專利名稱：利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中so的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的方法及系統(tǒng)，屬于燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭是當(dāng)今世界的主要能源之一，占世界總能源消耗的27％。煤炭(特別是電站燃煤)的大量利用，導(dǎo)致SO2和NOx、CO2和重金屬汞等排放量不斷增加，造成嚴重環(huán)境污染。我國是以煤為主的能源消耗大國，據(jù)估算，2000年燃煤汞排放量約為300t，其中大氣排放量約為161-220t，已成為第一大汞污染源，目前，由燃煤所產(chǎn)生的SO2約占總排放量的90％，CO2占85％，NOx占70％；這使得我國面臨著更嚴峻的燃煤污染。
對于燃煤煙氣中SO2、NOx的脫除技術(shù)較為成熟，控制SO2技術(shù)主要包括燃燒前脫硫(如洗選、生物脫硫、微波脫硫等)、燃燒中脫硫(流化床燃燒技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化技術(shù))和煙氣脫硫(如濕法煙氣脫硫、噴霧干燥法煙氣脫硫、循環(huán)流化床煙氣脫硫)?？刂芅Ox的方法有燃燒改進和尾部煙氣脫硝兩大類，主要包括低NOx燃燒器技術(shù)、燃料再燃技術(shù)、選擇性非催化還原SNCR、選擇性催化還原SCR。目前，燃煤電廠煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)主要采用濕式煙氣脫硫(Wet-FGD)和NH3選擇性催化還原(SCR)相結(jié)合的技術(shù)路線。
汞是煤礦物質(zhì)的組成部分，在煤燃燒過程中，無論以何種形態(tài)存在的煤汞絕大部分都將轉(zhuǎn)化為氣態(tài)元素汞(Hg0)進入煙氣中，在燃燒室下游煙道中，隨著煙氣溫度的快速降低，部分元素態(tài)汞在各種氧化劑(飛灰)催化氧化下與煙氣中其他成分(HCl、Cl2等)相互作用，形成元素態(tài)汞、氧化態(tài)(Hg2+)和顆粒態(tài)汞(Hgp)三種形式。研究表明，在碳基吸附材料(活性炭、飛灰)上，煙氣中酸性組分(特別是HCl、Cl2)對元素汞的氧化反應(yīng)具有很強地促進作用。氧化態(tài)汞是水溶性的，很容易被吸收在高碳或高活性飛灰上，吸附在飛灰的汞能和飛灰一起被顆粒收集系統(tǒng)捕集而除去；氧化態(tài)汞也很容易被控制SO2排放的濕式洗滌裝置除去。因此，當(dāng)煙氣中汞的氧化度越高，其控制越有效。煙煤中一般含有一定量的促進汞氧化的氯含量，然而低級煤的氯含量很低，因此低級煤燃燒產(chǎn)生的元素汞比煙煤或高氯煤燃燒產(chǎn)生的汞氧化度更小。
再燃燒技術(shù)作為一種有效的低NOx燃燒技術(shù)，可以顯著降低NOx排放，其技術(shù)主要特點是將爐內(nèi)燃燒過程沿爐膛高度分成三個燃燒區(qū)，即主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)。它是利用燃料分級燃燒技術(shù)，將75-85％左右的燃料送入主燃燒區(qū)，在氧氣充裕(即α＞1)的環(huán)境中燃燒生成NOx，其余15-25％左右的燃料送入再燃燒區(qū)，形成缺氧的還原性氣氛(α＜1)。主燃燒區(qū)內(nèi)生成NOx在再燃區(qū)內(nèi)還原性氣氛中發(fā)生還原反應(yīng)，迫使NOx還原為N2，最后在再燃區(qū)的上部的燃燼區(qū)內(nèi)補入部分空氣，保證燃燒產(chǎn)物完全燃燒。再燃燃料有氣體、液體和固體燃料，如天然氣、油、煤和生物質(zhì)等。天然氣是最佳的再燃燃料，但是由于天然氣價格較高，且儲量有限，不適合大規(guī)模推廣。近幾年研究認為褐煤或褐煤焦也是一種很好的再燃燃料，但單純采用煤粉再燃技術(shù)，對煤粉細度要求較高(通常＜10μm)，且飛灰含炭量較大，影響燃燒效率，同時其NOx還原效率難以突破60％的瓶頸。