專利名稱：燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低燃煤鍋爐燃燒時產(chǎn)生的氣體污染物排放的方法，更 具體的說是涉及一種在燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質(zhì)汞、氣氧化物 排放的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今環(huán)境污染問題已經(jīng)成為全世界關(guān)注的焦點問題。煤燃燒是造成N0x 和Hg污染的最大污染源。目前電力生產(chǎn)主要依賴于燃煤發(fā)電廠，尤其是中 國，其比例約占總發(fā)電量的75%,可以說燃煤電廠是煤炭消耗和NOx和Hg 污染的集中區(qū)域。特別是由于煤的大量燃燒，全世界每年從燃煤中逸出的 汞總量達(dá)到3000t以上。煤中的汞在煤燃燒過程中，由于高溫而氣化，隨 著燃燒氣體的冷卻，與其他燃燒產(chǎn)物相互作用而產(chǎn)生了氧化態(tài)汞和顆粒態(tài) 汞，三種形態(tài)稱為總汞，并以氣態(tài)汞居多。單質(zhì)汞易揮發(fā)，溶解度低，毒 性高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，傳播途徑廣，在環(huán) 境中停留時間長，不易除去。大量汞通過干濕沉降還有可能污染水體，而 生物甲基化反應(yīng)后形成劇毒的甲基汞，這種有機(jī)汞毒性最高，能傷害大腦， 而且比較穩(wěn)定，能在海洋、淡水湖和水生生物中富集，在人體內(nèi)停留的半 壽命長達(dá)70天之久，即使劑量很少也可累積致毒，對人體造成極大的危害。
針對燃煤過程汞污染的現(xiàn)狀，研究者們提出了各種各樣的控制方法，包 括吸附劑噴射法、固定床過濾法、濕式煙氣脫硫聯(lián)合除汞法等，前兩種都 需要有高效廉價的吸附劑，通稱為吸附劑吸附法，第三種則需要氧化劑將 煙氣中的單質(zhì)汞氧化為二價汞。由于單質(zhì)汞形態(tài)穩(wěn)定，從煙氣中直接除去 單質(zhì)汞比較困難，排放到大氣里會引起空氣大范圍的污染，而煙氣中二價 汞易吸附在灰渣上被各種除塵器收集下來，其排除工藝比較簡單，所以，燃燒后的單質(zhì)汞如果能盡量轉(zhuǎn)化為二價汞，則可有效減少燃煤燃燒對環(huán)境
的汞污染。同時，減少燃煤燃燒產(chǎn)生的NOx化合物污染一直以來也是環(huán)保
工作者研究的重點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在燃煤鍋爐分級再燃時把零價 汞轉(zhuǎn)化為較易為飛灰和漿液等吸附的二價汞的方法，從而達(dá)到多種污染物 同時脫除的目的。
本發(fā)明釆用的技術(shù)方案燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質(zhì)汞、氮 氧化物排放的方法，包括下列步驟
a. 選用CH4氣體為分級再燃?xì)怏w，同時選用CH4和NH3的混合氣體為二
級再燃?xì)怏w；
b. 再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內(nèi)，其中再燃噴口 (l)送入CH"再 燃燒噴口 (2)送入C仏和NH3混合氣體，在再燃噴口 (1)和(2)之間布置 有頂置風(fēng)噴口 ，各噴口間距的比例是再燃噴口 ( 1)高度h1:總高度H-O. 01 ~ 0.5，頂置風(fēng)噴口高度h2:總高度H-0. 01-0. 2，再燃噴口 ( 2 )高度h3:總 高度H-O. 01 ~ 0.2，再燃噴口 (1)噴入的再燃CH4量為Q，u、再燃噴口 (2) 噴入的CH4量為Q(國2、再燃噴口(2)噴入的NH，量為Q朗，Q(隨Q,尸O. 01 ~ 0.20, Q(,: Q昍產(chǎn)l: 1;
c. 上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯(lián)合應(yīng)用可達(dá)到污染物的聯(lián)合脫 除效果，降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物的排放，
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明把零價汞轉(zhuǎn)化為較易為飛灰和漿液等吸附的 二價汞，再通過與現(xiàn)有濕法煙氣脫硫方法的聯(lián)合應(yīng)用從而達(dá)到多種污染物 同時脫除的目的。從原理上講天然氣再燃脫硝機(jī)理是已生成NO遇到烴根CHi
和未完全燃燒產(chǎn)物C0，H2 , C， C/7H/Z7時，會發(fā)生NO的還原反應(yīng).總反應(yīng)方
程式為
4NO + CH4 — 2N2 + C02 + H20
