煤气化过程中硫的转化机理及控制技术_王强

加工技术的基础上发展起来的一种清洁的 新型燃料，具有燃烧稳定，污染排放少等优 点 ， 其 外 观 像 油 ， 流 动 性 好 ， 能 用 泵 输 送 。它 保留了煤的燃烧特性，又具备了类似重油 的液态燃烧的特点。 ２ ． ２ 燃烧后烟气脱硫技术
烟气脱硫技术主要是利用吸收剂或吸 附剂去除烟气中的ＳＯ２，并使其转化为稳定 的 硫 化 合 物 或 硫 酸 盐 。按 照 脱 硫 过 程 是 否 加水和脱硫产物的干湿状态，可分为湿法、 干法和半干法三类。
关键词： 煤气化 硫转化 控制
中图分类号： Ｔ Ｋ ２ ２ ９
文献标识码： Ａ
文章编号： １ ６ ７ ４ － ０ ９ ８ Ｘ （ ２ ０ １ １ ） ０ ７ （ ｂ ） － ０ １ ２ ８ － ０ １
１ 煤中硫的转化 在热解过程中，煤中硫的转化受到多
种 内 在 （ 如 硫 的 形 态 、煤 的 有 机 结 构 、煤 中 的矿物质等） 及外在因素（ 如温度、气氛、加 热速率等）的影响。 １ ． １ 煤中无机硫的转化
科技创新导报 ２０１１ ＮＯ．２０ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 煤气化过程中硫的转化机理及控制技术
工 程 技 术
王强 （ 河南恩ห้องสมุดไป่ตู้高科集团有限公司 河南郑州 ４ ５ ０ ０ ５ ２ ）
摘 要： 本文分析了煤燃烧过程中无机硫和有机硫的转化机理并对目前常用的脱硫技术进行了总结。
１ ２ ８ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
３ 结语 分析了煤燃烧过程中无机硫和有机硫
的转化机理，并在此基础上总结了目前三 类 常 用 的 脱 硫 过 程 ， 即： 燃 烧 前 脱 硫 、燃 烧 后烟气脱硫和燃烧中脱硫。
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煤中的无机硫主要包括硫酸盐硫和黄 铁 矿 硫 。因 为 硫 酸 盐 硫 在 煤 中 的 含 量 很 低 ， 而且硫酸盐硫属不可燃硫，不会造成燃煤 污染， 故研究很少。纯黄铁矿的热分解受到 一 定 的 热 力 学 限 制 ， 研 究 表 明 ： 在 Ｎ ２、Ｈ ２或 ＣＯ气氛下室温条件下黄铁矿不可能分解， 只能在高温下发生分解；此外，黄铁矿的结 晶 状 态 、晶 体 结 构 的 扭 曲 程 度 都 会 影 响 到 自身的热分解温度［１］。 １ ． ２ 煤中有机硫的转化
（２）煤粉炉直接喷钙脱硫技术 炉内喷钙 燃烧脱硫技术是指向锅炉炉膛内直接喷射 ＳＯ２气体吸着剂，使之与ＳＯ２气体在高温下发 生 反 应 ， 生 成 固 体 硫 酸 盐 随 灰 分 排 出 。［ ７ ］
（３）循环流化床燃烧脱硫技术 循环流 化床燃烧技术由于固体物料在炉内的内部
循环和外部循环，炉内温度处在脱硫剂的 最佳脱硫温度范围内，脱硫剂在炉内的停 留时间大大延长，同时也提高了床内脱硫 剂颗粒的浓度；此外，床料之间以及床料与 床 壁 之 间 的 磨 损 、撞 击 使 脱 硫 剂 颗 粒 表 面 产物层变薄或使脱硫剂分裂，有效地增加 了脱硫剂的反应比表面积，使脱硫剂的钙 利 用 率 得 到 相 应 地 提 高 。因 而 循 环 流 化 床 锅炉在不增加额外脱硫设备和较低的运行 费 用 下 就 能 够 清 洁 地 燃 烧 高 硫 煤 。［ ８ ］
