燃料燃烧中二氧化硫的生成及控制原理.docx

21世纪可持续发展之环境保护(上卷)燃料燃烧中二氧化硫的生成及控制原理高洋谭艳玲李伟中南海市环境保护局，南海市摘要随着燃料大量地使用，二氧化硫的排放量也越来越多。二氧化硫是形成酸雨的首要 污染物。控制二氧化硫的生成及减少二氧化硫排放量已迫在眉睫。本文对燃料燃烧时二 氧化硫的生成及控制作出了阐述，以搠耐减少二氧化硫的排放有所帮助。关t词：燃烧，硫氧化物，酋成．控硒”。壹、前言石油、煤炭和天然气等矿物燃料是工业、运输和民用系统的主要能源。矿物燃料 的能量是通过燃烧以热能的形式释放的，可供汽车、火车、轮船等交通运输工具的发 动机，火力发电站的锅炉．各种工业加热设备，人民日常生活和其他行业使用。也就 是说，现代社会所需要的能量几乎都与燃烧有关；随着科学技术的进步、矿物能量消 耗的增加及现代社会中汽车的普及，矿物燃料的消耗量也急剧增长。但随之而来的是 大量污染物排放而导致的环境污染问题，其中酸雨就是大量燃料燃烧时释放出硫的氧 化物昕致。本文将分析燃料燃烧时释放出硫的氧化物的种类及产生、控制原理。贰、二氧化硫的性质燃料中的硫在燃烧过程中，除部分(约占5％～10％)残留在灰分中外，绝大部分 首先与氧化合生成S02。二氧化硫(S02)是无色而有刺激性的气体，比空气重，是空气的2．26倍。在20℃温度下，每lOOg水中能溶解二氧化硫气体10．59，而产生亚硫酸溶液。亚硫酸具有还原性．可以用来作为漂白剂使用。它对人体及农作物的危害很大。叁、燃料中硫的存在方式固体燃料中硫以三种形态存在：1．有机硫：以各种有机硫化合物存在，分布均匀2．黄铁矿：以FeSz的形式存在，是无机硫；78821世纪可持续发展之环境保护(上卷)3．硫酸盐类：以CaS04·2H20和FeS04等的形式存在于矿物杂质中，属无机硫， 煤中的含硫量一般为O．5％～5％。以有机硫和黄铁矿硫形式存在的硫在燃烧过程中全部参加反应，氧化为SO：；而硫酸盐则不参与燃烧，往往有一部分留在底灰中， 另～部分以飞灰形式排出，液体燃料中硫的种类很多，以有机化合物的形式存在于燃料中，如游离硫、硫化 氢等。原油的含硫量依产地不同而不同，一般为0．5％～2％，重油的含硫量较高，一般为原油含硫量的1．5倍。气体燃料中硫以气态硫化氢的形式存在，天然气中含硫量一般小于1％。肆、二氧化硫的生成燃料中硫在燃烧过程中与氧发生反应，主要产物是S02和S03，但SO，的浓度相 当低。即使在贫燃料的状态下，生成的S03也只占SOz生成量的百分之几。在富燃料状态下．除了SO：外，还有一些其他硫的氧化物，如一氧化硫sO及其二聚物(SO)z，还有少量氧化二硫(s20)。由于它们化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。燃料燃烧时，如果空气过剩系数低于1．0时，有机硫将分解。除S02外．还产生S、 H：S、SO等；当过量空气系数高于1．0时．将全部燃烧生成S02。在完全燃烧条件下，生成s02的同时，约有0．5％～2％的S02将进一步氧化而生成S03a在煤粉炉和燃油炉中，目前还不能用先进燃烧技术的方法控制其生成量。所以S02 的生成量将正比于燃料中的含硫量。含硫量为1．5％的重油，排烟中的S02浓度约为1000PPm：煤通常含硫量为O．5％～5．o％．故其s02生成量可达365～3650ppm。SO：生成量可按理论计算式获得：‰：一o，×等×等㈣式中Vs02——所计算的燃烧装置排出S02的体积数，m3／hws——所用燃料含硫量．％(W／W)； f——排烟温度，℃；日——单位时问消耗的燃料量，kgth。G鼢瑰等(2)式中Gso：——燃烧装置排出的s02,贡量，kg／hw”口——同上式。21世纪可持续发展之环境保护(上卷)伍、二氧化硫的控制一、燃料脱硫 (1)煤炭的固态脱硫煤炭的固态脱硫有物理脱硫和化学脱硫。物理脱硫是利用煤中硫化物的特性，如 密度，磁性、表面性质等，将黄铁矿与煤和矿石分开；化学脱硫是利用化学方法除去煤中的FeS2。物理脱硫当前利用较广，尤以洗煤为主。洗煤是利用密度不同把煤、矿石和黄铁 矿分开。黄铁矿的密度为0．5而煤的密度为1．3左右。洗煤可以去除煤含硫量的40％～90％。硫的净化率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。在有机硫含量大．或煤中黄铁矿嵌布很细的情况下，仅用密度法脱硫，其精煤硫分远达不到环境保护的 要求。洗选后的煤要干燥。干燥过程要消耗能源，产生粉尘，成本较高。当前烘干正 为机械脱水所代替，这可降低成本并避免产生烟尘。化学脱硫是把煤破碎后靠溶剂萃取来降低煤中含硫量。硫酸铁(三价铁)的水溶 液作为溶剂．在50～130C下处理。萃取溶剂可以回收重用。此法效率为80％，并与 煤的分子结构无关。处理后的煤对使用性能无影响。相对于物理方法脱硫，优点是能 去陈微细的黄铁矿。但副产品Fe：(SO。)3是含硫