CN102261647A - 高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，通过对富氧燃烧技术、溶剂循环吸收法烟气脱硫技术等多种技术的整合运用，形成了具备高热效率、低能耗、低污染、良好经济性特点，并兼顾烟气脱硫、脱碳、除尘治理和SO2污染物、CO2污染物回收利用的高硫煤富氧燃烧及烟气综合治理流程，从而为高硫煤的清洁化利用找到了一条可行途径。本发明所述技术内容可广泛应用于火电、化工、建材等行业中燃煤炉对高硫煤的燃烧利用以及对其烟气中SO2、CO2的综合治理。

Description

高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程
技术领域
本发明涉及到一种以高硫煤为燃煤时的富氧燃烧及烟气综合治理流程，属资源与环境技术领域，主要适用于火电、化工、建材等行业中燃煤炉对高硫煤的燃烧利用以及对其烟气的脱硫、脱碳、除尘治理和SO2污染物、CO2污染物的回收利用。
背景技术
一般而言，煤的含硫量大于3%的煤称为高硫煤，目前我国已探明的煤炭资源中有近8%是高硫煤，按目前全国煤炭资源预测总量和探明煤炭储量计算，高硫煤预测总量和探明储量大约分别是4260亿吨和620亿吨，资源相当丰富。但通常高硫煤由于其含硫量高，在使用过程中会大幅提高烟气中SO2的浓度和SO2排放总量，从而对环境造成恶劣影响，在目前尚无合适的处理工艺和满足环保要求的使用途径的情况下，为满足SO2防治的要求，我国对高硫煤的生产和使用制订了许多限制措施，特别在火电厂的燃煤管理上更严格控制使用高硫煤。但由于近年来煤价的上涨和可开采资源的锐减，因此有必要在不对环境造成负面影响的基础上，通过技术手段实现高硫煤这一长期受限煤种的开发利用，这也是我国能源结构调整中的一个必然举措。
对高硫煤的使用，其难点和重点始终在于如何降低或避免其烟气中高浓度、高流量SO2对环境的影响。目前，对高硫煤的利用，最常用的方法为通过洗选加工部分降低高硫燃煤的硫分后，再燃烧利用，最后再通过烟气脱硫脱除燃煤产生的大部分SO2，这其中又以烟气脱硫为控制SO2排放的主要手段。但上述方式存在着明显的缺点，首先，在高硫煤的燃烧过程中，由于所采用的助燃气体为空气，这造成了其烟气具有流量大、SO2浓度较低的特点，从而使后继脱硫装置负荷过大，造成烟气脱硫装置投资高、脱硫效果不佳的局面；其次，现有的以石灰石——石膏法为主的烟气脱硫技术，其脱硫副产物通常为石膏等低附加值产品，无论是销售还是填埋处置都比较困难，这极大地降低了其脱硫经济性，且存在二次污染；与此同时，现有烟气处理工艺无法同时将烟气中的SO2与CO2两种污染物予以回收利用，这也不利于实现对高硫煤燃煤烟气的综合治理和利用。
因此，常规的燃烧方式、脱硫技术以及烟气处理工艺难以实现高硫煤的清洁化综合利用。
发明内容
本发明的目的在于形成与高硫煤相适应的燃烧利用方式及烟气综合治理流程，从而在兼顾环境保护和技术经济性的情况下，使高硫煤得以开发利用。
本发明所提供的高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，特别适用于火电、化工、建材等行业中燃煤炉对高硫煤的燃烧利用以及对其烟气中SO2、CO2等污染物的综合治理。
本发明所提供的高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其主要内容包括：高硫煤采用富氧燃烧，所形成的烟气经降温除尘后，以溶剂循环吸收法进行烟气脱硫；脱硫溶剂再生时所形成的再生气用以生产浓硫酸、液体SO2、硫磺等；烟气脱硫后形成的净化气经回收CO2后予以排放；回收的部分CO2与O2混合形成富氧用以高硫煤燃烧，剩余部分CO2用以制取高纯CO2气体、液体CO2或地质埋存处理。
上述烟气经除尘、降温后的温度为45～65℃。
本发明中，以富氧代替空气作为助燃气体进行高硫煤的富氧燃烧，其作用主要在于：
