CN101703886A - 镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，属于循环流化床锅炉炉内烟气脱硫的技术领域，特别是涉及一种将镁渣(镁冶炼废渣)直接用作脱硫剂在循环流化床锅炉中脱硫的技术方案。本发明直接利用镁渣，通过可控的加料装置，将镁渣加入循环流化床锅炉炉膛。镁渣在循环流化床中良好的气固接触条件下，与烟气中的SO2发生反应，循环流化床中850～950℃的温度条件，有利于气固脱硫反应。本发明利用镁渣的特性和循环流化床特殊的燃烧条件可以实现燃煤过程的脱硫，解决镁冶炼工艺中产生的镁渣对大气和土壤造成的环境污染，为镁企业找到一条合理利用废渣的途径，实现以废治废，达到资源综合利用的目标。
Description
技术领域
本发明镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，属于循环流化床锅炉炉内烟气脱硫的技术领域，特别是涉及一种将镁冶炼废渣的镁渣直接用作脱硫剂在循环流化床锅炉中脱硫的技术方案。
背景技术
对于燃煤烟气中SO2的脱除技术，通常都采用石灰/石灰石作为脱硫剂(钙基脱硫剂)，主要的脱硫技术是所谓的湿法工艺，其工艺成熟，净化效果好，应用范围较广。但是，该工艺系统复杂，投资较高；处理过程中要产生废水，需要进一步处理；循环泵的磨损影响系统的可靠性，能耗也很高。对于半干法工艺，包括喷雾干燥工艺和循环流化床工艺，因为要将石灰浆喷入反应器，所以系统还必须配套生石灰消化和制浆装置，对雾化系统要求高，因此造成设备费用仍较高。喷雾干燥和循环流化床工艺运行过程普遍存在喷嘴腐蚀、磨损、堵塞以及壁面结垢的问题，影响系统的可靠性。而对于干法工艺，煤粉炉炉内喷钙工艺，尽管系统简单，投资和运行费用低，但是脱除效率和脱硫剂利用率都很低；而循环流化床锅炉脱硫采用的是石灰石作为脱硫剂。
镁渣来自镁冶炼厂，每冶炼产出1吨金属镁，大约产出6～7吨镁冶炼废渣，原始的镁渣目前尚无有效的消纳处理方法，只能堆放，污染土壤和大气环境。因其含有CaO等成分，有可能作为燃煤烟气的脱硫剂。如果能将原始的镁渣直接应用于适宜的温度等条件下，与烟气中的SO2进行反应，既可以脱除SO2又可以消纳镁渣，达到以废制废的目的，这无疑是污染物整理的最高境界。
发明内容
本发明镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，目的在于提供一种镁渣直接用作脱硫剂，循环流化床锅炉作为脱硫反应装置的烟气脱硫的方法。该方法具有较高脱除效率，初投资和运行费用都比较少。
本发明镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，其特征在于是一种将来自镁冶炼厂的镁渣直接用作脱硫剂，在循环流化床锅炉中实现脱硫，即将循环流化床锅炉作为脱硫反应装置的一种脱硫方法，具体技术方案为：
I、直接采用原始的镁渣作为脱硫剂，镁渣粒径粉碎至0.1～1mm；
II、所采用的脱硫装置主要包括循环流化床锅炉炉膛1、旋风分离器2、循环物料控制阀3、镁渣仓11和镁渣给料机12；
III、循环流化床锅炉炉膛1为矩形截面，四周布置水冷壁受热面，其尺寸根据锅炉的容量、参数和燃煤特性而定，炉膛内的燃烧温度为850～950℃；旋风分离器2由于要实现高温气固分离，所以采用具有耐磨层的水冷旋风分离器，按高效分离器的设计规范设计，进口烟气速度为15～25m/s，进口颗粒浓度为0.5～5kg/m3；循环物料控制阀3用来实现物料的回送，采用U型阀或J阀，按循环流化床的部件设计规范设计；镁渣仓11为脱硫剂的储仓，采用筒锥形结构，镁渣仓的容积取决于脱硫剂每小时的用量，取为每小时用量的8倍；镁渣给料机12采用叶轮式给料机或行星轮给料机，根据加料量选定规格；
