专利名称：一种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种对煤粉锅炉进行脱汞固硫的系统，尤其是涉及ー种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统。
背景技术：
白泥是氨碱法制碱厂生产废渣的俗称，其成分以CaCO3为主，还含有部分CaSO4和MgO、CaO，并还有约10%的Cl，产生量较大，若能将其有效利用例如用于锅炉的脱硫脱汞，则可以实现对污染物进行综合控制，同时大幅降低脱汞脱硫的费用。我国的一次能源主要以煤炭为主，煤的燃烧会产生众多有害物质，污染环境。目前电厂中的各种污染控制措施都是针对某一种污染物。煤中含有微量的Hg，我国煤平均Hg含 量为220mg/kg。煤燃烧排放出Hg对环境造成破坏。在煤燃烧阶段，煤中的Hg全部以气态单质Hg (Hg°)的形式释放，随烟气不断向受热面放热降温。Hg°会逐渐被氧化生成氧化态的ニ价Hg (Hg2+)，燃料燃烧产生的飞灰会吸收部分烟气中的Hg°与Hg2+形成颗粒Hg (Hgp)0Hgp可在电站除尘设备(静电除尘、布袋除尘)中随灰分被捕集下来。而单质汞依然占烟气中Hg的大部分，单质Hg几乎不溶于水，且很难被捕捉收集，而氧化形式的汞(如Hg+，Hg2+)易溶于水且易于捕捉收集，因此，降低单质Hg比例是控制电厂排放汞含量的主要手段之一，而Cl可以有效降低烟气中单质汞的含量。SO2也是燃煤电厂产生的主要污染物之一。脱硫技术可分为燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。燃烧中脱硫是将固硫剂如CaCO3投入炉膛内与煤粉一起燃烧生成CaSO4而达到固硫的目的。目前，制碱厂每年产生大量的废料白泥，现有脱硫技术一般将石灰石加热分解，释放出大量C02，本实用新型则利用了原本是制碱厂废弃物的白泥，对燃煤过程汞与ニ氧化硫进行的综合控制，还減少了脱硫石灰石的使用量。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，就是提供ー种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，本实用新型的系统避免了锅炉高温受热面Cl腐蚀，对废料白泥进行了再利用。解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下ー种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是从所述的煤粉锅炉水平烟道3至锅炉尾部烟道以管道连接有第二引风机15和外接白泥仓7的白泥热解气化装置6，所述的白泥热解气化装置6还通过管道连接有制粉机10、活性白泥粉末仓5和外接有第一引风机12的排粉机11，最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道3。在上述基础上，本系统还可以做进一步的改进所述的煤粉锅炉水平烟道3至白泥热解气化装置6间的管道中设有第一抽气阀4，白泥热解气化装置至第二引风机间的管道中设有第一、第二热电偶9、14。[0011]所述的外接白泥仓出口管道上设有调节阀8。[0012]所述的锅炉尾部烟道在省煤器16之后，有管道经第二抽气阀17、第三引风机18连接至第一、第二热电偶14之间的管道中。[0013]所述的锅炉尾部烟道出口接有除尘器20和第四引风机21。[0014]所述的第二引风机12外接热二次风或冷空气源。[0015]所述的最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道3的活性白泥粉末的送入点设置在水平烟道3高温换热器13之前和高温烟气抽取点之后。[0016]所述的煤粉锅炉若设置有SCR反应器，则所述的至锅炉尾部烟道的含Cl烟气反送入点设置在SCR应器之前。[0017]本实用新型的系统可抽取运行煤粉锅炉水平烟道中的高温烟气将白泥中的氯元素气化脱离，并将含Cl烟气投入锅炉尾部烟道低温段促进单质汞的氧化，降低单质汞在烟气中的比例从而达到脱汞的目的；同时被高温烟气热解的具有固硫活性的白泥粉末将投入到水平烟道与二氧化硫反应，实现固硫效果。[0018]本实用新型的工作过程及原理如下[0019]从纯碱厂运送来的废渣白泥存放在白泥仓中，白泥仓中的白泥通过给料机送到加热气化装置中，白泥的给料量将通过实际电厂运行煤粉锅炉中所燃烧煤种的氯含量与白泥中的Cl含量确定，白泥给料量与煤粉给粉量之比为1:10(Γ300，确保添加白泥后，单位质量煤的折算含氯质量百分比是未添加白泥时的3飞倍。