煤氣化過程中硫的轉化機理及控制技術

摘 要:本文分析了煤燃燒過程中無機硫和有機硫的轉化機理并對目前常用的脫硫技術進行了總結。

關鍵詞:煤氣化硫轉化控制

中圖分類號:TK229文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0128-01

1 煤中硫的轉化

在熱解過程中，煤中硫的轉化受到多種內在(如硫的形態、煤的有機結構、煤中的礦物質等)及外在因素(如溫度、氣氛、加熱速率等)的影響。

1.1 煤中無機硫的轉化

煤中的無機硫主要包括硫酸鹽硫和黃鐵礦硫。因為硫酸鹽硫在煤中的含量很低，而且硫酸鹽硫屬不可燃硫，不會造成燃煤污染，故研究很少。純黃鐵礦的熱分解受到一定的熱力學限制，研究表明:在N2、H2或CO氣氛下室溫條件下黃鐵礦不可能分解，只能在高溫下發生分解;此外，黃鐵礦的結晶狀態、晶體結構的扭曲程度都會影響到自身的熱分解溫度[1]。

1.2 煤中有機硫的轉化

煤中有機硫的存在遠比無機硫形態復雜，其對熱的穩定性差別也很大。一般認為，脂肪族的硫醇(RSH)、硫醚(RSR′)在相對低的溫度下析出，而芳香族的硫醇和硫醚在較高溫度下析出，而芳構化的噻吩結構的有機硫則相當穩定，在950℃時的析出仍很低。

2 控硫技術

世界各國開發、研究、使用的SO2控制技術己達189種。這些技術概括起來可分為三類，即燃燒前脫硫、燃燒后煙氣脫硫和燃燒中脫硫。

2.1 燃燒前脫硫技術

燃燒前脫硫主要是指原煤脫硫，即采用物理、化學或者生物的方法對鍋爐使用的原煤進行清洗，去除原煤中所含的硫分、灰分等雜質，使煤得以凈化。

(1)煤炭洗選技術 洗選煤是除去或減少原煤中所含的硫分、灰分等雜質的一種方法，燃用洗煤可提高熱效率和可靠性，選煤技術分物理法、化學法和微生物法三種，目前我國廣泛采用的是物理選煤方法。物理選煤技術主要是利用清潔煤、灰分、黃鐵礦的比重不同，以去除部分灰分和黃鐵礦硫，但不能除去煤中的有機硫。[2]

(2)型煤加工固硫技術 將不同的原料經篩分后按照一定的比例配煤，粉碎后同經過預處理的粘結劑和固硫劑混合，經機械設備擠壓成型及干燥，即可得到工業固硫型煤。將粉煤加工成型煤，比燃燒散煤減小SO2排放量40%～60%，還能提高鍋爐出力10%～30%。[3]

(3)水煤漿技術 水煤漿是在原煤洗選加工技術的基礎上發展起來的一種清潔的新型燃料，具有燃燒穩定，污染排放少等優點，其外觀像油，流動性好，能用泵輸送。它保留了煤的燃燒特性，又具備了類似重油的液態燃燒的特點。

2.2 燃燒后煙氣脫硫技術

煙氣脫硫技術主要是利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO2，并使其轉化為穩定的硫化合物或硫酸鹽。按照脫硫過程是否加水和脫硫產物的干濕狀態，可分為濕法、干法和半干法三類。

(1)濕法脫硫技術 濕法煙氣脫硫技術就是指向特定的脫硫裝置中的煙氣噴灑含有吸收劑的漿液，使SO2氣體與漿液中的吸收劑發生反應，濕狀態下對反應產物進行處理。主要包括:石灰石(石灰)-石膏法、磷氨復合肥(PAFP)法、鈉堿法、氨吸收法等。[3]

