摘要 作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國,“煤煙”型大氣污染是我國當(dāng)前面臨的主要環(huán)境問題之一,其中由于燃煤排放SO2所引發(fā)的“酸雨”危害尤為突出。本文首先論述了我國SO2的污染狀況，指出劣質(zhì)燃煤是造成污染的最主要原因，在此基礎(chǔ)上分析對比了當(dāng)前燃前、燃中和燃后常用SO2污染控制技術(shù)的優(yōu)缺點，認(rèn)為基于我國基本國情，為有效控制當(dāng)前的SO2污染，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展燃前微粉煤干法脫硫技術(shù)。

關(guān)鍵詞 二氧化硫 污染 控制技術(shù)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是人類面臨的緊迫課題。煤炭提供了我國75％的工業(yè)燃料，76％ 的發(fā)電能源和80％的民用商品能源[1]，在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占有最主要的地位。但是煤炭在生產(chǎn)和加工利用過程的同時也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，其中由于燃煤排放SO2而引發(fā)的“酸雨”污染近年來愈演愈烈，已經(jīng)嚴(yán)重影響到我國全面建設(shè)小康社會目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

1 燃煤SO2污染現(xiàn)狀

二氧化硫的主要污染源可歸納為三個方面：(1)硫酸廠和汽車尾氣中排放的二氧化硫；(2)有色金屬冶煉過程排放的二氧化硫：如銅、鉛、鋅、鈷、鎳、金、銀等礦物，都含硫化物，在冶煉過程中排放出大量的二氧化硫；(3)燃煤煙氣中的二氧化硫[2]：我國煤炭消費量的80％以上直接用于燃燒，燃煤是大氣環(huán)境中二氧化硫最主要來源。據(jù)環(huán)境公報報道，我國2004年煙塵排放量1095萬t，SO2排放量2255萬t。其中燃煤產(chǎn)生的SO2約占總量的90％，CO占總量的7l％，CO2占總量85％ ，氮氧化物占總量的70％，灰塵微粒占總量的61％[3]。

圖1列出了不同年份我國原煤產(chǎn)量及SO2排放量之間的關(guān)系。

從圖中我們可以看到近些年來隨著原煤產(chǎn)量的增加，二氧化硫的排放量也在不斷上升。

圖1 不同年份我國原煤產(chǎn)量及SO2排放量之間的關(guān)系

煤燃燒過程中排出大量的SO2，約占燃煤排放污染物的85%[4]，使我國成為三大酸雨區(qū)之首。二氧化硫的大量排放，造成我國南方地區(qū)大面積的酸雨，且每年以1億m2的面積增加。酸雨區(qū)域已由西南發(fā)展到長江流域，且有向北發(fā)展的趨勢，嚴(yán)重威脅京津地區(qū)。酸雨造成農(nóng)田減產(chǎn)面積達(dá)9.9×1010,森林受害面積達(dá)1.28萬hm2;大氣中S02濃度每增加l0mg/cm3，呼吸系統(tǒng)病亡人數(shù)增加5%; S02對建筑物、文物的侵蝕也十分嚴(yán)重,據(jù)統(tǒng)計S02污染造成全國每年經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1100多億元[5]。

由于煤炭資源相對充足并能夠穩(wěn)定可靠地獲得，因此，在世界范圍內(nèi)，煤炭是可靠的能源。世界能源研究機構(gòu)預(yù)測，由于資源條件的變化，21世紀(jì)世界能源消費結(jié)構(gòu)將是石油比重下降，天然氣上升，煤炭持平，三者呈均勢各占27％-28％ 。繼而將出現(xiàn)一個以天然氣為主的短暫時期，然后再轉(zhuǎn)向以煤炭為主。中國化石能源資源探明的可采儲量中煤炭占92.94％. 中國是當(dāng)今世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測：煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位近50年不會改變[4]。因此防治燃煤二氧化硫污染是當(dāng)前一項重要和迫切的工作。

