一种利用白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃煤电厂烟气中有害痕量元素Hg脱除控制方法及系统，具体提出了一种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉进行脱汞的方法及系统：从白泥废渣厂运来的白泥存放在白泥仓10，白泥仓10中的白泥通过供料调节阀9控制白泥给料量并送入到固液分离装置8中，由干燥器7将水洗后的白泥烘干送入制粉机6磨成一定细度的粉末，再经排粉机5送入高温烟气中，喷入炉内的白泥粉末在高温烟气(900℃-1000℃)作用下发生分解并生成活性吸附物质；洗白泥所得的含Cl澄清液经过空气压缩机13并通喷头15在选择性催化还原装置(SCR)19前喷入，Hg0将在Cl的作用下发生氧化并生成Hg2+，Hg2+易被灰颗粒吸附成为颗粒Hg，添加的白泥粉末也增大了汞元素与灰分的碰撞几率，含有Hg的灰颗粒最终将在引风机17的作用下被除尘器16除去，从而达到脱除燃煤电厂内Hg的目的。
【专利说明】
一种利用白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种对煤粉锅炉进行脱汞的方法及系统，尤其涉及一种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉进行脱汞的方法及系统。
【背景技术】
[0002]我国是产煤大国，同时也是燃煤大国，在中国的一次能源消费结构中，煤所占比例超过75%，燃煤过程中产生的含硫、氮、氯等污染物已引起广泛关注。现在痕量挥发性金属元素(如Hg，Pb，As，Se等)的污染问题也正在引起人们的重视。煤中最易挥发的重金属污染物是汞，虽然煤中含汞量较低，但是消耗巨大。在世界范围内，由于煤利用过程中而造成的汞排放约占人类活动造成汞排放的45%，而我国的燃煤汞排放量约占世界汞排放量的10%左右。因此，应加强汞排放控制。火电厂燃煤过程中，微量的汞在煤燃烧过程中会释放到烟气里，燃煤烟气中汞主存在3种形态:气态单质Hg(Hg°)、氧化态Hg(Hg2+)和颗粒Hg(Hgp)。世界范围内煤中的汞含量一般是0.012-33mg/kg，其平均含汞量约为0.13mg/kg，但我国煤种平均含汞量约为0.22mg/kg，远超世界平均水平。由于不同形态的汞其物理化学性质不同，因此其脱除方法也不同。Hgp和Hg2+由于其水溶性和易附于飞灰等特性可被电厂已有的污染控制设备脱除，但取°极易挥发且难溶于水，所以脱除较为困难，这部分Hg释放到大气中对环境造成了严重的破坏。中国2012年I月I日开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)中明确的规定了汞及其化合物浓度的限值为0.03mg/m3(2015年I月I日实施)，这势必给我国火电厂控制汞排放带来严峻考验。因此，深入研究汞反应机理，不断开发促进Hg°氧化和颗粒化的技术将成为发展的需要。
[0003]白泥是氨碱法制碱厂生产废渣的俗称，其成分主要是由CaC03、CaOXaCl等钙盐组成，其中约含有10%的Cl。目前，由于产生量较大，处理方式一般是因地制宜:或筑坝存渣，清液溢流；或填海造地，改良土壤；或填充矿井等。若能将其用于燃煤电厂锅炉的脱汞，则可以实现以废治污，从而对污染物进行综合控制，实现企业间的循环经济。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉进行脱汞的方法及系统，该技术把洗出白泥中所含的Cl的澄清液喷入烟道内促进对Hg°进行氧化，同时将洗完后的白泥研磨成粉末，在送入煤粉循环流化床锅炉炉内高温中心处，从而促进气态单质Hg(Hg°)向气态氧化Hg(Hg2+)转化，并提高白泥粉末对未氧化汞的吸附，实现控制燃煤电厂汞排放以及实现废渣白泥再利用的目的。
[0005]本发明所称问题是由以下技术方案解决的:
