燃煤SO_2污染及其控制技术综述.pdf
第 4期 2 0 0 7年 1 2月 水 力采煤 与 管道运 输 H YDRAULl C C AL MI Nl NG & PI PELI NE TRANS P RTATl N No. 4 De e .2007 燃 煤 S O2 污 染 及 其控 制 技 术 综 述 崔 敬 媛 焦 红 光 陈 清 如 张 春 光 河 南 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 河 南 焦 作 4 54 0 03 摘要 作 为世界 上最 大的煤炭生产 国和消 费国, “ 煤烟” 型大 气污染是我 国 当前 面临的主要环 境 问题 之一 , 其 中由于燃煤排放 S O 。所引发 的“ 酸雨” 危 害尤为 突出。首先论 述 了我 国 S 0 。的 污染状况 , 指 出劣质燃煤是造 成污染的最主要 原 因, 在 此基 础上分析 对比 了当前燃前 、 燃 中和 燃后 常用 S 0。污染控制技术的优缺点 , 认 为基 于我 国基本 国情 , 为有效控制 当前的 S 0 。污染 , 应 优 先发 展 燃 前 微 粉 煤 干 法 脱 硫技 术 。 关键 词 二 氧 化 硫 污染 控 制技 术 中 图 分 类 号 TD7 l l . 4 3 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 l O O 6 0 8 9 8 2 0 0 7 0 4 0 0 0 5 0 4 1 前 言 能 源 、 经 济 、 环 境 、 可 持 续 发 展 是 人 类 面 临 的 紧迫课 题 。煤 炭 提 供 了我 国 7 5 的 工业 燃 料 , 7 6 的 发 电 能 源 和 8 0 的 民 用 商 品 能 源 [ I j , 在 我 国一 次 能 源 消 费 结 构 中 占 有 最 主 要 的 地 位 。 但 是 煤 炭 在 生 产 和 加 工 利 用 过 程 的 同 时 也 造 成 了严 重 的 环 境 污 染 , 其 中 由 于燃 煤 排 放 S 0 。而 引 发 的 “ 酸 雨 ” 污 染 近 年 来 愈 演 愈 烈 , 已 经 严 重 影 响 到 我 国全 面 建 设小 康 社 会 目标 的顺 利 实 现 。 2燃 煤 S O 污 染 现 状 二 氧 化 硫 的 主 要 污 染 源 可 归 纳 为 三 个 方 面 1 硫 酸 厂 和 汽 车 尾 气 中 排 放 的 二 氧 化 硫 ; 2 有 色金属冶 炼 过程 排放 的二 氧化 硫 如 铜 、 铅 、 锌 、 钴 、 镍 、 金 、 银等矿物 , 都含硫化 物 , 在 冶炼 过程 中 排放 出大量 的二氧化 硫 ; 3 燃 煤烟 气 中 的二氧 化硫[ 2 ] 我 国煤炭消 费量的 8 O 以上直接用于燃 烧 , 燃 煤 是 大 气 环 境 中二 氧 化 硫 最 主 要 来 源 。据 环 境 公 报 报 道 , 我 国 2 0 0 4年 烟 尘 排 放 量 1 0 9 5万 t , S O 2 排 放 量 2 2 5 5万 t 。其 中燃 煤 产 生 的 S 02 约 占总 量 的 9 O , C 0 占总 量的 7 1 , C 0。占 总量 的 8 5 , 氮 氧 化 物 占 总量 的 7 O , 灰 尘 微 粒 占总 量 的 6 l [ 。 图 l列 出 了不 同年 份 我 国原 煤 产 量 与 S 0 。 排放 量之 问 的关 系。从 图 中我们 可 以看 到 近些 年 来 随 着 原煤 产 量 的 增 加 , 二 氧 化 硫 的 排 放 量 也 在 不 断 上 升 。 