[0020]输送到气化装置的白泥被从水平烟道抽吸来的900°C 1000°C高温烟气加热，在这一温度下，白泥 中的CaSO4不会发生分解释放出污染物S02。白泥中的Cl则将随着高温烟气被气化脱离并存在于烟气中；而白泥中CaCO3在高温作用下将部分发生分解生成CaO， 生成的CaO与白泥自身含有的CaO和MgO共同组成具有固硫活性的热解白泥。[0021]白泥在高温烟气下的反应机理为[0022]CaCQ/V；二CaO+CO: [0023]2Cr2+S02+l/202 — 2HC1 丨 +S042_[0024]20Γ+Η20 — 2HC1 f +02-[0025]热解后的白泥将送入制粉机中制成一定细度的粉末，并通过热二次风或者直接用冷空气送回至高温受热面前对烟气进行脱硫，由于送入的白泥粉末量相对较小(与煤粉之比为1:10(Γ300)，通过热二次风将活性固硫白泥粉末送回水平烟道后不会对烟气侧造成较大扰动。活性固硫白泥粉末送回点布置在高温烟气抽吸点之后，避免了将含有白泥粉末的烟气回抽到加热气化装置中。送入水平烟道的活性固硫白泥粉末将与烟气中的so2、SO3发生反应并生成固硫产物。[0026]活性固硫白泥粉末与烟气中的S02、SO3发生反应的机理为[0027]Ca0+S02+l/202 — CaSO4[0028]Ca0+S03 — CaSO4[0029]MgCHSO2+1/202 — MgSO4[0030]MgCHSO3 — MgSO4[0031]本实用新型的固硫反应是在水平烟道中，温度不会超过1000°C，因此避免了白泥中的CaSO4在高温下分解释放SO2。[0032]CaSO4, MgSO4发生分解的反应为加热气化装置后将布置一个温度测点，由此测得加热气化后的烟气温度从而控制高温烟气的抽气量，若温度低于900°C则加大抽气量。[0035]白泥在经过高温烟气加热后，其中的C l将气化到烟气中，并将通过一个抽气机将含Cl烟气送入到尾部烟道中。[0036]由于煤中的Cl含量超过O. 3%时，Cl在高温下对高温受热面的腐蚀严重，而尾部烟道温度较低，且在添加了白泥后，其Cl含量也小于O. 1%，远远低于Cl元素高温下腐蚀受热面的临界含量O. 3%,从而完全避免了 Cl对高温受热面的腐蚀。[0037]另外，由于含氯烟气高于900°C，为避免高温含氯烟气在尾部烟道注入点对尾部受热面如省煤器(省煤器烟气温度为600°C IO(TC)造成高温腐蚀以及确保抽气机工作在较低温度范围内，将抽取尾部烟道低温烟气(3000C ^400oC，可在省煤器后)对高温含氯烟气进行混合降温。在高温含氯烟气抽气机之前将布置一个温度测点，从而控制尾部烟道低温烟气抽取量。[0038]Cl在尾部受热面可以有效促进汞的氧化，降低单质汞的比例。单质汞是以气态形式存在于烟气中，不易被控制收集，且Hgp，Hg2+易于除尘设备与脱硫设备脱除，因此降低烟气中单质汞比例是电厂控制汞排放的有效手段之一。[0039]对设置有SCR反应器的电厂，含Cl烟气反送入点将设置在SCR应器之前，SCR中的催化剂能更有效地催化Cl与单质Hg的反应。[0040]Cl促进汞氧化，降低单质汞比例的机理为[0041]HCl — C1+H[0042]Hg°+2C1 — HgCl2[0043]Hg°+2HC1 — HgCl2+H2[0044]Hg0 (g) — Hg0 (ads)[0045]Cl (g) — Cl (ads)[0046]Hg°(g)+2Cl(g) - HgCl2[0047]HgCl2 — HgCl2(ads)[0048]Hg0 (ads) +2C1 (ads) — HgCl2 (ads)[0049]Hg0 (g) +2C1 (ads) — HgCl2 (ads)[0050]以上反应式中(ads)表示该物质是吸附在灰颗粒上的。[0051]固硫产物以及颗粒汞可被除尘器脱除，氧化态汞可以在湿法脱硫或者其他污染物装置中脱除，从而实现脱汞固硫的目的。[0052]有益效果本实用新型抽吸利用了运行电站锅炉的高温烟气(900°C IOO(TC)加热分解自然风干的氨碱法纯碱厂生产的废渣白泥，生成的活性固硫剂送回至水平烟道内脱硫同时增加烟气中的灰分，由于固硫反应进行在水平烟道中，温度不会超过1000°C，因此避免了白泥中的CaSO4高温分解释放出SO2的缺陷；气化出来的Cl随着烟气注入至尾部烟道 (可在省煤器前)，促进了单质Hg氧化与颗粒化，减低了单质Hg比例。固硫产物与颗粒汞最终在除尘器中被捕捉脱除，从而实现了同时脱汞固硫的目的。本实用新型装置利用运行电站锅炉的高温烟气对废料白泥进行热解处理，实现了煤粉锅炉脱汞固硫，避免了锅炉高温受热面Cl腐蚀，对废料白泥进行了再利用。