（２）型煤加工固硫技术 将不同的原料 经筛分后按照一定的比例配煤，粉碎后同 经过预处理的粘结剂和固硫剂混合，经机 械设备挤压成型及干燥，即可得到工业固 硫型煤。将粉煤加工成型煤， 比燃烧散煤减 小ＳＯ２排放量４０％～６０％，还能提高锅炉出力 １ ０ ％ ～ ３ ０ ％ 。［３］
（３）水煤浆技术 水煤浆是在原煤洗选
（１）湿法脱硫技术 湿法烟气脱硫技术就 是指向特定的脱硫装置中的烟气喷洒含有 吸收剂的浆液，使ＳＯ２气体与浆液中的吸收 剂发生反应，湿状态下对反应产物进行处 理 。主 要 包 括 ： 石 灰 石 （ 石 灰 ） － 石 膏 法 、磷 氨 复 合 肥 （ Ｐ Ａ Ｆ Ｐ ） 法 、钠 碱 法 、氨 吸 收 法 等 。［ ３ ］
燃烧过程中脱硫主要是指当煤在炉内 燃烧的同时向炉内喷入脱硫剂，脱硫剂在 炉内较高温度进行自身锻烧，锻烧产物与 煤燃烧产生的ＳＯ２发生反应，生成硫酸盐， 以灰渣的形式排出炉外， 达到脱硫目的。煤 燃烧中脱硫技术主要有以下几个方向：
（１）煤气化联合循环系统 在该系统中， 煤与气化剂首先在气化炉内反应生成燃料 气 ， 然 后 送 入 燃 气 轮 机 系 统 燃 烧 。在 气 化 时，煤 中 的 硫 及 氮 、氯 等 分 别 生 成 Ｈ２Ｓ、ＮＨ ３、 Ｓ Ｏ ２、Ｈ Ｃ ｌ ， 经 过 常 规 的 方 法 可 以 脱 除 至 非 常 低的水平。［６］
２ 控硫技术 世 界 各 国 开 发 、研 究 、使 用 的 Ｓ Ｏ ２ 控 制 技
术己达１ ８ ９种。这些技术概括起来可分为三 类， 即燃烧前脱硫、燃烧后烟气脱硫和燃烧 中脱硫。 ２ ． １ 燃烧前脱硫技术
燃烧前脱硫主要是指原煤脱硫，即采 用 物 理 、化 学 或 者 生 物 的 方 法 对 锅 炉 使 用 的原煤进行清洗，去除原煤中所含的硫分、 灰分等杂质，使煤得以净化。
（２）干法烟气脱硫技术 干法烟气脱硫 技术是指直接向烟气中喷入干的脱硫剂颗 粒，使其与ＳＯ２气体发生硫化反应，从而将 硫固定在脱硫剂中，然后再对干的脱硫产 物进行处理。该技术主要有： 炉膛干粉喷射 脱 硫 法 、高 能 电 子 活 化 氧 化 法 、荷 电 干 粉 喷 射脱硫法等。［４］
（３）半干法烟气脱硫技术 半干法烟气 脱硫技术是一种脱硫剂在干燥状态下脱 硫、在湿状态下再生（ 如水洗活性炭再生流 程） 或者在湿状态下脱硫、在 干 状 态 下 处 理 脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。 若将该法与布袋式除尘器配合使用，则效 果更明显。［５］ ２ ． ３ 燃烧中脱硫技术
（１）煤炭洗选技术 洗选煤是除去或减 少 原 煤 中 所 含 的 硫 分 、灰 分 等 杂 质 的 一 种 方法，燃用洗煤可提高热效率和可靠性，选 煤 技 术 分 物 理 法 、化 学 法 和 微 生 物 法 三 种 ， 目 前 我 国 广 泛 采 用 的 是 物 理 选 煤 方 法 。物 理 选 煤 技 术 主 要 是 利 用 清 洁 煤 、灰 分 、黄 铁 矿的比重不同，以去除部分灰分和黄铁矿 硫 ， 但 不 能 除 去 煤 中 的 有 机 硫 。［ ２ ］
煤中有机硫的存在远比无机硫形态复 杂 ， 其 对 热 的 稳 定 性 差 别 也 很 大 。一 般 认 为 ， 脂 肪 族 的 硫 醇 （ Ｒ Ｓ Ｈ ）、硫 醚 （ Ｒ Ｓ Ｒ ′ ） 在 相 对低的温度下析出，而芳香族的硫醇和硫 醚在较高温度下析出，而芳构化的噻吩结 构的有机硫则相当稳定，在９５０℃时的析出 仍很低。