水煤漿燃燒固硫技術概述

　　摘 要：文章主要對水煤漿固硫技術——固硫機理、固硫劑及其助劑等的研究現狀做了概述，并對該領域未來的發展趨勢作出展望。
　　關鍵詞：水煤漿 固硫 固硫劑
　　中圖分類號:F407.21 文獻標識碼:A
　　文章編號:1004-4914(2011)01-033-02
　　
　　一、水煤漿固硫的意義及概況
　　在我國的能源結構中，煤炭占一次能源的75%以上，并且這種能源消費結構在相當長時期內不會發生根本性變化。煤炭燃燒產生的SO2嚴重的污染著大氣，據統計，中國當前的大氣污染中，SO2的87%來自于煤的燃燒，酸雨的覆蓋面積已占國土面積的1/3，如何清潔高效的利用煤已成為我國能源的首要問題。
　　水煤漿作為一種前景廣闊的代油新燃料，無論從儲存、運輸，煙塵控制，硫的析出速度，固硫效率等各方面都要優于煤炭，固硫型水煤漿的開發與利用對大氣污染的防治具有十分重要的意義。
　　目前，煤炭固硫技術在國內外已多有報道，水煤漿固硫技術也有越來越多的研究，但多局限于燃燒后的煙氣脫硫和燃燒前對煤的凈化，這些技術都需要龐大的設備支持，大大增加了煤炭利用成本，實際應用困難，很難得到大范圍推廣。固硫型水煤漿是在水煤漿中加入一定量的固硫劑，它具有脫硫成本底，運行簡單，脫硫效果好等特點。針對石油資源緊張，燃煤污染嚴重而且運輸不便等特點，固硫型水煤漿能否在工業上推廣、應用成為亟待解決的問題。
　　二、水煤漿固硫技術研究現狀
　　水煤漿中由于水的存在及其流變特性的影響，制作脫硫型水煤漿要注意的影響因素也很多，目前，對固硫技術的研究主要集中在水對煤漿的硫析出動態、固硫機理，固硫劑等的研究，燃燒溫度、煤粉及添加劑粒度等也有部分研究。
　　1.固硫機理研究現狀。固硫型水煤漿與煤燃燒固硫機理大致相同，因固硫型水煤漿中有水及少量添加劑存在，相對燃燒溫度要比煤粉低。
　　馮云崗等對水煤漿硫析出動態性進行了分析，認為煤中有機硫與無機硫在低溫與高溫時分為倆個階段析出，400℃左右有機硫開始析出，在溫度達到1000℃無機硫開始析出，在1200℃的爐溫下，低溫硫能很快析出而高溫硫卻要加熱一段時間后才能分解。
　　姚強等對水煤漿的燃燒固硫機理作了研究，認為水煤漿燃燒固硫可分為蒸發和結團、揮發分析出及燃燒階段、焦炭燃燒階段三個階段，開始受熱階段水分蒸發，固硫劑顆粒與煤粉形成小的顆粒團，在溫度繼續升高時CaCO3開始分解，煤中的硫也開始析出生成H2S、少量SO2并于CaO反應形成CaS、CaSO3。最后開始燃燒生成的SO2與CaO反應生成CaSO4。
　　簡單來說水煤漿燃燒固硫原理就是煤燃燒生成的SO2與固硫劑反應生成硫酸鹽，達到固硫的目的。
　　2.固硫劑研究現狀。對煤粉來說，選擇固硫劑的依據是成本低，來源廣，固硫效率高，而在研究水煤漿燃中固硫時，不但要考慮固硫劑的經濟適用性，燃燒固硫率，最重要的還要考慮水煤漿的流變特性。目前，國內外采用的水煤漿固硫劑多數為鈣基固硫劑，它表現出來的優點就是：來源廣泛、價格低廉、固硫效果好。
　　鈣基固硫劑包括有機鈣固硫劑與無機鈣固硫劑，種類不同對水煤漿性能的影響及固硫效果也有很大差異。在鈣基固硫劑對水煤漿性能影響的研究過程中，劉建忠等認為，有機鈣對水煤漿的性能影響要遠大于無機鈣。分子量較小、不易和水結合的物質更易做固硫劑。
　　唐海香等對CaCO3、CaO、Ca(OH)2三種鈣基固硫劑進行了固硫實驗對比，研究發現，三種鈣基固硫劑固硫效率的次序為CaO3cDr6WFiq9dIM/G5H9Py0g==特性影響不大，而且加入CaCO3的漿體具有剪切變稀，溫升變稀的特點，有利于固硫型水煤漿的管道運輸及霧化燃燒，因此CaCO3更宜做水煤漿固硫劑。