2NO + 2C1 + ( 2/ + m/2 - 1) 02 — N2 + 2nC02 + mH20
2N0 + 2C0 — N2 + 2C02 2N0 + 2C — N2 + 2C0 2N0 + 2H2 — N2 + 2H20 NH3的再燃脫硝機(jī)理為高溫下冊3可與煙氣中N0x進(jìn)行SNCR反應(yīng)，生 成N2，有利于除氮，反應(yīng)為4NH3 + 4N0 + 02 = 4N2 + 6H20 天然氣再燃過程對Hg的作用機(jī)理可以從以下幾個方面來分析 天然氣再燃過程中，在有氧情況下與CH,和NH3進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，會產(chǎn)生 HCN等物質(zhì):2CH4+302+2N^=2HCN+6H20
HCN不是很穩(wěn)定，在氧氣存在的情況下會轉(zhuǎn)化為別的物質(zhì)(如HCNO等)， 但在爐膛出口后部煙道依然會有少量HCN或CN—，它們會與汞發(fā)生反應(yīng)，氧
化單質(zhì)汞或固定二價汞，使其向著有利于捕捉固定的方向轉(zhuǎn)化
2Hg+8CN-+2H20+02 — 2Hg (CN) ,+40H—
Hg 2CN—=Hg ( CN ) 2
Hg ( CN ) 2+2CN、Hg ( CN ),
HgO+4CN_+H20=Hg ( CN ) 42—+20H— 而HCNO對Hg也有氧化作用。與此同時，CH,燃燒過程中生成的H"也有 利于煙氣中的Ch、 HCl等物質(zhì)對Hg的氧化與捕捉過程，從而有利于汞的形 態(tài)向著便于吸附脫除的方向轉(zhuǎn)化。


圖i是分階再燃示意圖； 圖2是試驗爐系統(tǒng)示意圖。
圖3單節(jié)爐體結(jié)構(gòu)示意圖
圖4爐膛本體和取樣位置簡圖
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述燃煤鍋爐分級再燃
時降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟，如圖l所示-.
a. 選用CH4氣體為分級再燃?xì)怏w，同時選用CH,和NH3的混合氣體為二 級再燃?xì)怏w；
b. 再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內(nèi)，其中再燃噴口 (1)送入CH4，再 燃燒噴口 (2)送入CH4和NH3混合氣體，在再燃噴口 (1)和(2)之間布置 有頂置風(fēng)噴口 ，各噴口間距的比例是再燃噴口 ( 1 )高度h1:總高度H=0. 01 ~ 0.5，頂置風(fēng)噴口高度h2:總高度H-0. 01-0. 2,再燃噴口 ( 2 )高度h3:總 高度H-O. 01-0.2，再燃噴口 (l)噴入的再燃CH,量為Q(ohm、再燃噴口 (2) 噴入的CH,量為Q(c、再燃噴口(2)噴入的仰3量為Q,，Q(訓(xùn)Q一產(chǎn)O. 01 ~ 0.20, Q圃"Q州產(chǎn)l: 1;
c. 上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯(lián)合應(yīng)用可達(dá)到污染物的聯(lián)合脫 除效果，降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物的排放。
實施例1
試驗研究是在一維煤粉燃燒試驗系統(tǒng)上進(jìn)行的，整個試驗系統(tǒng)由一維 試驗爐爐膛本體、熱風(fēng)系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、 除塵系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，燃煤煙氣中痕量重金屬元素汞的取樣和 分析，采用安大略方法(Ontario Hydro Method),煙氣中N(X和S02的測量 釆用電化學(xué)法進(jìn)行煙氣分析。爐膛本體為積木式結(jié)構(gòu)，總高5m，內(nèi)徑300mm, 可分為底座和5個結(jié)構(gòu)相同的分段爐體。爐體用槽鋼支架支撐，各段之間 用螺栓固定，并釆取密封措施。爐體整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。l.鼓風(fēng)機(jī)2.預(yù) 熱器3.給料裝置4.燃燒器5.取樣孔6.煙氣冷卻器7.布袋除塵器8.引 風(fēng)機(jī)9.煙囪10.溫度計ll.壓力表12.閥門13.流量計14.爐體，整個爐 體從上至下依次為一段、二段、三段、四段、五段和底座，每一段爐體高 度為800mm，五段均有分階風(fēng)口。每一段爐體由內(nèi)到外分為四層最里面一 層為碳化硅套，可承受高溫；第二層為加熱層，中間通有電阻絲，用于加
