燃煤鍋爐典型脫硫工藝的脫氟反應(yīng)機(jī)理分析

楊福邁

摘 要：伴隨著工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題也隨之變得越來(lái)越嚴(yán)重。為維護(hù)自然環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，很多工業(yè)生產(chǎn)都在研究一些環(huán)保的生產(chǎn)方式，旨在將生產(chǎn)中的一些污染物質(zhì)進(jìn)行百效的處理。在大氣污染物質(zhì)中，氟化物是典型的污染物種，因此應(yīng)當(dāng)在燃煤鍋爐中采用脫硫工藝對(duì)其進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：煤燃燒；脫氟；反應(yīng)機(jī)理；反應(yīng)熱力學(xué)；反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

我國(guó)的二氧化硫排放量已經(jīng)遠(yuǎn)超歐洲國(guó)家，現(xiàn)居世界首位。硫化物的排放通常源于煤炭的燃燒，火電廠、工業(yè)鍋爐與取暖爐是我國(guó)耗煤量最多的場(chǎng)所與設(shè)備。當(dāng)前我國(guó)在能源消耗與環(huán)境保護(hù)方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，即硫化物污染的消減與控制問題。面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，分析與研究燃煤鍋爐中典型脫硫工藝的脫硫反映機(jī)理有著十分重要的意義。其反應(yīng)機(jī)理的研究利于一些十分具有應(yīng)用價(jià)值的脫硫劑的開發(fā)以及燃煤氟污染相關(guān)問題的解決。

1 典型脫硫工藝簡(jiǎn)介

煤是我國(guó)能源資源中的主要構(gòu)成，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)以高硫?yàn)橹鞯南喈?dāng)數(shù)量煤炭資源的基本格局很難改變[1]。在二十一世紀(jì)的議程上，國(guó)家已經(jīng)將煤潔凈技術(shù)的發(fā)展視為一項(xiàng)重要的內(nèi)容，我國(guó)能源未來(lái)的發(fā)展便是潔凈煤技術(shù)。

針對(duì)脫硫工藝而言，潔凈煤技術(shù)涉及到了四個(gè)領(lǐng)域，分別是：燃燒前脫硫（也就是煤炭在燃燒之前的處理與凈化技術(shù)）、燃燒中脫硫（也就是煤炭在燃燒中的凈化技術(shù)）、燃燒后煙氣脫硫（也就是煤炭在燃燒之后的凈化技術(shù)）以及煤的轉(zhuǎn)化技術(shù)。在這些領(lǐng)域中通常有以下幾種典型的脫硫工藝。

1.1 燃燒前脫硫

其流程為首先進(jìn)行洗選處理，為了將原煤中含有的一些硫分與灰分雜質(zhì)除去或者是減少，隨后對(duì)型煤進(jìn)行加工，也就是用機(jī)械的方法把低品位煤以及粉煤制作成含有一定形狀或者是粒度的煤制品，使煙塵的排放量能夠得到有效的控制；水煤漿，從七十年代開始便發(fā)展出了這種用煤來(lái)代替油的一種新型燃料，將一些有著很低灰分與很好揮發(fā)分的煤制作成水煤漿，能夠便于象燃油一樣的進(jìn)行運(yùn)輸、貯運(yùn)與燃燒。

1.2 燃燒中脫硫

在燃燒過程中生成的二氧化硫，在遇到氧化鈣或者是氧化鎂等堿土金屬時(shí)，由于發(fā)生反應(yīng)會(huì)生成硫化鈣和硫化鎂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃燒中的脫硫。

1.3 燃燒后煙氣脫硫

對(duì)于爐膛燃燒溫度過高的一些燃煤設(shè)備來(lái)說(shuō)，如果在燃燒的過程中使用石灰石進(jìn)行脫硫并不能產(chǎn)生很好的效果，通常都不能實(shí)現(xiàn)排放的要求，所以需要在燃燒后進(jìn)行煙氣脫硫[2]。在方法分為干法、濕法或者半干法，干法有：爐內(nèi)噴鈣煙氣脫硫技術(shù)以及電子束照射法等；濕法有石灰石/石灰-石膏法以及雙堿法等；一般用噴霧干燥法用于半干法。

1.4 煤的轉(zhuǎn)化技術(shù)

該技術(shù)能夠使煤炭的利用變得更加清潔與高效，該技術(shù)同那些常規(guī)的煤炭燃燒工藝是并存的，可以將煤炭轉(zhuǎn)化成氣體顏料或者是液體顏料。

