CN101797468B - 一种利用造纸白泥与黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用造纸白泥与黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法。现有方法存在各种不足。本发明方法首先检测筛滤后的苛化白泥中的CaCO₃含量和煤泥中的硫含量，然后将苛化白泥进行加水搅拌，形成白泥浆，控制白泥浆中水的质量百分比为55～68％；将煤泥加水搅拌形成煤泥浆，煤泥浆中水的质量百分比为27～35％；将白泥浆与煤泥浆均匀混合后进入煤泥中储仓，通过高压柱塞泵进行管道输送到煤泥流化床锅炉给料口，在煤泥流化床锅炉内燃烧；将过滤后的造纸黑液输送到位于煤泥流化床锅炉尾部烟道内的喷嘴处，并由喷嘴喷出。本发明方法更加适合煤泥电厂脱硫，设备投资低且更加简单，运行费用非常低。

Description

一种利用造纸白泥与黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种煤泥流化床锅炉二氧化硫脱除的方法，具体是一种以煤泥为燃料、利用造纸厂的固废白泥与液废黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法。

背景技术

我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70％左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。我国燃煤电厂排放的二氧化硫占全国二氧化硫总排放量约50％，预计2010年电厂二氧化硫排放量占总排放量的三分之二。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧释放出大量SO₂，造成大气环境污染，必须进行脱硫。

目前，国内外电厂脱硫方法有近两百种，从脱硫方式上主要分为干法脱硫、湿法脱硫和半干法脱硫三大类，从燃煤脱硫阶段可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。对于不同脱硫方法，其脱硫效率与适用范围不同，湿法脱硫技术由于脱硫效率高，在大型电厂得到广泛应用。但是，该方法存在投资成本过大的缺点，甚至占到整个电厂投资的25％。对于中小规模电厂，如果采用湿法烟气脱硫技术，投资成本相对更大，不适合我国中小电厂脱硫的国情。

目前，中小型煤泥电厂普遍采用添加石灰石法脱硫或者炉内喷钙加尾部活化的脱硫方法，存在脱硫效率不够高，运行成本相对较高的缺点。例如对75吨煤泥流化床锅炉，煤泥仅石灰石或者其他脱硫剂的购买成本均在300万以上。寻找更好的脱硫方式，降低脱硫运行成本一直是我国中小煤泥电厂追寻的目标。

另外一方面，造纸厂每年在生产过程中产生大量的固体废弃物白泥以及液体污染物黑液。白泥是造纸工业在进行碱回收过程中产生的固体废渣，或者是碱厂在制碱过程中产生的固体废渣。每年仅制碱工业排放的白泥达数百万吨，而造纸工业过程中排放的白泥更多。虽然成分有一定的差别，但是其中的主要成分均为CaCO₃颗粒。对于造纸白泥的处置，一般造纸厂均采用购买堆放场地，将白泥运送到指定地点堆放。由于缺乏合理的保护，造成严重的环境污染。造纸黑液是造纸企业生产过程中产生的工业废水，造纸黑液的处理是制约造纸企业扩大生产的重要因素。目前，大型造纸企业都采用从造纸废液中回收碱的工艺，其建设和运营成本较高，是造纸企业为达到废水达标排放不得已而为之。由于白泥中含有大量的碳酸钙颗粒，黑液中含有较多的碱性成分，利用白泥和黑液进行煤泥电厂脱硫是一种非常理想的选择，可以达到以废治废，废物资源化利用的目标。

发明内容

本发明的目的就是针对目前煤泥电厂脱硫效果与脱硫运行费用较高特点，提供一种利用造纸白泥与黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法。

本发明中的白泥是造纸过程中的苛化白泥，黑液是指草浆造纸黑液。本发明方法包括：白泥与煤泥湿法混合，燃烧进入流化床锅炉燃烧脱硫；造纸黑液喷入锅炉尾部烟道脱硫。本发明方法具体包括以下步骤：

步骤1.将造纸厂产生的苛化白泥用5～10目的滤筛进行筛滤，除去苛化白泥中的大颗粒杂质；

步骤2.检测筛滤后的苛化白泥中的CaCO₃含量和煤泥中的硫含量；具体的检测方法采用现有的成熟方法；

步骤3.将苛化白泥通过刮板机输送到白泥搅拌仓内，用搅拌机对苛化白泥进行搅拌，搅拌过程中加工业水，形成白泥浆；搅拌过程中监测白泥浆的含水量，控制白泥浆中水的质量百分比为55～68％；

