水煤漿燃燒固硫技術(shù)概述

　　摘 要：文章主要對(duì)水煤漿固硫技術(shù)——固硫機(jī)理、固硫劑及其助劑等的研究現(xiàn)狀做了概述，并對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出展望。
　　關(guān)鍵詞：水煤漿 固硫 固硫劑
　　中圖分類(lèi)號(hào):F407.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
　　文章編號(hào):1004-4914(2011)01-033-02
　　
　　一、水煤漿固硫的意義及概況
　　在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占一次能源的75%以上，并且這種能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本性變化。煤炭燃燒產(chǎn)生的SO2嚴(yán)重的污染著大氣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)當(dāng)前的大氣污染中，SO2的87%來(lái)自于煤的燃燒，酸雨的覆蓋面積已占國(guó)土面積的1/3，如何清潔高效的利用煤已成為我國(guó)能源的首要問(wèn)題。
　　水煤漿作為一種前景廣闊的代油新燃料，無(wú)論從儲(chǔ)存、運(yùn)輸，煙塵控制，硫的析出速度，固硫效率等各方面都要優(yōu)于煤炭，固硫型水煤漿的開(kāi)發(fā)與利用對(duì)大氣污染的防治具有十分重要的意義。
　　目前，煤炭固硫技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已多有報(bào)道，水煤漿固硫技術(shù)也有越來(lái)越多的研究，但多局限于燃燒后的煙氣脫硫和燃燒前對(duì)煤的凈化，這些技術(shù)都需要龐大的設(shè)備支持，大大增加了煤炭利用成本，實(shí)際應(yīng)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(yùn)行簡(jiǎn)單，脫硫效果好等特點(diǎn)。針對(duì)石油資源緊張，燃煤污染嚴(yán)重而且運(yùn)輸不便等特點(diǎn)，固硫型水煤漿能否在工業(yè)上推廣、應(yīng)用成為亟待解決的問(wèn)題。
　　二、水煤漿固硫技術(shù)研究現(xiàn)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(duì)固硫技術(shù)的研究主要集中在水對(duì)煤漿的硫析出動(dòng)態(tài)、固硫機(jī)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(jī)理研究現(xiàn)狀。固硫型水煤漿與煤燃燒固硫機(jī)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(duì)燃燒溫度要比煤粉低。
　　馮云崗等對(duì)水煤漿硫析出動(dòng)態(tài)性進(jìn)行了分析，認(rèn)為煤中有機(jī)硫與無(wú)機(jī)硫在低溫與高溫時(shí)分為倆個(gè)階段析出，400℃左右有機(jī)硫開(kāi)始析出，在溫度達(dá)到1000℃無(wú)機(jī)硫開(kāi)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(shí)間后才能分解。
　　姚強(qiáng)等對(duì)水煤漿的燃燒固硫機(jī)理作了研究，認(rèn)為水煤漿燃燒固硫可分為蒸發(fā)和結(jié)團(tuán)、揮發(fā)分析出及燃燒階段、焦炭燃燒階段三個(gè)階段，開(kāi)始受熱階段水分蒸發(fā)，固硫劑顆粒與煤粉形成小的顆粒團(tuán)，在溫度繼續(xù)升高時(shí)CaCO3開(kāi)始分解，煤中的硫也開(kāi)始析出生成H2S、少量SO2并于CaO反應(yīng)形成CaS、CaSO3。最后開(kāi)始燃燒生成的SO2與CaO反應(yīng)生成CaSO4。
　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)水煤漿燃燒固硫原理就是煤燃燒生成的SO2與固硫劑反應(yīng)生成硫酸鹽，達(dá)到固硫的目的。
　　2.固硫劑研究現(xiàn)狀。對(duì)煤粉來(lái)說(shuō)，選擇固硫劑的依據(jù)是成本低，來(lái)源廣，固硫效率高，而在研究水煤漿燃中固硫時(shí)，不但要考慮固硫劑的經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)外采用的水煤漿固硫劑多數(shù)為鈣基固硫劑，它表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)就是：來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、固硫效果好。
　　鈣基固硫劑包括有機(jī)鈣固硫劑與無(wú)機(jī)鈣固硫劑，種類(lèi)不同對(duì)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(duì)水煤漿性能影響的研究過(guò)程中，劉建忠等認(rèn)為，有機(jī)鈣對(duì)水煤漿的性能影響要遠(yuǎn)大于無(wú)機(jī)鈣。分子量較小、不易和水結(jié)合的物質(zhì)更易做固硫劑。
