煤炭在洗选及燃烧过程中脱硫方法探析

发表时间:2014-12-9   来源:《价值工程》2014年第10月中旬供稿   作者:刘佳
[导读] 硫是煤中的有害物质,在燃烧过程中会对环境造成极大的污染。

刘佳LIU Jia曰马祯MA Zhen
        (兰州资源环境职业技术学院,兰州730021)
        (Lanzhou Resources and Environment VOC-TECH College,Lanzhou 730021,China)
        摘要:硫是煤中的有害物质,在燃烧过程中会对环境造成极大的污染。本文重点介绍煤炭在洗选中除硫、煤在燃烧中除硫及煤在燃烧后烟气脱硫的方法。
        Abstract: Sulfur is the harmful substances of the coal, and in the combustion process, it will pollute the environment greatly. Thisarticle focuses on the desulfurization methods in the process of washing, selecting and burning coal, and the flue gas desulfurization methodafter combustion.
        关键词:煤炭;洗选脱硫;燃烧脱硫;烟气脱硫
        Key words: coal;desulfurization in washing and selecting coal process;desulfurization in combustion;flue gas desulfurization
        中图分类号院TF535.2+1 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2014)29-0326-02
        0 引言
        硫是煤中的有害物质,煤中硫可以分为无机硫和有机硫两大部分。有机硫存在于成煤植物的母体中,煤中有机硫主要由硫醇、硫化物以及二硫化物三部分组成。无机硫来自于煤中矿物质,无机硫可进一步按所属的化合物类型分为硫化物硫与硫酸盐硫,硫化物主要是以黄铁矿、白铁矿、砷黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等形式出现;硫酸盐硫包括石膏、重晶石、绿矾等。近年来,随着分析技术的改进,许多学者还在煤中检出了硫的另一种存在形态,即单质硫。
        1 洗选脱硫
        据统计,我国煤中大约有60%~70%的硫为无机硫,30%~40%有机硫,单质硫的比例一般很低,在无机硫中绝大多数是黄铁矿,硫酸盐硫占的比例较少。因此,煤中黄铁矿的治理对于煤的清洁燃烧、减少硫的危害具有十分重要的意义。
        大量的煤样资料表明,含硫率低于0.5%的低硫煤中的硫以有机硫为主,黄铁矿硫较少,硫酸盐硫含量甚微;而硫含量大于2%的高硫煤中,主要为黄铁矿硫,少部分为有机硫,硫酸盐硫一般不超过0.2%。
        煤炭洗选是利用煤和矸石的物理、化学性质的差异,通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和矸石有效分离,并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。



