（环境科学专业论文）燃煤固硫—助燃添加剂的实验研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e x p e r i m e n t a ls t u d y o ne f f e c to fs u l f u r - r e t e n t i o n a n d c o m b u s t i o n - s u p p o r t i n g a d d i t i v e sd u r i n gc o a lc o m b u s t i o n b y y uf e n g g e s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n g m e i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 9 p r - 呼i 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 正 思0 学位论文作者酶古斓 日期： c 7 7 呼1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： ， 东北大学硕士学位论文摘要 燃煤固硫一助燃添加剂的实验研究 摘要 煤炭是我国分布最广、储量最多的一次能源，在我国的能源消费结构中一直占有重 要地位，然而大量煤炭的直接燃烧不仅存在热效率低下、浪费能源的问题，还会导致严 重的烟尘和二氧化硫污染及酸雨等环境问题。本文从节能减排的角度出发，通过燃煤固 硫实验和助燃添加剂对煤燃烧特性的影响实验两个方面，研究在煤中掺入适宜的固硫剂 和助燃添加剂，从而将煤燃烧释放的硫固定在灰渣中以减少二氧化硫的排放，改善煤的 燃烧特性以提高锅炉的热效率，具有十分重要的现实意义。 燃煤固硫实验采用微机库仑测硫仪，通过库仑滴定法测定煤燃烧时烟气释放出的硫 含量，再根据煤的全硫含量和燃烧烟气释放硫含量计算出固硫率。首先考察了固硫剂类 型、c a s ( 钙硫摩尔比) 、燃烧段温度、停留时间、添加剂种类和加入量等因素对固硫 效率的影响，在优化燃煤固硫条件的基础上，重点研究了1 1 0 0 高温条件下双组分和三 组分复合添加剂对燃煤固硫效率的影响，并考察了工业废弃物电石渣的固硫性能。 在燃煤助燃实验中，采用全自动量热仪较系统地考察了微量添加剂的加入对煤弹桶 发热量的影响。从2 1 种常见助燃添加剂中筛选出1 3 种能有效提高煤发热量的添加剂， 并以弹桶发热量的提高值为考察指标确定出适宜添加量。在此基础上，利用 t g d t g d s c ( 热重微分热重一差示扫描量热法) 热分析联用技术，考察了单组分和复合 添加剂对煤的着火温度、临界温度、燃尽温度、最大释热量、焓变等燃烧特性参数的影 响，计算了综合燃烧特性指数。 燃煤固硫实验结果表明：当燃烧温度为1 1 0 0 ，停留时间为5 分钟，c a s = 2 时， 以质量比为2 ：3 混合的c a c 0 3 c a ( o h ) 2 复合固硫剂作为主固硫剂，固硫效果较好；在 选取的k 2 c 0 3 、m g o 、k m n 0 4 、a 1 2 0 3 、s i 0 2 、f e 2 0 3 、硼泥、z n o 、n a c l 等助固硫添加 剂中，单独任何一种添加剂的促进固硫作用都不显著；在双组份添加剂中，当s i 0 2 分 别与f e 2 0 3 、m g o 、a 1 2 0 3 、n a c l 按摩尔比5 0 、0 5 、3 0 、3 0 混合，a 1 2 0 3 分别与n a c l 、 z n o 按摩尔比5 0 混合时，都表现出显著的固硫促进作用，使固硫率提高到4 0 左右； 在三组分添加剂中，当选择k 2 c 0 3 、m g o 、s i 0 2 按摩尔比为1 ：2 ：l 混合，n a c i 、s i 0 2 、 a | 2 0 3 按摩尔比1 ：3 ：1 混合，k 2 c 0 3 、f e 2 0 3 、s i 0 2 按摩尔比0 2 ：1 ：1 混合时，固硫 率分别达到5 3 左右。以质量比为2 ：l 混合的c a c 0 3 电石渣复合固硫剂作为主固硫剂， 一i i 东北大学硕士学位论文摘要 加入复合添加剂k 2 c 0 3 m g o s i 0 2 与n a c i s i 0 2 a 1 2 0 3 时，固硫率可达到4 5 左右。 添加剂对煤弹桶发热量的影响实验结果表明：n a c l 、k m n 0 4 、k c l 0 3 、k n 0 3 、二 茂铁、c e 0 2 、f e 2 0 3 、s i 0 2 、a 1 2 0 3 、c a o 、n a h c 0 3 、n h 4 h c 0 3 、m n 0 2 等1 3 种微量添 加剂对提高煤的弹桶发热量具有明显效果，其中k m n 0 4 效果最佳，当添加量为1 o ， 可使煤的弹筒发热量增加5 4 0j g ，提高率达2 6 5 。单一添加剂对煤燃烧特性影响的 t g d t g d s c 热分析结果表明：f e 2 0 3 、n a c l 、k m n 0 4 、二茂铁、f e 2 0 3 、s i 0 2 、a 1 2 0 3 、 c a o 、m n 0 2 、k n 0 3 等1 0 种添加剂能够显著提高煤燃烧反应的焓变，增加放热量；f e 2 0 3 、 a 1 2 0 3 、c a o 、m n 0 2 等4 种都能使煤的着火温度降低1 0 。