2 石灰石/石膏法的脫氟反應(yīng)機(jī)理

2.1 脫氟反應(yīng)的具體過程

沒燃燒的過程，處于高溫的環(huán)境下，大部分的氟能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變成氣態(tài)的氟化物，比如SiF4或者是HF等[3]。煤經(jīng)過燃燒后得到的煤粉的表面積會(huì)很大，可以將煙氣中的含有的部分氣態(tài)氟化物吸附了。處于干法或者是濕法除塵系統(tǒng)中，那些煙氣中含有的干灰和氣態(tài)氟化物有著不同的轉(zhuǎn)移途徑。

石灰石/石灰濕法煙氣脫硫工藝?yán)锏拿摿蚍从晨梢悦枋龀桑何账械牧蠞{把煙氣中含有的大部分氣態(tài)氟化物以及飛灰溶解，向灰水中轉(zhuǎn)入。其中的HF會(huì)溶入水中，隨之反應(yīng)生成氫氟酸，電解反應(yīng)如下：

HF？圮H++F-

當(dāng)SiF4溶解到水中之后，會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)生成H2SiF6：

3SiF4+2H2O→SiO2+2H2SiF6

由于氟硅酸特別容易溶于水，并且處于堿性水的環(huán)境下，能電離出F-：

H2SiF6+6OH-→6F-+H2SiO4+2H2O

在氟化物遷移到灰水的過程中，料漿中的CaCO3與CaO能夠緩慢的溶于水中并生成Ca2+：

Ca2++2F-→CaF2

也就是將CaCO3作為反應(yīng)的主體時(shí)，其反應(yīng)方程式如下所示：

CaCO3+2HF→2CaF2+CO2+H2O

以CaO作為反應(yīng)的主體時(shí)，其反應(yīng)方程式如下所示：

CaO+2HF→CaF2+H2O

當(dāng)料漿中的那些碳酸鈣慢慢的溶解生成Ca2+時(shí)，在液相中的那些高濃度的F-極易同鈣離子進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而生成CaF2沉淀。

通常來(lái)講，灰渣中的氟能夠以很快的速度溶入到液相中，也就是說(shuō)發(fā)生溶解、沉淀、吸附以及脫附平衡僅僅需要很短的時(shí)間。針對(duì)濕法除塵系統(tǒng)而言，因?yàn)闊煔庵薪^大部分的氟都會(huì)因?yàn)樗牧芟戳魅氲揭合嘀?，在液相中的氟含量因此比干法除塵中的氟要多很多[4]。而伴隨灰渣中的那些游離的氧化鈣會(huì)發(fā)生溶解生成大量的鈣離子，同液相中含有的高濃度氟離子相結(jié)合生成氟化鈣沉淀。整個(gè)脫硫過程中的決定性控制因素就是CaCO3作為反應(yīng)的主體的反應(yīng)過程。

2.2 石灰石/石膏法的脫氟效果分析

同別的煙氣脫硫法進(jìn)行比較，能夠發(fā)現(xiàn)該方法在當(dāng)前的發(fā)展較為成熟，在運(yùn)行上也存在較強(qiáng)的可靠性，因此得到了十分廣泛的應(yīng)用。若使用濕法煙氣脫硫法，脫氟的效果會(huì)受到很多因素的影響，比如圖1所示的石灰石以及石灰的活性能夠?qū)H值產(chǎn)生的影響。

由于系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)槎氯霈F(xiàn)難以正常運(yùn)行的情況，軟垢能夠?qū)⑷芤褐衟H值降低后使其溶解，原因就是它的溶解度會(huì)伴隨pH值的降低呈現(xiàn)出明顯上升的趨勢(shì)[5]。pH值的高低能夠使反應(yīng)過程中脫硫的效果受到嚴(yán)重的影響，從圖1可以明顯的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)塔溫逐漸升高時(shí)，漿液中的pH值會(huì)發(fā)生明顯的下降，也就會(huì)間接的導(dǎo)致降低脫氟的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，為了降低污染的程度，維護(hù)自然環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，分析與研究燃煤鍋爐中典型脫硫工藝的脫氟反映機(jī)理有著十分重要的意義。在燃煤鍋爐中采用脫硫工藝對(duì)其進(jìn)行處理，能夠提升脫氟的效果。但是鑒于脫硫工藝的種類有很多，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)研究與分析不同工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)選擇的脫硫工藝，以此來(lái)提升脫硫、脫氟的效果。

參考文獻(xiàn)

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