第九章 煤炭燃烧前与燃烧中的脱硫技术简介.ppt

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目前微生物脱硫的主要方法: 1)浸出法; 2)表面 氧化法
第二节 煤炭燃烧中的脱硫技术
煤在燃烧中的脱硫技术,归根结底是在煤的燃烧过 程中加入脱硫剂,使其在燃烧中与SO2反应生成硫酸 盐,随灰渣排出的方法。 目前,在国内外煤燃烧中的脱硫技术,主要有:型 煤固硫技术、循环流化床炉内燃烧脱硫技术、炉内 钙固硫技术等。
2 HCl + Ca(OH)2---------->CaCl2 * 2 H2O 2 HF + Ca(OH)2---------->CaF + 2 H2O Ca(OH)2 + CO2---------->CaCO3 + H2O
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术
流化床燃烧技术自1962年问世以来,已发展为鼓泡流 化床锅炉、循环流化床锅炉、增压流化床锅炉等多种 动力设备。
一、型煤固硫技术
1.型煤固硫剂的选择原则
工业型煤固硫按固硫剂的化学形态可分为钙系、钠系及其 他三大类。其特点是: (1)来源之泛、价格便宜; (2)碱性较强,对SO2具有较高的吸收能力; (3)热化学性能稳定,与SO2反应生成硫酸盐在炉温下不 易发生热分解; (4)不产生臭味和刺激性有毒二次污染物质; (5)加入量少,不影响工业锅炉炉窑对发热量的需求。
一、煤中硫的性质
2.无机硫
煤中的无机硫由矿物质中各种硫化合物组成,主要以硫铁 矿硫的形成存在,还有少量的硫酸盐硫。 硫铁矿硫:主要以黄铁矿硫(FeS2)为主,约占50%以上; 还有白铁矿硫、砷黄铁矿硫、黄铜矿硫、磷黄铁矿硫等。 硫酸盐硫:有石膏(CaSO4·2H2O)、绿矾(FeSO3·7H2O)、 方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)、重晶石(BaSO4)等。
二、炉内加钙固硫剂技术
2. 炉内喷钙脱硫技术的优缺点
优点:设备简单,改造工作量小,初投资低,占地面 积小,不产生废水,运行操作简单。 缺点:脱硫效率相对较低,且对锅炉有不利的影响, 有引起炉内结焦、受热面磨损的潜在威险。 适用场合:较适合于中小容量老机组的脱硫改造,可 以处理相当于200MW锅炉以下的烟气量。。
一、煤中硫的性质
4.煤中硫的分布规律
在炼焦煤中全硫分布以气肥煤中含硫最高,为3.41%, 依次是肥煤(1.68%)、贫瘦煤(1.63%)、焦煤 (1.45%)、瘦煤(0.89%)、气煤(0.65%)、1/2 中粘煤(0.55%)、1/3焦煤(0.53%)。目前成熟的 脱硫技术可分为四大类:即煤燃烧前脱硫、燃烧中 脱硫、燃烧后脱硫煤转化形态脱硫。
二、炉内加钙固硫剂技术
炉内喷钙脱硫工艺
提高脱硫效率的措施:尾部增湿活化,脱硫效率最高 可达70%左右。
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术
1.循环流化床炉内燃烧脱硫技术工艺
循环流化床锅炉(CFBC)是指利用高温除尘器将飞出 的物料再返加炉膛内循环利用的流化燃烧方式。
这种燃烧方式将石灰石等廉价的原料与煤粉碎成同样 的细度,与煤在炉中同时燃烧,在800~900℃时,石灰 石受热分解出CO2形成多孔的CaO与SO2反应生成硫酸钙 进入灰渣中,达到脱硫目的。
反应产物:硫酸钙和 亚硫酸钙,随烟气与 部分未反应的石灰带 离开锅炉,由静电/布 袋除尘器将其与飞灰 一起除去。
脱硫效率:在Ca/S比 为1.5~2时,炉内脱 硫可达40~50%;在 Ca/S比为3~4时脱硫 效率可达50~60%。
二、炉内加钙固硫剂技术
CaO对SO2的吸收包括如下几个过程: (1)SO2 从主气流向颗粒外表面转移的气相传质; (2)SO2在多孔介质内的扩散; (3)SO2在孔壁上的吸附; (4)SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成; (5)SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散。
一、煤中硫的性质
3.全硫
煤中硫可分为可燃硫和不可燃硫。如:煤中的有机硫、硫 铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧,通称可燃硫;在煤燃 烧过程中不可燃硫仍旧残留在煤灰中,又叫固定硫,如硫 酸盐就是固定硫。
以上各种硫总和称全硫St,即全硫(St)是硫酸盐硫 (Ss)、硫铁矿硫(Sp)、单质硫(Se1)和有机硫(S0) 的总和。记作:St=Ss+Sp+Se1+S0 煤中硫绝大部分是可燃硫,即可以在燃烧中转变为气态 SO2的;进入灰渣中的不可燃硫(Ss)很少。
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术 (3)增压流化床燃烧
一、 1.
