利用粉煤灰脫硫技術(shù)綜述
當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)施的煙氣脫硫工程中,， 無論是大型的電廠鍋爐還是中小型的燃煤鍋爐,，大多數(shù)是采用濕法煙氣脫硫技術(shù)，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的脫硫率高,、工藝也比較成熟可靠,。但對(duì)于還處在發(fā)展階段中的中國(guó)來說，濕法工藝還存在投資大,、運(yùn)行費(fèi)用高和存在二次污染隱患等問題,，一般企業(yè)難以承受。尤其對(duì)于中小型燃煤鍋爐,，在近幾年里所上的一大批簡(jiǎn)易濕法煙氣脫硫設(shè)備中,，由于用戶或商家為了節(jié)省投資或應(yīng)付差使， 往往忽視了防腐蝕,、 煙氣再加熱,、廢水和廢渣處理等環(huán)節(jié)，大大影響其使用壽命和實(shí)際運(yùn)行率,。筆者在本文介紹各種利用粉煤灰脫硫技術(shù)供大家參考,，其目的是想尋求一條新的煙氣脫硫途徑，希望能引進(jìn),、開發(fā)和研制一些更適合于我國(guó)國(guó)情,、效果好、費(fèi)用低并為用戶樂意接受的實(shí)用脫硫技術(shù),。
一,、粉煤灰理化性質(zhì)及其脫硫原理
電廠粉煤灰化學(xué)成分中大部分是SiO2和少量Al2O3，F(xiàn)e2o3,、CaO,、TiO2，鉀,、鈉,、鎂、硫,、磷的氧化物少許,，其余是炭粒。其中堿性氧化物 CaO 含量約在 10%~20%左右,，當(dāng)灰水在酸性條件下,，Ca 2+ 離子的溶出量較高，因此粉煤灰水具有一點(diǎn)的脫硫能力,。目前一些水膜除塵器,，由于灰水的重復(fù)利用,，在除塵的同時(shí)也有一定的脫硫作用，脫硫率在15%-20%左右,。 另外炭粒在燃燒中由于氣體的揮發(fā)和化學(xué)反應(yīng),，形成表面多孔、形狀復(fù)雜的焦?fàn)铑w粒,，比表面積約為 0.8~2.4m 2 /g,。其中大部分是玻璃球體,，其余是結(jié)晶物質(zhì)和未燃燼顆粒,。成為一種空心顆粒與實(shí)心顆粒、多孔顆粒與規(guī)則顆粒,、有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)相互混合的特殊粉體[1] ,。在干法脫硫技術(shù)中，利用了這種特殊結(jié)構(gòu)的良好反應(yīng)活性,，把粉煤灰作為脫硫劑的載體進(jìn)行煙氣脫硫,，脫硫率可以高達(dá) 90%以上。
二,、利用灰渣水脫硫試驗(yàn)[2]
由蕭山熱電廠提供的灰渣,， 燃煤的灰化學(xué)成分為： SiO244%-59%、 CaO24%,、 Al2O314%-17%,、 Fe2O39%-17%、 MgO1%-2%,、Na2O2%,，用灰渣配制濃度為1%、4%和8%的漿液,，測(cè)試它們對(duì) SO2氣體的吸收率,，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。
表1 |
利用鍋爐灰渣水脫硫的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜,， 其脫硫能力的高低取決于氣體,、液體的擴(kuò)散速度以及堿性物質(zhì)浸出速度和浸出量的多少。PH 值在 7.0~3.5 時(shí),，脫硫率由 90%緩慢下降到 70%左右;PH 值在 3.5~2.5 時(shí),，脫硫率穩(wěn)定在70%左右;PH低于2.5后，脫硫率急劇下降,。當(dāng)灰渣濃度高出一定值后,，脫硫率反而會(huì)降低，因?yàn)镻H越高Ca2+ 離子越難溶出,。經(jīng)工業(yè)性試驗(yàn)證明,，利用鍋爐灰渣水脫硫,，可以節(jié)約 20%-60% 的吸收劑用量。
三,、粉煤灰脫硫劑的研究試驗(yàn)
在近幾年來,，國(guó)內(nèi)外都在開展利用粉煤灰制高效脫硫劑的研究[3][4][5] 。它們的共同之處都是利用粉煤灰或灰渣作為一種載體,，加入熟石灰和粘結(jié)劑后造粒成型制成的,。
試驗(yàn)證明，用粉煤灰制成的脫硫劑的脫硫效率要高于純的石灰脫硫劑,，這是因?yàn)闅?固反應(yīng)中吸收劑比表面積的大小是反應(yīng)速率的主要決定因素的結(jié)果,。在適當(dāng)?shù)幕?石灰比和反應(yīng)溫度時(shí)，脫硫率可達(dá)到 90%以上,。試驗(yàn)也證明,，電廠的飛灰是各種灰渣中最好的脫硫劑載體，即使在 100-165℃時(shí),，仍然有很高的脫硫率,。
四、 利用電廠粉煤灰脫除煙氣SO2的示范工程
日本北海道電力公司在 1986 年開始研究和開發(fā)的,，先后經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室階段,、1000 和 50000m3N/h 煙氣量的小試和中試，直到建立12.5 萬kw機(jī)組的示范工程,，歷經(jīng) 5 年時(shí)間正式投入了商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn),，至今已正常運(yùn)轉(zhuǎn)整十年。該技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給美國(guó)等5個(gè)國(guó)家,。
（一）工藝過程
經(jīng)除塵后的鍋爐煙氣在脫硫器中與顆粒狀粉煤灰脫硫劑反應(yīng),，煙氣中SO2被脫除后進(jìn)入煙囪排放。脫硫產(chǎn)物沉積在粉煤灰脫硫劑中一起從脫硫器排出,，其中一部分摻入到飛灰中作粉煤灰脫硫劑的原料,，其余則成為副產(chǎn)品出售。其工藝過程如圖示：