c 以上；f e 2 0 3 、s i 0 2 、m n 0 2 等 3 种均能使煤的燃尽温度降低1 0 。c 以上；c e 0 2 能显著提高煤的最大燃烧速度和综合燃 烧特性指数。复合添加剂对煤燃烧特性影响的t g d t g d s c 热分析结果表明：对n a c l 、 k m n 0 4 、二茂铁、f e 2 0 3 等四种添加剂复合使用，其作用相互补充，能显著降低煤的着 火温度和燃尽温度，增加放热量。 在实验室研究基础上，考察了三种配方的助燃剂在4 t h 热水供暖散煤锅炉上的现场 应用效果，热工测试结果表明：三种助燃剂配方均在不同程度上提高了锅炉的热效率， 其中添加助燃剂的3 撑煤的锅炉热效率最高，较原煤的锅炉热效率相对提高了1 0 3 6 ， 炉渣含碳量由原来的1 5 9 3 降至7 6 8 。 关键词：煤；固硫；助燃；添加剂；发热量；t g d t g d s c 热分析 i i i i l r - f 1 ，i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p e r i m e n t a ls t u d yo ne f f e c to fs u l f u r - r e t e n t i o na n d c o m b u s t i o n - s u p p o r t i n ga d d i t i v e sd u r i n gc o a lc o m b u s t i o n a bs t r a c t c o a li sap r i m a r ye n e r g yr e s o u r c eo ft h ew i d e s td i s t r i b u t i o na n dr i c h e s tr e s e r v e si nc h i n a , a n da l w a y sa c c o u n t sf o r t h el a r g e s tp r o p o r t i o ni nt h ee n e r g yc o n s u m p t i o ns 缸u c t i l i e h o w e v e r , t h ed i r e c tc o m b u s t i o no fl a r g eq u a n t i t i e so fc o a lh a sn o to n l ym e tl o wh e a te f f i c i e n c ya n d e n e r g yp r o f u s i o n ，b u ta l s oc a u s e ds e r i o u sp o l l u t i o no fs m o k e ，d u s ta n ds u l f u rd i o x i d e ，a n d a c i dr a i n i nv i e wo fe n e r g yc o n s e r v a t i o na n de m i s s i o n sr e d u c t i o n ，e x p e r i m e n t a ls t u d i e sh a v e b e e nc a r d e do u ti nt h i st h e s i so nt h es u l f u r - r e t e n t i o nd u r i n gc o a lc o m b u s t i o na n de f f e c to f c o m b u s t i o n - s u p p o r t i n ga d d i t i v e so nc o a lc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，i no r d e rt h a ts u l f u rb e f i x e di nt h es l a gt or e d u c es u l f u rd i o x i d ee m i s s i o n ，a n dt h ec o a lc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sb e m o d i f i e dt oe n h a n c eb o i l e rh e a te f f i c i e n c y t h er e s e a r c hi so f g r e a tr e a l i t ys i g n i f i c a n c e i ns u l f u r - r e t e n t i o ne x p e r i m e n t s ，a u t o m a t i cs u l f u ra n a l y z e rw i t hc o u l o m e t r yw a su s e dt o d e t e r m i n et h es u l f u re m i s s i o na m o u n td u r i n gc o a lc o m b u s t i o n ，a n dt h e nt h es u l f u r - r e t e n t i o n e f f i c i e n c yw e r ec a l c u l a t e db yt h es u l f u re m i s s i o