2 燃煤SO2控制技術(shù)

燃煤S02污染控制技術(shù)總體來說可以分為燃燒前、燃燒中及燃燒后等三大類型。所謂燃燒前脫硫主要是指在煤炭的加工轉(zhuǎn)化等煤基燃料制備過程中脫出其中的有害成分；燃燒中脫硫的方式主要是通過潔凈煤技術(shù)、型煤和流化床燃燒等項技術(shù)來實現(xiàn)；而燃燒后脫硫則主要指煙氣脫硫技術(shù)。

2.1燃燒前脫硫

燃前脫硫是指煤炭的洗選加工，主要是通過重選、浮選、磁選及氧化、微生物脫硫等技術(shù)減少原煤中的硫分和灰分，以降低S02的排放量，根據(jù)脫硫機理，燃燒前脫硫又分為物理法、化學(xué)法和生物法三種。

原煤的燃燒前脫硫是潔凈煤的源頭技術(shù)，既能脫硫又能除灰，同時還可以提高熱能利用效率，減少無效運輸，并且脫硫的費用較低，無二次污染。

表1主要的燃前脫硫方法

2.2 燃燒中固硫

燃燒中脫硫的原理是向燃煤爐膛內(nèi)噴撒堿性物質(zhì)，與燃燒產(chǎn)生的SO2發(fā)生中和反應(yīng)，生成中性物質(zhì)．減少煙氣中的SO2含量。

主要的燃燒中固硫方法見表2

表2主要的燃中固硫方法

2.3 燃燒后脫硫燃燒后脫硫就是指煙氣脫硫。這是目前世界上惟一的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式。由于煙氣脫硫的主要困難是SO2濃度和總量大、要處理的煙氣體積大，因此，雖然煙氣脫硫的方法多達(dá)十幾種。但仍需要合理地選擇煙氣脫硫工藝，同時還要考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會等多方面的因素。

根據(jù)脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)。煙氣脫硫可分為濕法、半干法和干法工藝技術(shù)。

表3主要的燃后脫硫方法

2.4 常用脫硫方法比較

表4常用脫硫方法比較

3 我國脫硫的技術(shù)開發(fā)及發(fā)展方向

3.1二氧化硫控制的關(guān)鍵

我國的SO2污染大部分來自燃煤，在全國煤炭的消費中，占總量約84％的煤炭被直接燃用。而火電業(yè)又是最大的煤炭消費部門，我國二氧化硫排放量的90％來自燃煤，而其中的50％左右來自火電廠。我國電煤消費從1991年的20719.8萬t標(biāo)煤上升到2003年的78153.02萬t標(biāo)量，占煤炭消費量的比重從26．2％到67.6％，火電用煤比例不斷上升[14]，到2005年電煤消費約為11.09億噸[15]。我國能源結(jié)構(gòu)的特點決定了控制二氧化硫污染的關(guān)鍵是控制火電廠二氧化硫的排放量。削減和控制火電廠燃煤二氧化硫污染事在必行[16]。

3.2我國脫硫技術(shù)發(fā)展方向

我國因燃煤造成的污染是十分嚴(yán)重的,與其他國家相比,除煤炭消費量大這一客觀事實外,另一個主要原因是全社會對使用潔凈煤還未形成共識。我國原煤入選比例只有25% ,而動力煤入選比重更低,僅為12% ,75%以上的煤炭未經(jīng)分選直接燃用。我國發(fā)電用煤平均灰分為28%(美國發(fā)電用煤灰分在8%以下) ,硫分為1.2% ,而且,電廠燒劣質(zhì)煤也成為傳統(tǒng)習(xí)俗。所以,高灰、高硫中煤,甚至矸石最后都燒掉了。因此,從全國范圍來看,等于全部燒原煤。因此,現(xiàn)階段特別強調(diào),煤炭分選加工是十分必要的[17]。

