★節(jié)能與環(huán)?！锼簼{煙氣脫硫作用機(jī)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(tái)礦,河北省邢臺(tái)市,054026;2.開(kāi)灤集團(tuán)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(xué)院,河北省三河市,065201)摘要通過(guò)燃煤與燃漿鍋爐脫硫效果的分析與比較,論證了水煤漿具有煙道脫硫作用,闡述了水煤漿煙氣脫硫作用機(jī)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(yīng)生成硫酸鹽,同時(shí),脫硫劑產(chǎn)生粉化,比表面積增加,提高了固—?dú)夥磻?yīng)的接觸碰撞機(jī)率;除塵器后段煙道煙氣溫度接近或低于露點(diǎn)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(yīng)生成CaSO3或CaSO4,從而實(shí)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(diǎn)煙氣中圖分類(lèi)號(hào)TQ53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼AAnalysis of desulphurization mechanism of coal water slurry for flue gasChen Zhanwen, Wang haisheng, Tang haixiang(1. Xingtai Coal Mine, Jizhong Energy Resources Co, Ltd, 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 expounded. At the higher temperature, desulphurizer absorbs water vapor to form hydroxidein beforethe dust collector, which reacts with SO, 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 Cat, and SO2 is absorbed by thewater film through diffusion to convert HSO,, which reacts with Ca2 to form CaSO3, achieving the desulfurization and the reduction of So2 emission concentrationds 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(yīng)發(fā)生。試驗(yàn)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。水煤漿既保機(jī)進(jìn)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(dòng)性道中國(guó)煤化工有重要的現(xiàn)實(shí)意義。和穩(wěn)定性CNMHG與燃泉鍋肥偷雙果的分析與比較與燃煤相比,水煤漿具有明顯的脫硫優(yōu)勢(shì),是水煤漿中煤炭粒度較細(xì),脫硫劑易在水煤漿中均水煤漿燃燒過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣,水勻混合;二是水煤漿中含有約30%的水分,有利蒸氣與煙塵、煙氣一起進(jìn)入煙道后,有利于促進(jìn)氧中國(guó)煤炭第40卷第5期2014年5化鈣粉末(鈣基脫硫劑)與SOε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(jìn)一步脫硫的作測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,實(shí)驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2表1部分燃煤與燃漿工業(yè)鍋爐脫硫效果的比較Ad/%煙氣脫硫率/%總脫硫/%SO2濃度/mg:m00MW電廠煤粉鍋爐31.0723.21912.92.8MW燃煤鍋爐0MW電廠煤漿鍋爐27681202.62.8MW煤漿鍋爐10.1519.338.3731.610t/h煤漿鍋爐10.04687.214MW煤漿鍋爐0.7542.8MW脫硫煤漿鍋爐20.2146.2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(yuǎn)度/%(除塵器前段煙道)(除塵器后段煙道遠(yuǎn)低于除塵器前段煙道煙氣溫度,表明除塵器前后1.569.4段煙道中煙氣脫硫作用機(jī)理不同70.32.1除塵器前段煙道煙氣脫硫機(jī)理2.571.0在除塵器前段煙道中,煙氣中的水以水蒸氣的從表1可以看出,燃煤鍋爐脫硫率為6.4%,形式存在,對(duì)脫硫反應(yīng)具有促進(jìn)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(jìn)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(yīng)生成Ca爐和電廠煤粉鍋爐,脫硫型水煤漿的脫硫率更是高(OHⅠ)2或Ba(OH)ε,提高了脫硫劑的反應(yīng)活性,達(dá)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(jìn)入除塵器前SO2排放濃度遠(yuǎn)低于燃煤鍋爐。究其原因,是因?yàn)槎蔚臒煹乐?在此階段,煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度水煤漿中含有約30%的水分,改善了煤炭燃燒的低于Ca(OH)2和Ba(OH)2的分解溫度(450℃氣氛及顆粒空隙結(jié)構(gòu),提高了脫硫反應(yīng)率,降低了650℃)。在此溫度范圍內(nèi),進(jìn)入煙塵中的CaO或脫硫產(chǎn)物的分解率。