(2)干法煙氣脫硫技術 干法煙氣脫硫技術是指直接向煙氣中噴入干的脫硫劑顆粒，使其與SO2氣體發生硫化反應，從而將硫固定在脫硫劑中，然后再對干的脫硫產物進行處理。該技術主要有:爐膛干粉噴射脫硫法、高能電子活化氧化法、荷電干粉噴射脫硫法等。[4]

(3)半干法煙氣脫硫技術 半干法煙氣脫硫技術是一種脫硫劑在干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生(如水洗活性炭再生流程)或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法)的煙氣脫硫技術。若將該法與布袋式除塵器配合使用，則效果更明顯。[5]

2.3 燃燒中脫硫技術

燃燒過程中脫硫主要是指當煤在爐內燃燒的同時向爐內噴入脫硫劑，脫硫劑在爐內較高溫度進行自身鍛燒，鍛燒產物與煤燃燒產生的SO2發生反應，生成硫酸鹽，以灰渣的形式排出爐外，達到脫硫目的。煤燃燒中脫硫技術主要有以下幾個方向:

(1)煤氣化聯合循環系統 在該系統中，煤與氣化劑首先在氣化爐內反應生成燃料氣，然后送入燃氣輪機系統燃燒。在氣化時，煤中的硫及氮、氯等分別生成H2S、NH3、SO2、HCl，經過常規的方法可以脫除至非常低的水平。[6]

(2)煤粉爐直接噴鈣脫硫技術 爐內噴鈣燃燒脫硫技術是指向鍋爐爐膛內直接噴射SO2氣體吸著劑，使之與SO2氣體在高溫下發生反應，生成固體硫酸鹽隨灰分排出。[7]

(3)循環流化床燃燒脫硫技術 循環流化床燃燒技術由于固體物料在爐內的內部循環和外部循環，爐內溫度處在脫硫劑的最佳脫硫溫度范圍內，脫硫劑在爐內的停留時間大大延長，同時也提高了床內脫硫劑顆粒的濃度;此外，床料之間以及床料與床壁之間的磨損、撞擊使脫硫劑顆粒表面產物層變薄或使脫硫劑分裂，有效地增加了脫硫劑的反應比表面積，使脫硫劑的鈣利用率得到相應地提高。因而循環流化床鍋爐在不增加額外脫硫設備和較低的運行費用下就能夠清潔地燃燒高硫煤。[8]

3 結語

分析了煤燃燒過程中無機硫和有機硫的轉化機理，并在此基礎上總結了目前三類常用的脫硫過程，即:燃燒前脫硫、燃燒后煙氣脫硫和燃燒中脫硫。

參考文獻

[1] Huiping Hu，Qiyuan Chen，Zhoulan Yin，Pingmin Zhang.Thermal behaviors of mechanicallyactivated pyrites by thermogravimetry(TG).Thermochimica Acta，2003，398:233-240.

[2] Stouffer MRYoo H．An investigation of CaO sulfation mechanisms in boiler sorbent in jiction [J].AICHE.1989，(35):1253-1262.

[3] 史學鋒，馮波，陸繼東.流化床燃燒中脫硫研究綜述[J].電站系統工程，1998，14(6):18～22.

[4] J.Adanez.Circulatin，fluidized bed combustion in the turbulent regime_modeling of

carbon combustion efficiency and sulfur retention[J]．Fue1，2001，(80):1405～1414.

[5]劉德昌.流化床燃燒技術的工業應用[M].北京:中國電力出版社，1999.

[6]周一工.循環流化床鍋爐添加石灰石脫硫SO2排放與灰平衡計算[J].電力環境保護，1999，15(4):30～33.

[7]杜昭.循環流化床鍋爐脫硫的仿真研究［碩士學位論文].華北電力大學圖書館，2003.

[8]Goidich S J，Hyppanen T.Foster Wheeler compact CFB boilers for utility scale [J].16th Int．Conf.on Fluidized Bed Combustion，2001，(10):Paper NO.FBCO1-0099.