na m o u n ta n dt h es u l f u rt o t a lc o n t e n ti nt h e c o a l t h ei n f l u e n c eo fs u l f u r - r e t e n t i o na g e n tt y p e ，m o l a rr a t i oo fc a l c i u mt os u l f u r , c o m b u s t i o n t e m p e r a t u r e ，r e s i d e n c et i m e ，a n dt y p ea n dd o s a g eo fa d d i t i v e so ns u l f u rc a p t u r ee f f i c i e n c y w e r ei n v e s t i g a t e d b a s e do nt h ed e t e r m i n e dp r o p e rs u l f u rr e t e n t i o n c o n d i t i o n s jt h 爸e f f e c t so f b i n a r ya n dt e r n a r yc o m p l e xa d d i t i v e s w e r es t u d i e di ne m p h a s i s t h es u l f u r - r e t e n t i o n p e r f o r m a n c eo fc a l c i u mr e s i d u ew a sa l s oi n v e s t i g a t e d i nc o m b u s t i o n s u p p o r t i n ge x p e r i m e n t s ，a u t o m a t i ch e a tm e a s u r i n ga p p a r a t u sw a su s e dt o i n v e s t i g a t ee 丘b c to nc o a lh e a t i n gq u a n t i t yo fb o m bc y l i n d e ro ft h ea d d i t i v e s t h i r t e e n e f f e c t i v ea d d i t i v e sw e r es e l e c t e df r o mt w e n t y o n e p r o p e rd o s a g e sw e r ed e t e r m i n e di n c o r d i n gt o t h ei n c r e a s eo fh e a t i n gq u a n t i t yo fb o m bc y l i n d e r t h e nw i t ht h e r m o g r a v i m e t r y ( t g ) ，d e r i v a t i v et h e r m o g r a v i m e t r y ( d t g ) a n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) a n a l y s i st e c h n o l o g i e s ，t h ee 疵c t so ft h ea d d i t i v e so nc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so f i g n i t i n gt e m p e r a t u r e ， c r i t i c a lt e m p e r a t u r e ，b u m - o u tt e m p e r a t u r e ，m o s th e a tr e l e a s ea n d e n t h a l p yc h a n g ew e r es t u d i e da n dt h ec o m p r e h e n s i v ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i ci n d e xw a s c a l c u l a t e d i v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es u l f u r - r e t e n t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es u l f u rc a p t u r ee f f i c i e n c yc a nb e a c h i e v e db e s tw i t hm i x t u r e so fc a c 0 3a n dc a ( o h ) 2w i t ht h em a s sr a t i oo f2t o3a st h em a i n r e t e n t i o na g e n t ，w h e nt h ec o m b u s t i o nt e m p e r a t u r ei s110 0 * c ，r e s i d e n c et i m ei s5m i n u t e s ， m o l a rr a t i oo fc