據(jù)統(tǒng)計,電廠上脫硫設(shè)備,即煙氣脫硫,其投資約占總投資的三分之一,在我國現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件下,普遍推廣決非易事,所以應(yīng)首先抓好燃前的凈化技術(shù)。如每入選1億t 原煤,脫除其中大部分的黃鐵礦硫,就可減少二氧化硫的排放量100～150萬t ,而其成本僅為煙氣脫硫的十分之一[17]。

我們可以看到燃前控制技術(shù)，不僅能夠提高煤炭的利用效率、減少灰渣排放量，還能大大減輕煤中的硫分對后續(xù)工序設(shè)備的腐蝕，從而延長設(shè)備使用壽命并降低生產(chǎn)成本，具有許多燃中和燃后控制技術(shù)不可比擬的優(yōu)點。

燃前控制技術(shù)包括物理、化學(xué)和生物選煤方法等，其中化學(xué)和生物選煤方法雖然可以同時脫出煤中的無機硫和有機硫，但由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長和易產(chǎn)生二次污染等因素，短期內(nèi)難以實現(xiàn)工業(yè)化。物理選煤方法包括重選、浮選等，只能脫出煤中的無機硫，目前已經(jīng)得到了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

表5中列出我國煤炭資源中全硫的分布情況[18]。我國煤炭中高硫煤貯量約占煤炭總貯量的20％-25％。表6我國中高硫煤中各類硫分平均含量。我國高硫煤中的硫分主要以無機硫為主，且絕大多數(shù)以黃鐵礦硫為主（ 約占60％～70％ ）[19]，同時存在少量的白鐵礦硫[20]，因此從理論上講，采用物理分選方法能夠大大降低煤中的硫分，但由于我國煤炭中的黃鐵礦多呈細(xì)粒嵌布，煤中的硫大都被炭質(zhì)污染，致使當(dāng)前通用的重選和浮選方法脫硫效果不佳[21]。

表5中國煤炭資源中全硫的分布表

要想獲得高質(zhì)量的低硫低灰煤，首先必須將煤炭細(xì)粉碎使得煤中的礦物質(zhì)得到充分的解離，而后再加以分選，但磨煤的能耗必將使得加工成本大大增加。值得注意的是：為提高燃燒效率，目前的燃煤鍋爐大都采用了煤粉爐，其燃前制粉工藝系統(tǒng)可將燃煤粒度控制在200網(wǎng)目以下，這就為在燃前應(yīng)用物理選煤方法高效去除其中的黃鐵礦硫和成灰物質(zhì)提供了充分的解離條件。

能夠適應(yīng)這種集成化要求的選煤方法，必須是能夠分選<74μm微粉煤的工藝簡單的干法分選技術(shù)，因為鍋爐噴粉燃燒必須用干粉。采用濕法技術(shù)分選如此細(xì)的煤，其精煤產(chǎn)品需要脫水、干燥，同時需要龐大的煤泥水處理系統(tǒng)，其投資、運行成本都非常高，易造成新的環(huán)境污染，而且做不到爐前在線分選。摩擦電選和干式磁選恰是能滿足這種要求的分選技術(shù)。由于黃鐵礦顆粒得電快、放電也快的特性[22，23]，同摩擦電選技術(shù)相比，磁選的脫硫效果要優(yōu)于前者，而降灰效果劣于前者。

4 結(jié)束語

二氧化硫排放嚴(yán)重污染了我國的環(huán)境，給我們的生活和生存帶來了威脅，控制二氧化硫污染已經(jīng)成為迫在眉睫的問題。我國二氧化硫主要來自火電廠的燃煤，我國電廠燃煤質(zhì)量差，如果能有效的采取技術(shù)提高燃煤的質(zhì)量，我國的SO2污染將能得到很好的控制。在眾多的脫硫技術(shù)中應(yīng)是我國電廠燃煤潔凈技術(shù)的首選。干法脫硫技術(shù)將能使我國的二氧化硫污染得到緩解。

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