通常條件下，燃煤煙氣中的元素汞(Hg0)比例較高，難以在常規(guī)的煙氣處理裝置(如除塵系統(tǒng)和煙氣脫硫裝置)通過飛灰吸附和煙氣洗滌的方式脫除，因此，選擇合適再燃燃料，增加煙氣中氯含量，并產(chǎn)生高活性的飛灰，提高燃料再燃技術(shù)中NOx還原效率和煙氣中汞的氧化度，實現(xiàn)燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg等多種污染物的聯(lián)合脫除是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的方法，主要涉及爐膛、鍋爐尾部受熱面和煙氣處理系統(tǒng)，爐膛由下到上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)，包括以下步驟在主燃區(qū)內(nèi)提供鍋爐正常運行所需的燃料煤和空氣，燃燒過程中生成的SO2、NOx和釋放的汞進入燃燒產(chǎn)生的煙氣中；在再燃區(qū)內(nèi)燃燒生物質(zhì)燃料，還原主燃區(qū)內(nèi)生成的NOx；在燃燼區(qū)內(nèi)噴入空氣和生物質(zhì)制備過程中的乏氣；隨著溫度的降低，利用燃燒過程中釋放的氯和產(chǎn)生的飛灰與生物質(zhì)焦的共同作用，在燃燒設(shè)備的尾部煙道中氧化和吸附煙氣中的汞，在煙氣處理裝置中收集吸附汞的飛灰，再結(jié)合煙氣脫硫裝置脫除煙氣中的SO2。
本發(fā)明利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的系統(tǒng)，包括爐膛，爐膛由下到上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)，其特征是煤粉通過一次風(fēng)管送入主燃區(qū)；生物質(zhì)經(jīng)過干燥裝置干燥、粉磨裝置粉磨預(yù)處理后，送入再燃區(qū)；生物質(zhì)乏氣管和熱風(fēng)輸送管與燃燼區(qū)連接，提供燃料完全燃燒所需的燃燼風(fēng)；爐膛內(nèi)燃燒生成的煙氣和飛灰依次經(jīng)過尾部煙道中的省煤器、空氣預(yù)熱器、煙氣除塵系統(tǒng)和煙氣脫流裝置后排放；由除塵系統(tǒng)收集的飛灰經(jīng)處理后可以通過再循環(huán)裝置噴入空氣預(yù)熱器下游的煙道中，在飛灰循環(huán)時可以添加少量金屬氧化物(如CuO或Fe2O3等)，以增強元素汞的氧化度。
本發(fā)明實現(xiàn)生物質(zhì)再燃聯(lián)合控制燃煤煙氣中SO2、NOx和汞排放的理論基礎(chǔ)是根據(jù)再燃過程中生物質(zhì)揮發(fā)份析出和焦炭燃燒的特點，生物質(zhì)灰份中堿金屬(如鈉、鉀)通過生成自由基強化NH3-NO的作用，解決了單純煤粉再燃時燃燼差，NOx還原率低的問題，可以減少大幅度提高NOx的還原效率，突破了常規(guī)再燃技術(shù)NOx還原60％的瓶頸；其次通過控制再燃區(qū)過量空氣系數(shù)和燃燼風(fēng)量，可以控制飛灰中含碳量；另外，生物質(zhì)再燃過程中釋放的氯(HCl等)對煙氣中的汞氧化具有很強的促進作用，提高了煙氣中元素汞的氧化度，為汞在飛灰表面上的吸附提供了條件，達到了生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除煙氣中SO2、NOx和汞的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點1)利用生物質(zhì)燃料可以避免揮發(fā)份燃燒與焦炭燃燒之間的矛盾，顯著改善燃燒狀況，提高鍋爐燃燒效率；2)在生物質(zhì)分級燃燒工況下生成的高含氯煙氣和高活性飛灰對汞的反應(yīng)性和吸附性能更強；3)噴入點布置在燃燒器上部，對主燃燒器基本不作改動，對爐內(nèi)燃燒影響不大，投資省，運行費用低；4)生物質(zhì)再燃結(jié)合尾部煙氣處理裝置可以顯著降低NOx、Hg、SO2等污染物排放85％以上。


