粉煤灰脱硫技术文章
2015-12-11 15:46:21 来源：杨昆
当前国内实施的烟气脱硫工程中， 无论是大型的电厂锅炉还是中小型的燃煤锅炉，大多数是采用湿法烟气脱硫技术，因为这项技术的脱硫率高、工艺也比较成熟可靠。但对于还处在发展阶段中的中国来说，湿法工艺还存在投资大、运行费用高和存在二次污染隐患等问题，一般企业难以承受。尤其对于中小型燃煤锅炉，在近几年里所上的一大批简易湿法烟气脱硫设备中，由于用户或商家为了节省投资或应付差使， 往往忽视了防腐蚀、 烟气再加热、废水和废渣处理等环节，大大影响其使用寿命和实际运行率。笔者在本文介绍各种利用粉煤灰脱硫技术供大家参考，其目的是想寻求一条新的烟气脱硫途径，希望能引进、开发和研制一些更适合于我国国情、效果好、费用低并为用户乐意接受的实用脱硫技术。
一、粉煤灰理化性质及其脱硫原理
电厂粉煤灰化学成分中大部分是SiO2和少量Al2O3，Fe2o3、CaO、TiO2，钾、钠、镁、硫、磷的氧化物少许，其余是炭粒。其中碱性氧化物 CaO 含量约在 10%~20%左右，当灰水在酸性条件下，Ca 2+ 离子的溶出量较高，因此粉煤灰水具有一点的脱硫能力。目前一些水膜除尘器，由于灰水的重复利用，在除尘的同时也有一定的脱硫作用，脱硫率在15%-20%左右。 另外炭粒在燃烧中由于气体的挥发和化学反应，形成表面多孔、形状复杂的焦状颗粒，比表面积约为 0.8~2.4m 2 /g。其中大部分是玻璃球体，其余是结晶物质和未燃烬颗粒。成为一种空心颗粒与实心颗粒、多孔颗粒与规则颗粒、有机物质和无机物质相互混合的特殊粉体[1] 。在干法脱硫技术中，利用了这种特殊结构的良好反应活性，把粉煤灰作为脱硫剂的载体进行烟气脱硫，脱硫率可以高达 90%以上。
二、利用灰渣水脱硫试验[2]
由萧山热电厂提供的灰渣， 燃煤的灰化学成分为： SiO244%-59%、 CaO24%、 Al2O314%-17%、 Fe2O39%-17%、 MgO1%-2%、Na2O2%，用灰渣配制浓度为1%、4%和8%的浆液，测试它们对 SO2气体的吸收率，试验结果如表1 所示。
利用锅炉灰渣水脱硫的反应机理复杂， 其脱硫能力的高低取决于气体、液体的扩散速度以及碱性物质浸出速度和浸出量的多少。PH 值在 7.0~3.5 时，脱硫率由 90%缓慢下降到 70%左右;PH 值在 3.5~2.5 时，脱硫率稳定在70%左右;PH低于2.5后，脱硫率急剧下降。当灰渣浓度高出一定值后，脱硫率反而会降低，因为PH越高Ca2+ 离子越难溶出。经工业性试验证明，利用锅炉灰渣水脱硫，可以节约 20%-60% 的吸收剂用量。
三、粉煤灰脱硫剂的研究试验
在近几年来，国内外都在开展利用粉煤灰制高效脱硫剂的研究[3][4][5] 。它们的共同之处都是利用粉煤灰或灰渣作为一种载体，加入熟石灰和粘结剂后造粒成型制成的。
试验证明，用粉煤灰制成的脱硫剂的脱硫效率要高于纯的石灰脱硫剂，这是因为气-固反应中吸收剂比表面积的大小是反应速率的主要决定因素的结果。在适当的灰/石灰比和反应温度时，脱硫率可达到 90%以上。试验也证明，电厂的飞灰是各种灰渣中*好的脱硫剂载体，即使在 100-165℃时，仍然有很高的脱硫率。
四、 利用电厂粉煤灰脱除烟气SO2的示范工程
日本北海道电力公司在 1986 年开始研究和开发的，先后经过实验室阶段、1000 和 50000m3N/h 烟气量的小试和中试，直到建立12.5 万kw机组的示范工程，历经 5 年时间正式投入了商业运转，至今已正常运转整十年。该技术已转让给美国等5个国家。
（一）工艺过程
经除尘后的锅炉烟气在脱硫器中与颗粒状粉煤灰脱硫剂反应，烟气中SO2被脱除后进入烟囱排放。脱硫产物沉积在粉煤灰脱硫剂中一起从脱硫器排出，其中一部分掺入到飞灰中作粉煤灰脱硫剂的原料，其余则成为副产品出售。其工艺过程如图示：
脱硫反应器分预反应器和主反应器两个部分，粒状脱硫剂自上而下依次流 动穿过主反应器和预反应器，烟气与脱硫剂在反应器内交错流动接触。
（二） 工艺特点
脱硫率≥90%（烟气温度 100-300℃） ；除尘率≥85%；石灰利用率≥80%
