CN101619856A

CN101619856A - 一种锅炉烟气净化方法

Info

Publication number: CN101619856A
Application number: CN200810039791A
Authority: CN
Inventors: 沈晓林; 布莱恩·辛吉斯; 朱基木; 刘贵苏; 陈大维; 胡平岗; 石洪志; 刘道清; 宗仰炜
Original assignee: Mo Bo Teco (usa) Ltd; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Mo Bo Teco (usa) Ltd; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-06

Abstract

本发明公开了一种锅炉烟气净化方法，包括以下步骤：从燃煤锅炉的二次风中抽出25％～50％的风量，将其高速喷入锅炉上部，喷入的位置位于锅炉前墙或侧墙上折焰角下方，喷入的速度至少为80m/s，采用至少二排喷口，以不对称喷射方式喷入。同时喷入温度为980～1100℃的炼钢用副产物石灰石泥浆/粉作为硫吸附剂。喷入石灰石泥浆/粉的位置与喷入二次风的位置在同一高度或在其上方。二次风喷口和石灰石喷口都采用可调节喷口。本发明采用分级燃烧与利用炼钢用副产物作为脱硫吸附剂相结合的技术方案，既可以有效的降低锅炉烟气中酸性物质，脱硫脱硝的效果良好，同时也降低了生产成本。

Description

一种锅炉烟气净化方法

技术领域

本发明涉及一种改进工业锅炉燃烧及排放的方法，特别涉及一种降低锅炉烟气中有害物质的方法。

背景技术

在掺烧高炉煤气的锅炉燃烧中，一些单质元素被氧化形成酸性物质，例如SO₃、NO、NO₂、HCl、HF。为了使由高酸性气体引起的局部酸雨和其它问题得到最大的控制，降低锅炉烟气中的氮氧化物和硫化物等酸性物质成为工业锅炉烟气治理的重要任务。

NO和NO₂被称为NOx，为了使锅炉烟气中的NOx得到控制，主要措施是从源头降低和减少NOx产生。现有的方法是在燃煤锅炉内保持原锅炉燃烧状态，通过引入外部热源来实现分级燃烧，采用此方法可以减少NOx约3O％左右。

锅炉烟气中的硫化物主要因含硫燃料或废物的燃烧而产生。现有技术中，对降低烟气中的硫化物主要采用的方法有干法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫，上述方法的基本原理都是使烟气中的SO₂与碱发生中和反应。比较常用的碱性物质有石灰石(碳酸钙CaCO₃)、生石灰(氧化钙CaO)、熟石灰(氢氧化钙Ca(OH)₂)等。干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫都是使SO₂在固体碱性物质湿润的表面发生反应，从而达到去除烟气中硫化物的目的，比较常用的方法主要有旋转喷雾干燥法、干燥喷入法等。这两种方法的缺点是脱硫效率较低。湿法脱硫技术是指通过使烟气中的SO₂与碱性溶液发生反应，从而去除烟气中硫化物的方法。湿法脱硫技术脱硫效率较高，吸收剂的利用率也比较高，但是其缺点在于投资费用较高，设备运行成本较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种锅炉烟气净化方法，可以在保持较低成本的前提下，较高效率的脱出锅炉烟气中的氮氧化物和硫氧化物。

本发明的构思如下：

1、采用分级燃烧法脱除烟气中的氮氧化物。

分级燃烧法是一个使燃料分阶段燃烧的过程：在空气不充足的情况下，燃料不完全燃烧的阶段称为富-燃料阶段；在有足够的氧气的情况下，燃料能够充分燃烧的阶段成为贫-燃料阶段。煤中(混合高炉气)所含的氮，叫做燃料氮。当煤燃烧的时候，氮主要转化成HCN被释放出来。当存在过量的氧气HCN首先被氧化成NO，而在缺乏氧气的情况下，HCN将会与NO反应生成N₂。这个还原反应能在燃烧中减少NO₂的生成。因此，在富-燃料阶段的还原环境中，可以达到降低烟气中氮氧化物的目的。而在富-燃料阶段结束后，烟气中剩余的未燃燃料可以在贫-燃料阶段的氧化环境中，得到充分燃烧。

