硫氧化物主要指SO2、SO3等气体, 循环流化床燃煤烟气中主要污染物是SO2。SO2对人体的危害很大, 主要引起呼吸道疾病, 它和粉尘结合在一起进入人体肺部, 引起各种恶性疾病。SO2对人体的最大危害是在湿度较大的空气中, 它可以由锰和三氧化二铁等催化而变成硫酸雾, 这时其毒性将比它本生大10倍。SO2在太阳紫外线和某些粉尘颗粒的作用下, 经过一系列的光化学反应, 变成SO3, 然后与空气中的水蒸气相遇, 变成硫酸, 随雨水降落形成酸雨。酸雨会造成树木森林枯黄、粮食减产、建筑物腐蚀, 不仅会对金属及其制品造成腐蚀, 还会使纸制品丝制品皮革制品变质、变碎、和破碎。酸雨本身带有金属毒物渗入土壤, 进入水体, 经过食物链, 将对人体健康构成长期的潜在的严重的危害。
重庆市是我国酸雨危害最严重的城市, 据统计, 2007年重庆市二氧化硫排放量82.62万吨, 主城区降水pH均值为4.53, 酸雨频率为66.9%, 每年因酸雨造成的经济损失高达5.48亿元。随着酸雨频率、范围、酸性逐年增大, 对环境的影响也越来越明显。
循环流化床燃烧技术作为一种资源综合利用和环保节能型燃煤技术受到国内外普遍重视, 但同时循环流化床燃烧产生的污染物SO2也对环境带来了较大的影响, 如何减少SO2的排放浓度就成了循环流化床燃烧必须解决的问题。
脱硫剂粒度和粒径分布对脱硫效率有较大影响。减少脱硫剂的粒径, 脱硫气固反应的表面积增大, 微孔内的等效孔长度减短、扩散阻力减小, 脱硫效率提高。特别是对于我厂的循环流化床采用较小的脱硫剂粒径时, 脱硫效率更好。但为了防止石灰石在炉内扬析逃逸并增加静电除尘器负担, 同时造成脱硫效率下降, 石灰石也不能太细。另有测试结果表明:如果给煤粒度较大时, 不仅颗粒破碎和磨损情况加剧, 而且不利燃烧, 也不利于脱硫。反之, 给煤粒度过小, 或煤中细粒份额太大也都会使脱硫效率下降。
我厂流化床燃烧过程中一般采用石灰石作为脱硫剂。一般我们应该选择CaO含量高且煅烧后孔隙结构好的石灰石作为脱硫剂。研究认为:较好的孔隙结构是煅烧后脱硫剂内部大孔和小孔的匹配合理, 既有小孔使脱硫反应的表面积增大、初始反应速度较大, 又有大孔使气体扩散阻力较小、扩散反应速度较大。
投入炉膛脱硫剂的数量通常用Ca/S摩尔比表示, 在其它工况相同的情况下随着Ca/S摩尔比的增加, 脱硫效率增加, 并且当Ca/S摩尔比小于205时, 脱硫效率增加的很快, 当继续增加Ca/S摩尔比时, 脱硫效率缓慢增加。不仅如此, 继续增加Ca/S摩尔比时会带来其它副作用, 如增加灰渣物理热损失、增加磨损, 还影响燃烧工况, 并且多余的CaO还会使NOX排放增加。因此存在一个较经济的Ca/S值, 对于循环流化床来说Ca/S摩尔比一般在1.5~2.5的范围内, 我厂也不例外。
机理性试验表明:燃烧脱硫与氧浓度的关系并不大, 在循环流化床中由于脱硫剂一般处于氧化性气氛中, 研究表明过量空气系数单独对SO2并无多大影响, 除非在氧浓度很低的条件下才可能降低石灰石的利用率;另外周期性的氧化性和还原性气氛对脱硫效率也不构成很大影响。
流化床中床温变化时会改变脱硫反应的速度、改变脱硫反应产物的结构分布及孔隙堵塞特性, 从而影响脱硫效率和脱硫剂利用率。常用脱硫剂的最佳温度在830°~930°之间, 当温度离开这一范围后, 脱硫效率会明显下降。当温度高于1000°时, CaO的高温烧结迅速增强, 使反应比表面积迅速减小脱硫效率下降。当温度低于800°时, 脱硫反应速度较慢并且产物层扩散系数也很小, 脱硫效率下降。但从燃烧效率、CO排放上考虑, 应选择高于900°的床温比较合适。
对于现有的流化床锅炉, 从操作角度看改变风速即意味着改变负荷、改变空气量或一二次风比。分析与实验均表明:只有在风速对流化状态、细颗粒扬析夹带、磨损、气固接触情况构成较大影响时, 才会明显改变脱硫效果, 即风速对脱硫是一种弱影响因素。
实践证明:随着循环倍率的升高, 达到一定脱硫效率的所需的石灰石投料量下降, 也就是说, 循环倍率越高, 脱硫效率越高, 因为飞灰的再循环延长了石灰石在床内的停留时间, 提高了脱硫剂的利用率;提高循环倍率同时还提高了悬浮空间的颗粒浓度, 使脱硫效率升高, 但悬浮空间颗粒浓度大于30kg/m3后进一步增加循环倍率时脱硫效率增加缓慢, 因为此时细颗粒逃逸的可能性增加, 密相区颗粒浓度也有可能稍有减小, 而使总体的气固反应物在接触中吸收的总量基本保持不变。
给料方式可分为同点给入和异点给入, 床上给入或床下给入;从给料方位和机构看, 有前墙给入、后墙给入、两侧墙给入和循环回路密封器给入等方式。从实际运行经验中我们知道石灰石应该与煤同点给入, 才能达到令人满意的脱硫效果。
在循环流化床锅炉燃烧中, 加石灰石等吸收剂使SO2固定在稳定的CaSO4之中是一种直接而廉价的降低SO2排放的措施而降低氮氧化物的基本构想则是通过还原或分解最终使NO和N2O转变为稳定的N2由于SO2、NO和N2O都是对环境有明显危害的污染气体, 单独降低其中某一组分都不是最终母的, 更何况在燃料硫和燃料氮的反应系统之内存在着如此密切的联系和相互影响。因此人们认识到, 必须同时降低循环流化床的氮、硫氧化物及其他有害气体的排放。实际中, 降低SO2的措施往往会导致NxO排放的升高, 降低NO的措施会造成N2O的排放的增加。这就要求我们从整体考虑, 如何从优化设计和运行的角度考虑同时降低SO2、NOx的排放。同时降低上述各种污染物的要点是。
(1) 将运行床温提高到900℃左右; (2) 将过量空气系数降至1.10~1.20之间; (3) 实施分段燃烧; (4) 仔细选择脱硫剂品种和颗粒度; (5) 注意利用炉膛悬浮空间和旋风分离器的脱硫脱氮潜力。
总之, 只要重视炉内的各个功能区域合理的地采取控制措施, 可以同时降低各种污染气体排放, 也就能大大减少循环流化床燃烧给大自然和人类生活环境带来的不利影响。
摘要：循环流化床燃烧技术作为一种资源综合利用和环保节能型燃煤技术受到国内外普遍重视, 但同时循环流化床燃烧产生的污染物SO2等也对环境带来了较大的影响, SO2对人体危害较大, 长期吸入可引起各种恶性疾病, 同时由SO2演变成的酸雨对树木、粮食、建筑物、以及土壤水体也带来了严重的影响。如何减少SO2的排放浓度就成了循环流化床燃烧必须解决的问题。
关键词：硫氧化物,危害,控制措施
[1] 路春美, 程世庆, 王永征.循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社.
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