/S、燃烧温度、运行压力、床深和气体流速、脱硫剂颗粒尺寸及其微孔性质以及脱硫剂的种类等。通常情况下,当流化速度一定时,脱硫率随Ca/S摩尔比增加而增加;当Ca/S一定时,脱硫率随流化速度降低而升高。一般地说,要达到90%的脱硫率,常压循环流化床和增压流化床的Ca/S分别为1.8~2.5和1.5~2.0。750℃以下,石灰石的分解困难;1000℃以上生成的硫酸盐又将部分分解,因此,Ca/S比一定时,床层温度以800~850℃为宜。为控制床温,一般在床层内布置一部分管束(内部通水),它既是吸热强度很大的受热面,保证炉内温度适当,不致烧熔炉渣而影响正常运行,又可使NOX生成量和灰分中钠、钾的挥发量大为减少。目前使用的脱硫剂主要为石灰石和白云石,石灰石更为普遍。特别是常压运行时,小的脱硫剂颗粒尺寸、大的颗粒比表面积和孔隙率等物理因素有利于脱硫反应,而流化床运行压力对石灰石的煅烧和微孔性质有较大影响。我国自20世纪60年代初开始研究和开发循环流化床燃烧锅炉,已经历了4个阶段:第一阶段,研究开发中小型流化床工业锅炉,目前在全国用量达数千台;第二阶段,研究开发电站用CFBC锅炉,目前我国已有多台兆瓦级机组在正常运行;第三阶段,研制煤气与蒸汽联产的流化床锅炉,但仍处工业示范期;第四阶段,研制以流化床气化和燃烧为基础的燃气-蒸汽联合循环发电技术,目前处于工业试验或示范阶段。但是,目前我国CFBC锅炉运行时大多数未加脱硫剂。国内外经验均显示,循环流化床燃烧是清洁燃烧技术并且实用性强,既能解决SO2和NOX的污染问题,又能燃用高灰、高硫和低热值煤。
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