圖1是利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(采用濕式煙氣洗滌裝置脫硫)。
圖2是利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(采用干法煙氣脫硫裝置)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1附圖1是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的系統(tǒng)，電站鍋爐爐膛20由下到上依次分為主燃燒區(qū)21、再燃區(qū)22和燃燼區(qū)23，煤粉10通過一次風(fēng)管11與主燃區(qū)噴口12連接，噴入爐膛主燃區(qū)23；生物質(zhì)再燃燃料1送入生物質(zhì)干燥裝置2，干燥后的生物質(zhì)送入生物質(zhì)粉磨裝置3，粉磨好的細生物質(zhì)(粒度小于1mm)經(jīng)生物質(zhì)輸送管7，由熱風(fēng)4攜帶輸送到再燃燃料噴口5，噴入爐膛再燃區(qū)22；生物質(zhì)干燥和粉磨后的乏氣經(jīng)乏氣輸送管6與燃燼風(fēng)噴口8連接，噴入爐膛的燃燼區(qū)21，不足的燃燼風(fēng)由熱風(fēng)管13送入的熱風(fēng)補充。本方案采用生物質(zhì)直吹式制備和輸送系統(tǒng)，另外，生物質(zhì)燃料預(yù)處理和輸送系統(tǒng)還可以采用中間儲倉式系統(tǒng)等其它備選方案。
在爐膛20內(nèi)燃燒生成的煙氣和飛灰經(jīng)鍋爐尾部煙道26，依次流經(jīng)省煤器24和空氣預(yù)熱器25，高溫?zé)煔獾玫娇焖倮鋮s，在合適的溫度下(200℃以下)，煙氣中元素汞在煙氣組分和飛灰的相互作用下，發(fā)生催化氧化反應(yīng)，進而吸附飛灰顆粒上，吸附在飛灰顆粒上的汞經(jīng)過除塵系統(tǒng)(電除塵器、袋除塵)被捕集下來，捕集下來的飛灰可以直接通過飛灰處理系統(tǒng)32排放處理，也可以將部分飛灰送入飛灰再循環(huán)裝置34和飛灰循環(huán)管道36噴入尾部煙道26的下部，進行飛灰循環(huán)，以提高汞脫除效率，在飛灰循環(huán)裝置中備選促進汞氧化的金屬氧化物催化劑(如CuO或Fe2O3等)的添加口35；不含灰的煙氣繼續(xù)進入濕式煙氣洗滌裝置38(濕法煙氣脫硫、噴霧干燥煙氣脫硫等)進行煙氣脫硫和氧化態(tài)汞處理，潔凈的煙氣由煙囪40排放，最終實現(xiàn)燃煤煙氣中SO2、NOx、Hg等多種污染物的聯(lián)合脫除。
本發(fā)明的特征在于通過生物質(zhì)再燃燃料(約占總?cè)剂瞎┙o15-25％)的供給，在爐膛內(nèi)部形成了不同氣氛的燃燒反應(yīng)條件，生物質(zhì)燃料在高溫下迅速完成熱解，釋放出大量的揮發(fā)份、堿金屬和氯等，形成還原性氣氛，在揮發(fā)份、焦炭及堿金屬催化還原作用下，強化了NO的還原反應(yīng)，迫使更多的NOx被還原成N2。干燥生物質(zhì)的乏氣和部分熱風(fēng)通過燃燼風(fēng)口進入爐膛的燃燼區(qū)，保證燃料在爐內(nèi)的充分燃燒。初步計算表明，僅靠生物質(zhì)干燥乏氣作為燃燼風(fēng)在份額上是不夠的，因此必須摻入部分二次風(fēng)，同時，這種布置方式也有利于在停投生物質(zhì)再燃燃料時，實施空氣分級控制NOx的操作。燃燒中形成的高含氯量的煙氣和高活性飛灰，在鍋爐尾部煙道中催化氧化和吸附煙氣中的汞，進而通過尾部煙氣處理裝置達到聯(lián)合脫除燃煤煙氣中污染物的目的。