在分级燃烧法中，既要在锅炉下部区域控制氧气的量，使之形成富-燃料阶段，又要保证锅炉内氧气的量从而来保障燃料的燃烧程度以及降低爆炸的风险。具体措施为：控制锅炉下部区域氧气的量，将多余的空气抽出，将抽出的多余空气通过专用设施高速增压喷射注入锅炉上部区域，从而在锅上部区域形成一个高速增压空气的紊流，形成贫-燃料阶段的氧化环境，使未燃燃料得到充分燃烧，提高能源利用效率。

2、在形成的高速增压空气的紊流区，再喷入石灰石来脱除烟气中的硫化物。

在炉膛内，由于含硫燃料的燃烧，锅炉烟气中还会含有大量的SO₂和SO₃。可以将炼钢石灰生产中副产物石灰石泥浆注入到锅炉上部形成的高速增压空气的紊流区，使烟气中的SO₂和SO₃与注入的石灰石泥浆充分结合，在以废治废降低脱硫成本的同时，提高了锅炉烟气中硫化物的脱除效率。

本发明的技术方案为：一种锅炉烟气净化方法，包括以下步骤：从燃煤锅炉的二次风中抽出25％～50％的风量，将其高速喷入锅炉上部。

在燃煤锅炉的二次风中抽出25％～50％的风量，可以使锅炉中下部烟气流速降低，使各种物质在炉内部停留时间延长，大量抽出二次风，使锅炉内形成了更强烈的还原气氛，有利于更加高效率的将锅炉中的酸性气体NO_x还原为N₂；而将此抽出的25％～50％的二次风高速喷入锅炉上部，可以在锅炉上部形成强大的涡流，从而使混合高炉煤气燃料与空气充分混合，迅速燃烧，改善气体的温度分布、热能吸收、CO的氧化，最终达到降低烟气的酸性的目的。

优选地，喷入的位置位于锅炉前墙上折焰角下方。二次风的喷入位置位于锅炉前墙或侧墙上折焰角下方，可以使锅炉的负荷降低。

优选地，喷入的速度至少为80m/s。

优选地，采用至少二排喷口，不对称喷射方式喷入。用高压风机将抽取的二次风喷到锅炉上部。

优选地，同时喷入石灰石作为硫吸附剂。

优选地，喷入的石灰石为石灰石泥浆或石灰石粉。在一个强空气分级燃烧(燃料中混合高炉气)的锅炉中，由于有二次风以足够高的速度被注射入锅炉上部，形成了足够高动能的紊流，从而可以促进炉膛上部物质的混合。将石灰石泥浆或石灰石粉在锅炉上部喷口注射入炉膛内，使石灰石泥浆/粉随着炉膛内再次注入的二次风所形成的空气紊流与锅炉内上升的烟气进行充分混合，与SO₂和SO₃发生化学反应，从而达到锅炉烟气脱硫的目的。

炼钢副产物石灰石泥浆是液体形状，主要成分为55％以上的CaCO₃，和30％的CaO，其反应机理为：

CaCO₃——CaO+CO₂

CaO+SO₂+1/2O₂——CaSO₄

石灰石泥浆中还有20％左右的MgO也可发挥脱硫剂的作用，与二氧化硫反应生成硫酸镁，反应机理为：

MgO+SO₂+1/2O₂——MgSO₄

优选地，喷入石灰石的位置与喷入二次风的位置在同一高度或在其上方。喷入石灰石泥浆/粉的位置与喷入二次风的位置在同一高度或者在二次风的上方，并且沿高速二次风的正切方向注射进入炉膛中，可以使石灰石泥浆/粉随着二次风形成的高速空气紊流更充分的与锅炉烟气混合而发生反应。