[0006]—种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉进行脱汞的方法及系统，其特征是:所述方法先从废渣白泥中洗出含Cl溶液，把含Cl澄清液通过空气压缩机在选择性催化装置SCR前喷射，从而促进HgO的氧化；并把洗后的白泥粉末送入煤粉循环流化床锅炉的炉内高温中心处，促进煤粉中Hg的氧化和吸附，所述白泥粉末的添加量按照下式确定:Y = kX，式中k= (2，4)，Y为添加了白泥后折算煤粉中含氯的质量百分比，X是未添加白泥的煤粉中含氯质量百分比。
[0007]上述所述废渣白泥进行水洗，使白泥中所含的氯离子溶于水中，其步骤如下:1)将白泥和凝固剂加入一级固液分离装置进行充分脱水；2)将脱水后的白泥渣加入分散混合机中，同时加入水，配制成10-30%质量浓度的白泥浆液，充分混合；3)将白泥浆液送入二级固液分离装置进行充分脱水，得到洗后含氯的澄清液。同时，将洗完后的白泥研磨成粒径为200um的粉末。
[0008]—种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉进行脱汞的方法及系统，其特征是:它包括煤粉循环流化床锅炉，锅炉的烟气出口连通旋风分离器的入口，旋风分离器的上部出口经烟道依次连通过热器、省煤器、空气预热器、除尘器、引风机，旋风分离器的下部出口连通煤粉循环流化床锅炉炉膛，所述系统还设有白泥仓，离心式固液分离装置、烘干机、白泥仓制粉机、高压水栗，所述输送管路上设有送料风机，还有位于SCR反应器之前的喷入装置。
[0009]上述利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，所述吸附剂喷入设备设有流量调节阀。
[0010]本发明用于解决控制煤粉燃烧烟气中气态Hg排放及废渣白泥再利用的问题。所述方法利用氨碱法制碱厂生产的废渣白泥，把经水洗后的白泥研磨至一定细度，喷入煤粉循环流化床锅炉的炉膛内高温中心，形成了活性吸附物质并增加了飞灰含量，在空气预热器后喷入含一定浓度Cl的澄清液，喷入煤粉循环流化床锅炉的烟道内，利用含Cl澄清液的氯促进单质汞氧化成二价汞，同时通过对烟气进行喷淋冷却以提高其吸附效率，从而使燃烧产生的汞更易与飞灰发生吸附并形成颗粒汞，最终被除尘器除去，达到控制煤粉燃烧烟气汞排放的目的，与此同时实现了废料白泥的废物再利用，达到了经济效益与环保减排社会效益的完美结合。
[0011]试验表明，本发明的有益效果可使灰中颗粒汞比率提高30%以上。本发明装置具有结构简单，成本低廉，容易实现的特点。
【附图说明】
[0012]图1是本发明系统示意图；
[0013]图2是实施例1、例2的实验系统示意图；
[0014]图3是模拟白泥二次水洗过程的示意图。
[0015]附图中标号表示如下:1、燃烧器，2、锅炉炉膛，3、水平烟道，4、抽气阀，5、排粉机，
6、制粉机，7、烘干器，8、固液分离器，9、调节阀，10、白泥泥仓，11、过热器，12、省煤器，13、空气压缩机，14、空气预热器，15、喷头，16、除尘装置，17、引风机，18、旋风分离器，19、SCR反应器，20、流量调节阀，21、洗前白泥，22、一次洗涤澄清器，23、二次洗涤澄清器，24、澄清液，25、洗后白泥，26、固液分离装置，27、水洗白泥粉末，28、含氯澄清液，29、给粉系统，30、自动温控系统，31、灰样采集器，32、汞分析仪。
【具体实施方式】
[0016]本发明是将从制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固液分离装置把脱Cl之后的白泥送到烘干器中烘干，然后研磨至粒径200um的粉末，再送入煤粉循环流化床锅炉的炉膛内高温中心处，在促进Hg°氧化的同时克服燃煤电厂燃烧产生的灰分较少无法吸附Hg形成颗粒Hg的缺点，把含Cl澄清液通过空气压缩机传送至选择性催化装置SCR前，由于澄清液中含有氯，喷射到烟气中后增加锅炉烟气中的整体氯含量，从而促进1^°的氧化。此外将水洗后白泥磨成粉末可以避免白泥与煤粉燃料直接掺混对燃烧造成扰动以及确保白泥的脱汞效果达到最好。白泥粉末的添加量按照下式确定:Y = kX，式中k = (2，4)，Y为添加了水洗白泥后折算煤粉含氯的质量百分比，X是未添加水洗白泥的煤粉含氯质量百分比。