我围各年份原煤产 与 化硫排放 I ; 3 O 一 ⋯⋯ 曼I 图 l 不 同年 份我 国原煤 产量 及 S Oz排放量 之 问的关 系 ’ 煤 燃烧过程中排 出大量的 S O。 , 约 占燃煤 排h m。 ; 大气 中 S O 。浓 度 每增 加 1 0 mg / c m , 呼吸 系 放 污 染 物 的 8 5 ] , 使 我 国 成 为三 大 酸 雨 区 之 首 。二 氧 化 硫 的 大 量 排 放 , 造 成 我 国南 方 地 区 大 面 积 的酸 雨 , 且 每 年 以 1亿 1T I 。的 面 积 增 加 。 酸 雨 区域 已 由西 南 发 展 刘 长 江 流 域 , 且 有 向 北 发 展 的趋势 , 严重威 胁京 滓地 区 。酸雨造成农 田减 产 面积达 9 . 9l O m。 , 森林 受 害 面积 达 1 . 2 8万 统病 亡人 数 增 加 5 ;S 0 。对 建 筑物 、 文物 的侵 蚀 也十分严重 , 据统 计 S O 。污染造成全 国每 年经 济 损 失 达 儿 O O多亿 元 【_ 5 ] 。 由于煤炭 资 源相 对 充足 并能 够 稳定 可靠 地 获得 , 因此 , 在 世界 范 围内 , 煤炭 是 可靠 的 能源 。 世 界 能源 研究 机 构预测 , 由于资源 条件 的变 化 , 5 维普资讯 2 0 0 7年 l 2月 水 力采煤 与管道 运输 第 4期 2 1 世纪世界能源消费结构将是石油 比重下降 , 天 然气 上 升 , 煤 炭 持 平 , 三 者 呈 均 势 各 占 2 7 ~ 2 8 9 , 6。继而将 出现一个 以天然气为 主的短暂 时 期, 然后再转向以煤 炭为 主。中 国化石能源 资源 探明的可采储量 中煤炭 占 9 2 . 9 4 .中国是当今 世界t最大的煤 炭生产和消费 国, 据有关专 家预 测 煤 炭在 中国能 源结构 中的主导 地位近 5 O年 不 会改 变 。 此 , 防 治燃 煤 二 氧 化 硫 污 染 是 当 前 一项 重 要 和迫 切 的工 作 。 3燃 煤 S O控 制技 术 燃煤 S O 。污 染控 制技术 总 体来 说可 以分 为 燃 烧 前 、 燃 烧 中及 燃 烧 后 等 三 大 类 型 . 所 谓 燃 烧 前脱 硫 主 要 是 指 在 煤 炭 的 加 工 转 化 等 煤 基 燃 料 制备 过 程 中脱 出其 中 的 硫 分 ; 燃 烧 中脱 硫 的 方 式 主要 是 通 过 洁 净煤 技 术 、 型 煤 和 流 化 床 燃 烧 等 项 技术 来 实 现 ; f『 燃烧 后 脱 硫 则 主要 指 烟 气脱 硫 技 术 。 3 . 1 燃 烧 前 脱 硫 燃 烧 前脱 硫 是 指 煤 炭 的洗 选 加 工 , 主 要 是 通 过重 选 、 浮 选 、 磁 选 及 氧 化 、 微 生 物 脱 硫 等技 术 减 少原煤 中的硫分 和灰分 , 以降低 S O 的排 放量 。 根 据 脱 硫 机 理 , 燃 烧 前 脱 硫 又 分 为 物 理 法 、 化 学 法和 生 物 法 三 种 。 原 煤 的燃 烧 前 脱 硫 是 洁 净 煤 的 源 头 技 术 , 既 能脱 硫 又 能 除 从 , 同 时 。 还 可 以 提 高 热 能 利 用 效 率 , 减 少无 效 运 输 , 并 且 脱 硫 的 费用 较 低 , 无 二 次 污 染 。主 要 的燃 烧 前 脱 硫 方法 见 表 1 。 表 l 主要 的燃烧翦脱 硫方 法 3 . 2燃 烧 中 固硫 燃烧 中脱 硫 的原理 是 向燃煤 炉 膛 内喷撒 碱 性 物 质 , 与 燃 烧 产 生 的 S 0 。发 生 中 和 反 应 , 生 成 中性 物 质 . 减 少 烟气 中 的 S 0。含量 。 主要 的 燃 烧 中 固硫 方 法 见 表 2 。 