【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 步結(jié)合形成硫酸鹽和硝酸鹽離子，如遇水霧就會(huì)形成酸雨和酸霧，酸化的程度用氫離子濃度指數(shù)PH值來(lái)表征，一般將PH值小于5．6的降水叫酸雨，小于4則表示嚴(yán)重酸化【9】。酸雨被稱為“空中死神，在1990．1995年聯(lián)合國(guó)系統(tǒng)中期環(huán)境方案中，酸雨被列為最重大的環(huán)保問(wèn)題。我國(guó)己經(jīng)成為世界上繼北美、歐洲后的第三大酸雨污染區(qū)，根據(jù)2005年降水監(jiān)測(cè)站的監(jiān) 測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，我國(guó)降水年均pH值范圍在4．1339。7．79之間。我國(guó)已有60％的地方降雨pH 值低于5．6，降水年均pH值低于5．6的城市有64個(gè)，占統(tǒng)計(jì)城市數(shù)的52．8％，73％的南 方城市降水年均pH值低于5．6，而在此次統(tǒng)計(jì)中降雨pH值低于5．6的南方城市有29 個(gè)。其中降水年均pH值小于4．5的城市比例增加2．8％，酸雨頻率超過(guò)40％的城市比例 上升了7．2％，特別是西南地區(qū)遭受酸雨危害嚴(yán)重，受害最大的是贛州、長(zhǎng)沙、南充、 宜賓、懷化、重慶、梧州、南昌、滬州、杭州、衡陽(yáng)和桂林等，酸雨出現(xiàn)頻率均在70％ 以上，酸雨污染正日益加重[41。．2．
壟!!叁莖壁主堂堡壘查—————————————————————監(jiān)5．1．1經(jīng)濟(jì)效益分析 575．1．2環(huán)境效益與社會(huì)效益分析 575．2應(yīng)用前景展望 58第6章結(jié)論 ．．59～1參考文獻(xiàn) o致謝 ～64’攻讀碩士期間發(fā)表的論文 ～65．．VIII．．
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論1．1．3 S02污染及酸雨造成的危害燃煤產(chǎn)生的S02污染及其導(dǎo)致的酸雨問(wèn)題，已成為全球性大氣污染中最突出的問(wèn)題。當(dāng)人體接觸S02時(shí)，主要經(jīng)呼吸道吸入，并被鼻粘膜和上呼吸道吸收。在空氣中，當(dāng)S02濃度達(dá)到50m咖3時(shí)，即能使人產(chǎn)生窒息感并引起眼刺激癥狀；當(dāng)濃度為1050～1310mg／m3時(shí)，雖然短時(shí)間接觸，也有中毒的危險(xiǎn)，如果濃度為5240耐時(shí)，便會(huì)立即引起喉頭痙攣，喉水腫而導(dǎo)致窒尉1 01。具體見(jiàn)表1．1。表1．1二氧化硫?qū)θ梭w的影響Table 1．1 Effect on People of$02S02的排放不僅直接危害人類的身體健康，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的酸雨污染和生態(tài)損 害。酸雨通常是指pH值小于5．6(雨水中二氧化碳達(dá)到飽和時(shí)的pH值)的降水，它使得 土壤酸化，土地肥力減低，增加土壤離子的溶解度，使土壤產(chǎn)生鋁離子等有毒離子通過(guò) 河流等進(jìn)入湖泊，海洋等，危害水生物并對(duì)人類的健康造成危害；酸沉降還傷害植物的 組織結(jié)構(gòu)、抑制植物的正常生長(zhǎng)、影響植物的光合作用和呼吸作用；它還能夠改變植物體 內(nèi)的硫、碳、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，使土壤中有關(guān)元素減少，造成土壤貧瘡，致使樹(shù)木 生長(zhǎng)受害，產(chǎn)果量降低，并可能對(duì)樹(shù)木和其他植物起致死作用。酸雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響也 很大，最為突出的是湖泊的酸化問(wèn)題，湖泊酸化對(duì)水生生態(tài)的影響主要是導(dǎo)致魚(yú)類死亡， 因此酸性湖水或河水會(huì)降低水中含鈣量，損壞魚(yú)的脊椎和骨骼，使魚(yú)崎形，成駝背或縮 短。此外酸性還會(huì)使河底沉積物釋放出有毒物質(zhì)，如鉛、鍋、鎳等，當(dāng)湖水或河水的pH 值小于5．5時(shí)，大部分魚(yú)類很難生存。當(dāng)pH值小于4．5時(shí)，各種魚(yú)類、西棲動(dòng)物和大部 分昆蟲(chóng)消失，水草死亡。酸雨還加速了建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、工業(yè)裝備、地下儲(chǔ)罐、動(dòng)力和氣
