★節(jié)能與環(huán)?！锼簼{煙氣脫硫作用機理分析陳占文1王海生2唐海香3(1.冀中能源股份有限公司邢臺礦,河北省邢臺市,054026;開灤集團股份有限公司東歡坨礦業(yè)分公司,河北省唐山市,064002;3.華北科技學院,河北省三河市,065201)摘要通過燃煤與燃漿鍋爐脫硫效果的分析與比較,論證了水煤漿具冇煙道脫硫作用,闡述了水煤漿煙氣脫硫作用機理。高溫條件下,在除塵器前段煙道脫硫劑吸附水蒸氣生成氫氧化物,再與SO2發(fā)生反應生成硫酸鹽,同時,脫硫劑產(chǎn)生粉化,比表面積增加,提高了固—氣反應的接觸碰撞杋率;除塵器后段煙道煙氣溫度接近或低于露點溫度,脫硫劑表面存在水滴或液膜,在液膜或液滴中,脫硫劑與SO2發(fā)生反應生成CaSO3或CaSO,從而實現(xiàn)了脫硫,減少了SO2排放濃度關(guān)鍵詞水煤漿脫硫率露點煙氣中圖分類號TQ53文獻標識碼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水煤漿是一種新型低污染代油燃料,其主要成于爐內(nèi)脫硫反應發(fā)生。試驗研究證明,水煤漿還具分為約70%的煤、30%的水和少量添加劑,而脫有煙道脫硫功能。分析研究水煤漿的煙道脫硫作用硫型水煤漿中還含有一定量的脫硫劑。水煤漿既保杋理對改進水煤漿鍋爐煙道結(jié)構(gòu)、發(fā)揮水煤漿的煙持了煤原有的物理特性,又具有石油一樣的流動性道脫硫功能、降低脫硫費用具有重要的現(xiàn)實意義。和穩(wěn)定性。與燃煤相比,水煤漿具有明顯的脫硫優(yōu)勢燃煤與燃漿鍋爐脫硫效果的分析與比較是水煤漿中煤炭粒度較細,脫硫劑易在水煤漿中均水煤漿燃燒過程中,會產(chǎn)生大量的水蒸氣,水化鈣粉末(鈣基脫硫劑〉與SO2再次發(fā)生硫酸鹽化率。部分燃煤工業(yè)鍋爐與燃漿工業(yè)鍋爐脫硫效果檢作用,將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,起到進一步脫硫的作測數(shù)據(jù)見表1,實驗室水煤漿燃燒鍋爐煙氣脫硫試用。因此,水煤漿的燃燒脫硫率髙于煤粉燃燒脫硫驗數(shù)據(jù)見表2。表1部分燃煤與燃漿工業(yè)鍋爐脫硫效果的比較鍋爐Ad/%S/%煙氣脫硫率/%總脫硫/%SO2濃度/mg·m00MW電廠煤粉鍋爐1912.92.8MW燃煤鍋爐22,131202.650MW電廠煤漿鍋爐0.652.8MW煤漿鍋爐10.150.819.338.373110t/h煤漿鍋爐10.0435.845.5687.214MW煤漿鍋爐0,75436.5428.82.8MW脫硫煤漿鍋爐46.2表2水煤漿燃燒后除塵器前后段煙道的脫硫率段與除塵器后段煙道中的煙氣溫度差別比較大,除Ca/S煤漿濃脫硫率/%脫硫率/塵器后段煙道中煙氣的溫度為106℃~110℃,遠度/%(除塵器前段煙道)(除塵器后段煙道遠低于除塵器前段煙道煙氣溫度,表明除塵器前后569.42.070.32.571.0363段煙道中煙氣脫硫作用機理不同2.1除塵器前段煙道煙氣脫硫機理在除塵器前段煙道中,煙氣中的水以水蒸氣的從表1可以看岀,燃煤鍋爐脫硫率為6.4%,形式存在,對脫硫反應具有促進作用電廠煤粉鍋爐脫硫率為23.2%,水煤漿鍋爐的脫(1)活化作用。