表 2主 要 的 燃 烧 中 固 硫 方 法 固硫技术 固硫原理 炉 内喷钙技 术 流化床燃 烧技术 将钙 基吸若 刺 粉料 . 由 气流 携带 , 沿炉 膛 合 适 的温度 匿域 喷人 , 使钙 基吸着 剂粉 料 在炉 内热解 、 圃硫。 把 燃料和 物料 石灰石 一 间加 入 燃烧 室 的 床层 中 . 从炉 底鼓风使床 料在炉 室内 沿高度 方 向上形成有 规律的悬 浮分 布 , 呈流 态化 燃 烧[ 7 ] 型 煤 加 T 技 术 篙 鬈 蓊 誓 菖 位 煤 制 成 具 有 一 定 强 度 和 形 3 . 3燃 烧 后脱 硫 燃 烧 后 脱 硫 就 是 指 烟 气 脱 硫 。 这 是 目 前 世 界 上惟 一 的 大 规 模 商 业 化 应 用 的 脱 硫 方 式 。 由 于烟 气 脱 硫 的主 要 困 难 是 S O 。浓 度 和 总 量 大 、 要 处理 的烟气 体积大 , 因此 , 虽然 烟气脱硫 的方法 多达 十几 种 。但 仍需要 合理 地选择 烟 气脱 硫工 艺, 同时还 要考 虑环境 、 经 济和社 会等多 方面 的 凶 素 。 根 据 脱 硫 产 物 的 干 湿 形 态 。烟 气 脱 硫 可 分 为 湿 法 、 半 干 法 和 干 法 工 艺技 术 。主 要 的 燃 烧 后 脱 硫 方 法 见 表 3 。常 用 脱 硫方 法 比较 见 表 4 。 表 3 主要 的燃烧 后脱 硫方 法 烟气脱硫 T艺技术 脱 硫方法 煤 炭 洗 选 围硫 荆脱硫 烟气脱 硫 跳汰分选 T艺流程简单 , 处理能力 大 重介 质分选分进效率较 高 摇 眯分选 精度 高 、 设 备简单 电 选 无须 进行产 品脱 水 , 较湿 式脱 硫具 有应用上的优 势 钙基 固硫齐 町 原料 丰富 , 价格便 宜 脱 硫率商 脱 硫效果欠 佳 ,分选精度 低 , 处理 易选煤 时 , 矸 石 中稽 煤损 失 也高 于 2 全 国平 均 约 5 % , 损 失 于 中煤 巾的 精 煤 则 更 高 全 国 平 均 约 3 O [ 1 。 生产 1 艺 中增加 了加 重质的 回收再生系统 ; 设 备磨 损 比较 严重 , 虽 已 研制 } n不少耐磨 材料 和设 备 , 提 高了使用 寿命 , 照与其它 选矿 方法 比 较 , 仍 是它 的主要缺点[ 1 。 处理 能力低 、 占地面积 大 处理 量小 , 受 空气湿 度及煤种影 响较 大 目前 的钙 基 固硫 荆普 遍存 在 利用 率较 低 问题 , 降 低热 值 、 增 加炉 渣 量 、 高温情况 下 C a S O 不稳 定 , 会 分解重新 释放 S o 2 。 成本 高 6 维普资讯 2 0 0 7年 1 2月 崔敬媛 等 燃煤 S O2污染及 其控 制技 术综 述 第 4期 4 我 国 脱 硫 的 技 术 开 发 及 发 展 方 向 篙 4 . 1 二氧化硫控制 的关键 净化技术 。如每人选 l亿 t 原煤 , 脱 除其 中大部 我 国的 S O 。污 染 大 部 分 来 自燃 煤 , 在 全 国煤 分 的黄 铁 矿 硫 , 就 可 减 少 二 氧 化 硫 的 排 放 量 1 O 0 炭的消 费中 , 占总量约 8 4 的煤 炭被 直接 燃 用。 ~l 5 0万 t, 而 其 成 本 仅 为 烟 气 脱 硫 的十 分 之 而火 电业又是最大 的煤炭 消 费部 门 , 我 国二氧化 一[ 1 ”。 硫排放量 的 9 0 来 自燃煤 , 而其 中的 5 0 9 , 6 左 右 由此可以看到燃前 控制 技术 , 不 仅能够 提高 来 自 火 电 厂 。 我 国 电 煤 消 费 从l 9 9 1年 的 煤炭 的利用效 率 、 减 少灰 渣排 放量 , 还 能大 大减 2 0 7 l 9 . 