大颗粒活性炭处理二氧化硫与二氧化碳美化环境

发布时间:2010/9/30 10:14:29 浏览次数:903
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大颗粒活性炭处理二氧化硫与二氧化碳美化环境

大颗粒活性炭与脱硫技术

摘要:通过对二氧化硫排放现状的分析,以及对大颗粒活性炭脱硫技术与其他脱硫技术的综合经济评价,展望控制二氧化硫排放和脱硫技术的发展趋势。

一、二氧化硫及其排放现状

二氧化硫是一种无色有刺激臭的酸性气体,分子量64.07,密度2.3g/L,溶点-72.7℃,沸点-10℃,易与水混合,它是一种危害很 大的大气污染成分。大气中二氧化硫主要来源于两个方面①火山爆发、沼泽等自然过程所释放的硫化氢,进入空气后被氧化为二氧化硫;②人类生产和生活中所排放的二氧化硫,特别是煤等矿物含硫燃料燃烧产生的二氧化硫是大气中二氧化硫的主要来源。二氧化硫刺激呼吸道,被吸入人体后,可损害呼吸系统功能,加重已有的呼吸系统疾病。特别是患有心脏病和呼吸道疾病的人,除损害肺部功能外,还伴有喘气、气促、咳嗽等症状。尤其是二氧化硫易于与大气中的悬浮颗粒物结合在一起,导致死亡率的上升。
目前,我国是以烟尘和二氧化硫为特点的典型的煤烟型污染。我国的能源结构主要以煤为主,煤炭消耗量占一次能源总消耗量的70%左右。根据我国能源特点,预计今后很长时间内,以煤炭为主要能源的格局仍然不会改变。据统计,全国二氧化硫排放总量的90%由燃煤产生,而我国现有的3亿多千瓦发电机组中,约有2.4亿千瓦是火电机组,每年发电耗煤约占全国煤炭消费总量的60%。同时,由燃煤排放的二氧化硫也是造成我国酸雨污染加重的首要原因,酸雨已影响到全国三分之一面积的国土,且还在扩大。根据世界卫生组织对60个国家10-15年的监测发现,全球污染*严重的10个城市中我国就占了8个,我国城市大气中二氧化硫和总悬浮微粒的浓度是世界上*的。62%的城市大气中二氧化硫年日均浓度超过了Ⅲ很 标准,中国是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。

我国的二氧化硫年排放总量已经大大超出了环境自净能力,并造成了大面积国土的酸雨污染。按照《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》和《国家环境保护“十五”计划》要求,到“十五”末期,全国二氧化硫排放量要比2000年减少10%。其中,“两控区”(指酸雨控制区和二氧化硫控制区)减少20%,污染防治任务十分艰巨。因此,削减二氧化硫的排放量,控制工业废气中二氧化硫的排放,保护大气环境质量,是我国实现可持续发展的迫切要求,是环境保护的重要任务。

2002年,全国工业废气排放量175354亿标立方米,比2001年增长9.0%。二氧化硫排放量1926.6万吨,其中工业二氧化硫排放量为1562.0万吨,占全国二氧化硫排放量的81.1%;生活二氧化硫排放量364.6万吨,占全国二氧化硫排放量的18.9%。

1、全国SO2排放现状
2002年,全国SO2排放量超过100万吨的地区依次为山东、贵州、河北、山西、江苏和四川,这6个地区的SO2排放量占全国排放量的40.1%,其中山东的工业SO2排放量*,贵州的生活SO2排放量*。

2、工业行业SO2排放现状
随着火电厂的不断建设,电力行业SO2排放量占*统计企业的比例逐年上升。2002年,电力业比重上升至54.9%,占SO2排放量的一半以上。占*统计企业SO2排放量的80%以上的行业主要是电力业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼业、化工制造业和有色金属冶炼业(见表1)。同时,电力业二氧化硫的平均排放强度高于其它4各行业(见表2)。

表1   *行业二氧化硫排放比重变化趋势              单位:%
行业 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年
电力业 41.6 42.1 43.2 53.5 54.9
非金属矿物制品业 18.9 20.1 20.4 11.6 11.4
化工制造业 5.6 5.5 5.0 5.8 5.4
黑色金属冶炼业 4.7 4.7 4.6 5.4 5.9
有色金属冶炼业 4.2 4.4 4.4 4.5 4.9

