煤粉富氧燃烧烟气脱汞系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电厂锅炉大气污染物烟气净化领域，具体地，涉及一种富氧燃烧烟气 的脱汞系统与方法。
【背景技术】
[0002] 煤炭燃烧是主要的人为汞排放源。GB 13223-2011 "火电厂大气污染物排放标准" 规定，从2015年1月1日起，所有发电锅炉将执行汞及其化合物小于0. 03mg/Nm3的排放浓 度限值。目前已经开发的燃煤烟气脱汞方法与技术，包括添加各种脱汞吸附剂如活性炭基、 钙基和飞灰基吸收剂以及一些新型吸附剂等，或者安装各种形式的除尘器、选择性催化还 原（SCR)脱硝系统和石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD)系统等，均具有一定的脱除烟气中 汞的功能，但是对于燃烧汞含量较高的煤种，即使采用了这些技术或系统，汞的排放浓度也 不能满足最新排放浓度限值的要求。而对于煤粉的富氧燃烧技术，由于采用烟气循环，会使 得烟气中的汞浓度要比传统空气燃烧烟气高，因此，现有的传统空气脱汞技术与系统无法 满足富氧燃烧烟气脱汞的要求。此外，由于煤粉富氧燃烧烟气中二氧化碳浓度的大幅度提 高（干烟气可达80%左右），传统空气燃烧的活性炭基、钙基和飞灰基等汞吸收/吸附剂会 对高浓度的二氧化碳产生较强的吸收/吸附作用，从而直接影响到烟气中汞的吸附/吸收 作用，更会导致富氧燃烧碳捕获效率的降低。因此为从源头上防治汞对大气的污染，并保障 生产安全，急需采取新型的脱汞技术。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种设备，该设备能够对煤粉富氧燃烧烟气进行脱汞。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种煤粉富氧燃烧烟气脱汞系统，该系统包括：第 一压缩机，被配置成将富氧燃烧排放的烟气压缩加压；第一冷凝器，被配置成将经所述第一 压缩机压缩加压后的烟气冷凝；第一高压反应器，被配置成容纳经所述第一冷凝器冷凝后 的烟气反应；以及管路，被配置成依次连接所述第一压缩机、所述第一冷凝器以及所述第一 高压反应器。
[0005] 进一步地，所述第一冷凝器和所述第一高压反应器之间还连接第一气液分离器， 该第一气液分离器被配置成将所述第一冷凝器冷凝产生的液体排出所述管路。
[0006] 进一步地，该系统还包括：第二压缩机，被配置成将所述第一高压反应器排出的烟 气压缩加压；第二冷凝器，被配置成将经所述第二压缩机压缩加压后的烟气冷凝；第二高 压反应器，被配置成容纳经所述第二冷凝器冷凝后的烟气反应，其中，所述第二高压反应器 中的压力大于所述第一高压反应器中的压力；以及所述管路，被配置成依次连接所述第二 压缩机、所述第二冷凝器以及所述第二高压反应器。
[0007] 进一步地，所述第二冷凝器和所述第二高压反应器之间还连接第二气液分离器， 该第二气液分离器被配置成将所述第二冷凝器冷凝产生的液体排出所述管路。
[0008] 进一步地，该系统还包括风机，该风机被配置成将所述第二高压反应器排出的烟 气送至所述第二压缩机。
[0009] 进一步地，该系统还包括检测器，设置在所述第一高压反应器和/或所述第二高 压反应器的排烟口，该检测器被配置成检测所述第一高压反应器和/或所述第二高压反应 器排出的烟气中的采含量。
[0010] 进一步地，该系统还包括除尘冷凝器，被配置成将所述富氧燃烧排放的烟气除尘 冷凝后送至所述第一压缩机。
[0011] 本发明的另一个方面，还提供了一种煤粉富氧燃烧烟气脱汞方法，该方法包括：将 富氧燃烧排放的烟气通过第一压缩机压缩加压；将通过所述第一压缩机压缩加压后的烟气 通过第一冷凝器冷凝；以及将通过所述第一冷凝器冷凝后的烟气输入第一高压反应器，并 使烟气在该第一高压反应器中反应。
[0012] 进一步地，该方法还包括：将所述第一高压反应器排出的烟气通过第二压缩机压 缩加压；将通过所述第二压缩机压缩加压后的烟气通过第二冷凝器冷凝；将通过所述第二 冷凝器冷凝后的烟气输入第二高压反应器，并使烟气在该第二高压反应器中反应，其中，所 述第二高压反应器中的压力大于所述第一高压反应器中的压力。
[0013] 进一步地，该方法还包括：检测所述第二高压反应器排出的烟气中的汞含量；以 及当所述汞含量超过预定值时，将所述第二高压反应器排出的烟气送入所述第二压缩机。
[0014] 进一步地，该方法还包括：将所述富氧燃烧排放的烟气除尘冷凝后送至所述第一 压缩机。
[0015] 通过上述技术方案，富氧燃烧烟气中的高浓度氮氧化物和汞能够在高压反应器中 充分反映，生成稳定的固态汞化物，实现对烟气中单质汞的快速脱除。