8万 t 标煤上升 到 2 0 0 3年的 7 8 l 5 3 . O 2万 轻煤 中的硫分对后续工 序 没备 的腐蚀 , 从 而延 长 t 标量 , 占煤 炭 消 费 量 的 比重 从 2 6 . 2 9 , 6 上 升 到 设备使用寿命并降低 生产成本 , 具有许多燃 中和 6 7 . 6 9 , 6 , 火 电 用 煤 比 例 不 断 提 高 [ 1 , 到 2 0 0 5年 燃 后 控 制 技 术 不 可 比拟 的优 点 。 电煤消 费约 为 1 1 . O 9亿 吨[ 1 引。我 国能 源结 构 的 燃前控制技术包 括物理 、 化学和 生物选 煤方 特点决定 了控制 二 氧化 硫污 染 的关 键是 控 制火 法等 , 其中化学和生物选 煤方法 虽然可 以同时脱 电厂二 氧化硫 的排 放量 。削减 和控 制火 电厂燃 出煤 中的 无 机硫 和 有 机 硫 , 但 由 于生 产 工 艺 复 煤二氧化硫污染势在必行[ 1 。 杂 、 生产周 期长 和易 产生 二 次污染 等 因素 , 短期 4 . 2 我 国脱 硫 技 术 发展 方 向 内难 以实 现 工 业 化 。 重 选 、 浮 选 等 方 法 , 只 能 脱 我 国因燃煤造成 的污染 是十分 严 重 的, 与其 出煤 中的无机硫 , 但 目前 已经得 到 了大规 模 的工 他 国家 相 比, 除煤炭 消 费量大这 一 客观 事实 外 , 业应用 。表 5中列 出 了我 国煤炭 资 源 中全硫 的 另一 个主要 原 因是 全社 会对 使 用洁 净煤 还 未形 分布情况[ 1 。我 国煤 炭 中高硫 煤贮量 约 占煤 炭 成 共 识 。我 国 原 煤 人 选 比例 只 有 3 3 . 8 9 / 6 , 而 动 总贮 量 的 2 0 9 , 6 ~2 5 9 , 6。 表 6所 示 为我 国 中 高 硫 力煤人选 比重更低 , 仅为 2 0 左 右 , 6 6 以上 的 煤 中各类 硫分 平 均含 量 。我 国高硫 煤 中 的硫 分 煤炭 未经分 选直 接使 用 。我 国发 电用煤 平 均 灰 主要 以无机硫 为主 , 且绝大多 数 以黄 铁矿硫为主 分 为 2 8 美 国 发 电用 煤 平 均 灰分 为 9 . 3 , 硫 约 占 6 0 ~ 7 0 [ 1 , 同 时 存 在 少 量 的 白 铁 矿 分 为 1 . 2 , 而且 , 电 厂烧劣 质煤 也成 为 传统 习 硫L 2 。 。 , 因此 , 从 理论 上 讲 , 采用 物 理 分选 方 法能 俗 , 高灰 、 高硫 中煤 , 甚至矸 石最后都 烧掉 了 。从 够大大降低煤 中的硫分 , 但 由于我 国煤炭 中的黄 全 国范 围来 看 , 等 于全 部烧 原煤 。因 此 , 现 阶段 铁矿 多呈细 粒嵌 布 , 煤 中 的硫大 都被炭 质污 染 , 特别强调煤炭分选加工是 十分必要 的[ 1 “。 致使 当前 通 用 的 重 选 和 浮 选 方 法 脱 硫 效 果 不 据统计 , 电厂上脱 硫设备 , 即烟气 脱硫 , 其 投 佳 。 表 5 我 国 煤 炭 资 源 中 全 硫 的 分 布 各煤种 所 占比例 煤种 全 国 动力煤 炼焦煤 华北 东北 华 东 中南 西 南 西 北 平均硫分 1 .j 0 1 .j 5 1 . O3 1 . 03 0 . 4 1 .0 8 1 .】 7 2 .4 3 1 .0 7 低中硫煤 9 . 3 0 】 6 .6 8 4 .1 8 1 6 .9 4 I 9 .6 8 3 .7 0 7 .6 6 7 .5 2 2 .5 0 中高硫煤 7 . 86 7 . 65 8 . O5 8 . 88 2 . 