步骤4.将煤泥加水搅拌形成煤泥浆，煤泥浆中水的质量百分比为27～35％；

步骤5.将白泥浆通过螺杆泵打入煤泥匀料机，与煤泥浆均匀混合后进入煤泥中储仓，对煤泥中储仓中的混合物进行搅拌；白泥浆与煤泥浆的重量比例根据苛化白泥中的CaCO₃含量和煤泥中的硫含量确定，钙硫摩尔比为1.5～2.5∶1；

步骤6.将中储仓中煤泥浆与白泥浆的混合物通过高压柱塞泵进行管道输送到煤泥流化床锅炉给料口，在煤泥流化床锅炉内燃烧，煤泥流化床锅炉燃烧温度为850～930℃；

步骤7.通过离心泵将过滤后的造纸黑液输送到位于煤泥流化床锅炉尾部烟道内的喷嘴处，并由喷嘴喷出，喷嘴数量为2～4个，喷射方向与烟道烟气流动方向相反；

喷射量根据烟气量和烟气温度确定，黑液喷射量Q_hy＝ξ_cC_yQ_y(T_hr-T_cc)/(r_qr)，其中C_y为烟气比热、Q_y为烟气流量、r_qr为黑液的汽化潜热、T_hr为黑液喷射处的烟气温度、T_cc为黑液喷射处的烟气允许温度、ξ_c＝0.3～0.6为调整系数。

本发明中的造纸白泥是在碱回收置换过程中产生的废物，白泥中水分含量在40～50％左右，固态物质中碳酸钙粉末一般占80％以上，碳酸钙在流化床锅炉内高温分解成氧化钙，氧化钙与二氧化硫反应生成钙盐，达到脱硫目的。白泥中还包括少量氧化钙、氧化镁、Ca(OH)₂、以及NaOH和Na₂CO₃等。这些物质均可以与二氧化硫反应，生成稳定的硫酸盐，达到脱硫目的。白泥中含有40～50％左右的水分，风力输送时流动性不好，不适合炉内喷钙脱硫。且这样煤泥与白泥无法混合均匀，并且白泥中的颗粒粒径非常小，均在5微米以下，采用炉内喷钙或者直接干法脱硫容易导致白泥扬析严重，不利于脱硫。将白泥加水达到55～68％含水量时，白泥具有很好的浆态，表观粘度与煤泥相似，适合于与煤泥混合输送，且这样煤泥与脱硫剂混合效果好。

本发明中的造纸黑液包含的碱性物质为碳酸钠和氢氧化钠，这两种物质与二氧化硫均具有较强的反应活性，可以与烟气中的二氧化硫反应脱硫。造纸黑液中水分蒸发，起到锅炉尾部烟气活化增湿的目的。烟气中未来得及反应的氧化钙与其他碱性物质可以更好的与烟气中的二氧化硫反应脱硫。

本发明属于一种新型半干法脱硫方法，充分利用了煤泥电厂煤泥流变/输送特性以及白泥、黑液固有特性，比传统的半干法脱硫系统相比，更加适合煤泥电厂脱硫，设备投资低且更加简单，运行费用非常低。

本发明方法相对于石灰石法脱硫方法优点在于：

(1)设备投资低：不需要专门的石灰石破碎、专门输送装置，系统简单。

(2)脱硫效率高：石灰石法脱硫效率一般在70％左右，再增加石灰石投入量对脱硫效率提高影响不太大，又影响到脱硫剂使用成本和锅炉效率。本脱硫系统脱硫效率可以提高到85％以上，满足煤泥电厂二氧化硫排放要求，对锅炉效率影响小。

(3)运行费用低：白泥作为一种废弃物，不需要破碎和购买，运行成本仅包括运输费用以及运行电耗，比石灰石法脱硫运行费用低一半以上。

本发明方法相对于烟气湿法脱硫方法优点在于：

(1)设备投资低，远低于湿法脱硫设备投资费用。

(2)运行费用低，大大低于湿法脱硫系统的运行费用。

(3)不产生多余废弃物：湿法脱硫会产生含有杂质的石膏，不容易处理。本发明方法不产生多余废弃物。

具体实施方式

实施例1：

某35吨煤泥流化床锅炉，每小时煤泥浆输送用量在9吨左右，从洗煤厂压滤出来的煤泥含水质量比为25％，硫分含量为0.5％。煤泥通过管道输送距离为250米，输送高度为30米，该锅炉采用静电除尘，烟气量为5.8万千克每小时，烟气比热为1.5kj/kg，黑液汽化潜热为2000kj/kg。造纸厂白泥水分含量为50％，固态物中碳酸钙含量为90％。要求采用本发明对该煤泥流化床锅炉进行脱硫。