實施例2附圖2是實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。實施例2在爐內(nèi)NOx還原的特征與實施例1相同，其主要區(qū)別在于尾部煙氣處理系統(tǒng)。實施例2中取消了濕法煙氣洗滌裝置，采用循環(huán)流化床等型式的干法煙氣脫硫裝置37，并將該裝置置于尾部煙道26中空氣預(yù)熱器25之后，除塵系統(tǒng)30之前。將除塵裝置收集的部分飛灰和新鮮的脫硫劑35，通過飛灰再循環(huán)裝置34和飛灰循環(huán)管道36噴入煙氣脫硫裝置37的喉部，進行飛灰循環(huán)，完成煙氣脫硫和汞氧化吸附。為提高吸收劑的汞脫除效率，在在吸收劑中備選添加促進汞氧化的金屬氧化物催化劑(如CuO或Fe2O3等)；經(jīng)過處理后的潔凈煙氣由煙囪40排放。該布置充分利用了燃煤電站現(xiàn)有除塵系統(tǒng)，系統(tǒng)更簡單，投資省，費用低。同樣，采用該布置可以在生物質(zhì)停運時實現(xiàn)空氣分級燃燒操作。
本發(fā)明利用生物質(zhì)作為再燃燃料，價格便宜，方便易得，其熱解生成的高含氯量的煙氣和高活性生物質(zhì)灰焦，強化了NOx催化還原作用，提高了煙氣中汞等重金屬的氧化程度，且充分利用原有鍋爐系統(tǒng)的設(shè)備。該方法將有利于多種污染物的聯(lián)合控制，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
盡管在本文中通過實施例結(jié)合目前被認為是最優(yōu)的實施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不受所述實施方案的限制，旨在覆蓋權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的特點和其它應(yīng)用所進行的各種結(jié)合或修改。
權(quán)利要求
1.一種利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的方法，涉及鍋爐爐膛、鍋爐尾部受熱面和煙氣處理系統(tǒng)，爐膛由下到上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃燼區(qū)，其步驟為在主燃區(qū)內(nèi)提供鍋爐正常運行所需的燃料煤和空氣，燃燒過程中生成的SO2、NOx和釋放的汞進入燃燒產(chǎn)生的煙氣中；在再燃區(qū)內(nèi)燃燒生物質(zhì)燃料，還原主燃區(qū)內(nèi)生成的NOx；在燃燼區(qū)內(nèi)噴入空氣和生物質(zhì)制備過程中的乏氣；隨著溫度的降低，利用燃燒過程中釋放的氯和產(chǎn)生的飛灰與生物質(zhì)焦的共同作用，在燃燒設(shè)備的尾部煙道中氧化和吸附煙氣中的汞，在煙氣處理裝置中收集吸附汞的飛灰，再結(jié)合煙氣脫硫裝置脫除煙氣中的SO2。
2.一種利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的系統(tǒng)，包括爐膛(20)，爐膛由下到上依次分為主燃燒區(qū)(21)、再燃區(qū)(22)和燃燼區(qū)(23)，其特征是煤粉(10)通過一次風(fēng)管(11)送入主燃區(qū)(21)；生物質(zhì)(1)經(jīng)過干燥裝置(2)干燥、粉磨裝置(3)粉磨預(yù)處理后，送入再燃區(qū)(22)；生物質(zhì)乏氣管(6)和熱風(fēng)輸送管(13)與燃燼區(qū)(23)連接，提供燃料完全燃燒所需的燃燼風(fēng)；爐膛內(nèi)燃燒生成的煙氣和飛灰依次經(jīng)過尾部煙道(26)中的省煤器(24)、空氣預(yù)熱器(25)、煙氣除塵系統(tǒng)(30)和煙氣脫流裝置(38)后排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO2、NOx和Hg的系統(tǒng)，其特征是由除塵系統(tǒng)(30)收集的飛灰通過再循環(huán)裝置(34)噴入空氣預(yù)熱器(25)下游的煙道中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用生物質(zhì)再燃聯(lián)合脫除燃煤煙氣中SO
文檔編號B01D53/64GK101062461SQ200710021748
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者盧平 申請人:南京師范大學(xué)