粉煤灰在煙氣脫硫中的應(yīng)用研究

生麗溫 劉新江

（1鄭州永潔環(huán)保科技有限公司河南鄭州471003 2鄭州浩拓環(huán)保科技有限公司河南鄭州450000）

粉煤灰在煙氣脫硫中的應(yīng)用研究

生麗溫1劉新江2

（1鄭州永潔環(huán)保科技有限公司河南鄭州471003 2鄭州浩拓環(huán)保科技有限公司河南鄭州450000）

以煤粉灰為基礎(chǔ)物質(zhì)的新型高活性吸收劑，對于固定床方式和管道噴射方式的電廠鍋爐煙氣中的脫硫脫氮具有很好的處理效果。我國火力發(fā)電廠眾多，由此所產(chǎn)生的煤粉灰量巨大，但煤粉灰的利用率卻只有30%左右。本文以中小型火力發(fā)電廠為例，就煤粉灰在煙氣中的脫硫工藝技術(shù)及效果進(jìn)行研究，為火力發(fā)電廠煙氣污染控制提供理論參考。

粉煤灰；煙氣脫硫；火電廠

我國煤粉灰排放量位居世界首位，據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會及中國循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會的統(tǒng)計，截止2014年底，我國火力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了9.16×108kW，發(fā)電量超過了4×1012kW·h，由此所產(chǎn)生的煤粉灰達(dá)到了5.78×108t。如此巨大產(chǎn)量煤粉灰的如果隨意排放，不僅對環(huán)境產(chǎn)生很強(qiáng)的破壞，也是巨大的資源浪費(fèi)。

一直以來，煤粉灰被廣泛應(yīng)用在建材制品、建筑工程以及道路施工中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤粉灰的利用領(lǐng)域日益拓展，其應(yīng)用的范圍也在不斷擴(kuò)大，如煤粉灰在廢水、廢氣以及噪聲污染防治中都具有良好的應(yīng)用效果，也是一種變廢為寶，實現(xiàn)廢物二次利用的“生態(tài)工藝”。

1 煤粉灰脫硫工藝

1.1 脫硫方法

目前，實踐中脫硫的方法較多，但大體可以分為燃燒前脫硫、爐內(nèi)脫硫以及煙氣脫硫三大類。具體來說：（1）燃燒前脫硫。燃燒前脫硫是指在煤燃燒之前就采取（物理/化學(xué)）洗選煤法、氣化或液化技術(shù)把煤種的硫分脫除去，從而實現(xiàn)脫硫效果。燃燒前脫硫具有減少后期的運(yùn)輸量，對鍋爐中的沾污和磨損量也較小（2）爐內(nèi)脫硫。鍋爐脫硫是指煤在鍋爐燃燒過程中添加相應(yīng)的固硫劑等，達(dá)到脫硫效果。目前，爐內(nèi)脫硫的技術(shù)主要有LIMB爐內(nèi)噴鈣技術(shù)、LIFAC煙氣脫硫工藝等。其中，LIFAC脫硫工藝，具有占地面積小，投資少，不會產(chǎn)生污水等良好的效果，這一工藝對于老火電廠的工藝改造非常適用。

1.2 粉煤灰性質(zhì)

粉煤灰是燃煤鍋爐燃燒后產(chǎn)生的尾部煙氣經(jīng)除塵后所捕集得到的細(xì)灰，是一種可以回收利用的固體廢棄物[1]。粉煤灰主要表現(xiàn)為球形或微珠的結(jié)合體，粉煤灰的比重在2.02～2.56之間，其直徑在1μm～100μm，煤粉灰主要是由非晶態(tài)的玻璃相所組成，結(jié)晶的礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦以及石灰和石膏等等。從微觀結(jié)構(gòu)來看，粉煤灰的孔隙率為60%～75%，比表面積通常為25 m2/g～50m2/g，粉煤灰的化學(xué)組分中含有氧化鈣、氧化鎂等堿性氧化物。正是粉煤灰所具有的上述物化特性，使其在煙氣脫硫中發(fā)揮了良好的功效。

2 煤粉灰脫硫工藝原理

煤粉灰是煤粉在高溫燃燒后的產(chǎn)物，經(jīng)歷了熔融、冷卻等物理化學(xué)過程，其粒度較細(xì)，表面疏松多孔，表面積大，質(zhì)量輕，具有一定的活性基團(tuán)[2]。煤粉灰脫硫便是利用了煤粉灰這種較強(qiáng)的吸附能力，從而達(dá)到凈化有害物質(zhì)的原理。

2.1 物理吸附

物理吸附是充分運(yùn)用了煤粉灰吸附系單分子層的吸附作用，吸附力主要是以煤粉灰中的分子間范德華力為主。煤粉灰中的粒徑很小，表面會有許多微孔和次微孔，這些孔結(jié)構(gòu)可以為煙氣吸附提供了理想的空穴。此外，物理吸附時粉煤灰顆粒表面能夠放熱，在低溫下也能很好的達(dá)到脫硫效果。

2.2 化學(xué)吸附

粉煤灰分子結(jié)構(gòu)中存在大量的Si-O以及A1-O活性基團(tuán)，這些物質(zhì)能夠與吸附質(zhì)化學(xué)鍵或離子發(fā)生結(jié)合，產(chǎn)生吸附效果，化學(xué)吸附的選擇性很強(qiáng)，化學(xué)吸附脫硫具有不可逆性。

2.3 中和反應(yīng)

中和反應(yīng)是指運(yùn)用粉煤灰組分中含有的CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等堿性物質(zhì)，達(dá)到中和火電廠氣體中的酸性成分，從而實現(xiàn)凈化酸性污染物氣體效果。