BaO與水蒸氣反應(yīng)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(xué)反應(yīng)式及熱力學(xué)計(jì)算式為出,燃燒水煤漿煙氣脫硫率為16.6%~46.2%,平Cao(s)+ h o(g)- 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(shuō)明水煤漿燃燒過(guò)程中除塵器前后段煙道中的煙氣均有脫硫作用m(298.15)=△GmCa(OH)2,s)2水煤漿的煙氣脫硫機(jī)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(jì)算結(jié)果可知,反應(yīng)焓△,Hm(298.15)<煤漿濃姻氣溫度/℃C煙氣溫度/℃0,說(shuō)明該反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)熱為Ca/S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)<1.569.4339中國(guó)煤化工H2O反應(yīng)的吉布斯自341109由CNMH專(zhuān)明該類(lèi)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)71.0327106行。即只要煙氣溫度低于Ca(OH)2或Ba(OH)2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)氣溫度測(cè)定值見(jiàn)表3。從表3可以看出,除塵器前化為Ca(OH)2或Ba(OH)水煤漿煙氣脫硫作用機(jī)理分饣CaO或BaO與水蒸氣的反應(yīng)和CaO或BaOSO4。Ca(OH)2或Ba(OH)2與H2SO3或H2SO4與液相水反應(yīng)不同,其反應(yīng)的機(jī)理比較復(fù)雜。首在水膜中通過(guò)接觸發(fā)生反應(yīng),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(guò)液一固反中;其次,CaO或BaO與水分子在固氣界面上發(fā)應(yīng)達(dá)到了脫硫作用生反應(yīng),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(yīng)。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)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(jī)理不同。(OH)2更容易與SO2發(fā)生反應(yīng),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(yīng)活性提高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(shí)產(chǎn)生粉化現(xiàn)CaCO3粉3種脫硫劑分別進(jìn)行煙道脫硫試驗(yàn)顯示象,使脫硫劑顆粒的粒度減小,使固一氣反應(yīng)比表CaCO3粉的脫硫效率為零,而應(yīng)用Ca(OH)2粉作面積增加,提高了脫硫反應(yīng)的接觸碰撞幾率脫硫劑較之應(yīng)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6%氣露點(diǎn)溫度,使煙道中存在部分水滴,脫硫反應(yīng)為(2)粉化作用。在CaO或BaO與H2O反應(yīng)固一液反應(yīng)生成Ca(OH)2或Ba(OH)2晶核的過(guò)程中,可能參考文獻(xiàn)會(huì)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(qiáng),范浩杰,曹欣玉等·脫硫型水煤漿燃燒脫硫Ca(OH)2或Ba(OH)2的摩爾體積大于CaO或的試驗(yàn)研究[冂.煤炭學(xué)報(bào),1996(4)BaO,產(chǎn)物體積的膨脹導(dǎo)致脫硫劑開(kāi)裂、孔徑增2]范浩杰等·水煤漿與煤粉燃燒脫硫比較匚冂.燃燒大,使其結(jié)構(gòu)破壞,破碎成更細(xì)的顆粒,或者形成科學(xué)與技術(shù)的新核(Ca(OH)2或Ba(OH)2)與反應(yīng)固體接3]姚強(qiáng),水煤漿燃燒技術(shù)和水煤漿在燃燒室中燃燒過(guò)觸不夠緊密,產(chǎn)生剝落現(xiàn)象,使進(jìn)人煙道的脫硫劑程的研究[D].浙江大學(xué),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(jìn)一步減原理性研究[冂].潔凈煤技術(shù),1997(2小,同時(shí)形成Ca(OH)2或Ba(OH)2顆粒,增加5]吳樹(shù)志,趙長(zhǎng)遂,劉現(xiàn)卓·增濕活化脫硫試驗(yàn)研究J.熱能動(dòng)力工程,2001(16)了脫硫反應(yīng)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(duì)水煤漿流變性硫劑與SO2發(fā)生脫硫反應(yīng)的影響[J.中國(guó)煤炭,2004(6)2.2除塵器后段煙道煙氣脫硫機(jī)理由表3可以看出,除塵器前段與除塵器后段煙作者簡(jiǎn)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(tái)礦工作,高級(jí)工程師,副總工度接近或低于露點(diǎn)溫度,脫硫劑表面可能存在水程師,從事潔凈煤技術(shù)科研及工程實(shí)跋研究工作膜,CaO或BaO遇水迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2或Ba(OH)2,SO2與H2O作用生成H2SO3或H2(責(zé)任編輯孫英浩)(上接第81頁(yè)煤炭,2013(6)[2]王整風(fēng),謝云敏可編程控制器原理與實(shí)踐教程M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2007中國(guó)煤化工,女,湖南邵陽(yáng)人,副教3]楊春穩(wěn),李俊豪,馬東娟等.基于PLC煤礦通風(fēng)機(jī)CNMHO院采礦工程學(xué)院,主要從供電控制系統(tǒng)可靠性研究[J].中國(guó)煤炭,2011事自動(dòng)控制、煤礦開(kāi)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(jì)[J.中國(guó)責(zé)任編輯路強(qiáng))中國(guó)煤炭第40卷第5期2014年5