05 4 . 72 5。 50 l 7 . 40 9 .3 I 高硫煤 8 . 54 7 . O5 9 . 62 3 . 57 0 . O0 9 .2 I 6 .7 I 4 3 .6 I 9 .9 8 要 想 获 得 高 质 量 的 低 硫 低 灰 煤 , 首 先 必 须 将 煤 炭 细 粉 碎 使 得 煤 中 的 矿 物 磺 得 到 充 分 的 解 离 , 而后再加以分选 , 但涪媒 的能耗 必将 使得 加工 成 本大大增 加 。值得 注意 的是 为提 高燃 烧 效 率 , 目前 的燃煤锅炉大 都采用 了煤粉炉 , 其燃前 制粉 工 艺系 统 可 将 燃 煤 粒 度 控 制 在 7 4 t z m 以 下 , 这 就 为在燃前 应用 物理 选煤 方 法高 效 去除其 中的黄 铁矿硫和成灰物质提供 了充分 的解离条件 。 7 们 n 叭 o ∞ 2 吕 暑 盯 绌 维普资讯 2 0 0 7年 1 2月 水 力采煤 与管道 运输 第 4期 表 6 我 国中高硫 煤中各 类硫分平 均含量 能 够适 应 这 种 集 成 化 要 求 的 选 煤 方 法 , 必 须 是能够分选7 4 m微粉煤 的工艺简单 的干法分 选技 术 , 因 为 锅 炉 喷 粉 燃 烧 必 须 用 干 粉 。采 用 湿 法 技 术 分 选 如 此 细 的煤 , 其 精 煤 产 品 需 要 脱 水 、 干燥 , 同时 需 要 庞 大 的煤 泥 水 处 理 系 统 , 其 投 资 、 运 行 成 本 都 非 常 高 , 易 造 成 新 的 环 境 污 染 , 而 且 做不 到 炉 前 在 线 分 选 。摩 擦 电 选 和 干 式 磁 选 恰 是 能 满 足 这 种 要 求 的 分 选 技 术 。 r h于 黄 铁 矿 颗 粒 得 电快 、 放 电 也 快 的 特 性 [ 2 。 , 同摩 擦 电 选 技 术 相 比 , 磁 选 的脱 硫 效 果 要 优 于 前 者 , 而 降 灰 效 果 劣 于前 者 。 5 结束 语 二 氧 化 硫 排 放 严 重 污 染 了我 国 的 环 境 , 给 我 们 的 生 活 和生 存 带 来 了 威 胁 , 控 制 二 氧 化 硫 污 染 已 经 成 为 迫 在 眉 睫 的 问 题 。我 国 二 氧 化 硫 主 要 来 自火 电 厂 的 燃 煤 , 我 国 电 厂 燃 煤 质 量 差 , 如 果 能 有 效 地 采取 相应 技 术 提 高 燃 煤 的质 量 , 我 国 的 S O z污染 将 能 得 到 很好 的控 制 。在 众 多 的脱 硫 技 术 中 , 干 法脱 硫 技 术 应 是 我 国 电 厂 燃 煤 洁 净 技 术 的 首 选 它 能使 我 国 的二 氧 化 硫 污染 得 到 缓 解 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 8 参考文 献 王卓雅 , 赵跃 民, 高淑 玲.论 中 国燃煤 污 染及 其 防 治[ J ] . 煤 炭 技 术 , 2 0 0 4 , 2 3 7 4 _ 。 6 刘 东生 , 李风起.二 氧化硫 污染治理及 其 资源化 利 用新 途 径[ J ] . 辽 宁城 环境科技 . 2 0 0 6 , 2 6 4 6 1 6 4 谌天兵 , 武建 军, 韩 甲业. 燃煤污染现状及 其 治理技 术综述 f J ] . 煤 , 2 0 0 6 . 1 5 2 3 ~7 焦红光、浅谈 我 国燃煤 污 染危 害及 其 防治 [ J ] 、选煤 技 术 2 0 0 4, 2 3 6 r 5 ] 来复 海,煤 粉高梯度磁 分 离脱 硫试验 研 究[ D ] .青 岛建 筑 工程 学院硕 士学位论文. 