[0016] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0017] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0018] 图1是本发明实施方式提供的煤粉富氧燃烧烟气脱汞系统结构示意图；
[0019] 图2是本发明实施方式提供的煤粉富氧燃烧烟气脱汞方法流程图。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021] 图1是本发明实施方式提供的煤粉富氧燃烧烟气脱汞系统结构示意图。如图1所 示，本发明提供的煤粉富氧燃烧烟气脱汞系统可以包括：一级压缩机C1，被配置成将富氧 燃烧排放的烟气压缩加压；一级冷凝器H1，被配置成将经一级压缩机Cl压缩加压后的烟气 冷凝；一级高压反应器R1，被配置成容纳经一级冷凝器Hl冷凝后的烟气反应（例如，反应 时间可为Is至5min或与压缩机Cl压缩烟气的时间相同）；以及管路，被配置成依次连接 一级压缩机C1、一级冷凝器Hl以及一级高压反应器R1。在实施方式中，一级冷凝器Hl和 一级高压反应器Rl之间还可以连接一级气液分离器Sl，该一级气液分离器Sl可以被配置 成将一级冷凝器Hl冷凝产生的液体排出管路。
[0022] 通过上述技术方案，利用富氧燃烧烟气需要压缩液化的特点，高压下单质汞能够 与氮氧化物（NOx)反应生成稳定、固态的汞化物（例如，汞盐、氧化汞），借助富氧燃烧烟气 中的高浓度的氮氧化物将汞氧化固定，从而实现安全高效的脱汞。
[0023] 富氧燃烧锅炉排放的烟气经除尘冷凝之后，由一级压缩机压缩Cl加压，再经冷凝 脱水后进入一级高压反应器R1，气态汞单质一部分转化为固体渣由一级高压反应器Rl底 部排出，另一部分可以随烟气离开一级高压反应器R1。根据发明人实测，一级高压反应器 Rl内汞脱除率为50-70%。上述系统还包括除尘冷凝器（未示出），被配置成将富氧燃烧排 放的烟气除尘冷凝后送至一级压缩机Cl。
[0024] 在优选的实施方式中，为了更充分地脱汞，本发明提供的富氧燃烧烟气脱汞系统 可以采用多组上述设备的组合。例如，采用分级的方式设置多组上述设备的组合。在这样 的实施方式中，上述系统还可以包括：二级压缩机C2,被配置成将一级高压反应器Rl排出 的烟气压缩加压；二级冷凝器H2,被配置成将经二级压缩机C2压缩加压后的烟气冷凝；二 级高压反应器R2,被配置成容纳经二级冷凝器H2冷凝后的烟气反应（例如，反应时间可为 Is至5min或与压缩机C2压缩烟气的时间相同），其中，二级高压反应器R2中的压力大于 一级高压反应器Rl中的压力；以及所述管路，被配置成依次连接所述二级压缩机C2、所述 二级冷凝器H2以及所述二级高压反应器R2。在实施方式中，与上面的实施方式相似，二级 冷凝器H2和二级高压反应器R2之间可以连接二级气液分离器S2,该二级气液分离器S2被 配置成将二级冷凝器H2冷凝产生的液体排出管路。
[0025] 通过上述技术方案，经初步脱汞后的烟气由二级压缩机C2再次压缩，冷凝脱水后 进入二级高压反应器R2,气态单质汞在二级高压反应器R2中可以与氮氧化物进行反应而 被完全脱除。
[0026] 在更优选的实施方式中，为避免系统波动导致脱汞不完全，在二级高压反应器R2 后还可以设置循环回路，脱汞后的烟气可经循环回路进入二级压缩机C2,压缩后在二级高 压反应器R2内进行再次脱汞反应。在这样的实施方式中，该系统还可以包括风机P1，该风 机Pl设置在上述循环回路中，用于将二级高压反应器R2排出的烟气送至二级压缩机C2。
[0027] 在实施方式中，可以通过对一级高压反应器Rl和二级高压反应器R2排出的烟气 进行检测确定汞含量来判断时候需要进行下一级的反应过程。进一步地，系统还可以包括 检测器，设置在一级高压反应器Hl和/或二级高压反应器H2的排烟口，该检测器被配置成 检测一级高压反应器Hl和/或二级高压反应器H2排出的烟气中的汞含量。例如，当一级 高压反应器Hl排出的烟气中的汞含量不为零时，将烟气继续通入二级压缩机C2 ;再如，当 二级高压反应器H2排出的烟气中的汞含量不为零时，将烟气继续循环通入二级压缩机C2， 或者再下一级压缩机（未示出）。需要说明的是，在本发明提供的富氧燃烧烟气脱汞系统的 管路设置有阀门，以控制管路中烟气的走向以及在高压反应器中的反应时间等。
[0028] 富氧燃烧烟气经上述多级（例如，二级）高压反应器后，脱汞率可达100%。需要 说明的是，脱汞率与烟气中的NOx浓度以及反应压力成正比，因此当NOx浓度较高时，高压 反应器的反应压力可适当降低。以500ppm浓度为界限，当烟气中NOx浓度低于500ppm时，