[0053]
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。[0054]图1是本实用新型系统示意图；[0055]图2是实施例f 2的试验系统示意图。[0056]图中1、燃烧器，2、炉膛，3、水平烟道，4、第一抽气阀，5、活性白泥粉末仓，6、白泥热解气化装置，7、白泥仓，8、调节阀，9、第一热电偶，10、制粉机，11、排粉机，12、第一引风机，13、高温换热器,14、第二热电偶，15、第二引风机,16、省煤器,17、第二抽气阀，18、第三引风机，19、SCR反应器，20、除尘器，21、第四引风机。
具体实施方式
[0057]如图1所示，本实用新型的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统实施例，以配置有高温高尘SCR反应器的π型煤粉锅炉为例。[0058]从煤粉锅炉水平烟道3至锅炉尾部烟道以管道连接有第二引风机15和外接白泥仓7的白泥热解气化装置6，白泥热解气化装置6还通过管道连接有制粉机10、活性白泥粉末仓5和外接有第一引风机12的排粉机11，最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道3。[0059]煤粉锅炉若设置有SCR反应器，则至锅炉尾部烟道的含Cl烟气反送入点设置在 SCR应器之前。[0060]在煤粉锅炉水平烟道3至白泥热解气化装置6间的管道中设有第一抽气阀4，白泥热解气化装置至第二引风机间的管道中设有第一第二热电偶9、14，外接白泥仓出口管道上设有调节阀8，锅炉尾部烟道在省煤器16之后，有管道经第二抽气阀17、第三引风机18 连接至第一、第二热电偶14之间的管道中，锅炉尾部烟道出口接有除尘器20和第四引风机 21，第二引风机12外接热二次风或冷空气源。[0061]最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道3的活性白泥粉末的送入点设置在水平烟道3高温换热器13之前和高温烟气抽取点之后。[0062]采用上述系统的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的方法，包括以下步骤[0063]SI将白泥加热气化，白泥给料量与煤粉给粉量之比范围为1:10(Γ300，具体数值通过实际电厂运行煤粉锅炉中所燃烧煤种的氯含量与白泥中的Cl含量确定，只要确保添加白泥后，单位质量煤的折算含氯质量百分比是未添加白泥时的3飞倍即可；[0064]S2从煤粉锅炉水平烟道抽吸900°C 1000°C高温烟 气加热步骤SI所得气化后的白泥变为热解白泥；[0065]S3热解白泥送入制粉机中制成粒径小于150um的粉末，并通过热二次风或者直接用冷空气送回至步骤S2高温烟气抽吸点之后的高温受热面前对烟气进行脱硫；[0066]S4同时，白泥加热气化后产生含氯烟气的通过抽气机投入锅炉尾部烟道低温段。[0067]所述的步骤S4中，加热气化后测量温度，保持温度在不低于900°C。[0068]工作过程[0069]从氨碱法制碱厂送来的白泥存放在白泥仓7中，通过调节阀8控制给料量送到热解气化装置6中，白泥给料量与煤粉给粉量之比为1:10(Γ300，确保添加白泥后，单位质量煤的折算含氯质量百分比是未添加白泥时的3飞倍。[0070]燃烧器I向炉膛2内送入煤粉和空气，煤粉燃烧后产生的高温烟气流入水平烟道 3。抽吸点布置在水平烟道3的高温区，并在第二引风机15的作用下将900°C 1000°C的高温烟气抽入到热解气化装置6中，热解气化装置6的烟气出口布置有第一热电偶9，通过第一热电偶9可以测得热解气化装置6的出口烟温，从而调节第一抽气阀4控制抽气量，当热解气化装置6出口烟气温度低于900°C时则加大抽气量。[0071]白泥中的CaCO3在加热气化装置6中发生热解，生成CaO和CO2,生成的CaO并与白泥自身含有的CaO和MgO组成具有固硫活性的热解白泥，然后被送入制粉机10中被磨制成一定细度，而后送入活性白泥粉末仓5中，由于热解气化装置6受到了第二引风机15的抽吸作用，其压力将低于水平烟道3，为避免制粉机10与水平烟道3直接相连而导致活性白泥粉末被倒吹回热解气化装置6，布置了活性白泥粉末仓5。·[0072]活性白泥粉末仓5中的白泥粉末将通过排风机11在第一引风机12的作用下送回至水平烟道3。