2 0 0 4 1 5 [ 6 ] 朱 申缸 , 杨卫 东, 娄性 义,煤 炭 脱硫 技 术现 状 及 高梯 度磁 分离技术在脱硫中的应用[ 门.青岛建筑工程学院学报, 2 00 1, 2 2 2 26 2 9 [ 7 ] 贾 小 宁, 二 氧 化 硫 污 染控 制 方 法 综 述 [ J ] 。甘 肃 科 技 , 2 00 5, 2 1 1 2 1 3 8 1 3 9 [ 8 ] 贾培胜,浅谈 燃煤 S O2污染控 制技 术[ J ] ,科 技情 报 开发 与经济 , 2 0 0 3, 1 3 6 1 】 6 1 l 7 [ 9 ] 杨柳春.二氧 化硫 污染控 制 的湿 法技术 f J ] .华 东 交通 大 学学报 , 2 O O 5, 2 2 1 [ 1 O ] 徐 明,烟气二氧化硫 污染控 制技 术发展及 现 状[ J ] . 安徽 师范 大学学报 自然科 学版 , 2 0 0 】 , 2 4 2 l 8 7 一l 8 9 [ 1 1 ] 李斌 , 李晶 , 胡晓 明. 燃煤 二 氧化硫 污 染的 防治 对策 J ] , 煤 矿 现 代 化 . 2 0 0 1 , 6 2 0 2 2 [ 1 2 ] 新世 纪煤 炭 工 业 对 选 煤技 术 的期 待 [ E B OL ] . W WW. c o mbu s t .c n。 20 0 4 5 1 7 [ 1 3 ] 陈俊 涛.重 介质选 矿概 述. [ E B / OL ] . j p k , u s t h , e d u . c n , 2 00 7 1 6 [ 1 4 ] 史兴民. 控制 煤 中 S O2排 放的技 术对策分析[ J ] .资 源开 发 与 市 场 , 20 0 6, 2 2 5 4 2 5 4 2 8 [ 1 5 ] 成玉 琪.论我 国洁净 煤技 术的 推 广应 用[ J ] .中国煤 炭 , l 9 9 8, 2 4 4 1 2 1 7 [ 1 6 ] 韩明霞 , 李华 民. 中国煤 炭消 费与大气 污染物排 放[ J ] . 煤 炭 工 程 , 2 00 6, 3 7 6 7 8 [ 1 7 ] 去年我 国二 氧 化 硫排 放 量世 界 第一. [ E B / OL ] . WWW. x i n d e n g .c n。 2 0 07一 I 一 6 [ 1 8 ] 王薇.火 电厂 脱 硫 技 术应 用综 述 [ J ] .贵 州 电 力技 术 , 2 0 0 6, 2 2 1 24 [ 1 9 ] 陈清如.煤 烟型 大气污染的 防治对 策[ J ] . 黑龙 江矿 业 学 报 , 2 0 00, 1 0 3. 】 ~ 5 r 2 0 ] 陈鹏. 中国煤炭 性 质分类 和利 用[ M] .北京 t 化 学工 业 出 版 社 , 2 00 4 3 9 8~ 4 04 f 2 1 ] 焦红光 , 谌伦建 , 铰 占续. 细粒 煤重 选设备 的技 术现 状 与 分析[ .『 ] . 煤 炭工程 , 2 0 0 6 . 1 1 4 ~1 7 f 2 2 ] 安振连 , 章新喜 , 陈清如. 微 细粒 煤摩擦 电 选的 研 究现状 [ J ] . 煤炭加 工与综合利 用, 1 9 9 6 , 6 1 5 ~1 8 r 2 3 ] 高孟隼 , 章新喜 , 陈清如.应 用摩擦 电选技 术 降低微 粉煤 灰分[ J ] .中国矿 业大学学报 ,2 0 0 3 ,3 2 6 6 7 ,1 ~6 7 7 作者简 介 崔敬 媛 1 9 8 3 一 , 女 , 河南 省人 , 2 0 0 6年毕 业 于河 南理 工 大 学材料科 学与工程 专业, 现就读 于河 南理 工 大学矿 物加 工工程 专 业 硕 士 。 收 稿 日期 2 0 07 07 0 2 维普资讯