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論通訊電纜等材料的腐蝕，對(duì)文物古跡、歷史建筑、雕刻等重要文化設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p害‘11】。我國(guó)每年由于酸雨和S02污染而造成的農(nóng)作物、森林和人類健康等方面的經(jīng)濟(jì)損失都多達(dá)千億元。可見(jiàn)，S02的污染排放及其造成的酸雨問(wèn)題已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此對(duì)S02排放的控制與治理已刻不容緩、勢(shì)在必行[41。1．2 S02污染控制技術(shù)研究現(xiàn)狀潔凈煤技術(shù)是當(dāng)前世界各國(guó)解決大氣環(huán)境問(wèn)題的主要技術(shù)之一，也是高技術(shù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要領(lǐng)域【12】：潔凈煤技術(shù)涉及到煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化、污染控制等，其核心技術(shù)是煤的高效潔凈燃燒。高效潔凈燃燒技術(shù)是解決以煤煙型污染為主的大氣污染問(wèn)題的一項(xiàng)戰(zhàn)略對(duì)策，燃煤脫硫是減輕S02大氣污染的最基本的方法【l 31。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各國(guó)開(kāi)發(fā)、研究和使用的燃煤污染控制技術(shù)多達(dá)200多種，這些技術(shù)概括起來(lái)可分為三類：(一)燃燒前脫硫，如選煤；()燃燒中脫硫，如型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣、循環(huán)流化床燃燒等；(三)燃燒后脫硫，即煙氣脫硫【141。世界上包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家對(duì)燃煤過(guò)程中脫(固)硫技術(shù)都進(jìn)行了大量多方面的研究。1．2．1燃燒前脫硫技術(shù)燃燒前脫硫技術(shù)也就是煤炭洗選技術(shù)，分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法等【l5。其中煤的物理凈化技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的燃燒前脫硫技術(shù)，該法可以從原煤中除去泥土，頁(yè)巖和黃鐵礦硫。通過(guò)煤的粉碎，使非化學(xué)鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，繼 而利用構(gòu)成煤的有機(jī)物質(zhì)(煤的基本微觀結(jié)構(gòu))與密度較大的礦物不純物之間比重的不 同，或利用二者表面潤(rùn)濕性、磁性、導(dǎo)電性的不同將它們分離。物理方法工藝簡(jiǎn)單、投 資少、操作成本低，但不能脫除煤中有機(jī)硫，對(duì)黃鐵礦硫的脫率也只有50％左右?；瘜W(xué)法脫硫多數(shù)針對(duì)煤中有機(jī)硫，主要利用不同的化學(xué)反應(yīng)，包括生物化學(xué)反應(yīng)，將煤中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)的硫而使之分離。微生物脫硫技術(shù)是把煤粉懸浮在含細(xì)菌的氣泡液中，細(xì)菌產(chǎn)生的酶能促進(jìn)硫氧化成硫酸鹽，從而達(dá)到脫硫的目的。該類技術(shù)具有其突出的優(yōu)點(diǎn)，但目前正處在實(shí)驗(yàn)室階段，離工業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。煤的脫硫凈化技術(shù)，除了上述的物理法、化學(xué)法和生物法以外，還有超臨界流體萃取、加氫熱解、微波法和電化學(xué)法等。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平因素，目前我國(guó)煤炭入選率不到17％。而美國(guó)、．4．
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論英國(guó)、法國(guó)、日本的煤炭入選率則分別為42％、94．9％、88．7％和98．2％【16】。1．2．2燃燒中脫(固)硫技術(shù)燃燒中脫(固)硫技術(shù)主要是指燃燒前或燃燒過(guò)程中在煤中添加一定量的固硫劑(常用的有石灰石、白云石等)，使煤在燃燒或氣化時(shí)生成的氣態(tài)硫化物在爐內(nèi)被吸收，因此也稱之為“燃燒固硫，【1。71。固硫劑一般利用爐內(nèi)較高的溫度進(jìn)行自身鍛燒，分解生成CaO、MgO等氧化物，氣相中殘存的硫化物，與爐內(nèi)脫(固)硫劑鍛燒生成的CaO、MgO接觸而被吸收，使其直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}及其復(fù)鹽的形式留在渣中，這樣大大降低了排出氣體中S0S03的含量，從而達(dá)到了固硫的目的。目前主要脫(固)硫技術(shù)見(jiàn)表1．2【l引。燃燒過(guò)程中固硫反應(yīng)的溫度較高，一般在8001250℃的范圍內(nèi)。表1．2主要脫(固)硫技術(shù)Table 1．2 Main technology of sulfurretention1．2．3燃燒后脫硫技術(shù)燃燒后脫硫包括高煙囪擴(kuò)散稀釋和煙氣脫硫兩種【例。高煙囪擴(kuò)散稀釋的方法僅能將S02擴(kuò)散到大氣中進(jìn)行稀釋，減輕污染源周圍地區(qū)S02污染。它只是將S02污染從一．5
