水煤浆烟气脱硫作用机理分析

★节能与环保★水煤浆烟气脱硫作用机理分析陈占文1王海生2唐海香3(1.冀中能源股份有限公司邢台矿,河北省邢台市,054026;开滦集团股份有限公司东欢坨矿业分公司,河北省唐山市,064002;3.华北科技学院,河北省三河市,065201)摘要通过燃煤与燃浆锅炉脱硫效果的分析与比较,论证了水煤浆具冇烟道脱硫作用,阐述了水煤浆烟气脱硫作用机理。高温条件下,在除尘器前段烟道脱硫剂吸附水蒸气生成氢氧化物,再与SO2发生反应生成硫酸盐,同时,脱硫剂产生粉化,比表面积增加,提高了固—气反应的接触碰撞杋率;除尘器后段烟道烟气温度接近或低于露点温度,脱硫剂表面存在水滴或液膜,在液膜或液滴中,脱硫剂与SO2发生反应生成CaSO3或CaSO,从而实现了脱硫,减少了SO2排放浓度关键词水煤浆脱硫率露点烟气中图分类号TQ53文献标识码Analysis of desulphurization mechanism of coal water slurry for flue gasChen Zhanwen', Wang haisheng Tang Haixiang(l. Xingtai Coal Mine, Jizhong Energy reesources coLtd, Xingtai, Hebei 054026, China;2. Donghuantuo Branch Company, Kailuan Group Co, Ltd, Tangshan, Hebei 064002, China3. North China Institute of Science and Technology, Sanhe, Hebei 065201, China)Abstract Through the analysis and the comparison of desulfurization efficiency between coaland slurry combustion boilers, it is proved that the coal water slurry possesses desulfurizationeffect for flue gas. The desulfurization mechanism of coal water slurry for flue gas was expouded. At the higher temperature, desulphurizer absorbs water vapor to form hydroxidein beforehe dust collector, which reacts with SO2 to form sulphate. The desulphurizer simultaneously become powder, and the increased specific surface area enhances the contact collision probability ofgas solid reaction. After escaping from dust collector, the flue gas temperature is close to or lower than the dew point temperature, then water droplets or a liquid film cover the surface of desulhurizer. The calcium in the surface water exists in the form of ca"t, and SO, is absorbed by thewater film through diffusion to convert HSO3, which reacts with Ca to form CaSO3, achieving the desulfurization and the reduction of SO2 emission concentration.Key words coal water slurry, desulphurization degree, dew point temperature, flue gas水煤浆是一种新型低污染代油燃料,其主要成于炉内脱硫反应发生。