a l c i u mt os u l f u ri s2 n o n eo ft h es e l e c t e ds u l f u r - r e t e n t i o ns u p p o r t i n ga d d i t i v e s ， s u c ha sk 2 c 0 3 ，m g o ，k m n 0 4 ，a 1 2 0 3 ，s i 0 2 ，f e 2 0 3 ，b o r o ns l a g ，z n oa n dn a c i ，s h o w e d a p p a r e n t l yg r e a ts t i m u l a t i o ne f f e c to ns u l f u rc a p t u r e a m o n gt h eb i n a r yc o m p l e xa d d i t i v e s ， s i 0 2m i x e dr e s p e c t i v e l yw i t hf e 2 0 3 ，m g o ，a h 0 3a n dn a c lw i t ht h em o l a rr a t i o so f5 0 ，0 5 ， 3 0a n d3 0 a n da 1 2 0 3m i x e dr e s p e c t i v e l yw i t hn a c la n dz n ow i t ht h em o l a rr a t i oo f5 0 i n d i c a t ea p p a r e n ts t i m u l a t i o ne f f e c t ，a c h i e v i n gd e s u l f u r i n gr a t i oo fa b o u t4 0 a m o n gt h e t e r n a r yc o m p l e xa d d i t i v e s ，t h em i x t u r e so fk 2 c 0 3 ，m g oa n ds i 0 2 谢t l lt h em o l a rr a t i oo f 1 ：2 ：l ，o fn a c l ，s i 0 2a n da 1 2 0 3w i t ht h em o l a rr a t i oo f1 ：3 ：l ，a n do fk 2 c 0 3 ，f e 2 0 3a n ds i 0 2 w i t ht h em o l a rr a t i oo f0 2 ：1 ：la l li n c r e a s e dd e s u l f u r i n gr a t i ot oa b o u t5 3 t a k et h em i x t u r e o fc a c 0 3a n dc a l c i u mr e s i d u e 、航t ht h em a s sr a t i oo f2 ：1a sm a i ns u l f u r - r e t e n t i o na g e n t w i t h c o m p l e xa d d i t i v ek 2 c 0 3 一m g o s i 0 2o rn a c i s i 0 2 一a 1 2 0 3 ，t h ed e s u l f u r i n gr a t i og o tt o4 5 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fe f f e c to nc o a lh e a t i n gq u a n t i t yo ft h ea d d i t i v e ss h o wt h a tt h e t h i r t e e na d d i t i v e so fn a c l ，k m n 0 4 ，k c l 0 3 ，k n 0 3 ，f e r r o c e n e ，c e 0 2 ，f e 2 0 3 ，s i 0 2 ，a 1 2 0 3 ，c a o ， n a h c 0 3 ，n h 4 h c 0 3a n dm n 0 2a l lh a v ea p p a r e n ts t i m u l a t i o ne f f e c t ，e s p e c i a l l yk m n 0 4 ， w h i c hi n c r e a s e dt h eb o m bc a l o r i f i cv a l u eb y5 4 0 j go r2 6 5 w i t l lt h ed o s a g eo f1 o t h e t g - d t g - d s ct h e r m a la n a l y s i si n d i c a t et h a tt h ea d d i t i o no ff e 2 0 3 ，n a c l ，k m n 0 4 ，f e r r o c e n e ， f e 2 0 3 ，s i 0 2 ，a 1 2 0 3 ，c a o ；m n 0 2o rk n 0 3m a yi n c r e a s et h ee n t h a l p yc h a n g ev a l u eo ft h ec o a l c o m b u s t i o nr e a c t i o n ，t h u sm a yi n c r e a s eh e a tr e l e a s