        1.1 重力分选法脱硫重力分选法脱硫是利用煤中有机质和黄铁矿硫密度的差异实现脱硫的,此方法对结核状或块状黄铁矿的脱除是最有效和最经济的方法。主要的重力脱硫包括:水介质旋流器脱硫、微细重介质旋流器脱硫、全氯乙烯(PCE)重介脱硫工艺技术、摇床法脱硫等工艺。
        1.2 磁选脱硫煤中有机质大部分是含有抗磁性或逆磁性成分的,比如在煤炭开采过程中常见的粘土、黄铁矿、页岩等,这些矿物中所含铁矿物是弱顺磁性的,因此,可以通过这些磁性的强弱程度差异来进行筛选脱硫。
        1.3 浮游脱硫此方法是一个物理化学过程,利用煤中有机质和黄铁矿表面性质的不同而分选,煤粒的表面有疏水性质,而黄铁矿的表面有亲水性质。因此,由于疏水性质使煤粒容易浮向气泡,亲水性质又使得矸石粒不易被气泡粘住。必须加一种药剂以增强煤粒表面的疏水性(捕集剂),冶金备件添加一种药剂可以增加煤浆中气泡的产生和分散(起泡剂),然后在浮选机中增强充气,使煤粒粘在气泡上浮起,而黄铁矿粒留在水中,完成浮选的过程。煤炭洗选可脱除煤中50%~80豫的灰分、30%~40豫的全硫(或60%~80%的无机硫),燃用洗选煤可有效减少烟尘和二氧化硫的排放,入洗1 亿吨动力煤一般可减排60~70 万吨二氧化硫,去除矸石16 万吨。
        2 燃烧脱硫
        2.1 石灰/石灰石直接喷射法煤炭在燃烧过程中,石灰石直接喷射进锅炉的停留时间很短,因此在硫氧化物脱除的过程中,必须要在短时间内进行燃烧、吸附和氧化三种不同的反应。本法涉及到的主要反应有:CaCO3寅CaO垣CO2 CaO垣SO2寅CaSO3 CaCO3+SO2寅CaSO3+CO2 CaCO3+1/2O2+SO2寅CaSO4+CO2 4CaCO3寅3CaSO4+CaS煅烧时要将石灰石喷入锅炉的高温区,煅烧产生的烟气中CO2 含量高时,CaCO3 分解温度就会相应升高。一般情况下,烟气中CO2 浓度达到10%、温度在750益以上时,CaCO3 才会分解。当煅烧锅炉中烟气的CO2 浓度在14%左右,CaCO3 的分解温度大概为765益,如果比这个温度低,那么CaO 会吸收CO2 再度改变为CaCO3。
        2.2 型煤固硫法这种方法的原理是将原料煤进行筛选,然后按照相关比例配置,在经过机械粉碎后加入黏结剂和固硫剂,然后对其挤压成型,烘干后,就制成了有一定强度和形状的成品工业固硫煤。这种型煤使用的固硫剂,根据其化学状态的不同可分为钙系、钠系及其它三大类。
        在现阶段的型煤固硫技术中,石灰、大理石粉、电石渣等都是比较常见的固硫剂。应用废液作固硫剂和黏结剂,资源丰富,既可降低成本,又可减少污染。如碱性纸浆黑液既可作黏结剂,也有一定的固硫作用,其固硫成分为Na2CO3 和NaOH。此外,电石渣、硫矿渣、盐泥、糖泥、钙渣、烟道灰等,也可作为工业固硫型煤的黏结剂和固硫剂。
        2.3 炉内喷钙和氧化钙活化法当今一般以石灰石为脱硫剂,所以炉内喷钙脱硫分两步,第一步是石灰石热解,第二步是脱硫的实现。当石灰石粉喷到炉内适当的部位后,只要温度高于750益,石灰石就被快速生成氧化钙,氧化钙在800~1200益的温度范围内与SO2 相遇发生脱硫反应。由于简单的炉内喷钙脱硫的钙利用率不高,其脱硫效率往往满足不了环境保护标准对SO2 排放的要求,因而出现了回收利用烟气中未反应的CaO 来提高脱硫效率的新方法。这些方法的共同特点是,在炉膛喷钙作为一级脱硫后,在锅炉尾部烟道气预热器和电除尘器之间安装一个反应器装置,再热烟气流过反应器时向反应器内喷水将烟气增湿作为二级脱硫。增湿使烟气中的CaO 和H2O 反应生成Ca(OH)2,由于Ca(OH)2 和烟气中的SO2 相遇以后具有很高的反应速率将SO2 吸收,因而提高了钙利用率和脱硫效率。
        3 烟气脱硫
        3.1 电子束照射法(EX) 这种技术利用电子加速器生成的大量高能电子,然后利用这些高能电子在反应器内与烟道气中的主要成分N2、O2、H2O 分子进行冲撞,在高能电子和上述氮气、氧气等碰撞过程中,会产生大量的OH·、O·、H2O·等游离基,这些游离基本身具有很强的氧化能力。
        3.2 脉冲电晕放电法采用窄脉冲电源和反应器以及模拟烟气,研究脉冲电晕对SO2 氧化脱除的机理和规律。结果表明,正脉冲电晕对SO2 氧化很有效,其能量利用率为64.3g(SO2)/kW·h,烟气能耗为12.8*10-3kW·h/m3;氧化量仅取决于SO2 吸收的电晕能量,与初始浓度无关;较低温度对SO2 氧化不利。
        3.3 活性炭吸附法这种技术的基本原理是利用活性炭的吸附能力,吸附含有硫的烟气,具体来说,在烟气管道内,使用大量活性炭将二氧化硫进行吸附,然后存储在活性炭的孔隙内,而活性炭经过烟气净化处理,可以得到再生。与此同时还可以得到硫酸、液体二氧化硫、单质硫等附属产品。
        参考文献:
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        [3]刘德洪,金文杰,朱新宇.微生物法脱除大石桥硫铁矿烧渣中硫的研究[J].工业安全与环保,2006(08).
        [4]彭晓成,郑正,罗兴章,周培国,王艳锦.氧化亚铁硫杆菌在废弃线路板粉末上的吸附及对Cu 的浸出[J].河南科学,2007(05).
        [5]张明旭,徐建平,赵明.煤泥水处理.中国矿业大学出版社,2000. [6]惠士恩,庄正宁,谭厚章.煤的清洁利用与污染防治.中国电力出版社,2008.

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