炉内加固硫剂脱硫技术, 是将固硫剂直接加入锅炉 中而不是和煤混合压制成型煤, 加入的方法可以粉 状也可以浆状, 加入的部位也可不同。显然, 炉内 加固硫剂固硫和型煤固硫原理是相同的。
1.炉内喷钙技术原理
粉状钙基物质喷入炉膛立即置于高温环境中而发生 分解,产生具有反应能力的石灰颗粒,吸收烟气中 的SO2。
影响脱硫效率的主要因素,在通常情况下,当流化速 度一定时,脱硫率随Ca/s摩尔比增大而增大;当Ca/s一定 时,脱硫率随流化速度降低而升高。
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术
循环流化床燃烧技术是一种高效、低污染ห้องสมุดไป่ตู้燃烧技术。 主要特点是: (l)煤种适应性好。 (2)节省燃料。 (3)清洁燃烧、保护环境。 由于燃烧条件好,降低飞灰的含碳量和黑度,对于高 硫煤,可以通过添加石灰石进行典型的炉内脱硫,降 低SO2的排放量,可以减轻尾部受热面的腐蚀。由于流 态化燃烧于低温燃烧,可以有效地减少NOx 的生成。
二、煤炭的物理脱硫技术
4.高梯度强磁分离煤脱硫技术
该技术的原理基于,煤中所含的有机硫为逆磁性,而大部 分无机硫为顺磁性。干法强磁分离脱硫以空气为载流体, 使煤粉均匀分散于空气中,然后使其通过高梯度强磁分离 区,顺磁性黄铁矿等被聚磁基质捕获,从而被脱出,其他 有机物通过分离区成为精煤产品。
用于高硫煤,干法磁脱硫技术可生产硫铁矿,变废为宝, 降低脱硫成本。
一、型煤固硫技术
1.型煤固硫剂的选择原则
常用的钙系固硫剂有:金属氧化物如CaO、MgO等; 氢氧化物如Ca(OH )2、Mg(OH)2等;盐类如 CaCO3、MgCO3等;
钠系固硫剂有:氢氧化物如NaOH, KOH等;盐类 如Na2CO3、K2CO3等。
电石渣:电石渣的成分为Ca(OH)2和CaO等。实 为钙系固硫剂。其固硫原理与石灰石等是类似的, 而固硫效果好于石灰石。
一、煤中硫的性质
1.有机硫
(1)硫醇类R一SH(叫疏基); (2)硫化物或硫醚类R一S一R' ; (3)含噻吩环的芳香体系,如噻吩、苯并噻吩、二苯 并噻吩、萘并苯并噻吩等; (4)硫醌类,如对硫醌等; (5)二硫化合物RSSR'或硫蒽类等。 其中,R和R'表示烷基和芳基。
在这几类有机硫中,属噻吩类有机硫中的二苯并噻吩脱硫 最为困难,其次是噻吩、苯并噻吩、萘并苯并噻吩等。
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术
尾部烟气循环流化床脱硫技术
Ca(OH)2 + SO2---------->CaSO3 * ½ H2O + ½ H2O
CaSO3 * ½ H2O + ½ O2 ---------->CaSO4 * ½ H2O
Ca(OH)2 + SO3---------->CaSO4 * ½ H2O + ½ H2O
目前国内外普遍采用磁铁矿粉与水配置的悬浮液作为选煤 的分选介质。
二、煤炭的物理脱硫技术
3.浮选选煤
浮选是在气-液-固三相界面的分选过程,它包括在水 中的矿粒黏附到气泡上,然后上浮到煤浆液面并被收入 泡沫产品的过程。矿粒能否黏附到气泡上取决于水对该 矿粒的润湿性。当水对矿粒表面只有很少的润湿性,该 表面称为疏水表面,气泡粒能黏附到该表面上。反之, 润湿性强的表面,称为亲水表面,气泡就难以或甚至不 能黏附在其上面。煤对水有较强的润湿性,具有天然的 可浮性,而煤中的灰分和黄铁矿的润湿性和可浮性较弱, 通过浮选设备把精煤选出。浮选主要用于处理粒径小于 0.5 mm的煤粉。
第9章煤炭燃烧前与燃烧中 的脱硫技术简介
主要内容
了解煤中硫的性质 了解煤炭燃烧前的物理脱硫技术 了解煤炭燃烧中的型煤固硫技术,炉 内加钙固硫技术,循环流化床炉内脱 硫技术
第一节 煤炭燃烧前的脱硫技术