优选地，喷入的石灰石泥浆或石灰石粉温度为980～1100℃。

优选地，二次风喷口和石灰石喷口都采用可调节喷口。

在具体的选择上，取决于锅炉和燃烧器的配置、温度、燃料和各种各样的其他因素，只要在锅炉上部产生充足的炉膛内紊流来加强下游混合，富有氧气的燃烧阶段和吸附剂射入阶段可以是相同或完全分离。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1. 二次风抽气量大，形成更强烈的还原性气氛，直接降低了锅炉烟气中50％的氮氧化物，且使锅炉内空气流速降低，从而直接提高了还原性气氛的保持时间。

2. 喷口位置高，呈非对称设置，将抽出的气体高压高速射入炉膛(燃料混合高炉气)，在炉膛(燃料混合高炉气)上部形成强烈涡流，燃烬效率更高，使燃料，烟气成分中的各种物质充分混合，从而提高锅炉燃烧效率；同时也增强了辐射换热和对流换热的效果，提高热效率，避免了其他分级技术对燃烧的影响。

3. 在形成的高速增压空气的紊流区喷入石灰石泥浆/粉，提高脱硫率达75％--82％。

4. 本发明的实施无需增加任何额外设备，工序简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明锅炉的二次风的抽取位置示意图。

图2为本发明石灰石泥浆/粉随着二次风注入锅炉位置的示意图。

具体实施方式

一种锅炉烟气净化方法，主要包含以下步骤：

(1)从燃煤锅炉的二次风中抽出30％的风量，将其高速喷入锅炉上部。二次风喷入的位置位于锅炉前墙或侧墙上折焰角下方。喷入的速度为150m/s，采用二排\14个喷口以不对称喷射方式喷入。

(2)同时喷入炼钢用副产物石灰石泥浆作为硫吸附剂。喷入石灰石泥浆的位置与喷入二次风的位置在同一高度或在其上方，石灰石泥浆温度为980～1100℃。二次风喷口和石灰石泥浆喷口都采用可调节喷口。

如图1所示，在位置1处，抽取燃煤锅炉的二次风30％的风量，可以使锅炉中下部烟气流速降低，使各种物质在炉内部停留时间延长，从而形成了更强烈的还原气氛，有利于更加高效率的将锅炉中的酸性气体NO_x还原为N₂。而将此抽出的30％的二次风利用高压风机3高速喷入锅炉上部2处，可以在锅炉上部形成强大的涡流，使混合高炉煤气燃料与空气充分混合，迅速燃烧，进而改善气体的温度分布、热能吸收、CO的氧化，最终达到降低烟气的酸性的目的。

如图1所示，二次风的抽取位置1位于锅炉下方，喷入位置2位于锅炉前墙上折焰角下方，可以使锅炉的负荷降低。

如图2所示，同时在锅炉上部喷口4注射石灰石泥浆/粉，使注入的石灰石泥浆/粉与炉膛内上升的烟气借助二次风产生的涡流而进一步混合，可以有效的与SO₂和SO₃发生反应，从而进一步对锅炉中的烟气进行脱硫。炼钢副产物石灰石泥浆是液体形状，主要成分是55％以上的CaCO₃，和30％的CaO，与二氧化硫反应生成硫酸钙，其反应机理为：CaCO₃——CaO+CO₂