3 實驗及案例分析

3.1 高活性吸收劑制備

在消化器中把熟石灰和活性物質(zhì)以及粉煤灰等物質(zhì)放在一起，在加水等條件下實現(xiàn)消化，達(dá)到制備高活性吸收劑的效果。其中，要控制好各制備因素的合理搭配，以獲得可以用于脫硫脫氮的高吸收劑。實驗表明，由于氣-固反應(yīng)中的吸收劑比表面積的大小決定了反應(yīng)速率，因此，用粉煤灰所制成的脫硫劑在脫硫效果方面明顯要高于石灰脫硫劑，在石灰比和反應(yīng)溫度達(dá)到一定條件時，脫硫的效果超過了90%。

3.2 實驗步驟與結(jié)果

（1）實驗操作步驟：配制5份粉煤灰與氧化鈣混合漿液，待消化一段時間之后，開始進(jìn)行脫硫?qū)嶒灐嶒灂r，準(zhǔn)確量取無水亞硫酸鈉，放置于預(yù)先干燥的自制氣體發(fā)生器內(nèi)，待吸收液充滿脫硫塔后，緩慢加入濃硫酸，使之與無水亞硫酸鈉反應(yīng)。然后，再取50mL吸收液，過濾，移取10mL，用淀粉溶液做指示劑，用碘標(biāo)液滴定，計算吸收二氧化硫的量。通過以上實驗操作，分別對脫硫漿液消化時間和Ca/S比對脫硫率的影響進(jìn)行研究，找出最佳消化時間和最佳Ca/S比。（2）注意事項：由于每次只產(chǎn)生定量的二氧化硫反應(yīng)，所以一定要注意不能讓設(shè)備連接處漏氣，否則會對實驗結(jié)果影響較大；在產(chǎn)生氣體前，一定要用漿液將脫硫塔內(nèi)部先潤濕；實驗完畢后立即標(biāo)定吸收液，停置時間長會使亞硫酸根氧化成硫酸根；反應(yīng)前一定要將氣體發(fā)生器干燥[3]。

3.3 案例分析

（1）工藝流程。1986年，日本的北海道電力公司就開始研究粉煤灰脫除煙氣中的二氧化硫?qū)嶒灒壳霸摷夹g(shù)已經(jīng)在歐美發(fā)達(dá)國家達(dá)到了廣泛使用。日本北海道電力公司所采用的粉煤灰脫硫工藝，主要是先將除塵后的鍋爐煙氣放置在脫硫器中與粉煤進(jìn)行脫硫反應(yīng)，直到電廠煙氣中的二氧化硫被脫除之后才經(jīng)由煙囪對外排放。脫硫后沉積的產(chǎn)物在粉煤灰脫硫劑中一并在脫硫器中排出，排出的產(chǎn)物可以作為副產(chǎn)品再利用，另外一部分則摻入到飛灰中作為粉煤灰脫硫劑原料繼續(xù)使用。在該脫硫反應(yīng)器中，分為了預(yù)反應(yīng)器和主反應(yīng)器兩大類，其中粒狀的脫硫劑自上而下依次流動，穿過主反應(yīng)器和預(yù)反應(yīng)器之后，煙氣與其中的脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)交錯流動接觸，實現(xiàn)脫硫效果。（2）工藝效果。該工藝在實際應(yīng)用中的脫硫率超過了90%，石灰的利用率則達(dá)到了80%以上。由于采取的是固-氣反應(yīng)模式，當(dāng)粉煤灰對煙氣進(jìn)行脫硫之后，所產(chǎn)生的脫硫產(chǎn)物會被固定在粉煤灰當(dāng)中，達(dá)到了對粉煤灰物理性能的改善，提升了粉煤灰的利用效益，此外，還可以把產(chǎn)物作為造粒的粘接劑繼續(xù)使用，使廢棄物得到了充分的利用，創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)價值和環(huán)境效益。此外，該工藝屬于干式工藝，在運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生廢水，不需要對煙氣進(jìn)行再加熱，節(jié)約了使用成本。

4 結(jié)語

利用粉煤灰進(jìn)行脫硫，脫硫的效率大大提高，所使用到的石灰利用率也高。脫硫后不會產(chǎn)生廢渣、廢液等二次污染，具有很好的應(yīng)用前景，尤其對于干旱缺水的地區(qū)具有良好的推廣價值；脫硫之后的產(chǎn)物在沉積之后會被粉煤灰隨時帶出，鍋爐中的腐蝕和結(jié)垢問題得到了有效解決。粉煤灰經(jīng)過相應(yīng)的加工后，其理化性能得到了極大的改善，具有很好的商業(yè)推廣價值。尤其對于那些中小型燃煤電廠來說，通過改良水膜除塵器等設(shè)備，應(yīng)用粉煤灰漿液進(jìn)行煙氣脫硫，在粉煤灰與氧化鈣比值為4∶1～5.5∶1時，具有很好的脫硫效果，對于那些一時還無法新增脫硫設(shè)施的電場和環(huán)境保護(hù)來說是值得推廣的。

[1]呂梁,侯浩波.粉煤灰性能與利用[M]．北京：中國電力出版社, 1998.

[2]劉學(xué)倫,王孚懋,王霞.煤粉灰在環(huán)境過程中的應(yīng)用[J].山東環(huán)境, 2000（5）：58-59.

[3]許平賢.利用粉煤灰進(jìn)行煙氣脫硫技術(shù)的研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2013（9）：126.

生麗溫（1981—），女，漢族，吉林白山人，本科，主要從事大氣治理脫硫脫銷研究工作。