表2   *行业万元产值二氧化硫排放量变化趋势       单位:吨/万元
行业 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 均值
电力业 0.229 0.240 0.211 0.229 0.185 0.219
非金属矿物制品业 0.123 0.103 0.104 0.049 0.056 0.087
化工制造业 0.028 0.022 0.022 0.016 0.016 0.021
黑色金属冶炼业 0.028 0.023 0.067 0.017 0.015 0.030
有色金属冶炼业 0.063 0.053 0.020 0.034 0.038 0.041

3、火电厂二氧化硫排放及脱硫情况
2002年,全国火电厂二氧化硫排放量为666万吨,比2001年增长1.8%,排放量占全国工业二氧化硫排放量的42.6%。全国*统计的1077家装配脱硫设施858套,共去除二氧化硫85万吨,去除率为11.3%,远低于全国工业二氧化硫30.9%的平均去除率。

二、大颗粒活性炭及其他脱硫技术
我国二氧化硫主要是由燃煤产生,2002年,燃煤电厂二氧化硫排放量达到666万吨,占全国排放总量的34.6%。因此严格控制燃煤电厂二氧化硫排放对实现全国二氧化硫总量控制目标至关重要,本文着重讨论用于燃煤火电厂的二氧化硫脱除技术。
为了控制二氧化硫污染,防治酸雨危害,我国从20世纪70年代开始对烟气脱硫技术进行研究,进入80年代后,加大了研究开发力度和规模。1998年1月,国务院正式批复《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》,并明确提出“两控区”内的污染控制目标,进一步推进了我国脱硫技术的发展。大颗粒活性炭,即脱硫脱硝专用活性炭于1997年由山西新华化工厂研制成功,1998年已展开大规模生产,2003年已达到年产6000余吨的生产规模。

1、大颗粒活性炭脱硫技术
活性炭烟气脱硫脱硝工艺的原理是:热烟尾气(电力、钢铁行业之等)进入一个移动吸收塔中,烟气中的二氧化硫等被活性碳吸附,从而达到脱硫脱硝的同步净化目的。使用过的活性炭在高温解吸阶段再生(活性碳损失量占循环量的2%),产生的高浓度二氧化硫转化为商业硫酸,封闭的皮带输送机把活性炭在吸收塔和解吸塔之间循环。其特点是脱硫、脱硝同时进行;优点是不需要处理水,排气温度不下降,不需要再加热,接触还原脱硝能在低温下进行。此法目前只在发达国家应用,设备费和运行费都较高,单一装置脱硫率达到95%~98%,脱硝率达80%,能够同时除去SO3、重金属、卤化物、DIOXIN等,以致于从烟囱里看不排烟。

2、石灰石—石膏湿法脱硫技术
该法选用价格低廉、原料丰富的石灰或石灰石乳浊液吸收烟气中的二氧化硫,脱硫效率高,是世界上*为成熟,应用*多的脱硫技术。但该技术工艺流程复杂,并且产生的副产物—石膏,虽然纯度较高,可达90%以上,但由于中国石膏市场供应充足,所以,到目前为止,大多数电厂的石膏是作为废弃物堆放,即占用土地,又造成二次污染。

3、简易石灰石—石膏湿法脱硫技术
该法是针对高硫煤条件下的简易湿法脱硫技术,由中国电力部与日本电源开发株式会社共同进行。中日合作山西太原热电厂采用该法脱硫。该法工艺简单,脱硫效率80%以上。

4、磷铵肥法脱硫技术
该法是用活性炭甲等脱硫后,用磷矿石和氨水为原料,生成磷铵复合肥料并回收利用。但由于该肥料容易使土地产生板结现象,因此没有*广泛应用。四川豆板电厂采用该技术脱硫,脱硫效率95%。

5、海水脱硫技术
海水通常呈碱性,自然碱度大约为1.2~2.5mol/L,海水具有吸收二氧化硫的能力。海水脱硫技术是利用海水的自然碱度,将海水作为吸收剂脱除烟气中的二氧化硫。该技术运行简单,脱硫效率可达90%以上。但局限性很 大,仅适用于靠海边、燃用低硫煤的电厂烟气脱硫。挪威的烟气脱硫全部采用这种工艺。我国深圳西部电力有限公司从挪威ABB公司引进该技术,目前已投入运行。