试验研究证明,水煤浆还具分为约70%的煤、30%的水和少量添加剂,而脱有烟道脱硫功能。分析研究水煤浆的烟道脱硫作用硫型水煤浆中还含有一定量的脱硫剂。水煤浆既保杋理对改进水煤浆锅炉烟道结构、发挥水煤浆的烟持了煤原有的物理特性,又具有石油一样的流动性道脱硫功能、降低脱硫费用具有重要的现实意义。和稳定性。与燃煤相比,水煤浆具有明显的脱硫优势燃煤与燃浆锅炉脱硫效果的分析与比较是水煤浆中煤炭粒度较细,脱硫剂易在水煤浆中均水煤浆燃烧过程中,会产生大量的水蒸气,水化钙粉末(钙基脱硫剂〉与SO2再次发生硫酸盐化率。部分燃煤工业锅炉与燃浆工业锅炉脱硫效果检作用,将SO2转化为硫酸盐,起到进一步脱硫的作测数据见表1,实验室水煤浆燃烧锅炉烟气脱硫试用。因此,水煤浆的燃烧脱硫率髙于煤粉燃烧脱硫验数据见表2。表1部分燃煤与燃浆工业锅炉脱硫效果的比较锅炉Ad/%S/%烟气脱硫率/%总脱硫/%SO2浓度/mg·m00MW电厂煤粉锅炉1912.92.8MW燃煤锅炉22,131202.650MW电厂煤浆锅炉0.652.8MW煤浆锅炉10.150.819.338.373110t/h煤浆锅炉10.0435.845.5687.214MW煤浆锅炉0,75436.5428.82.8MW脱硫煤浆锅炉46.2表2水煤浆燃烧后除尘器前后段烟道的脱硫率段与除尘器后段烟道中的烟气温度差别比较大,除Ca/S煤浆浓脱硫率/%脱硫率/尘器后段烟道中烟气的温度为106℃~110℃,远度/%(除尘器前段烟道)(除尘器后段烟道远低于除尘器前段烟道烟气温度,表明除尘器前后569.42.070.32.571.0363段烟道中烟气脱硫作用机理不同2.1除尘器前段烟道烟气脱硫机理在除尘器前段烟道中,烟气中的水以水蒸气的从表1可以看岀,燃煤锅炉脱硫率为6.4%,形式存在,对脱硫反应具有促进作用电厂煤粉锅炉脱硫率为23.2%,水煤浆锅炉的脱(1)活化作用。进入烟道中的脱硫剂(Ca基硫率为36.5%~50.7%,脱硫率显著高于燃煤锅为CaO,Ba基则为BaO)与水蒸气反应生成C炉和电厂煤粉锅炉,脱硫型水煤浆的脱硫率更是高(H2或Ba(OH),提髙了脱硫剂的反应活性」达74.0%。含硫量相近的条件下,水煤浆锅炉的烟尘及烟气从炉体排出后,首先进入除尘器前SO3排放浓度远低于燃煤锅炉。究其原因,是因为段的烟道中,在此阶段,烟气温度高于露点温度水煤浆中含有约30%的水分,改善了煤炭燃烧的低于Ca(OH2和Ba(OH2的分解温度(450℃气氛及颗粒空隙结构,提高了脱硫反应率,降低了650℃)。在此温度范围内,进人烟尘中的CaO或脱硫产物的分解率。BaO与水蒸气反应生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,燃烧水煤浆兼有烟气脱硫功能,由表1可以看CaO与H2O化学反应式及热力学计算式为:出,燃烧水煤浆烟气脱硫率为16.6%~46.2%,平Cao(s)+ h2 o()-Ca(OH)2(s)均脱硫率为31.1%,而燃煤与煤粉锅炉则不到7%,△/Hm(298.15)=△Hm(Ca(OH)2,s)由表2可以看出,除尘器后段烟道烟气的脱硫率比△Hm(CaO,s)-△Hm(H2O,g)除尘器前段烟道高5%~10%,说明水煤浆燃烧过109. 18 kJ/mol程中除尘器前后段烟道中的烟气均有脱硫作用。△,Gm(298.15)=△GCa(OH)2,s)2水煤浆的烟气脱硫机理分析△,Gm(CaO,s)-△Gm(H2O,g)表3水煤浆燃烧后除尘器前后段烟道温度由计算结果可知,反应焓△,H(298.15)煤浆浓姻气温度/℃烟气温度/C0,说明该反应是放热反应,反应热为度/%(除尘器前段烟道)(除尘器后段烟道)109.18kJ/mol,吉布斯自由能△Gm(298.15)<1.569.43390;同理可以计算,BaO与H2O反应的吉布斯自2.070.3由能△Gm(298.15)<0,表明该类反应能自发进2.571.0106行。