進入煙道中的脫硫劑(Ca基硫率為36.5%~50.7%,脫硫率顯著高于燃煤鍋為CaO,Ba基則為BaO)與水蒸氣反應生成C爐和電廠煤粉鍋爐,脫硫型水煤漿的脫硫率更是高(H2或Ba(OH),提髙了脫硫劑的反應活性」達74.0%。含硫量相近的條件下,水煤漿鍋爐的煙塵及煙氣從爐體排出后,首先進入除塵器前SO3排放濃度遠低于燃煤鍋爐。究其原因,是因為段的煙道中,在此階段,煙氣溫度高于露點溫度水煤漿中含有約30%的水分,改善了煤炭燃燒的低于Ca(OH2和Ba(OH2的分解溫度(450℃氣氛及顆?？障督Y(jié)構(gòu),提高了脫硫反應率,降低了650℃)。在此溫度范圍內(nèi),進人煙塵中的CaO或脫硫產(chǎn)物的分解率。BaO與水蒸氣反應生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,燃燒水煤漿兼有煙氣脫硫功能,由表1可以看CaO與H2O化學反應式及熱力學計算式為:出,燃燒水煤漿煙氣脫硫率為16.6%~46.2%,平Cao(s)+ h2 o()-Ca(OH)2(s)均脫硫率為31.1%,而燃煤與煤粉鍋爐則不到7%,△/Hm(298.15)=△Hm(Ca(OH)2,s)由表2可以看出,除塵器后段煙道煙氣的脫硫率比△Hm(CaO,s)-△Hm(H2O,g)除塵器前段煙道高5%~10%,說明水煤漿燃燒過109. 18 kJ/mol程中除塵器前后段煙道中的煙氣均有脫硫作用?！?Gm(298.15)=△GCa(OH)2,s)2水煤漿的煙氣脫硫機理分析△,Gm(CaO,s)-△Gm(H2O,g)表3水煤漿燃燒后除塵器前后段煙道溫度由計算結(jié)果可知,反應焓△,H(298.15)煤漿濃姻氣溫度/℃煙氣溫度/C0,說明該反應是放熱反應,反應熱為度/%(除塵器前段煙道)(除塵器后段煙道)109.18kJ/mol,吉布斯自由能△Gm(298.15)<1.569.43390;同理可以計算,BaO與H2O反應的吉布斯自2.070.3由能△Gm(298.15)<0,表明該類反應能自發(fā)進2.571.0106行。即只要煙氣溫度低于Ca(OH)2或Ba(OH)脫硫型水煤漿燃燒鍋爐除塵器前后段煙道中煙的分解溫度,CaO或BaO與水蒸氣相遇就可以轉(zhuǎn)CaO或BaO與水蒸氣的反應和CaO或BaOSO4。Ca(OH)2或Ba(OH)2與H2SO3或H2SO4與液相水反應不同,其反應的機理比較復雜。首在水膜中通過接觸發(fā)生反應,生成CaSO3或先,水蒸氣被吸附在CaO或BaO顆粒表面或裂隙CaSO4。即由于水滴或水膜的存在,通過液一固反中;其次,CaO或BaO與水分子在固氣界面上發(fā)應達到了脫硫作用。生反應,在固體表面上或內(nèi)部裂隙中形成新相3結(jié)論(Ca(OH)2或Ba(OH)2)的核,即成核反應。隨著反應的不斷進行,生成物Ca(OH)2或Ba水煤漿中含有30%左右的水分,煙氣中水蒸(OH)2晶核逐漸變大氣或水滴的存在使水煤漿兼具有煙道脫硫作用。除與CaO和BaO相比,Ca(OH)2或Ba塵器前后段煙道中煙氣的脫硫作用機理不同(OH)2更容易與SO2發(fā)生反應,生成硫酸鹽,即由(1)除塵器前段煙道,煙氣溫度較高,水以氣于水蒸氣的存在使脫硫劑的反應活性提高。經(jīng)實驗態(tài)的形式存在。