通过装载车将白泥从造纸厂运送到煤泥电厂，用5目的滤筛进行筛滤，除去苛化白泥中的大颗粒杂质。然后将白泥放在专门的白泥棚中。白泥通过刮板机输送到白泥搅拌仓中，同时加入工业水，使得搅拌后的白泥成浆态，白泥浆水分含量控制在55％。将煤泥加水搅拌到含水量27％，然后进入煤泥匀料机。搅拌成浆的白泥浆通过螺杆泵输送到煤泥匀料机中，白泥浆与煤泥通过强力搅拌匀料，形成含有脱硫剂-白泥的煤泥浆。根据脱硫的要求保持混合后的煤泥浆中钙硫比为2∶1，加水后的煤泥浆与白泥浆混合质量比例在100∶8左右，即含水量55％白泥浆流量为0.67吨每小时，含水量为27％的煤泥浆流量为8.33吨每小时。从匀料机出来的煤泥与白泥混合浆体从匀料机进入中储仓，在中储仓中进一步搅拌后，通过高压往复式柱塞泵将煤泥打入输送管道，混合浆体经过250米距离输送后，进入流化床锅炉内进行结团燃烧，流化床锅炉床温保持在850℃。

将造纸黑液加入到黑液罐中，黑液通过离心泵、过滤装置打入雾化喷嘴处，此处采用四个雾化喷嘴，雾化喷嘴入口在空气预热器前面的烟道中，黑液喷射方向与烟气流动方向相反。通过测定黑液喷射前烟气温度为165℃，为防止低温腐蚀，烟气出口温度允许值为130℃，选择黑液喷射量方程中的调整系数ξ_c为0.6，根据烟气流量5.8万千克每小时、烟气比热1.5kj/kg、黑液汽化潜热2000kj/kg、以及烟气温度，采用本发明步骤7计算式计算出黑液的总喷射量为：830kg/h。

实施例2：

某75吨煤泥流化床锅炉，每小时煤泥浆输送用量在20吨左右，从洗煤厂压滤出来的煤泥含水质量比为30％，硫分含量为1％。煤泥通过管道输送距离为200米，输送高度为30米，该锅炉采用静电除尘，烟气量大概为13万千克每小时，烟气比热为1.1kj/(kg·K)。造纸厂白泥水分含量为48％，固态物中碳酸钙含量为80％，黑液PH值为10.5，黑液汽化潜热2000kj/kg。要求采用本发明对该煤泥流化床锅炉进行脱硫。

通过装载车将白泥从造纸厂运送到煤泥电厂，用8目的滤筛进行筛滤，除去苛化白泥中的大颗粒杂质。然后将白泥放在专门的白泥棚中。白泥通过刮板机输送到白泥搅拌仓中，同时加入工业水，使得搅拌后的白泥成浆态，并且白泥中水分含量在60％左右。将煤泥加水搅拌到含水量35％，然后进入煤泥匀料机。搅拌成浆的白泥通过螺杆泵打入到煤泥匀料机中，白泥与煤泥通过强力搅拌匀料，形成含有脱硫剂-白泥的煤泥浆。根据脱硫的要求保持混合后煤泥浆中钙硫比为1.5∶1，那么加水后煤泥浆与白泥浆混合质量比例在100∶13.6，即含水量60％白泥浆流量为2.4吨每小时，含水量为35％的煤泥浆流量为17.6吨每小时。从匀料机中出来的煤泥与白泥混合浆体进入中储仓，在中储仓中进一步搅拌后，通过往复式柱塞泵将煤泥打入输送管道，混合浆体经过200米距离输送后，进入流化床锅炉内进行燃烧，流化床锅炉床温保持在930℃。

将造纸黑液加入到黑液罐中，黑液通过离心泵、过滤装置打入雾化喷嘴处，此处采用两个雾化喷嘴，雾化喷嘴入口在空气预热器前面的烟道中，黑液喷射方向与烟气流动方向相反。通过测定黑液喷射前烟气温度为165℃，为防止低温腐蚀，烟气出口温度允许值为120℃，选择黑液喷射量方程中的调整系数ξ_c为0.3，根据烟气流量13万千克每小时、烟气比热1.1kj/kg、黑液汽化潜热2000kj/kg、以及烟气温度，采用本发明步骤7计算式计算出黑液的总喷射量为：877.5kg/h。