e f e 2 0 3 ，a 1 2 0 3 ，c a oo rm n 0 2m a yb r i n g d o w nt h ei g n i t i n gt e m p e r a t u r eb yo v e r10 * c ，f e 2 0 3 ，s i 0 2o rm n 0 2m a yr e d u c et h eb u m o u t t e m p e r a t u r eb yo v e r io * c ，w h i l ec e 0 2m a yi n c r e a s et h em o s tc o m b u s t i o nr a t ea n dt h e c o m p r e h e n s i v ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i ci n d e x t h ec o m p r e h e n s i v ee f f e c t so fn a c l ，k m n 0 4 ， f e r r o c e n ea n df e 2 0 3m a yr e d u c et h ec o a li g n i t i n gt e m p e r a t u r ea n db u m o u tt e m p e r a t u r e ，a n d i n c r e a s eh e a te m i s s i o n b a s e do n e x p e r i m e n t a l s t u d i e s ， f i e l dt e s th a sb e e nc o n d u c t e do nt h e c o m b u s t i o n s u p p o r t i n ge f f e c to ft h r e ec o m p l e xa d d i t i v ef o r m u l a sa t4 t hw a t e rh e a t i n gb o i l e r t h et h e r m a lt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h et h r e ec o m p l e xa d d i t i v ef o r m u l a sa l li n c r e a s e dt h e b o i l e rt h e r m a le f f i c i e n c yt os o m ed e g r e e ，e s p e c i a l l yf o r m u l a3 ，w h i c hi n c r e a s e dt h eb o i l e r h e a t i n ge f f i c i e n c y 10 3 6 r e l a t i v e l y , a n dt h ec a r b o nc o n t e n to ft h ec o a ls l a gd e c r e a s e df r o m v r 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t l5 9 3 t o7 6 8 k e yw o r d s ：c o a l ；s u l f u rr e t e n t i o n ；c o m b u s t i o ns u p p o r t i n g ；a d d i t i v e s ；h e a t i n gq u a n t i t y ； t g - d t g - d s ca n a l y s i s v i 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t 1 1 ， 第l 章绪论1 1 1 引言。1 1 2 我国煤炭能源的特点及利用情况1 1 3 燃煤s 0 2 污染及其控制技术综述2 1 3 1 我国s 0 2 排放现状。2 1 3 2 我国s 0 2 污染现状及其危害3 1 3 3 国内外燃煤脱硫技术的研究现状4 1 3 4 我国关于燃煤脱( 固) 硫的相关政策及实际应用情况7 1 4 燃煤促燃技术综述8 1 4 1 燃煤促燃技术概况一9 1 4 2 国内外燃煤助燃添加剂研究现状1 0 1 5 本课题的目的及意义11 1 6 本课题研究的主要内容1 1 第2 章燃煤固硫与助燃的原理1 3 2 1 燃煤固硫的原理1 3 2 1 1 燃煤过程中s 0 2 的生成机理1 3 2 1 2 钙基固硫剂的固硫机理1 4 2 1 3 燃煤固硫过程中的主要影响因素1 7 2 2 燃煤助燃的原理1 9 2 2 1 煤的燃烧反应过程1 9 2 2 2 煤的着火方式2 0 2 2 3 煤的催化燃烧机理2 2 2 2 4 燃煤助燃添加剂的催化燃烧机理2 2 2 2 5 常用助燃剂助燃机理分析2 3 第3 章燃煤固硫与助燃的实验2 6 v 1 1 东北大学硕士学位论文 目 录 3 1 实验原料2 6 3 1 1 原煤的煤质分析2 6 3 1 2 电石渣成分分析2 6 3 1 3 主要化学试剂2 7 3 2 主要仪器设备2 8 3 2 1 固硫实验仪器设备2 8 3 2 2 助燃实验仪器设备3 0 3 3 燃煤固硫实验3 2 3 4 燃煤助燃实验3 2 第4 章实验结果与讨论3 3 4 1 影响固硫效率的主要因素3 3 4 1 1 温度对燃煤固硫效率的影响3 3 4 1 2 燃烧时间对燃煤固硫效率的影响3 4 4 1 3c a s 摩尔比对燃煤固硫效率的影响。