属于固-气反应，脱硫产物被固定在粉煤灰中，一方面改善了粉煤灰的物理性能，提高了粉煤灰的利用的价值；另一方面作为造粒的粘接剂而得到充分利用。 干式工艺过程，不产生废水，也不引起烟气温度的下降，因此不需要烟气再加热过程。
脱硫器类型：颗粒流动床，系统压力降约 100mm水柱。
（三） 用于脱硫的粉煤灰*终产品的商业用途
这种粉煤灰除了通常做建筑材料外，在日本还作以下用途：
冰箱除臭剂和鞋子除臭/干燥剂，以及猫、 狗等宠物用除臭/干燥剂， 在日本市场上的商业名称叫“经济砂” ，它的除臭能力相当于或大大高于市场同类产品，如与活性炭比较，则是后者的两倍以上。
用作江河湖泊清淤泥用的凝结剂， 无论是采用就地覆盖还是异地处理的办法，它都能起到类似水泥的作用。
五、利用粉煤灰脱硫的优点和应注意的问题
（一） 利用粉煤灰脱硫的优点
脱硫效率高，石灰利用率也高。
不产生废水、废渣和二次污染，尤其适用于干旱缺水地区。
由于是干式工艺， 加上脱硫产物是沉积在粉煤灰中随时被带出， 因此腐蚀和结垢问题要减轻了很多。
粉煤灰经加工被用于脱硫后，其理化性能得到了改善，具有较高的商业利用价值。
（二） 推广应用粉煤灰脱硫应注意的问题
这项技术虽然免除了庞大的废水处理设施，但也要增加一系列粉煤灰加工设备，如混合、成型、养护、干燥、除尘等工序，再加上这一整套设备的运转，其投资和运行费用是不会很低的，因此需要一定的经济实力。 如果采用其他工艺，简化粉煤灰造粒成型工序[6]， 投资和运行费用会适当降低的。
这项技术要真正得到应用，其关键是粉煤灰的*终产物要有销路，而原料粉煤灰的质量则是关键之*了。因此，效率较高的大、中型电厂锅炉才能满足这一要求。粉煤灰有了销路，其销售收入再加上减免排污费、 粉煤灰输送和管理费的大幅度减少等一系列经济效益，才有可能抵消部分甚至全部的运行费用，则一系列的优点就能得到体现。
这项技术的关键设备是颗粒流动床脱硫器，美国西屋电器公司（现合并到西门子公司）近期研制成功一种颗粒移动床设备，它是利用粉煤灰进行高温除尘，也可以具有脱硫的功能，但由于系统阻力太大，实际应用于烟气脱硫还难易实现。如果使用循环流化床设备，脱硫效率可以保证，但动力消耗要大大增加，还要增加一套除尘设备。目前日本研制的颗粒流动床脱硫器，系统阻力比较小，反应效率也比较高，商业应用已有10年之久，比较适用。国内也有人提出其他类型的设想和试验[7] 。
[参考资料]
[1]许绿薇 电厂粉煤灰理化性质的测定及利用途径 环境科学研究 2000，3，P51
[2]杭州环境保护研究所 旋流冲击烟气脱硫除尘技术研究课题鉴定材料 1997
[3]熊云威 钙质煤渣脱硫剂与烟气脱硫的实验研究 重庆环境科学 2000，3，P29
[4]吴潁海 活性飞灰烟气脱硫试验研究 厦门洁净煤技术国际研讨会论文集 1997，P457
[5] K.Yamada Preparation of Highly Active Absorbents for SO2 RemovaThe Fifth International Symposium 0f ETERNET-APR 1998，P111
[6] 马果骏 一体化除尘脱硫技术极其对电除尘器的影响 电力环境保护 1999，2，P27
[7] 季学李 煤渣床层烟气脱硫除尘试验 污染防治技术 1998，1， P17
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利用锅炉灰渣水脱硫的反应机理复杂， 其脱硫能力的高低取决于气体、液体的扩散速度以及碱性物质浸出速度和浸出量的多少。PH 值在 7.0~3.5 时，脱硫率由 90%缓慢下降到 70%左右;PH 值在 3.5~2.5 时，脱硫率稳定在70%左右;PH低于2.5后，脱硫率急剧下降。当灰渣浓度高出一定值后，脱硫率反而会降低，因为PH越高Ca2+ 离子越难溶出。经工业性试验证明，利用锅炉灰渣水脱硫，可以节约 20%-60% 的吸收剂用量。
脱硫反应器分预反应器和主反应器两个部分，粒状脱硫剂自上而下依次流 动穿过主反应器和预反应器，烟气与脱硫剂在反应器内交错流动接触。