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論個(gè)地區(qū)轉(zhuǎn)稼到另一個(gè)地區(qū)的權(quán)宜之計(jì)，該法受當(dāng)?shù)氐牡乩砗蜌庀蟮葪l件的影響較大。雖然是所有方法中最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法，但并不能從根本上減少大氣中S02排放總量。嚴(yán)格地說(shuō)該方法并沒(méi)有脫硫作用。煙氣脫硫是指從煙氣中脫除S02使之得到凈化，主要是利用吸收劑或吸附劑。近幾十年來(lái)，國(guó)外對(duì)煙氣脫硫、脫硝技術(shù)進(jìn)行了大量研究，目前已成為比較成熟、應(yīng)用最廣的脫硫技術(shù)之一【201。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，工業(yè)脫硫裝置的應(yīng)用發(fā)展很快。至今，煙氣脫硫技術(shù)的種類非常多，它的分類也多種多樣，按照二氧化硫的處理結(jié)果可分為拋棄法和回收法【2l】。前者指脫除的硫不作產(chǎn)品而拋棄。后者將脫除的硫進(jìn)行回收。按脫硫的方式和產(chǎn)物的處理方式一般可分為干法和濕法兩大類。濕法煙氣脫硫是指用液體吸收劑(如 水或堿性溶液)洗滌煙氣脫除其中的S02。例如最早由英國(guó)皇家化學(xué)工業(yè)公司在20世紀(jì) 30年代提出的石灰石／石灰法洗滌是目前世界上應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)。該法具有脫硫 反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用 高及易造成二次污染等問(wèn)題。干法煙氣脫硫是指應(yīng)用粉狀或粒狀吸收劑來(lái)脫除煙氣中的 S02。該法具有無(wú)污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕小，煙氣在凈化過(guò)程中無(wú)明顯溫降、凈化后 煙氣溫度高、利于煙囪排氣擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大 等問(wèn)題瞄】。國(guó)外特別重視濕法煙氣脫硫技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，尤其是日本、美國(guó)和德國(guó)的 研究較多，世界上煙氣脫硫裝置的數(shù)量、容量以及技術(shù)水平方面也是日本和美國(guó)居領(lǐng)先 地位【231。我國(guó)上世紀(jì)50年代開(kāi)始研究，但發(fā)展緩慢【24】。一1．2．4各種脫(固)硫技術(shù)比較及我國(guó)實(shí)際應(yīng)用情況分析燃煤脫(固)硫技術(shù)的種類很多，但沒(méi)有一種技術(shù)能解決所有燃煤爐具的二氧化硫污染問(wèn)題。利用環(huán)境科學(xué)方法研究特定地區(qū)的環(huán)境容量，當(dāng)搞清該地區(qū)環(huán)境容量極限和當(dāng)前污染狀況時(shí)，可適當(dāng)采用高煙囪排放技術(shù)，這樣實(shí)行起來(lái)，簡(jiǎn)便易行又非常經(jīng)濟(jì)。從技術(shù)的適用性、經(jīng)濟(jì)性及社會(huì)認(rèn)同三方面來(lái)衡量脫(固)硫技術(shù)，各種脫(固)硫技術(shù)各有所長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā緦?duì)于使用選精煤的爐窯的二氧化硫污染的治理，考慮到大多數(shù)高硫煤中硫的存在形式50％以上是黃鐵礦硫，可以采用浮選脫硫技術(shù)。對(duì)于燃燒后的煙氣脫硫技術(shù)雖然在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中得到了廣泛應(yīng)用，但其基建投資和日常運(yùn)行費(fèi)用較高，受設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用(如濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的初投資費(fèi)用占電站總投資的三分之一)的限制，難以適用于我國(guó)的國(guó)情【2們。因此，根據(jù)我國(guó)國(guó)●l．6
