专利名称：煤粉炉内同时脱硫脱硝方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法及装置。
背景技术：
燃煤锅炉是我国能源生产的重要手段，但燃煤锅炉也带来了严重的环境污染问题，氮氧化物NOx和二氧化硫SO2是燃煤火电厂产生的主要污染气体。在燃煤脱硫技术方面，概括起来可分为三大类，即燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫(烟气脱硫)，烟气脱硫目前使用最为广泛，技术最为成熟，但投资运行费用巨大，对老机组的改造也存在困难，燃烧前脱硫技术在我国的大规模工业应用也受到限制。燃烧中脱硫技术采用在炉膛上部区域喷入钙基脱硫剂形成CaSO4固硫产物的方法实现脱硫，由于该方法具有投资和运行费用低，便于改造等优点，比较适合我国国情，但也存在问题，即脱硫剂在炉膛上部喷入，脱硫反应时间短，脱硫效率低，仅为30％～40％左右，过低的脱硫效率限制了该技术的应用。
为提高脱硫剂和烟气的反应时间，可以从炉膛下部高温燃烧区送入钙基脱硫剂，从而形成炉内高温脱硫，但由于以下原因，导致炉内高温脱硫的效率无法提高1.高温下固硫产物的分解，固硫产物CaSO4和CaSO3分别在1468～1487K和1277K温度下分解，重新释放出SO2；2.高温下脱硫剂烧结，表面积减少；3.CaSO4的摩尔体积较大，固硫反映过程中生成的硫酸钙减少了脱硫剂的比表面积，阻止脱硫反应的进一步进行；CaSO4的摩尔体积为46.02×10-6m3/mol，而CaO的摩尔体积为16.76×10-6m3/mol，每1摩尔的CaO固硫生成CaSO4，体积要膨胀2.75倍，从而堵塞了脱硫剂中的微孔，使脱硫反应的比表面积下降，降低了脱硫反应速率。
这些因素限制了目前炉内喷钙脱硫方法只能在炉膛上部烟温低于1200℃的区域内喷入钙基脱硫剂，由于反应时间短，而且尾部烟道内烟温低，导致炉内喷钙脱硫方法的脱硫效率一直无法提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法及装置。
该方法是通过控制煤粉炉下部区域的过量空气系数，形成还原性气氛，将钙基脱硫剂喷入该还原性区域，以高温还原性气氛下稳定的的CaS形式固定一部分硫分，在炉膛上部送入供完全燃烧用的空气，炉膛下部生成的CaS被进一步氧化为CaSO4，并实现下部燃烧区中未能完全燃烧的碳粒燃尽；下部还原性气氛的存在还能使锅炉NOx生成量下降，实现炉内同时脱硫脱硝。
该装置具有炉膛，炉膛下部区域外侧设有一次喷钙和燃料送入装置，炉膛中部区域外侧设有空气送入装置，炉膛上部区域外侧设有二次喷钙送入装置。
本发明具有如下优点1)避免了传统喷钙脱硫方法形成的固硫产物CaSO4在高温下分解，再次释放出SO2，导致高温脱硫失败。
2)避免了传统喷钙脱硫方法只能在烟温较低区域喷入钙基脱硫剂，导致反应时间短，脱硫效率低。
3)本发明实现了炉内同时脱硫脱硝技术。
4)本发明在保证燃烧效率的前提下，具有设备改造工作量小，便于实施，投资运行费用低，脱硫效率高等特点。
图1是一种煤粉炉内同时脱硫脱硝的装置结构示意2是另一种煤粉炉内同时脱硫脱硝的装置结构示意3是试验获得的CaSO4的分解曲线；图4是试验获得的CaS氧化为CaSO4的转化曲线。
具体实施例方式
煤粉炉内同时脱硫脱硝装置具有炉膛4，炉膛下部区域外侧设有一次喷钙和燃料送入装置1，炉膛中部区域外侧设有空气送入装置2，炉膛上部区域外侧设有二次喷钙送入装置3。
在所说的煤粉炉下部区域形成局部的还原性区域的过量空气系数为0.5～1.0。还原性气氛区域的下游喷入完全燃烧用空气的过量空气系数为1～1.6。
在煤粉锅炉炉膛内，根据上下区域送入空气量的不同，控制炉膛下部区域的过量空气系数，可以在形成下部区域空气少，而燃料多的富燃贫氧环境，在还原性气氛下，喷入钙基脱硫剂，与煤粉受热热解过程中释放出的硫分反应，生成CaS，而CaS在高温缺氧的环境下是稳定的，其分解温度高达2273K。不会产生类似CaSO4固硫产物在高温下分解，重新释放出SO2，导致固硫效果丧失的缺点。相比CaSO4较大的摩尔体积(46.02×10-6m3/mol)而言，CaS的摩尔体积较小，为29×10-6m3/mol，每1摩尔的CaO固硫生成CaS，体积仅膨胀1.73倍，所以固硫反应生成CaS要比生成CaSO4时对脱硫剂内孔的堵塞较小，有利于脱硫反应的进行。同时由于控制了炉膛下部的过量空气系数，燃烧强度得到控制，使炉膛下部温度有所降低，可降低石灰石烧结程度。
在还原性气氛下，钙基脱硫剂与烟气中硫分的反应途径如下。
在炉膛的上部区域，送入完全燃烧所需的空气，从而在保证燃烧总空气量不变的前提下，在炉膛上部形成高氧浓度环境，从而发生如下的反应