6、旋转喷雾干法烟气脱硫技术
该技术选用石灰为原料,主要是针对中低硫煤条件下的脱硫技术。脱硫效率70%—85%,由日本电源开发株式会社与中国电力部共同进行。该技术在美国以及西欧国家有一定应用。但吸收剂利用率较低(50~65%),对设备的腐蚀性大,脱硫灰渣利用率低,多为抛弃或填埋。我国四川内江白马电厂和山东黄岛电厂利用该技术进行烟气脱硫。

7、炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫技术
该技术是以石灰石为吸收剂,采用炉内喷钙和炉后活化工艺,通过炉后烟气道上设增湿段喷入雾化水,使烟气中未反应的氧化钙水合为在低温下有很高活性的氢氧化钙,烟气中剩余的二氧化硫和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。该技术脱硫效率一般为65%~80%,工艺流程简单,占地面积小。该技术在美国、芬兰、法国、加拿大等国家应用。我国南京下关电厂从芬兰引进该项技术和发电机组脱硫装置,处理烟气脱硫。

8、电子束烟气脱硫技术
该技术是一种物理方法与化学方法相结合的高新技术,通过电子加速产生的高能电子束辐照进入反应器内的烟气、空气、水发生脱硫脱硝反应,反应所生成的硫酸铵、硝酸铵粉体微粒被副产品集尘器所分离和捕集,经过净化的烟气升压后经烟囱排放。该技术的优点是不产生废水和废渣,脱硫效率大于90%、脱氮效率大于80%。系统易操作,副产物可做化肥。目前在日本和美国建有示范装置。我国和日本荏原公司合作,利用该技术
建成成都热电厂进行电子束烟气脱硫处理。
其他还有硫化床燃烧脱硫技术、煤气化整体联合循环发电技术、活性炭纤维法(ACFP)烟气脱硫技术、软锰矿法烟气脱硫资源化技术、等离子法烟气脱硫技术、磷酸盐法烟气脱硫技术、“柠檬酸盐法” 烟气脱硫技术、催化氧化法烟气脱硫技术、烟气除尘脱硫一体化技术、微生物烟气脱硫技术。

三、脱硫技术的综合经济评价
由于脱硫技术相差各异,因此其工艺流程也不尽相同。根据脱硫技术的脱硫效率、脱硫工艺、脱硫装置投资和运行可靠性、脱硫副产物是否造成二次污染等情况对脱硫技术进行综合经济评价(见表3)。

表3  脱硫技术综合经济评价
 大颗粒活性炭干法 旋转喷雾干法 炉内喷钙尾部增湿 电子束法 石灰石—石膏湿法 简易湿法 磷铵肥法 海水法
脱硫效率(%) 96~99 70~85 65~80 80~90 90~97 ≥80 95 ≥90
工艺流程 较复杂 较简单 简单 复杂 较复杂 较简单 脱硫部分简单,制肥部分复杂 简单
技术成熟程度 成熟 成熟 成熟 工业试验 成熟 成熟 成熟 成熟
适用煤种  中低硫煤 中低硫煤 中低硫煤 高中低硫煤 高硫煤 高中低硫煤 低硫煤
运行成本(元/吨SO2) 580~700$ 750~1050 高 850~1000 900~1250 800~1100 1400~2000 较低
吸收剂 活性炭:直径9mm;水分<4% 消石灰 石灰石 氨 石灰石/石灰 石灰石/石灰 氨水 海水
吸收剂来源 来源丰富 质量要求较高,来源较困难 来源广泛 受条件限制 来源广泛 来源广泛 受条件限制 受海水条件限制
废水处理 无 无 无 无 需要 需要 需要 排水量大
设备占地面积  较小 小 较大 较大 小 大 较大
副产品  硫酸钙和亚硫酸钙等 脱硫废渣 硫酸铵/硝酸铵 石膏 石膏 硫酸铵溶液 废水
副产品处理  难以综合利用 难以综合利用 化肥 石膏制品原料 石膏制品原料 化肥 排入海水
目前副产品能否利用 能 否 否 能 不能 不能 未*广泛适用 是否有害还在研究