煙氣中的CaO或BaO吸附水蒸氣證明,在尾部煙氣中加人CaO粉、Ca(OH)2粉和生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,同時產(chǎn)生粉化現(xiàn)CaCO3粉3種脫硫劑分別進行煙道脫硫試驗顯示,象,使脫硫劑顆粒的粒度減小,使固一氣反應比表CaCO3粉的脫硫效率為零,而應用Ca(OH)2粉作面積增加,提高了脫硫反應的接觸碰撞幾率。脫硫劑較之應用CaO粉可以使脫硫效率提高近(2)除塵器后段煙道,煙氣溫度接近或低于煙16%。氣露點溫度,使煙道中存在部分水滴,脫硫反應為(2)粉化作用。在CaO或BaO與H2O反應固一液反應。生成Ca(OH)2或Ba(OH)2晶核的過程中,可能參考文獻會在產(chǎn)物層產(chǎn)生裂隙或局部發(fā)生剝落。由于產(chǎn)物[1]姚強,范浩杰,曹欣玉等,脫硫型水煤漿燃燒脫Ca(OH)2或Ba(OH)2的摩爾體積大于CaO或的試驗研究「冂],煤炭學報,1996(4)BaO,產(chǎn)物體積的膨脹導致脫硫劑開裂、孔徑增2]范浩杰等,水煤漿與煤粉燃燒脫硫比較「冂],燃燒大,使其結(jié)構(gòu)破壞,破碎成更細的顆粒,或者形成科學與技術(shù),2000(1)的新核(Ca(OH)2或Ba(OH)2)與反應固體接3]姚強.水煤漿燃燒技術(shù)和水煤漿在燃燒室中燃燒過觸不夠緊密,產(chǎn)生剝落現(xiàn)象,使進入煙道的脫硫劑程的研究[D].浙江大學,1992顆粒減小,即產(chǎn)生“粉化現(xiàn)象”。[4]徐秀清,金茂廬,何榕等,尾部煙氣增濕活化脫硫粉化作用使CaO或BaO顆粒粒度進一步減原理性研究[冂.潔凈煤技術(shù),1997(2)小,同時形成Ca(OH)2或Ba(OH)2顆粒,增加5]吳樹志,趙長遂,劉現(xiàn)卓,增濕活化脫硫試驗研究冂].熱能動力工程,2001(16)了脫硫反應的比表面積及脫硫劑的活性,有利于脫6]黃波,木沙江,段靜等.鈣基固硫劑對水煤漿流變性硫劑與SO2發(fā)生脫硫反應。的影響[].中國煤炭,2004(6)2.2除塵器后段煙道煙氣脫硫機理由表3可以看出,除塵器前段與除塵器后段煙作者簡介:陳占文(1964—),男,河北衡水人,現(xiàn)在道中煙氣溫度差別比較大,除塵器后段煙道煙氣溫冀中能源股份有限公司邢臺礦工作,高級工程師,副總工度接近或低于露點溫度,脫硫劑表面可能存在水師,從事潔凈煤技術(shù)科研及工程實踐研究工作。膜,CaO或BaO遇水迅速反應生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,SO2與H2O作用生成H2SO3或H2(責任編輯孫英浩)(上接第81頁)煤炭,2013(6)2]王整風,謝云敏·可編程控制器原理與實踐教程M].上海:上海交通大學出版社,2007作者簡介:肖利平(1969-),女,湖南邵陽人,副教3]楊春穩(wěn),李俊豪,馬東娟等,基于PLC煤礦通風機碩士,現(xiàn)任職于貴州理工學院采礦工程學院,主要從供電控制系統(tǒng)可靠性研究[J].中國煤炭,2011事自動控制、煤礦開采和煤礦安全方面的研究4]毛浩,張家峁選煤廠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計「J,中國責任編輯路