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脫硫反應(yīng)器分預(yù)反應(yīng)器和主反應(yīng)器兩個(gè)部分,，粒狀脫硫劑自上而下依次流 動(dòng)穿過主反應(yīng)器和預(yù)反應(yīng)器,，煙氣與脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)交錯(cuò)流動(dòng)接觸。
（二） 工藝特點(diǎn)
脫硫率≥90%（煙氣溫度 100-300℃） ,；除塵率≥85%,；石灰利用率≥80%
屬于固-氣反應(yīng)，脫硫產(chǎn)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價(jià)值；另一方面作為造粒的粘接劑而得到充分利用,。 干式工藝過程,，不產(chǎn)生廢水,，也不引起煙氣溫度的下降，因此不需要煙氣再加熱過程,。
脫硫器類型：顆粒流動(dòng)床,，系統(tǒng)壓力降約 100mm水柱。
（三） 用于脫硫的粉煤灰最終產(chǎn)品的商業(yè)用途
這種粉煤灰除了通常做建筑材料外,，在日本還作以下用途：
冰箱除臭劑和鞋子除臭/干燥劑,，以及貓、 狗等寵物用除臭/干燥劑,， 在日本市場(chǎng)上的商業(yè)名稱叫“經(jīng)濟(jì)砂” ,，它的除臭能力相當(dāng)于或大大高于市場(chǎng)同類產(chǎn)品，如與活性炭比較,，則是后者的兩倍以上,。
用作江河湖泊清淤泥用的凝結(jié)劑,， 無論是采用就地覆蓋還是異地處理的辦法,，它都能起到類似水泥的作用。
五,、利用粉煤灰脫硫的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)注意的問題
（一） 利用粉煤灰脫硫的優(yōu)點(diǎn)
脫硫效率高,，石灰利用率也高。
不產(chǎn)生廢水,、廢渣和二次污染,，尤其適用于干旱缺水地區(qū)。
由于是干式工藝,， 加上脫硫產(chǎn)物是沉積在粉煤灰中隨時(shí)被帶出,， 因此腐蝕和結(jié)垢問題要減輕了很多。
粉煤灰經(jīng)加工被用于脫硫后,，其理化性能得到了改善,，具有較高的商業(yè)利用價(jià)值。
（二） 推廣應(yīng)用粉煤灰脫硫應(yīng)注意的問題
這項(xiàng)技術(shù)雖然免除了龐大的廢水處理設(shè)施,，但也要增加一系列粉煤灰加工設(shè)備,，如混合、成型,、養(yǎng)護(hù),、干燥、除塵等工序,，再加上這一整套設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn),，其投資和運(yùn)行費(fèi)用是不會(huì)很低的，因此需要一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,。 如果采用其他工藝,，簡(jiǎn)化粉煤灰造粒成型工序[6],， 投資和運(yùn)行費(fèi)用會(huì)適當(dāng)降低的。
這項(xiàng)技術(shù)要真正得到應(yīng)用,，其關(guān)鍵是粉煤灰的最終產(chǎn)物要有銷路,，而原料粉煤灰的質(zhì)量則是關(guān)鍵之最了。因此,，效率較高的大,、中型電廠鍋爐才能滿足這一要求。粉煤灰有了銷路,，其銷售收入再加上減免排污費(fèi),、 粉煤灰輸送和管理費(fèi)的大幅度減少等一系列經(jīng)濟(jì)效益，才有可能抵消部分甚至全部的運(yùn)行費(fèi)用,，則一系列的優(yōu)點(diǎn)就能得到體現(xiàn),。
這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是顆粒流動(dòng)床脫硫器，美國(guó)西屋電器公司（現(xiàn)合并到西門子公司）近期研制成功一種顆粒移動(dòng)床設(shè)備,，它是利用粉煤灰進(jìn)行高溫除塵,，也可以具有脫硫的功能，但由于系統(tǒng)阻力太大,，實(shí)際應(yīng)用于煙氣脫硫還難易實(shí)現(xiàn),。如果使用循環(huán)流化床設(shè)備，脫硫效率可以保證,，但動(dòng)力消耗要大大增加,，還要增加一套除塵設(shè)備。目前日本研制的顆粒流動(dòng)床脫硫器,，系統(tǒng)阻力比較小,，反應(yīng)效率也比較高，商業(yè)應(yīng)用已有10年之久,，比較適用,。國(guó)內(nèi)也有人提出其他類型的設(shè)想和試驗(yàn)[7] 。
[參考資料]
[1]許綠薇 電廠粉煤灰理化性質(zhì)的測(cè)定及利用途徑 環(huán)境科學(xué)研究 2000,，3,，P51
[2]杭州環(huán)境保護(hù)研究所 旋流沖擊煙氣脫硫除塵技術(shù)研究課題鑒定材料 1997
[3]熊云威 鈣質(zhì)煤渣脫硫劑與煙氣脫硫的實(shí)驗(yàn)研究 重慶環(huán)境科學(xué) 2000，3,，P29
[4]吳潁海 活性飛灰煙氣脫硫試驗(yàn)研究 廈門潔凈煤技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集 1997,，P457
[5] K.Yamada Preparation of Highly Active Absorbents for SO2 RemovaThe Fifth International Symposium 0f ETERNET-APR 1998，P111
[6] 馬果駿 一體化除塵脫硫技術(shù)極其對(duì)電除塵器的影響 電力環(huán)境保護(hù) 1999,，2,，P27
[7] 季學(xué)李 煤渣床層煙氣脫硫除塵試驗(yàn) 污染防治技術(shù) 1998，1， P17
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