IV、原煤仓9中的原煤经由给煤机10进入循环流化床锅炉炉膛1，炉膛内的高温床料和高温烟气将燃煤加热，与炉膛底部进入的空气混合使燃煤着火、燃烧，炉膛的燃烧温度控制在850～950℃；煤燃烧后生成含SO2的燃烧产物烟气和灰渣；镁渣仓11中的镁渣经由镁渣给料机12在加煤点上方5m高度进入循环流化床锅炉1的炉膛；在循环流化床锅炉1的炉膛中，烟气以4～7m/s的速度携带大量的床料、未燃尽焦炭以及镁渣向上运动，形成良好的气固接触条件，在炉膛850～950℃的温度条件下促使SO2与新加入的镁渣和未反应完全的乏镁渣发生反应，形成亚硫酸钙或硫酸钙，SO2被脱除；
V、高温气固混合物向上运动至旋风分离器2实现气固分离，高温气体经由烟道与受热面4进行热交换，被分离的固体颗粒通过立管经由循环物料控制阀3重新进入循环流化床锅炉炉膛1中，继续进行燃烧和脱硫过程；
VI、离开受热面4的烟气进入布袋除尘器5进行二次气固分离；净化的气体最后经烟道由引风机7引入烟囱8排放；布袋除尘器5收集的细小颗粒累积进入灰仓6中，然后根据灰的利用途径进行处置；
VII、镁渣给料机12加料量与烟气量、烟气中SO2浓度、镁渣中CaO的含量以及钙硫摩尔比有关，按下式确定：
mMg＝r×Q×CSO2×10-7/rCaO
式中：mMg——镁渣加料量，t/h；
r——钙硫比；
Q——烟气量，Nm3/h；
CSO2——烟气中的SO2浓度，mg/Nm3；
rCaO——镁渣中CaO的含量，％；
运行中加料量亦根据上式的调节，其余参数的调整按循环流化床锅炉的操作规程进行。
本发明是将镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，其优点在于采用循环流化床锅炉与镁渣相结合实现烟气脱硫。循环流化床炉膛内适宜的脱硫反应温度(850～950℃)以及物料循环系统形成的良好气固反应条件，使得本专利可获得较高的脱硫效率；循环系统形成的物料循环使得脱硫剂在炉内的停留时间得以延长，可以多次参与反应，从而提高了脱硫剂的利用率。本发明在通常的循环流化床炉膛温度下，钙硫比为2.5时，能可靠地保证脱除效率。即使烟气中SO2含量高，SO2排放浓度仍可小于350mg/m3(国家标准400mg/m3)。此外，镁渣中的主要脱硫成分为CaO，不需要煅烧，镁渣的加入对燃烧过程没有影响。同时由于脱硫剂为镁冶炼厂的废弃物——镁渣，与常规石灰石脱硫剂相比，采用镁渣脱硫没有脱硫剂的成本，使得运行费用降低，易于推广使用。
附图说明
图1为镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法的系统示意图
图中的标号为：
0-一次风，1-循环流化床，2-旋风分离器，3-循环物料控制阀，4-受热面，5-布袋除尘器，6-灰仓，7-引风机，8-烟囱，9-煤仓，10-给煤机，11-镁渣仓，12-镁渣给料机
具体实施方式
实施方式1
I、直接采用原始的镁渣作为脱硫剂，粒径粉碎至1mm；
II、所采用的脱硫装置主要包括循环流化床锅炉炉膛1、旋风分离器2、循环物料控制阀3、镁渣仓11和镁渣给料机12；
III、循环流化床锅炉容量220t/h，炉膛1为矩形截面，截面尺寸5160×8680mm，炉膛高度为32000mm，四周布置水冷壁受热面，炉膛内的燃烧温度为930℃；旋风分离器2由于要实现高温气固分离，所以分离器采用具有耐磨层的水冷旋风分离器，按高效分离器的设计规范设计，两台分离器内径为4850mm；循环物料控制阀3用来实现物料的回送，采用J型阀，按循环流化床的部件设计规范设计；镁渣仓11为脱硫剂的储仓，采用筒锥形结构，镁渣仓的容积为30m3；镁渣给料机12采用叶轮式给料机，加料量为2.28t/h；