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 笫1章緒論情，需要采取～種適合我國(guó)能源利用現(xiàn)況的工藝簡(jiǎn)便易行、成本低廉的潔凈煤炭燃燒技術(shù)來(lái)控制S02對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境的污染。我國(guó)以煤炭作為主要的生產(chǎn)和生活能源，其中燃燒煤炭的中小型鍋爐和窯爐在我國(guó)占有很大的比例，目前我國(guó)的工業(yè)鍋爐使用量約46萬(wàn)臺(tái)，其中中小型層燃鍋爐占70％，各種窯爐約16萬(wàn)座，年用煤量在400Mt以上，量大面廣的中小型鍋爐和窯爐是排放S02的主要污染源【271。隨著我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格及排污收費(fèi)的提高，要求燃煤鍋爐和爐窯普遍采用減排S02的措施己是勢(shì)在必行。燃燒中脫(固)硫技術(shù)采取直接加入固硫劑的方法、不需要增加過(guò)多的附屬裝置，大大減少了燃 燒后脫硫設(shè)施的使用，與其它脫(固)硫技術(shù)相比具有脫(固)硫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、初投資與 運(yùn)行費(fèi)用低、固硫反應(yīng)溫度與固硫劑溫度相統(tǒng)一、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)【2引，尤其適用于中 小型鍋爐，因此是一種適合我國(guó)國(guó)情的控制S02排放行之有效的方法。
我國(guó)在此技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用上，也不斷進(jìn)行著大量的研究，所采取的技術(shù)途徑主要有兩條，一是開(kāi)發(fā)以助燃為目的的助燃劑，在助燃的同時(shí)起到一定的固硫作用，從而減少煤燃燒時(shí)S02的排放量；二是開(kāi)發(fā)以鈣系化合物為主的固硫劑或復(fù)合固硫劑，采取加入固硫劑的手段與煤燃燒排放的S02反應(yīng)，使其直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}及其復(fù)鹽的形式留在渣中，達(dá)到固硫的目的【291。同時(shí)，利用工業(yè)廢渣作為固硫劑還可以使大量的工業(yè)廢渣得到二次利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但該技術(shù)目前普遍存在固硫劑利用率低、固硫效果不明顯，固硫產(chǎn)物在高溫時(shí)易分解等問(wèn)題。針對(duì)這一狀況，近年來(lái)各國(guó)學(xué)者在提高固硫效率方面做了大量的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在固硫劑中加入適量的添加劑可以改善固硫劑的固硫反應(yīng)速率，從而提高固硫效率【30】。就單項(xiàng)研究指標(biāo)來(lái)講，我國(guó)有些脫(固) 硫裝置己經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，但對(duì)于鈣基固硫劑在高溫區(qū)(1000。C)固硫過(guò)程的 研究還相對(duì)薄弱，高溫脫(固)硫效率仍停留在較低的水平，未能實(shí)現(xiàn)根本性的突破。 所以針對(duì)煤炭燃燒脫(固)硫中存在的鈣利用率低和高溫固硫效果差的問(wèn)題，改善固硫 劑的高溫反應(yīng)活性，研制開(kāi)發(fā)高效廉價(jià)的固硫劑、添加劑，提高其利用率是燃燒脫(固) 硫技術(shù)需要解決的重要課題之一，是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前大氣環(huán)境治理戰(zhàn)略目標(biāo)的一個(gè)主要途徑， 也是當(dāng)務(wù)之急。因此，對(duì)固硫添加劑的研究仍是我國(guó)今后在燃煤固硫技術(shù)上研究的重點(diǎn)， 我國(guó)在此方面的研究仍具有很廣闊的發(fā)展空間，研究高溫條件下添加劑對(duì)燃煤脫(固)硫 的促進(jìn)作用無(wú)疑具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和開(kāi)發(fā)機(jī)遇。7
東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1章緒論1．3固硫劑及添加劑促進(jìn)固硫作用機(jī)理的研究進(jìn)展1．3．1常見(jiàn)固硫劑及其促進(jìn)固硫作用的機(jī)理凡能與煤在燃燒過(guò)程中生成的S02，S03起化學(xué)或