煤的典型组分(质量百分数)包括:65%~95%碳、 2%~7%氢、25%氧、0.1%~10%硫、1%~20% 水等。 我国煤的硫分变化范围较大,从0.1%到10%都有。 从总体上看,我国属于硫煤储量较多的国家。据统 计,我国煤炭资源中大约有30%的煤含硫量在2% 以上,尤其西南地区有些煤田含硫高达10%。
二、煤炭的物理脱硫技术
1.跳汰选煤
跳汰分选是各种密度、粒度和形状的物料在不断变化的 流体作用下的运动过程。
按产生脉动水流的动力源的不同,可分为活塞跳汰机、 无活塞跳汰机和隔膜跳汰机。无活塞跳汰机中的水流的 脉动是利用压缩空气来推动的。
目前工业上用得最多的是侧鼓卧式风阀跳汰机和筛下空 气室跳汰机,它们均属于筛跳汰机。
一、型煤固硫技术
2.钙系固硫剂的固硫机理
钙系固硫剂在燃煤过程中的主要反应为:
石灰石和白云石需先热分解成CaO才能有效固硫,由其煅烧温度可知,用 于850~950℃温度范围内的循环流化床锅炉内脱硫最为合适。 若单独用于型煤固硫,因石灰石分解吸热有助于扼制燃烧温度,高温固硫 性能会有一定改善。
二、炉内加钙固硫剂技术
二、炉内加钙固硫剂技术
钙基脱硫剂:主要为石灰石(CaCO3)、熟 石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3- MgCO3
煅烧反应为: CaCO3→CaO+CO2↑ Ca(OH)2→CaO+H2O↑ CaCO3-MgCO3→CaO+MgO+2CO2↑
煅烧产物CaO与SO2 可发生如下反应: CaO+SO2→CaSO3 CaSO3+1/2CaO2→CaSO4
二、煤炭的物理脱硫技术
2.重介质选煤
重介质选煤的基本原理是阿基米得原理,即浸没在液体中 的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的液体的重 量。因此,如果颗粒的密度大于悬浮液密度(ρ),则颗粒 将下沉;小于ρ时,颗粒上浮;等于ρ时,颗粒处于悬浮状 态。当颗粒在悬浮液中运动时,除受到重力和浮力作用外, 还将受到悬浮液体的阻力作用。对最初相对悬浮液作加速 运动的颗粒,最终将以其末速度相对悬浮运动。颗粒越大, 相对速度越大,分选速度越快、分选效率越高。
二、煤炭的物理脱硫技术
物理脱硫方法,主要原理是利用净煤、灰分、黄铁 矿的比重不同和磁性不同,以去除煤中黄铁矿硫的 方法,但不能去除煤中的有机硫,因此它更适用于 高硫煤。
物理脱硫方法应用最为广泛的是跳汰选煤,其次是 重介质选煤、浮选选煤和风力选煤法;
近年来研究和开发的热门技术,则是高梯度强磁法 和微波辐射法选煤新技术。
一、煤中硫的性质
4.煤中硫的分布规律
全硫含量低于0.5%以下的超低硫煤,煤中硫多数以有机硫 为主,主要来自原始植物中的蛋白质;全硫含量高于2% 的高硫煤,绝大多数煤中硫都以无机硫为主,而且绝大部 分是以黄铁矿硫的形态存在,少数以白铁矿硫形态存在。 即大约60%~70%为硫铁矿硫,30%~40%为有机硫;又 有少数特殊的高硫煤中的硫是以有机硫为主的。而通常煤 中硫酸盐硫的含量一般不超过0.1%~0.2%,且近乎为一 恒量。
三、煤炭的化学脱硫技术
化学脱硫方法可分为物理化学脱硫方法和纯化学脱 硫方法。 物理化学脱硫方法即浮选方法。
纯化学脱硫方法主要包括:碱法脱硫、气体脱硫、 热解与氢化脱硫、氧化法脱硫等。
四、煤炭的生物脱硫技术
用微生物脱除煤中黄铁矿硫,其主要作用是使无机 硫氧化、溶解而脱除。
有两种作用形式:一是微生物的直接作用;二是中 间产物引起的纯粹化学作用。
(l)鼓泡流化床燃烧
我国在鼓泡流化床锅炉发展阶段,着眼点是利用常规 锅炉无法燃用的劣质燃料,为充分利用能源资源开辟 新途径,但并未考虑脱硫问题。
鼓泡流化床锅炉存在飞灰含碳量大、燃烧效率相对较 低、脱硫所需Ca/S比大、受热面和炉墙磨损较为严重, 以及截面热负荷限制了向大型化发展等问题。
三、循环流化床炉内燃烧脱硫技术 (2)循环流化床燃烧
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