IV、原煤仓9中的原煤经由给煤机10进入循环流化床锅炉炉膛1，炉膛内的高温床料和高温烟气将燃煤加热，与炉膛底部进入的空气混合使燃煤着火、燃烧，炉膛的燃烧温度控制在930℃；煤燃烧后生成含SO2的燃烧产物烟气和灰渣；镁渣仓11中的镁渣经由镁渣给料机12在加煤点上方5m高度进入循环流化床锅炉1的炉膛；在循环流化床锅炉1的炉膛中，烟气以5～7m/s的速度携带大量的床料、未燃尽焦炭以及镁渣向上运动，形成良好的气固接触条件，在炉膛950℃的温度条件下促使SO2与新加入的镁渣和未反应完全的乏镁渣发生反应，形成亚硫酸钙或硫酸钙，SO2被脱除；
V、高温气固混合物向上运动至旋风分离器2实现气固分离，高温气体经由烟道与受热面4进行热交换，被分离的固体颗粒通过立管经由循环物料控制阀3重新进入循环流化床锅炉炉膛1中，继续进行燃烧和脱硫过程；
VI、离开受热面4的烟气进入布袋除尘器5进行二次气固分离；净化的气体最后经烟道由引风机7引入烟囱8排放；布袋除尘器5收集的细小颗粒累积进入灰仓6中，然后根据灰的利用途径进行处置；
VII、镁渣给料机12加料量与烟气量、烟气中SO2浓度、镁渣中CaO的含量以及钙硫摩尔比有关，按下式确定：
mMg＝r×Q×CSO2×10-7/rCaO＝2.5×20×104×2288×10-7/50＝2.28(t/h)
式中：mMg——镁渣加料量，t/h；
r——钙硫比，取值2.5；
Q——烟气量，20×104Nm3/h；
CSO2——烟气中的SO2浓度，2288mg/Nm3；
rCaO——镁渣中CaO的含量，50％；
运行中加料量亦根据上式的调节，其余参数的调整按循环流化床锅炉的操作规程进行。
实施方式2
I、直接采用原始的镁渣作为脱硫剂，粒径粉碎至0.005mm；
II、所采用的脱硫装置主要包括循环流化床锅炉炉膛1、旋风分离器2、循环物料控制阀3、镁渣仓11和镁渣给料机12；
III、循环流化床锅炉容量410t/h，炉膛1为矩形截面，截面尺寸13810×6770mm，炉膛高度为34900mm，四周布置水冷壁受热面，炉膛内的燃烧温度为897℃；旋风分离器2由于要实现高温气固分离，所以分离器采用具有耐磨层的水冷方形旋风分离器，两台分离器截面6910mm×6910mm；循环物料控制阀3用来实现物料的回送，采用J型阀，按循环流化床的部件设计规范设计；镁渣仓11为脱硫剂的储仓，采用圆锥形结构，镁渣仓的容积为2×30.5m3；镁渣给料机12采用叶轮式给料机，加料量为2×2.29t/h；
IV、原煤仓9中的原煤经由给煤机10进入循环流化床锅炉炉膛1，炉膛内的高温床料和高温烟气将燃煤加热，与炉膛底部进入的空气混合使燃煤着火、燃烧，炉膛的燃烧温度控制在897℃；煤燃烧后生成含SO2的燃烧产物烟气和灰渣；镁渣仓11中的镁渣经由镁渣给料机12在加煤点上方5m高度进入循环流化床锅炉1的炉膛；在循环流化床锅炉1的炉膛中，烟气以5～7m/s的速度携带大量的床料、未燃尽焦炭以及镁渣向上运动，形成良好的气固接触条件，在炉膛897℃的温度条件下促使SO2与新加入的镁渣和未反应完全的乏镁渣发生反应，形成亚硫酸钙或硫酸钙，SO2被脱除；
V、高温气固混合物向上运动至旋风分离器2实现气固分离，高温气体经由烟道与受热面4进行热交换，被分离的固体颗粒通过立管经由循环物料控制阀3重新进入循环流化床锅炉炉膛1中，继续进行燃烧和脱硫过程；
VI、离开受热面4的烟气进入布袋除尘器5进行二次气固分离；净化的气体最后经烟道由引风机7引入烟囱8排放；布袋除尘器5收集的细小颗粒累积进入灰仓6中，然后根据灰的利用途径进行处置；