熱爐膛內(nèi)空氣到設(shè)定的溫度；第三層是保溫套，可減少散熱損失；最外一 層是耐火纖維制的外殼。圖3是單節(jié)爐體結(jié)構(gòu)示意圖。其中第二段到第五
段上開有取樣孔。在爐體上方開有直徑為60mm的孔，作為燃料入口。在底 座的側(cè)面開有煙氣出口。爐膛本體和煙氣取樣孔的位置如圖4所示。其中 一段送風(fēng)口中送入的是CH4;三段送風(fēng)口中送入的是CH4+ NH3; 二段送風(fēng)口 為頂置風(fēng)噴口，送入適量空氣。實驗所用煤粉來自燃煤電廠，是一種混煤， 試驗前都已經(jīng)過機(jī)械碾磨和振篩。試驗工況為，煤粉給煤量8kg/h，過量空 氣系數(shù)為1. 2， 一次風(fēng)量15. 18NmVh， 二次風(fēng)量35. 42 NmVh，排煙溫度70 'C。本例中汞在燃煤產(chǎn)物中的形態(tài)分布為氣態(tài)二價汞約占60%，氣態(tài)單質(zhì) 汞約占20%，飛灰汞含量為15%,爐渣汞含量為5%。折算到6%的氧量，煙 氣中N0的濃度時為300mg/m3， S02的含量為560 mg/m3
實施例2
試驗設(shè)備，試驗工況基本條件與實施例l相同，只是燃燒過程中作了 一定的修改以鈣硫比為2的比例摻入石灰石粉脫硫，且在爐膛第二段噴 入天然氣，第五段噴入燃盡風(fēng)，考察爐內(nèi)石灰石脫硫的同時天然氣脫硝的 效果，及其綜合影響。本例中汞在燃煤產(chǎn)物中的形態(tài)分布為氣態(tài)二價汞 仍約占60%;但氣態(tài)單質(zhì)汞含量幾乎為零，可忽略；飛灰汞含量相應(yīng)提高為 30%,爐渣汞含量也提高到了 10%。折算到6%的氧量，煙氣中NO的濃度時 為310mg/m3， S02的含量為450 mg/m3。由以上兩個實例可以看出，通過天然 氣再燃、限定天然氣噴入口的量和噴口間的高度比例及加入石灰石脫硫， 燃煤產(chǎn)物中的零價汞顯著減少，灰渣及飛灰中的汞大量增加，汞的減排效 果顯著；煙氣中NO， SO,的含量也減少了 1/3左右，脫除效果顯著。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方 案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟a.選用CH4氣體為分級再燃?xì)怏w，同時選用CH4和NH3的混合氣體為二級再燃?xì)怏w；b.再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內(nèi)，其中再燃噴口(1)送入CH4，再燃燒噴口(2)送入CH4和NH3混合氣體，在再燃噴口(1)和(2)之間布置有頂置風(fēng)噴口，各噴口間距的比例是再燃噴口(1)高度h1∶總高度H＝0.01～0.5，頂置風(fēng)噴口高度h2∶總高度H＝0.01～0.2，再燃噴口(2)高度h3∶總高度H＝0.01～0.2，再燃噴口(1)噴入的再燃CH4量為Q(CH4)1、再燃噴口(2)噴入的CH4量為Q(CH4)2、再燃噴口(2)噴入的NH3量為QNH3，Q(CH4)1∶Q(CH4)2＝0.01～0.20，Q(CH4)2∶QNH3＝1∶1；c.上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯(lián)合應(yīng)用可達(dá)到污染物的聯(lián)合脫除效果，降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物的排放。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質(zhì)汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟a.選用CH₄氣體為分級再燃?xì)怏w，同時選用CH₄和NH₃的混合氣體為二級再燃?xì)怏w；b.再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內(nèi)，其中再燃噴口(1)送入CH₄，再燃燒噴口(2)送入CH₄和NH₃混合氣體，在再燃噴口(1)和(2)之間布置有頂置風(fēng)噴口，Q_(CH#-[4)1]∶Q_(CH#-[4)₂]＝0.01～0.20，Q_(CH4)#-[2]∶Q_NH#-[3]＝1∶1；c.與濕法煙氣脫硫方法聯(lián)合應(yīng)用。本發(fā)明把零價汞轉(zhuǎn)化為較易為飛灰和漿液等吸附的二價汞，再通過與現(xiàn)有濕法煙氣脫硫方法的聯(lián)合應(yīng)用從而達(dá)到多種污染物同時脫除的目的。
文檔編號F23J15/02GK101187475SQ20071017348
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者仇中柱, 江 吳, 張贏丹, 潘衛(wèi)國, 王文歡 申請人:上海電力學(xué)院