四、脱硫技术趋势
控制二氧化硫是减少大气污染的一项重要措施。由于中国生态环境恶化,水资源短缺,所以脱硫技术除了主要考虑脱硫效率和经济效益以外,还要根据实际情况考虑脱硫设备对水资源的利用以及副产品产生的*次污染。

1、脱硫效率高、环保效益显著的大颗粒活性炭脱硫技术是未来我国新建电厂和大型燃煤锅炉优选
大颗粒活性炭,技术含量高、信息化程度高、副产品回收利用率高。由于大颗粒活性炭脱硫成本高,目前主要用于日本、韩国以及澳大利亚等国的电厂和锅炉等烟气脱硫,脱硫效率高达95-98%,同时脱硝效率也在80%以上。我国是发展中国家,由于政策经济技术等方面原因,对于运行成本较高的大颗粒活性炭脱硫技术很难在短期内实施。目前,我国颁布的《国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复》(国函[1998]5号)、《两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划》(2002年9月)、《两控区“十五”酸雨和二氧化硫污染防治计划》(2003年6月)等主要是针对大气中二氧化硫的排放,而氮氧化物也是形成酸雨的主要构成部分。随着人们对环境保护和可持续发展越来越深入的认识,脱硫脱硝将同时成为燃煤电厂、锅炉等行业的双控指标,具有良好脱硫脱硝效率的大颗粒活性炭脱硫脱硝技术也必将随着环保的高要求和国民经济势力的不断壮大*广泛运用,实现烟气脱硫经济效益与社会效益的统一,实现脱硫技术的产业化转变。

2、根据区域经济中吸收剂优势选择合适的脱硫技术
山西太原市是很 度缺水城市,太原热电厂却选用了简易湿法脱硫技术,该法虽然经济,但耗水量大。由于太原市的限水导致脱硫设备不能正常运转,脱硫效率大打折扣。因此,应根据区域经济中自然环境和资源分布特点,因地制宜,选择切实可行的脱硫技术。滨海电厂,海水资源丰富,应优先选择海水脱硫技术;石灰石富有的地区,结合当地水资源情况,丰水区选择湿法脱硫,缺水区选择干法或半干法脱硫;山西太原大气污染严重且缺水,应选择脱硫效率高且不耗水的技术,由于大颗粒活性炭厂就建在山西太原,因此山西太原新建的燃煤企业应优先考虑大颗粒活性炭脱硫技术。但由于大颗粒活性炭投资运行成本高,政府应给予补偿,建立优惠政策,鼓励民营经济积很 参与,逐步放开电价。

3、占地面积少、运行成本低的脱硫技术将在旧项目改造中占有一席之地
旧项目建设时,并没设计脱硫装置。但由于目前对环保的要求以及对二氧化硫排放的达标要求,控制二氧化硫排放实在必行。根据燃煤特点,控制二氧化硫排放通常有三种方式,一是选用低硫煤,二是增加排放烟筒的高度,三是增加脱硫设备。由于低硫煤种选择的局限性,因此选用低硫煤减少二氧化硫排放也受到限制;而增加烟筒高度只是对排放物进行转移,也没从根本上减排二氧化硫;只有增加脱硫设备才更具广泛性。但由于旧项目设计中并没预留空地,所以占地面积小、一次性投资资本少、工艺简单可行、具有一定脱硫效率的脱硫技术必将成为旧项目改建的优选。

4、脱硫副产品的生态效益将作为脱硫技术是否环保的一个衡量指标
党的“十六大”明确提出,要使我国可持续发展能力不断增强,生态环境*改善,促进人与自然和谐,推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路。建设小康社会,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路。我国生态环境十分脆弱,要在21世纪头20年实现经济总量翻两番,资源环境的压力将更严峻。因此,摒弃传统大量消耗、大量消费、大量废弃的生产和消费方式,注重生态效益、社会效益和经济效益将成为我国可持续发展的必然要求,任何污染的治理要从根本上解决,不能治理了二氧化硫大气污染而产生固体废弃物等进行污染转移。不同的脱硫技术各有利弊,但今后总的趋势将淘汰产生二次污染的技术,以及脱硫副产品虽然从理论上能利用,但实际无法利用的技术。同时对脱硫副产品在切实可行的情况下应建立产品链进行延伸,形成资源—产品—资源的闭路循环。

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