VII、镁渣给料机12加料量与烟气量、烟气中SO2浓度、镁渣中CaO的含量以及钙硫摩尔比有关，按下式确定：
mMg＝r×Q×CSO2×10-7/rCaO＝2.5×40×104×2288×10-7/50＝4.58(t/h)
式中：mMg——镁渣加料量，t/h；
r——钙硫比，取值2.5；
Q——烟气量，40×104Nm3/h；
CSO2——烟气中的SO2浓度，2288mg/Nm3；
rCaO——镁渣中CaO的含量，50％；
运行中加料量亦根据上式的调节，其余参数的调整按循环流化床锅炉的操作规程进行。
实施方式3
粒径粉碎至0.5mm，炉膛内的燃烧温度为850℃，其它同实施方式1。
Claims (1)
1.一种镁渣直接用于循环流化床锅炉的脱硫方法，其特征在于是一种将来自镁冶炼厂的镁渣直接用作脱硫剂，在循环流化床锅炉中实现脱硫，即将循环流化床锅炉作为脱硫反应装置的一种脱硫方法，具体技术方案为：
I、直接采用原始的镁渣作为脱硫剂，镁渣粒径粉碎至0.1～1mm；
II、所采用的脱硫装置主要包括循环流化床锅炉炉膛(1)、旋风分离器(2)、循环物料控制阀(3)、镁渣仓(11)和镁渣给料机(12)；
III、循环流化床锅炉炉膛(1)为矩形截面，四周布置水冷壁受热面，其尺寸根据锅炉的容量、参数和燃煤特性而定，炉膛内的燃烧温度为850～950℃；旋风分离器(2)由于要实现高温气固分离，所以采用具有耐磨层的水冷旋风分离器，按高效分离器的设计规范设计，进口烟气速度为15～25m/s，进口颗粒浓度为0.5～5kg/m3；循环物料控制阀(3)用来实现物料的回送，采用U型阀或J阀，按循环流化床的部件设计规范设计；镁渣仓(11)为脱硫剂的储仓，采用筒锥形结构，镁渣仓的容积取决于脱硫剂每小时的用量，取为每小时用量的8倍；镁渣给料机(12)采用叶轮式给料机或行星轮给料机，根据加料量选定规格；
IV、原煤仓(9)中的原煤经由给煤机(10)进入循环流化床锅炉炉膛(1)，炉膛内的高温床料和高温烟气将燃煤加热，与炉膛底部进入的空气混合使燃煤着火、燃烧，炉膛的燃烧温度控制在850～950℃；煤燃烧后生成含SO2的燃烧产物烟气和灰渣；镁渣仓(11)中的镁渣经由镁渣给料机(12)在加煤点上方5m高度进入循环流化床锅炉(1)的炉膛；在循环流化床锅炉(1)的炉膛中，烟气以4～7m/s的速度携带大量的床料、未燃尽焦炭以及镁渣向上运动，形成良好的气固接触条件，在炉膛850～950℃的温度条件下促使SO2与新加入的镁渣和未反应完全的乏镁渣发生反应，形成亚硫酸钙或硫酸钙，SO2被脱除；
V、高温气固混合物向上运动至旋风分离器(2)实现气固分离，高温气体经由烟道与受热面(4)进行热交换，被分离的固体颗粒通过立管经由循环物料控制阀(3)重新进入循环流化床锅炉炉膛(1)中，继续进行燃烧和脱硫过程；
VI、离开受热面(4)的烟气进入布袋除尘器(5)进行二次气固分离；净化的气体最后经烟道由引风机(7)引入烟囱(8)排放；布袋除尘器(5)收集的细小颗粒累积进入灰仓(6)中，然后根据灰的利用途径进行处置；
VII、镁渣给料机(12)加料量与烟气量、烟气中SO2浓度、镁渣中CaO的含量以及钙硫摩尔比有关，按下式确定：
mMg＝r×Q×CSO2×10-7/rCaO
式中：mMg——镁渣加料量，t/h；
r——钙硫比；
Q——烟气量，Nm3/h；
CSO2——烟气中的SO2浓度，mg/Nm3；
rCaO——镁渣中CaO的含量，％；
运行中加料量亦根据上式的调节，其余参数的调整按循环流化床锅炉的操作规程进行。
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