CaO+SO₂+1/2O₂——CaSO₄

石灰石泥浆中还有20％左右的MgO也可发挥脱硫吸附剂作用，与二氧化硫反应生成硫酸镁，反应机理为：

MgO+SO₂+1/2O₂——MgSO₄

本发明实施例的具体参数如表1、表2、表3和表4所示。

表1煤质分析

表2：石灰石泥浆参数

参数	单位	分析
参数	单位	分析	区间分布(颗粒粒径)
＜10微米	％	7.08	区间分布(颗粒粒径)
＜10微米	％	7.08	10～20微米	％	43.29
20～43微米	％	21.25	10～20微米	％	43.29
20～43微米	％	21.25	43～61微米	％	14.18
61～100微米	％	7.69	43～61微米	％	14.18
61～100微米	％	7.69	＞100微米	％	6.51
PH	***	8.02	＞100微米	％	6.51
PH	***	8.02	化学成分分析
水	％	63.47	化学成分分析
水	％	63.47	CaO	％	30.91
CaCO₃	％	55.19	CaO	％	30.91
CaCO₃	％	55.19	MgO	％	20.25
Fe₂O₃	％	1.39	MgO	％	20.25
Fe₂O₃	％	1.39	SiO₂	％	2.79
Al₂O₃	％	0.94	SiO₂	％	2.79
Al₂O₃	％	0.94	MnO₂	％	0.03
P₂O₅	％	0.01	MnO₂	％	0.03

总计

％

111.51

表3.高炉煤气参数

CH₄	[vol％]	-
CH₄	[vol％]	-	C₂H₄	[vol％]	-
H₂	[vol％]	3.3	C₂H₄	[vol％]	-
H₂	[vol％]	3.3	N₂	[vol％]	54.7
CO₂	[vol％]	19	N₂	[vol％]	54.7
CO₂	[vol％]	19	CO	[vol％]	23
O₂	[vol％]	-	CO	[vol％]	23
O₂	[vol％]	-	H₂S	[vol％]	-
LHV(较低热值)	[kJ/m3]	3264	H₂S	[vol％]	-
LHV(较低热值)	[kJ/m3]	3264	密度	[kg/m3]	1.33

表4 二次风参数

风量	风温	风机功率	风机压力	喷箱数量/排数
风量	风温	风机功率	风机压力	喷箱数量/排数	30％二次风	330度	3000KW	1200mm水柱	7/2

最低脱硝率为50％

表5 系统参数

石灰石颗粒

μm

6

Ca/S	-	2.0	2.5	3.0
Ca/S	-	2.0	2.5	3.0	喷嘴数量	-	11	11	11
喷口尺寸	英寸	4	4	4	喷嘴数量	-	11	11	11
喷口尺寸	英寸	4	4	4	喷口的位置	-	前墙/侧墙	前墙/侧墙	前墙/侧墙
入口处SO₂的浓度	ppm	868	868	868	喷口的位置	-	前墙/侧墙	前墙/侧墙	前墙/侧墙
入口处SO₂的浓度	ppm	868	868	868	出口处SO₂的浓度	ppm	173	173	173
SO₂脱除率	％	75％	80％	82％	出口处SO₂的浓度	ppm	173	173	173

本发明采用上述技术方案，可以使锅炉烟气的脱硫率达到80％，脱硝率达到50％，同时，降低了锅炉出口的过剩氧系数，也降低了烟气中CO含量和飞灰中含碳量，改善了锅炉出口气温偏差。

Claims

1.一种锅炉烟气净化方法，其特征在于包括以下步骤：

从燃煤锅炉的二次风中抽出25％～50％的风量，将其高速喷入锅炉上部。

2.如权利要求1所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：喷入的位置位于锅炉前墙或侧墙上折焰角下方。

3.如权利要求1或2所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：喷入的速度至少为80m/s。

4.如权利要求3所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：采用至少二排喷口，不对称喷射方式喷入。

5.如权利要求4所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：同时喷入石灰石作为硫吸附剂。

6.如权利要求5所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：喷入石灰石的位置与喷入二次风的位置在同一高度或在其上方。

7.如权利要求6所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：喷入的石灰石为石灰石泥浆或石灰石粉。

8.如权利要求7所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：喷入的石灰石泥浆或石灰石粉温度为980～1100℃。

9.如权利要求8所述的锅炉烟气净化方法，其特征在于：二次风喷口和石灰石喷口都采用可调节喷口。