通过这一反应途径，CaS被氧化成为CaSO4，由于炉膛上部燃烧温度已经较低，而且固硫产物很快随烟气离开炉膛而经过温度较低的烟道，CaSO4不会被再次分解。由于延长了固硫剂的反应时间，实现了高温脱硫，固硫效率可大为提高，同时在炉膛上部仍可采用传统的喷钙方式在低于1200℃的区域内喷入钙基脱硫剂，二者相叠加，固硫效率更可提高。由于在炉膛下部形成了还原性气氛区域，氮氧化物的排放量也可降低。
煤粉炉内同时脱硫脱硝还可以这样实现，通过分级送入燃料进入炉膛燃烧方法，在炉膛的下部区域燃料和空气量基本相当，为弱氧化性气氛，而中部区域送入燃料量大于空气量，形成还原性气氛，在此区域喷入钙基脱硫剂，以CaS形式脱硫，在炉膛上部区域送入供完全燃烧的空气，将CaS进一步氧化为CaSO4。由于分级送入燃料，中部送入的燃料可以有效地还原下部燃烧区形成的氮氧化物，因此可获得低的NOx排放量，同时基于CaS中间固硫产物的炉内脱硫机理可有效实现高温环境下的固硫。
以下结合附图作进一步描述，图1是在炉膛下部形成还原性气氛，在炉膛上部形成氧化性气氛，钙基脱硫剂在炉膛下部喷入，以CaS形式固硫，CaS再进一步进入炉膛上部区域被氧化为最终固硫产物CaSO4的示意图。图中1为表示钙基脱硫剂与煤混合经磨煤机磨制成粉获再磨煤机机后加入钙基脱硫剂或高钙煤形成含有脱硫剂的煤粉空气混合物的装置；2为用于完全燃烧的燃尽空气喷入装置；3为在炉膛上部区域低温区二次喷钙的装置；4为锅炉炉膛；图2是另一种煤粉炉内同时脱硫脱硝的装置结构示意图，在炉膛的下部区域燃料和空气量基本相当，为弱氧化性气氛，而中部区域送入一部分燃料，保证送入燃料量大于空气量，形成还原性气氛，在此区域喷入钙基脱硫剂，以CaS形式脱硫，在炉膛上部区域送入供完全燃烧的空气，将CaS进一步氧化为CaSO4。图中1为将煤粉空气混合物送入炉膛燃烧的装置。2为用于完全燃烧的燃尽空气喷入装置；3为在炉膛上部区域低温区二次喷钙的装置；4为锅炉炉膛；5表示钙基脱硫剂与煤混合经磨煤机磨制成粉获再磨煤机机后加入钙基脱硫剂或高钙煤形成含有脱硫剂的煤粉空气混合物的装置。
图3是试验获得的1250℃下固硫产物CaSO4在高温下的分解规律，随温度升高，CaSO4分解速度更快，这种特性限制了高温脱硫的效率。
图4是试验获得的CaS氧化成为CaSO4的试验曲线，这一曲线说明在氧化性气氛下，CaS可以被氧化成为CaSO4，这一试验结果验证了本发明的合理性。
本发明可广泛应用于各种煤粉锅炉的炉内同时脱硫脱硝，可实现锅炉在较低投资和运行费用下，保证燃烧效率前提下获得低的SO2和NOx排放量。
权利要求
1.一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法，其特征在于它通过控制煤粉炉下部区域的过量空气系数，形成还原性气氛，将钙基脱硫剂喷入该还原性区域，以高温还原性气氛下稳定的的CaS形式固定一部分硫分，在炉膛上部送入供完全燃烧用的空气，炉膛下部生成的CaS被进一步氧化为CaSO4，并实现下部燃烧区中未能完全燃烧的碳粒燃尽；下部还原性气氛的存在还能使锅炉NOx生成量下降，实现炉内同时脱硫脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法，其特征在于在所说的煤粉炉下部区域形成局部的还原性区域的过量空气系数为0.5～1.0。
3.根据权利要求1所述的一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法，其特征在于在所说的还原性气氛区域的下游喷入完全燃烧用空气的过量空气系数为1～1.6。
4.一种煤粉炉内同时脱硫脱硝装置，其特征在于它具有炉膛(4)，炉膛下部区域外侧设有一次喷钙和燃料送入装置(1)，炉膛中部区域外侧设有空气送入装置(2)，炉膛上部区域外侧设有二次喷钙送入装置(3)。
5.根据权利要求4所述的一种煤粉炉内同时脱硫脱硝装置，其特征在于在所说的炉膛中部区域外侧设有空气送入装置(2)的下部设有二次燃料送入装置(5)。
6.根据权利要求4所述的一种煤粉炉内同时脱硫脱硝装置，其特征在于在所说的炉膛(4)下部区域的过量空气系数为0.5～1.0。
7.根据权利要求4所述的一种煤粉炉内同时脱硫脱硝装置，其特征在于所说的炉膛(4)中部区域的过量空气系数为1～1.6。
全文摘要
本发明公开了一种煤粉炉内同时脱硫脱硝方法及装置。它通过控制煤粉炉下部区域的过量空气系数,形成还原性气氛,将钙基脱硫剂喷入该还原性区域,以高温还原性气氛下稳定的CaS形式固定一部分硫分,在炉膛上部送入供完全燃烧用的空气,炉膛下部生成的CaS被进一步氧化为CaSO
文档编号B01D53/54GK1387939SQ0211246
公开日2003年1月1日 申请日期2002年7月8日 优先权日2002年7月8日
发明者岑可法, 周昊, 周俊虎, 池作和, 刘建忠, 蒋啸, 周志军, 程军, 曹欣玉 申请人:浙江大学