实施例3：

某130吨煤泥流化床锅炉，每小时煤泥浆输送用量在32吨左右，从洗煤厂压滤出来的煤泥含水质量比为28％，硫分含量为0.6％。煤泥通过管道输送距离为350米，输送高度为35米，该锅炉采用静电除尘，烟气量大概为19万千克每小时，烟气比热为1.4kj/(kg·K)。造纸厂白泥水分含量为45％，固态物中碳酸钙含量为92％，黑液PH值为10，黑液汽化潜热1900kj/kg。要求采用本发明对该煤泥流化床锅炉进行脱硫。

通过装载车将白泥从造纸厂运送到煤泥电厂，用10目的滤筛进行筛滤，除去苛化白泥中的大颗粒杂质。然后将白泥放在专门的白泥棚中。白泥通过刮板机输送到白泥搅拌仓中，同时加入工业水，使得搅拌后的白泥成浆态，并且白泥中水分含量在68％左右。将煤泥加水搅拌到含水量32％，然后进入煤泥匀料机。搅拌成浆的白泥通过螺杆泵打入到煤泥匀料机中，白泥与煤泥通过强力搅拌匀料，形成含有脱硫剂-白泥的煤泥浆。根据脱硫的要求保持混合后煤泥浆中钙硫比为2.5∶1，那么加水后煤泥浆与白泥浆混合质量比例在100∶15，即含水量68％白泥浆流量为4.2吨每小时，含水量为32％的煤泥浆流量为27.8吨每小时。从匀料机中出来的煤泥与白泥混合浆体进入中储仓，在中储仓中进一步搅拌后，通过往复式柱塞泵将煤泥打入输送管道，混合浆体经过350米距离输送后，进入流化床锅炉内进行燃烧，流化床锅炉床温保持在900℃。

将造纸黑液加入到黑液罐中，黑液通过离心泵、过滤装置打入雾化喷嘴处，此处采用三个雾化喷嘴，雾化喷嘴入口在空气预热器前面的烟道中，黑液喷射方向与烟气流动方向相反。通过测定黑液喷射前烟气温度为165℃，为防止低温腐蚀，烟气出口温度允许值为120℃，选择黑液喷射量方程中的调整系数ξ_c为0.4，根据烟气流量19万千克每小时、烟气比热1.4kj/kg、黑液汽化潜热1900kj/kg、以及烟气温度，采用本发明步骤7计算式计算出黑液的总喷射量为：2520kg/h。

Claims (1)

1.一种利用造纸白泥与黑液进行煤泥流化床锅炉脱硫的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤(1).将造纸厂产生的苛化白泥用5～10目的滤筛进行筛滤，除去苛化白泥中的大颗粒杂质；

步骤(2).检测筛滤后的苛化白泥中的CaCO₃含量和煤泥中的硫含量；

步骤(3).将苛化白泥通过刮板机输送到白泥搅拌仓内，用搅拌机对苛化白泥进行搅拌，搅拌过程中加工业水，形成白泥浆；搅拌过程中监测白泥浆的含水量，控制白泥浆中水的质量百分比为55～68％；

步骤(4).将煤泥加水搅拌形成煤泥浆，煤泥浆中水的质量百分比为27～35％；

步骤(5).将白泥浆通过螺杆泵打入煤泥匀料机，与煤泥浆均匀混合后进入煤泥中储仓，对煤泥中储仓中的混合物进行搅拌；白泥浆与煤泥浆的重量比例根据苛化白泥中的CaCO₃含量和煤泥中的硫含量确定，钙硫摩尔比为1.5～2.5∶1；

步骤(6).将煤泥中储仓中煤泥浆与白泥浆的混合物通过高压柱塞泵进行管道输送到煤泥流化床锅炉给料口，在煤泥流化床锅炉内燃烧，煤泥流化床锅炉燃烧温度为850～930℃；

步骤(7).通过离心泵将过滤后的造纸黑液输送到位于煤泥流化床锅炉尾部烟道内的喷嘴处，并由喷嘴喷出，喷嘴数量为2～4个，喷射方向与烟道烟气流动方向相反；

喷射量根据烟气量和烟气温度确定，黑液喷射量Q_hy＝ξ_cC_yQ_y(T_hr-T_cc)/(r_qr)，其中C_y为烟气比热、Q_y为烟气流量、r_qr为黑液的汽化潜热、T_hr为黑液喷射处的烟气温度、T_cc为黑液喷射处的烟气允许温度、ξ_c＝0.3～0.6为调整系数。