　　唐海香等對(duì)CaCO3、CaO、Ca(OH)2三種鈣基固硫劑進(jìn)行了固硫?qū)嶒?yàn)對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)，三種鈣基固硫劑固硫效率的次序?yàn)镃aO3cDr6WFiq9dIM/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(diǎn)，有利于固硫型水煤漿的管道運(yùn)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(duì)BaCO3、CaCO3兩種固硫劑進(jìn)行了固硫?qū)嶒?yàn)，發(fā)現(xiàn)BaCO3、與CaCO3都能起到固硫作用，BaCO3固硫效果要優(yōu)于CaCO3，但考慮到BaCO3的價(jià)格昂貴，不適用大量工業(yè)應(yīng)用，CaCO3卻原料易得，性?xún)r(jià)比高。
　　NaOH高溫分解生成的NaO2能與燃燒產(chǎn)物SO2反應(yīng)，但其固硫產(chǎn)物分解溫度低，固硫效果差。霍永春等研究Ca(OH)2與NaOH的對(duì)比固硫?qū)嶒?yàn)時(shí)認(rèn)為，NaOH在高溫下分解為NaO2，NaO2在燃燒過(guò)程中升華為氣態(tài)，容易隨煙氣流失，當(dāng)經(jīng)過(guò)管道降溫后能一定程度脫去煙氣中的硫，但其產(chǎn)物在管壁粘結(jié)，容易造成管道堵塞，而且其固硫產(chǎn)物分解溫度低，固硫效果差等因素都導(dǎo)致NaOH不宜單獨(dú)作為固硫劑使用。但是NaOH卻可與CaCO3同時(shí)使用，做為助劑NaOH可提高CaCO3的固硫效果。
　　3.固硫助劑研究現(xiàn)狀。雖然鈣基固硫劑對(duì)水煤漿的固硫效果很好，但在高溫下（溫度>1000℃），固硫產(chǎn)物CaSO4開(kāi)始分解重新生成SO2，致使固硫效果明顯下降，為了增強(qiáng)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(duì)固硫型水煤漿中加入Al2O3、Fe2O3、TiO2等金屬氧化物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)不同金屬氧化物對(duì)水煤漿的固硫效果有著不同程度的影響，三種物質(zhì)對(duì)水煤漿固硫都具有促進(jìn)作用，通過(guò)對(duì)其灰渣的分析，其促進(jìn)機(jī)理為，在燃燒過(guò)程中，非晶態(tài)物相增多，高溫熔融后包裹在固硫產(chǎn)物CaSO4的表面，降低CaSO4分解速率，同時(shí)對(duì)SO2的逸出起到抑制作用。對(duì)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(fù)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(xué)者們也做了研究，發(fā)現(xiàn)硫分、燃燒溫度、鈣硫比等因素對(duì)固硫效果也起到一定的影響。
　　三、水煤漿固硫應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析
　　雖然水煤漿燃燒固硫技術(shù)在試驗(yàn)中被大量的研究，但在工業(yè)上卻沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，2000年2月，我國(guó)第一臺(tái)固硫型水煤漿示范鍋爐在北京燕山石油化工（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力事業(yè)部第三熱電站點(diǎn)火成功，該鍋爐在燃燒過(guò)程中固硫率高達(dá)98.5，產(chǎn)出的灰渣還可以用于磚和水泥的制造，完全達(dá)到環(huán)保要求，而且燃燒費(fèi)用比燃燒油渣每天節(jié)約3.36萬(wàn)元左右，經(jīng)濟(jì)效益高。
　　從此示范來(lái)看，固硫型水煤漿適于在工業(yè)上應(yīng)用，但在隨后的幾年時(shí)間固硫型水煤漿在工業(yè)上的應(yīng)用卻很少報(bào)道，分析其未能在工業(yè)上廣泛應(yīng)用原因，一是人們的環(huán)保意識(shí)不夠高，目前，我國(guó)處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，但是人們?cè)诃h(huán)保方面的思想覺(jué)悟和道德水平跟不上時(shí)代發(fā)展的步伐，“先污染后治理”的思想制約著我國(guó)民的環(huán)保理念，另一方面，我國(guó)的環(huán)保政策及環(huán)保宣傳的實(shí)施力度也不夠大，不能夠加深人們對(duì)清潔生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)。但最重要的還是我國(guó)的固硫技術(shù)不夠成熟，雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)研究較多，但多局限于實(shí)驗(yàn)室階段，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的許多因素考慮不夠周全，致使在工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題較多，而得不到普及。
　　四、結(jié)論與展望
　　水煤漿固硫技術(shù)走過(guò)了10多年的發(fā)展歷程，學(xué)者們對(duì)固硫劑及固硫劑的復(fù)配做了大量的研究，但在技術(shù)上仍有欠缺，高溫條件下固硫產(chǎn)物的分解對(duì)固硫效率有很大的影響。固硫劑的加入對(duì)水（下轉(zhuǎn)第161頁(yè)）