　　作為鈣的同種族元素鋇也具有固硫作用，陳占文等對BaCO3、CaCO3兩種固硫劑進行了固硫實驗，發現BaCO3、與CaCO3都能起到固硫作用，BaCO3固硫效果要優于CaCO3，但考慮到BaCO3的價格昂貴，不適用大量工業應用，CaCO3卻原料易得，性價比高。
　　NaOH高溫分解生成的NaO2能與燃燒產物SO2反應，但其固硫產物分解溫度低，固硫效果差。霍永春等研究Ca(OH)2與NaOH的對比固硫實驗時認為，NaOH在高溫下分解為NaO2，NaO2在燃燒過程中升華為氣態，容易隨煙氣流失，當經過管道降溫后能一定程度脫去煙氣中的硫，但其產物在管壁粘結，容易造成管道堵塞，而且其固硫產物分解溫度低，固硫效果差等因素都導致NaOH不宜單獨作為固硫劑使用。但是NaOH卻可與CaCO3同時使用，做為助劑NaOH可提高CaCO3的固硫效果。
　　3.固硫助劑研究現狀。雖然鈣基固硫劑對水煤漿的固硫效果很好，但在高溫下（溫度>1000℃），固硫產物CaSO4開始分解重新生成SO2，致使固硫效果明顯下降，為了增強在高溫下的固硫效果，在水煤漿中加入一定量的固硫助劑，可以有效提高水煤漿的固硫效果。
　　對固硫型水煤漿中加入Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物進行了實驗研究，發現不同金屬氧化物對水煤漿的固硫效果有著不同程度的影響，三種物質對水煤漿固硫都具有促進作用，通過對其灰渣的分析，其促進機理為，在燃燒過程中，非晶態物相增多，高溫熔融后包裹在固硫產物CaSO4的表面，降低CaSO4分解速率，同時對SO2的逸出起到抑制作用。對于金屬氧化物的加入量，一般為固硫劑CaCO3的1/10左右，不同助劑的最佳加入量有所不同，兩種或多種金屬氧化物的復配能起到更好的固硫效果。
　　除此之外，在水煤漿固硫效率影響方面學者們也做了研究，發現硫分、燃燒溫度、鈣硫比等因素對固硫效果也起到一定的影響。
　　三、水煤漿固硫應用現狀及存在問題分析
　　雖然水煤漿燃燒固硫技術在試驗中被大量的研究，但在工業上卻沒有得到廣泛的應用，2000年2月，我國第一臺固硫型水煤漿示范鍋爐在北京燕山石油化工（集團）有限公司動力事業部第三熱電站點火成功，該鍋爐在燃燒過程中固硫率高達98.5，產出的灰渣還可以用于磚和水泥的制造，完全達到環保要求，而且燃燒費用比燃燒油渣每天節約3.36萬元左右，經濟效益高。
　　從此示范來看，固硫型水煤漿適于在工業上應用，但在隨后的幾年時間固硫型水煤漿在工業上的應用卻很少報道，分析其未能在工業上廣泛應用原因，一是人們的環保意識不夠高，目前，我國處于一個快速發展的階段，但是人們在環保方面的思想覺悟和道德水平跟不上時代發展的步伐，“先污染后治理”的思想制約著我國民的環保理念，另一方面，我國的環保政策及環保宣傳的實施力度也不夠大，不能夠加深人們對清潔生產的認識。但最重要的還是我國的固硫技術不夠成熟，雖然現在國內研究較多，但多局限于實驗室階段，對實際應用中的許多因素考慮不夠周全，致使在工業應用中出現的問題較多，而得不到普及。
　　四、結論與展望
　　水煤漿固硫技術走過了10多年的發展歷程，學者們對固硫劑及固硫劑的復配做了大量的研究，但在技術上仍有欠缺，高溫條件下固硫產物的分解對固硫效率有很大的影響。固硫劑的加入對水（下轉第161頁）