[0017]水洗后的白泥被从水平烟道抽吸来的900°C -1000°C高温烟气加热，并送入烘干器烘干，0&0)3在此高温下将发生部分分解并生成成CaO和C02，生成的CaO与白泥中的CaO、MgO以及未发生分解的CaCO3共同形成活性吸附物质。即白泥的加入增加了烟气中的飞灰含量，为Hg的吸附提供了有利条件。白泥的分解机理为:CaC03— Ca0+C0 2。
[0018]随着烟气向尾部烟道流动，烟气不断向锅炉各受热面如省煤器、空气预热器等放热降温。烟气中的Hg将不断被氧化成为二价Hg(Hg2+)，部分Hg°、Hg2+被灰颗粒吸附成为颗粒Hg，而喷射的含Cl澄清液可以有效促进烟气Hg氧化为Hg2+，Hg2+更易被灰颗粒吸收，Cl还可以吸附在灰颗粒上再与烟气中的Hg反应使烟气Hg成为颗粒Hg，颗粒Hg在除尘器中随灰颗粒最终被捕集沉积下来，从而达到控制燃煤电厂汞排放的目的。
[0019]Cl氧化Hg及氧化态Hg在灰颗粒上的吸附机理为:
[0020]2C1 -+H2O — 2HC1+0
[0021]HCl — C1+H
[0022]Hg°+2C1 — HgCl2
[0023]Hg°+2HC1 — HgCl2+H2
[0024]Hg0 (g) 一 Hg0 (ads)
[0025]Cl (g) — Cl(ads)
[0026]Hg°(g)+2Cl(g) — HgCl2
[0027]HgCl2^ HgCl 2 (ads)
[0028]Hg0 (ads) +2C1 (ads) 一 HgCl2 (ads)
[0029]Hg0 (g) +2C1 (ads) 一 HgCl2 (ads)
[0030]以上反应式中(ads)表示该物质是吸附在灰颗粒上的。
[0031]参看图1，本发明系统的工作过程如下:从白泥废渣厂运来的白泥存放在白泥仓10，白泥仓10中的白泥通过供料调节阀9控制白泥给料量并送入到固液分离装置8中，由干燥器7将水洗后的白泥烘干送入制粉机6磨成一定细度的粉末，再经排粉机5送入高温烟气中，喷入炉内的白泥粉末在高温烟气(900°C?10(TC)作用下发生分解并生成活性吸附物质。烟气经过旋风分离器18，烟气中的床料以及大颗粒被送回炉膛2内，而白泥粉末将会随着烟气一起向尾部烟道移动。随着烟气的流动，烟气将依次与尾部受热面的过热器
11、省煤器12以及空气预热器14接触并放热降温。洗白泥所得的含Cl澄清液经过空气压缩机13并通喷头15在选择性催化还原装置(SCR) 19前喷入，！^°将在Cl的作用下发生氧化并生成Hg2+，Hg2+易被灰颗粒吸附成为颗粒Hg，添加的白泥粉末也增大了汞元素与灰分的碰撞几率。含有Hg的灰颗粒最终将在引风机17的作用下被除尘器16除去，从而达到脱除燃煤电厂内Hg的目的。
[0032]实验例I所用的试验系统图如图2所示。
[0033]实验例I 使用的煤样工业分析为 MadL 84%, Aad34.82%, Vad9.81%, Cad53.52%，元素分析成分为 Cad53.86%，Had2.41%, Nad0.72，SadL 37%，0ad3.33%，Clad0.019%,微量元素Hgl89.9ng/go 白泥的成分为 CaC0380.36%，CaO 4.53%,MgO 5.11 %，盐酸不溶物 2.36%，铁铝氧化物3.81%，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，第一步关闭白泥处理系统，打开给粉系统，给粉量为500g/min，过量空气系数为1.2。