第一引风机12的空气来源是热二次风，由于送入的白泥粉末量相对较小(与煤粉之比为1:10(Γ300)，通过额外热二次风或者冷空气将活性固硫白泥粉末送回水平烟道后不会对烟气侧造成较大扰动。[0073]活性白泥粉末的送入点将设置在水平烟道3高温换热器13之前和高温烟气抽取点之后，确保水平烟道3抽取点不会回抽至热解气化装置6中。送入水平烟道3中活性白泥粉末将在高温换热器13外部的烟气侧开始固硫，由于固硫反应在水平烟道3中的温度不会超过1000°C，因此避免了白泥中的CaSO4高温下分解释放出S02。而从白泥中气化出来的Cl将在第二引风机15的抽吸作用下被送到省煤器16前，由于含氯烟气高于900°C， 为避免高温含氯烟气在尾部烟道注入点对尾部受热面的省煤器16 (省煤器烟气温度为 6000C 700°C)造成高温腐蚀以及确保第二引风机15工作在较低温度范围内，将通过第三引风机18抽取尾部烟道低温烟气(300°C 40(TC，可在省煤器后)对高温含氯烟气进行混合降温，第二引风机15前布置了第二热电偶14，可以测得进入第二引风机15的烟气温度，当第二热电偶14的温度超过650°C时则调节第二抽气阀17控制低温烟气抽气量。[0074]混合了含Cl烟气后将依次经过省煤器16，SCR反应器19，烟气中的单质汞将在Cl 的作用下将促进Hg°的氧化生成Hg2+，而Hg2+更易于被飞灰颗粒吸附形成颗粒汞，在水平烟道3中注入了白泥粉末之后即增加了烟气中的飞灰含量，也增加了 Hg与飞灰的碰撞几率， 从而增大颗粒汞形成的概率，同时Cl含量增加使烟气中单质汞比例降低，使得电厂已有污染控制设备脱汞效率提高。烟气中的颗粒汞和固硫产物在第四引风机21的作用下被除尘器21捕捉脱除。[0075]为验证本实用新型，还进行了实验，实验是在一维煤粉燃烧炉上进行，实验系统主要由炉体，给粉系统，白泥添加系统，电源及温控系统，冷却段，灰分收集器、汞分析仪和引风机等组成。[0076]实验例1:[0077]实验例I所用的实验系统示意图如图2所示。[0078]实验例I 使用的煤样工业分析为 MadL 51%，Aad27. 02%, VadIl. 18%，FCad60. 29% 元 素分析成分为 Cad62. 92%，Had2. 85%，NadO. 82%Sad0. 42%，0ad18. 44%，CladO. 036%,微量元素 Hgad165ng/g。白泥的成分为 CaC0364. 36%, CaS0418. 57%, Mg05. 08%,盐酸不溶物1. 36%，铁 铝氧化物2. 34%，Cl为7. 26%。实验前，一维炉内中心由温控系统加热到1350°C。实验分 两步进行，第一步关闭白泥添加系统，打开给粉系统，给粉量为300g/min，过量空气系数为1. 2，助燃空气量为2. 5m3/min。煤粉送入炉内燃烧后，产生的飞灰将随着烟气在引风机的 抽吸作用下经过炉体外的冷却段，冷却器将使烟气冷却至200°C—300°C，最后由汞分析仪 测定烟气中单质汞的比例，灰样收集器收集得到飞灰，测得其固硫率和颗粒汞比率，固硫率 是指一定量的粉煤或型煤燃烧后，渣中硫的总量与原煤中硫的总量的比值。S%=(烧后灰 渣中总硫量)/ (烧前原煤中总硫量)X 100%。颗粒汞比率定义为单位质量煤粉产生的灰 中所含汞量占单位质量煤粉携带汞量的百分比。第一步得到的飞灰的固硫率为25. 62%，灰 中的汞含量为22. 25ppb，即颗粒汞比率为13. 48%，单质汞的比例为62. 8%，氧化形式汞为 23.72%。第二步，重复进行试验，为了便于实验进行，实验前，将干燥后的白泥在950°C下加 热分解并将其研磨成过200目筛的粉末，以便在实验中可以直接添加活性热解白泥粉末。 打开白泥添加系统，而煤粉给粉量和过量空气系数不变。白泥添加系统的电加热器被加热 至950°C，打开白泥仓，将白泥送入电加热器中，同时将携带空气送入电加热器中加热气化 白泥，产生的含氯烟气送入冷却段。实验前准备好的活性热解白泥粉末直接送入炉体尾部 低温处(700°C 800°C)o两者的给料量由白泥中的组分百分比确定，确保与实际电厂中白泥 粉末与含氯烟气含氯量的添加比例一致。实施例1中在添加了白泥之后，使得煤样的折算 含氯质量分数提高两倍，即白泥仓的给料量为3g/min，模拟烟气将气化出的氯携带至冷却 段，而此时活性热解白泥粉末的给料量为2. 4g/min，活性热解白泥粉末中的活性钙镁元素 与硫元素之比为2.1 I。燃烧后收集得到的飞灰，测得其固硫率为32. 63%，灰中的汞含量 为37. 12ppb，颗粒汞比率为22. 5%，而单质汞比例为40. 