3 5 4 2 钙基固硫剂种类对燃煤固硫效率的影响3 6 4 3 固硫添加剂对燃煤固硫效率的影响3 8 4 3 1 单组分固硫添加剂对固硫效率的影响3 8 4 3 2 双组分固硫添加剂对固硫效率的影响3 9 4 3 3 三组分固硫添加剂对固硫效率的影响4 8 4 4 电石渣固硫性能的研究- ：- ：5 0 4 4 1c a s 摩尔比的确定5 0 4 4 2c f l c 0 3 电石渣复合固硫剂的固硫效果5 2 4 4 3 固硫添加剂对电石渣复合固硫剂的固硫效率的影响5 3 4 5 添加剂对煤发热量的影响5 4 4 5 1 有效燃煤助燃剂的选择5 4 4 5 2 单组份燃煤助燃剂对煤弹筒发热量的影响5 6 4 6 添加剂对煤燃烧特性影响的t g d t g d s c 分析6 8 4 6 1 原煤的t g d t g d s c 分析6 8 4 6 2 单一添加剂对煤燃烧特性影响的t g d t g d s c 分析7 1 4 6 3 复合添加剂对煤燃烧特性影响的t g d t g d s c 分析8 4 第5 章助燃添加剂在散煤锅炉上应用的现场试验8 7 v i i i 东北大学硕士学位论文目录 5 1 试验过程8 7 5 2 测试结果8 7 第6 章结论91 参考文献9 3 致谢9 6 攻读硕士期间发表的论文9 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 能源是社会进步和国民经济的物质基础，而环境则是社会可持续发展的重要保证。 煤炭作为地球上蕴藏量最丰富、分布地域最广的化石燃料是世界上一次能源的重要组成 部分。但伴随着煤炭燃烧量的增加，由此带来了一系列的问题。 首先，是环境污染问题。煤炭的燃烧导致s o x 和n o x 亦大量排放到大气中，并在 对流层中累积，形成酸雨，最终降落到地表给人类的生产和生活造成巨大危害。对此早 在上世纪8 0 年代初期，美国和加拿大为了解决两国边境酸雨问题，谈判的特使德鲁刘 易斯( d r e wl e w i s 美国) 和威廉姆戴维斯( w i l l i a m d a v i s 加拿大) 提出了洁净煤技术( c l e a n c o a lt e c h n o l o g y ，简称c c t ) 1 1 。洁净煤技术是当前世界各国解决大气环境问题的主要技 术之一，是控制s o x 排放切实有效的措施。在我国，利用洁净煤技术控制以煤烟型污染 为主的大气污染己成为一项战略对策，而其中的高温燃烧固硫技术是一项在现阶段适合 我国国情的减排s o x ( 尤其s 0 2 ) 的技术措施，对该技术的研究具有重要的实际意义。 其次，在煤炭燃烧过程中存在着火点高、热效率低、炉渣含碳量高等问题。因此改 善煤的燃烧特性，提高煤的燃烧效率也具有十分现实的经济意义和社会意义。 1 2 我国煤炭能源的特点及利用情况 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的 国家。我国煤炭预测储量达3 2 x 1 0 6 m t ，居世界第二位，垂直深度1 0 0 0 m 以内已探明的 储量为7 7 x 1 0 4 m t ，原煤产量已突破1 1 0 0 m r 。我国煤炭的主要特点是高硫、高狄煤比重 大。全国原煤平均灰分含量1 7 6 左右，平均硫分含量1 1 0 ，其中1 3 的原煤含硫量 高于2 t 2 1 。长期以来煤炭在我国一次能源构成中占较大比例，平均为7 0 以上，1 9 9 0 年全国煤炭消耗量为1 0 5 2 亿吨，1 9 9 5 年为1 2 8 亿吨，2 0 0 0 年全国煤炭消耗量为1 0 5 2 亿吨，2 0 0 5 年为1 2 8 亿吨。到2 0 0 8 年我国煤炭总消耗量己达2 7 1 6 亿吨。煤炭为我国 提供了7 0 以上的发电燃料，6 0 的化工原料和8 0 的民用燃料。据估计在未来3 0 5 0 年里，我国以煤炭为主的能源结构不会改变1 3 。根据我国环境保护科技长期规划，到2 0 5 0 年它仍将占一次能源的6 0 7 0 。 在我固使用的煤炭中，8 4 以上的煤都是未经过预处理而直接燃用的，这直接带来 1 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 了环境问题和经济问题。在环境污染方面，煤炭的燃烧产生了大量的s o x 、h 2 s 、c 0 2 、 s 0 2 、c o 、n 2 0 等污染气体，此外还排放大量的重金属及多环芳烃等污染物。据统计大 气污染物中s o x 的9 0 ，c o 的7 1 ，c 0 2 的8 5 ，n o x 的7 0 和烟尘的7 0 都来 自原煤的直接燃烧【4 】。因此燃煤是形成我国大气污染的主要原因，我国的大气污染也属 于典型的煤烟型污染。在经济方面煤燃烧的基本反应：c + 0 2 一c 0 2 在高温下易发生副反 应c + c 0 2 2 c q 一热量这不仅造成了环境污染，而且使煤的热效率大大降低。在煤中加 入一些添加剂，能有效地降低煤的燃点，提高煤的燃烧效率，控制s 0 2 的生成从而达到 减少环境污染和降低经济成本的目的。 1 3 燃煤s 0 2 污染及其控制技术综述 1 3 1 我国s 0 2 排放现状 我国s 0 2 的排放量与煤炭消耗量有着密切的关系，s 0 2 排放量的9 0 来自于燃煤。 