粉煤灰在烟气脱硫中的应用研究

生丽温 刘新江

（1郑州永洁环保科技有限公司河南郑州471003 2郑州浩拓环保科技有限公司河南郑州450000）

粉煤灰在烟气脱硫中的应用研究

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以煤粉灰为基础物质的新型高活性吸收剂，对于固定床方式和管道喷射方式的电厂锅炉烟气中的脱硫脱氮具有很好的处理效果。我国火力发电厂众多，由此所产生的煤粉灰量巨大，但煤粉灰的利用率却只有30%左右。本文以中小型火力发电厂为例，就煤粉灰在烟气中的脱硫工艺技术及效果进行研究，为火力发电厂烟气污染控制提供理论参考。

粉煤灰；烟气脱硫；火电厂

我国煤粉灰排放量位居世界首位，据中国电力企业联合会及中国循环经济协会的统计，截止2014年底，我国火力发电装机总容量达到了9.16×108kW，发电量超过了4×1012kW·h，由此所产生的煤粉灰达到了5.78×108t。如此巨大产量煤粉灰的如果随意排放，不仅对环境产生很强的破坏，也是巨大的资源浪费。

一直以来，煤粉灰被广泛应用在建材制品、建筑工程以及道路施工中，随着科学技术的不断发展，煤粉灰的利用领域日益拓展，其应用的范围也在不断扩大，如煤粉灰在废水、废气以及噪声污染防治中都具有良好的应用效果，也是一种变废为宝，实现废物二次利用的“生态工艺”。

1 煤粉灰脱硫工艺

1.1 脱硫方法

目前，实践中脱硫的方法较多，但大体可以分为燃烧前脱硫、炉内脱硫以及烟气脱硫三大类。具体来说：（1）燃烧前脱硫。燃烧前脱硫是指在煤燃烧之前就采取（物理/化学）洗选煤法、气化或液化技术把煤种的硫分脱除去，从而实现脱硫效果。燃烧前脱硫具有减少后期的运输量，对锅炉中的沾污和磨损量也较小（2）炉内脱硫。锅炉脱硫是指煤在锅炉燃烧过程中添加相应的固硫剂等，达到脱硫效果。目前，炉内脱硫的技术主要有LIMB炉内喷钙技术、LIFAC烟气脱硫工艺等。其中，LIFAC脱硫工艺，具有占地面积小，投资少，不会产生污水等良好的效果，这一工艺对于老火电厂的工艺改造非常适用。

1.2 粉煤灰性质

粉煤灰是燃煤锅炉燃烧后产生的尾部烟气经除尘后所捕集得到的细灰，是一种可以回收利用的固体废弃物[1]。粉煤灰主要表现为球形或微珠的结合体，粉煤灰的比重在2.02～2.56之间，其直径在1μm～100μm，煤粉灰主要是由非晶态的玻璃相所组成，结晶的矿物主要有赤铁矿、磁铁矿以及石灰和石膏等等。从微观结构来看，粉煤灰的孔隙率为60%～75%，比表面积通常为25 m2/g～50m2/g，粉煤灰的化学组分中含有氧化钙、氧化镁等碱性氧化物。正是粉煤灰所具有的上述物化特性，使其在烟气脱硫中发挥了良好的功效。

2 煤粉灰脱硫工艺原理

煤粉灰是煤粉在高温燃烧后的产物，经历了熔融、冷却等物理化学过程，其粒度较细，表面疏松多孔，表面积大，质量轻，具有一定的活性基团[2]。煤粉灰脱硫便是利用了煤粉灰这种较强的吸附能力，从而达到净化有害物质的原理。

2.1 物理吸附

物理吸附是充分运用了煤粉灰吸附系单分子层的吸附作用，吸附力主要是以煤粉灰中的分子间范德华力为主。煤粉灰中的粒径很小，表面会有许多微孔和次微孔，这些孔结构可以为烟气吸附提供了理想的空穴。此外，物理吸附时粉煤灰颗粒表面能够放热，在低温下也能很好的达到脱硫效果。

2.2 化学吸附

粉煤灰分子结构中存在大量的Si-O以及A1-O活性基团，这些物质能够与吸附质化学键或离子发生结合，产生吸附效果，化学吸附的选择性很强，化学吸附脱硫具有不可逆性。

2.3 中和反应

中和反应是指运用粉煤灰组分中含有的CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等碱性物质，达到中和火电厂气体中的酸性成分，从而实现净化酸性污染物气体效果。