3%，氧化形式汞为37. 2%。可见，在 添加了固硫白泥粉末和含Cl烟气后，固硫率提闻了 7. 01%,颗粒萊比率提闻了 9. 02%,单质 汞比例下降了 22. 5%，氧化形式汞提高了 13. 48%，达到了较好的固硫脱汞和降低单质汞比 例的效果。[0079]实验例2 [0080]实验例2的实验方法与实验过程与实施例1基本相同，所用煤样和白泥成分相 同，不同的是实施例2添加白泥的比例不同，实施例在添加白泥后煤样折算含氯质量分数 提高四倍，此时白泥的给料量为6g/min，活性热解白泥粉末的给料量为4. 8g/min，燃烧测 得其固硫率为45. 56%，灰中的汞含量为67ppb，颗粒汞比率为26. 5%，烟气中单质汞比例为 30. 2%，氧化形式汞为43. 3%。可见，随着在添加了固硫白泥粉末和含Cl烟气后，固硫率提高 T 19. 94%，颗粒汞比率提高了 13. 02%，单质汞比例下降了 32. 6%，氧化汞提高了 19. 58%。
权利要求1.一种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是从所述的煤粉锅炉水平烟道(3)至锅炉尾部烟道以管道连接有第二引风机(15)和外接白泥仓(7)的白泥热解气化装置(6)，所述的白泥热解气化装置(6)还通过管道连接有制粉机(10)、活性白泥粉末仓(5)和外接有第一引风机(12)的排粉机(11)，最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道(3)。
2.根据权利要求1所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的煤粉锅炉水平烟道(3)至白泥热解气化装置(6)间的管道中设有第一抽气阀(4)，白泥热解气化装置至第二引风机间的管道中设有第一、第二热电偶(9、14)。
3.根据权利要求2所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的外接白泥仓出口管道上设有调节阀(8 )。
4.根据权利要求3所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的锅炉尾部烟道在省煤器(16)之后，有管道经第二抽气阀(17)、第三引风机(18)连接至第一、第二热电偶(14)之间的管道中。
5.根据权利要求4所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的锅炉尾部烟道出口接有除尘器(20)和第四引风机(21)。
6.根据权利要求5所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的第二引风机(12)外接热二次风或冷空气源。
7.根据权利要求1所述的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道(3)的活性白泥粉末的送入点设置在水平烟道(3)高温换热器(13)之前和高温烟气抽取点之后。
8.根据权利要求1至7所述的任意一项利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统，其特征是所述的煤粉锅炉若设置有SCR反应器，则所述的至锅炉尾部烟道的含Cl烟气反送入点设置在SCR应器之前。
专利摘要一种利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫的系统从所述的煤粉锅炉水平烟道(3)至锅炉尾部烟道以管道连接有第二引风机(15)和外接白泥仓(7)的白泥热解气化装置(6)，所述的白泥热解气化装置(6)还通过管道连接有制粉机(10)、活性白泥粉末仓(5)和外接有第一引风机(12)的排粉机(11)，最后连通至所述的煤粉锅炉水平烟道(3)。本实用新型还涉及所述系统的利用白泥对煤粉锅炉同时进行脱汞固硫方法。本实用新型实现了同时脱汞固硫的目的。本实用新型装置利用运行电站锅炉的高温烟气对废料白泥进行热解处理，实现了煤粉锅炉脱汞固硫，避免了锅炉高温受热面Cl腐蚀，对废料白泥进行了再利用。
文档编号B01D53/64GK202823159SQ20122033900
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者殷立宝, 高正阳, 钟俊, 徐齐胜 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华北电力大学