近1 0 多年来，我国s 0 2 排放量不断呈上升趋势，自1 9 9 5 年开始我国s 0 2 年排放量就超 过了美国和欧洲，居世界首位。到2 0 0 5 年s 0 2 的年排放量已达到2 5 4 9 万吨，比2 0 0 0 年增加了2 7 。图1 1 蟑j 为我国1 9 9 7 2 0 0 5 年煤炭消费量与s 0 2 排放量的趋势。从总体趋 势来看我国在上世纪9 0 年代中期s 0 2 排放量与煤炭消费量同时达到最大，之后因煤炭 消费量的减少而呈下降趋势，但随着我国近年来煤炭消费量的急剧回升，我国在未来几 年s 0 2 的排放量仍将呈上升势头。 我国各年份原煤产量与二氧化硫排放量 3 d 2 0 f o d 1 9 9 7i 9 9 8 1 9 9 92 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 3 2 0 0 42 0 0 5 一一一1 一十一一一一一一一+ 一一。一i 蒙煤产量( 亿吨) i 1 3 2 51 2 29 7 9 5 1 1 1 1 、1 3 9 3 1 6 6 2 1 9 5 62 1 。9 j 1 1 7 1 s 0 2 排放量一( 亘万吨! 1 2 j ：堑2 。0 91 1 8 5 7 1 9 。9 5 1 9 4 7 1 9 2 6 2 1 ，5 9 2 2 潞2 5 瞻 图1 11 9 9 7 - 2 0 0 5 年中国煤炭产量与s 0 2 排放量的趋势 f i g1 1t r e n do fc h i n a sc o a lo u t p u ta n ds 0 2e m i s s i o nf r o m 19 9 7t o2 0 0 5 我国s 0 2 排放源具有明显的地域性，电力工业是造成s 0 2 污染的主要行业，因此电 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 力行业较发达的省市地区s 0 2 的排放量较大。另外，城市( 尤其是大中城市) 空气环境 中s 0 2 的浓度居高不下，污染情况更为突出。根据国家环境保护总局对全国2 1 7 7 个环 境检测站1 3 年检测数据分析表明，中国有6 2 3 的城市环境空气中的s 0 2 年平均浓度 超过国家环境空气质量二级标准。而环境空气s 0 2 年平均浓度二级标准是保障人群在环 境中长期暴露不受危害的基本要求【6 j 。通过对全国3 2 2 个省控以上城市多年空气质量监 测结果的分析发现：各城市s 0 2 年日均值范围在0 0 0 2 - 0 3 8 5 m g m 3 之间而全国平均值 为0 0 5 6 m g m 3 。总体说来，中国大城市空气中s 0 2 浓度值比中小城市平均约高出6 0 左右。 1 3 2 我国s 0 2 污染现状及其危害 煤炭燃烧产生的s 0 2 是主要的大气污染物。它最直接的危害就是形成酸雨。酸雨通 常是指p h 小于5 6 的降水，是大气中的s 0 2 和n o x 经大气颗粒m n 、c u 、v 等氧化催 化剂和大气光化学反应生成的h 2 0 2 、0 3 等氧化剂的氧化后溶于水形成的。由于降水的酸 性超出了自然环境中c a c 0 3 和n h 3 的“缓冲作用”1 7 】，其会使得土壤酸化，土地肥力降 低。同时增加了土壤离子的溶解度，使土壤产生铝离子等有毒离子，其通过河流等进人 湖泊、海洋等危害水生物并对人类的健康造成危害；酸沉降还伤害植物的组织结构，抑 制植物的正常生长，影响植物的光合作用和呼吸作用，改变植物体内的硫、碳、氢等营 养元素循环，使土壤中有关元素减少，造成土壤贫疮，致使树木生长受害，产果量降低， 并可能对树木和其他植物起致死作用；酸雨对生态系统影响也很大，最为突出的是湖泊 的酸化问题，湖泊酸化对水生生态的影响主要是导致鱼类死亡，因此酸性湖水或河水会 降低水中含钙量，损坏鱼的脊椎和骨骼使鱼畸形成驼背或缩短；此外，酸性还会使河底 沉积物释放出有毒物质，如铅、铬、镍等；酸雨还加速了建筑结构、桥梁、工业设备、 地下储罐、动力和通讯电缆等材料的腐蚀；对文物古迹、历史建筑、雕刻等重要文化设 施造成严重损害。 我国的酸雨污染日趋严重，从8 0 年代在西南部分地区出现酸雨到9 0 年代整个南方 地区都出现酸雨，北方城市地区出现酸雨的比率也超过了5 0 。目前，我国酸雨面积己 超过国土面积的3 0 。在我国的西南、华中和沿海三大酸雨区酸雨出现频率高，并呈逐 年加重趋势。受酸雨影响的范围己超过国土面积的1 3 ，酸雨危害越来越重每年由此造 成的经济损失达千亿元，已接近国民生产总值的2 成为制约我国经济和社会发展的重 要因素。图1 2 为我国2 0 0 7 年降水年均p h 值分布图。 3 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 图1 2 我国2 0 0 7 年降水年均p h 值分布 f i g 1 2c h i n a sd i s t r i b u t i o no fp hv a l u e so fa v e r a g ea n n u a lp r e c i p i t a t i o ni n2 0 0 7 此外，s 0 2 对人体的呼吸器官有很强的毒害作用，造成鼻炎支气管炎哮喘肺气肿肺 癌等。人接触s 0 2 时主要经呼吸道吸入并被鼻粘膜和上呼吸道吸收，在空气中当s 0 2 浓度 j 凝l j 5 0 m g m 3 时，即使人产生窒息感，并引起眼