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，灰样收集得到的飞灰，测得其颗粒汞比率。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。灰中的汞含量为27.35ppb，即颗粒汞比率为14.41%，单质萊的比例为70.23%，氧化形成萊为21.12%。第二步，重复进行试验，为了便于实验进行，打开白泥处理系统，先将白泥进行水洗，把水洗后的白泥经过烘干器烘干，然后研磨成200目筛的粉末，并抽取运行的煤粉循环流化床锅炉中的高温烟气加热水洗后的白泥粉末，保持煤粉给粉量和过量空气系数不变。把加热后的水洗白泥粉末直接送入炉体尾部低温处(700°C?800°C )。两者的给料量由未洗白泥中的氯组成百分比确定(白泥的给料量为5g/min)。实施例1中在添加了白泥之后，同时把含氯澄清液是通过空气压缩机携带至冷却段，燃烧后收集得到的飞灰，测得灰中的汞含量为42.12ppb，颗粒汞比率为22.18%，而单质萊比例为44.63%，氧化形式萊为41.42%。由此可见，在添加了白泥粉末和含氯澄清液后，颗粒汞比率提高了 8.04%，单质汞比例下降了 25.60%，氧化形式汞提高了 20.30%，达到了较好的降低单质汞比例的效果。
[0034]实验例2的试验方法与实验过程与实验例I基本相同，所采用的煤样和白粉成分均相同，不同的是添加白泥的比例，实验例2在添加白泥后煤样折算含氯分数提高四倍，此时白泥给料量10g/min，燃烧后收集得到的飞灰，测得灰中的汞含量为57.21ppb，颗粒汞比率为30.13%，而单质萊比例为38.33%，氧化形式萊为32.20%。由此可见，在添加了白泥粉末和含氯澄清液后，颗粒汞比率提高了 16.74%，单质汞比例下降了 31.90%，氧化形式汞提高了 29.52%，达到了较好的降低单质汞比例的效果。
【主权项】
1.一种利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于，所述方法先将水洗后废渣白泥研磨成200um粉末，经水平烟道送入煤粉循环流化床锅炉烟道高温烟气处，然后把水洗得到含Cl的澄清液喷射入煤粉循环流化床锅炉的烟道内，降低烟气温度促进煤粉中Hg的氧化，所述白泥粉末的添加量按照下式确定:Y = kX，式中k = (2,4)，Y为喷入澄清液后折算煤粉含氯的质量百分比，X是未喷入澄清液的煤粉中含氯质量百分比。2.根据权利要求1所述的利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于:所述废渣白泥添加凝固剂进行一级固液分离，随后再进行二级固液分离得到含氯澄清液。3.根据权利要求1所述的利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于:所述的锅炉水平烟道(3)内设有抽气阀(4)，连接至烘干机(7)干燥白泥粉末。4.根据权利要求2所述的利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于:所述的水洗白泥得到的含氯澄清液经过空气压缩机(13)通过喷头(15)喷入到空气预热器(14)之后，SCR反应器(19)之前。5.根据权利要求3所述的利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于:所述的水洗后白泥粉末送入点设置在水平烟道(3)高温抽气点之后和过热器(11)之、广.刖。6.根据权利要求4所述的利用水洗白泥对循环流化床燃煤锅炉脱汞的系统，其特征在于:所述的喷射含氯澄清液管道上设有流量调节阀。
【文档编号】B01D53/81GK105879632SQ201410771419
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】高正阳, 吕少昆, 杨朋飞, 高舒慈, 吉硕, 陈嵩涛
【申请人】华北电力大学（保定）