即只要烟气温度低于Ca(OH)2或Ba(OH)脱硫型水煤浆燃烧锅炉除尘器前后段烟道中烟的分解温度,CaO或BaO与水蒸气相遇就可以转CaO或BaO与水蒸气的反应和CaO或BaOSO4。Ca(OH)2或Ba(OH)2与H2SO3或H2SO4与液相水反应不同,其反应的机理比较复杂。首在水膜中通过接触发生反应,生成CaSO3或先,水蒸气被吸附在CaO或BaO颗粒表面或裂隙CaSO4。即由于水滴或水膜的存在,通过液一固反中;其次,CaO或BaO与水分子在固气界面上发应达到了脱硫作用。生反应,在固体表面上或内部裂隙中形成新相3结论(Ca(OH)2或Ba(OH)2)的核,即成核反应。随着反应的不断进行,生成物Ca(OH)2或Ba水煤浆中含有30%左右的水分,烟气中水蒸(OH)2晶核逐渐变大气或水滴的存在使水煤浆兼具有烟道脱硫作用。除与CaO和BaO相比,Ca(OH)2或Ba尘器前后段烟道中烟气的脱硫作用机理不同(OH)2更容易与SO2发生反应,生成硫酸盐,即由(1)除尘器前段烟道,烟气温度较高,水以气于水蒸气的存在使脱硫剂的反应活性提高。经实验态的形式存在。烟气中的CaO或BaO吸附水蒸气证明,在尾部烟气中加人CaO粉、Ca(OH)2粉和生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,同时产生粉化现CaCO3粉3种脱硫剂分别进行烟道脱硫试验显示,象,使脱硫剂颗粒的粒度减小,使固一气反应比表CaCO3粉的脱硫效率为零,而应用Ca(OH)2粉作面积增加,提高了脱硫反应的接触碰撞几率。脱硫剂较之应用CaO粉可以使脱硫效率提高近(2)除尘器后段烟道,烟气温度接近或低于烟16%。气露点温度,使烟道中存在部分水滴,脱硫反应为(2)粉化作用。在CaO或BaO与H2O反应固一液反应。生成Ca(OH)2或Ba(OH)2晶核的过程中,可能参考文献会在产物层产生裂隙或局部发生剥落。由于产物[1]姚强,范浩杰,曹欣玉等,脱硫型水煤浆燃烧脱Ca(OH)2或Ba(OH)2的摩尔体积大于CaO或的试验研究「冂],煤炭学报,1996(4)BaO,产物体积的膨胀导致脱硫剂开裂、孔径增2]范浩杰等,水煤浆与煤粉燃烧脱硫比较「冂],燃烧大,使其结构破坏,破碎成更细的颗粒,或者形成科学与技术,2000(1)的新核(Ca(OH)2或Ba(OH)2)与反应固体接3]姚强.水煤浆燃烧技术和水煤浆在燃烧室中燃烧过触不够紧密,产生剥落现象,使进入烟道的脱硫剂程的研究[D].浙江大学,1992颗粒减小,即产生“粉化现象”。[4]徐秀清,金茂庐,何榕等,尾部烟气增湿活化脱硫粉化作用使CaO或BaO颗粒粒度进一步减原理性研究[冂.洁净煤技术,1997(2)小,同时形成Ca(OH)2或Ba(OH)2颗粒,增加5]吴树志,赵长遂,刘现卓,增湿活化脱硫试验研究冂].热能动力工程,2001(16)了脱硫反应的比表面积及脱硫剂的活性,有利于脱6]黄波,木沙江,段静等.钙基固硫剂对水煤浆流变性硫剂与SO2发生脱硫反应。的影响[].中国煤炭,2004(6)2.2除尘器后段烟道烟气脱硫机理由表3可以看出,除尘器前段与除尘器后段烟作者简介:陈占文(1964—),男,河北衡水人,现在道中烟气温度差别比较大,除尘器后段烟道烟气温冀中能源股份有限公司邢台矿工作,高级工程师,副总工度接近或低于露点温度,脱硫剂表面可能存在水师,从事洁净煤技术科研及工程实践研究工作。膜,CaO或BaO遇水迅速反应生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,SO2与H2O作用生成H2SO3或H2(责任编辑孙英浩)(上接第81页)煤炭,2013(6)2]王整风,谢云敏·可编程控制器原理与实践教程M].上海:上海交通大学出版社,2007作者简介:肖利平(1969-),女,湖南邵阳人,副教3]杨春稳,李俊豪,马东娟等,基于PLC煤矿通风机硕士,现任职于贵州理工学院采矿工程学院,主要从供电控制系统可靠性研究[J].中国煤炭,2011事自动控制、煤矿开采和煤矿安全方面的研究4]毛浩,张家峁选煤厂电气控制系统设计「J,中国责任编辑路