3 实验及案例分析

3.1 高活性吸收剂制备

在消化器中把熟石灰和活性物质以及粉煤灰等物质放在一起，在加水等条件下实现消化，达到制备高活性吸收剂的效果。其中，要控制好各制备因素的合理搭配，以获得可以用于脱硫脱氮的高吸收剂。实验表明，由于气-固反应中的吸收剂比表面积的大小决定了反应速率，因此，用粉煤灰所制成的脱硫剂在脱硫效果方面明显要高于石灰脱硫剂，在石灰比和反应温度达到一定条件时，脱硫的效果超过了90%。

3.2 实验步骤与结果

（1）实验操作步骤：配制5份粉煤灰与氧化钙混合浆液，待消化一段时间之后，开始进行脱硫实验。实验时，准确量取无水亚硫酸钠，放置于预先干燥的自制气体发生器内，待吸收液充满脱硫塔后，缓慢加入浓硫酸，使之与无水亚硫酸钠反应。然后，再取50mL吸收液，过滤，移取10mL，用淀粉溶液做指示剂，用碘标液滴定，计算吸收二氧化硫的量。通过以上实验操作，分别对脱硫浆液消化时间和Ca/S比对脱硫率的影响进行研究，找出最佳消化时间和最佳Ca/S比。（2）注意事项：由于每次只产生定量的二氧化硫反应，所以一定要注意不能让设备连接处漏气，否则会对实验结果影响较大；在产生气体前，一定要用浆液将脱硫塔内部先润湿；实验完毕后立即标定吸收液，停置时间长会使亚硫酸根氧化成硫酸根；反应前一定要将气体发生器干燥[3]。

3.3 案例分析

（1）工艺流程。1986年，日本的北海道电力公司就开始研究粉煤灰脱除烟气中的二氧化硫实验，目前该技术已经在欧美发达国家达到了广泛使用。日本北海道电力公司所采用的粉煤灰脱硫工艺，主要是先将除尘后的锅炉烟气放置在脱硫器中与粉煤进行脱硫反应，直到电厂烟气中的二氧化硫被脱除之后才经由烟囱对外排放。脱硫后沉积的产物在粉煤灰脱硫剂中一并在脱硫器中排出，排出的产物可以作为副产品再利用，另外一部分则掺入到飞灰中作为粉煤灰脱硫剂原料继续使用。在该脱硫反应器中，分为了预反应器和主反应器两大类，其中粒状的脱硫剂自上而下依次流动，穿过主反应器和预反应器之后，烟气与其中的脱硫剂在反应器内交错流动接触，实现脱硫效果。（2）工艺效果。该工艺在实际应用中的脱硫率超过了90%，石灰的利用率则达到了80%以上。由于采取的是固-气反应模式，当粉煤灰对烟气进行脱硫之后，所产生的脱硫产物会被固定在粉煤灰当中，达到了对粉煤灰物理性能的改善，提升了粉煤灰的利用效益，此外，还可以把产物作为造粒的粘接剂继续使用，使废弃物得到了充分的利用，创造更大经济价值和环境效益。此外，该工艺属于干式工艺，在运行过程中不会产生废水，不需要对烟气进行再加热，节约了使用成本。

4 结语

利用粉煤灰进行脱硫，脱硫的效率大大提高，所使用到的石灰利用率也高。脱硫后不会产生废渣、废液等二次污染，具有很好的应用前景，尤其对于干旱缺水的地区具有良好的推广价值；脱硫之后的产物在沉积之后会被粉煤灰随时带出，锅炉中的腐蚀和结垢问题得到了有效解决。粉煤灰经过相应的加工后，其理化性能得到了极大的改善，具有很好的商业推广价值。尤其对于那些中小型燃煤电厂来说，通过改良水膜除尘器等设备，应用粉煤灰浆液进行烟气脱硫，在粉煤灰与氧化钙比值为4∶1～5.5∶1时，具有很好的脱硫效果，对于那些一时还无法新增脱硫设施的电场和环境保护来说是值得推广的。

[1]吕梁,侯浩波.粉煤灰性能与利用[M]．北京：中国电力出版社, 1998.

[2]刘学伦,王孚懋,王霞.煤粉灰在环境过程中的应用[J].山东环境, 2000（5）：58-59.

[3]许平贤.利用粉煤灰进行烟气脱硫技术的研究[J].资源节约与环保,2013（9）：126.

生丽温（1981—），女，汉族，吉林白山人，本科，主要从事大气治理脱硫脱销研究工作。