1、明显的节能效果。采用富氧燃烧，可大大提高燃烧温度，强化炉内传热，提高生产率；同时，随着助燃气体中氧气含量的增加，助燃气体总量显著减少，导致烟气量的减少，排烟热损失也就大大减少，提高了热效率，节约了能源。例如，采用含氧量约29%的富氧，即可节能10%～17%，具有明显的节能效果。
2、降低污染排放。由于采用富氧燃烧具有明显的节能效果，可减少燃煤消耗，并以此降低烟气中SO2、CO2的排放总量；其次，采用富氧燃烧可有效减少烟气量，因此可提高烟气中的SO2、CO2浓度，有利于SO2、CO2的经济脱除和回收。从而可实现污染物的减排、易回收双向目的。
本发明中，高硫煤采用富氧燃烧时，所用富氧由部分烟气处理阶段回收的CO2以及O2混合而成，其目的在于在保证如上述富氧燃烧的节能、减排作用的同时，降低助燃气体中如N2等杂质气体的含量，有利于后继烟气处理过程中CO2回收的回收率和CO2纯度的提高。
本发明中，高硫煤采用富氧燃烧时，所需富氧中O2的含量为22%～95% ，O2来源于运用压缩膨胀深冷技术、变压吸附或其改进技术、膜分离技术中的单一技术或多个技术的组合进行空气分离制备而成。  
本发明中，对高硫煤燃烧后所形成的烟气先经降温、除尘预处理，以除去烟气中的粉尘和避免烟气的高温对后继脱硫系统造成不良影响。经预处理后的烟气，采用溶剂循环吸收法进行烟气脱硫，其作用在于该技术以离子液或有机胺作为脱硫溶剂，脱硫溶剂可在常温时吸收烟气中SO2而在高温情况下解吸出SO2并使自身得以完全再生循环使用，因此可获得更低的脱硫成本。并且，脱硫溶剂再生时其产生的再生气实质为高纯SO2，可直接用于制备硫酸、硫磺、液体SO2等具备较高经济价值的基础化工产品，实现了硫污染物的资源化回收利用，因而使本发明的流程具备良好的经济性。
本发明中，烟气经脱硫后形成的净化气富含CO2，可采用CO2回收技术将其回收。回收的部分CO2与O2混合形成富氧用于高硫煤燃烧，剩余部分CO2用以制取高纯CO2气体、液体CO2或地质埋存处理。这有利于在CO2减排的同时，实现CO2污染物的资源化利用，进一步提高了本发明流程的经济性。可采用的CO2回收技术包括变压吸附技术、溶剂（MDEA、MEA等）吸收技术等。
本发明的有利之处在于，通过对富氧燃烧技术、溶剂循环吸收法烟气脱硫技术等多种技术的整合运用，形成了具备高热效率、低能耗、低污染、良好经济性特点，并兼顾烟气脱硫、脱碳、除尘治理和硫污染物、CO2污染物回收利用的高硫煤富氧燃烧及烟气综合治理流程，从而为高硫煤的清洁化利用找到了一条可行途径。
附图说明
图1是根据本发明内容所实施的高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程的示意图。
具体实施方式
以燃煤电厂的高硫煤富氧燃烧及烟气综合治理为例，并结合图1对本发明进行说明，但本发明的应用范围并不限制于此。
实施例1
空气经深冷空分装置进行空气分离后制取纯度为99.5%的O2，将该O2与部分烟气处理阶段回收的CO2混合形成O2含量为22%的富氧，以此富氧为助燃气体，在燃煤锅炉内对高硫煤粉予以富氧燃烧，锅炉水受热后产生的的高压蒸汽用以发电，而高硫煤燃烧后产生的烟气经降温除尘后，以65℃进入脱硫系统，脱硫系统内以有机胺或离子液为脱硫溶剂，采用溶剂循环吸收法烟气脱硫技术用脱硫溶剂对烟气中SO2进行吸收脱除。吸收SO2后的脱硫溶剂在加热再生时所产生的再生气，其SO2含量为98.8%，直接送入后继SO2处理工序生产浓硫酸、液化SO2、硫磺。烟气脱硫后形成的净化气送入CO2回收系统，以变压吸附技术回收并制取纯度为98%的CO2，并将其中部分CO2与深冷空分装置所制备的O2混合形成富氧用于高硫煤燃烧助燃，剩余部分CO2经净化、液化后用以制取高纯CO2气体、液体CO2，或直接将其进行地质埋存处理。
实施例2
空气经深冷空分装置进行空气分离后制取纯度为99.5%的O2，将该O2与部分烟气处理阶段回收的CO2混合形成O2含量为95%的富氧，以此富氧为助燃气体，在燃煤锅炉内对高硫煤粉予以富氧燃烧，锅炉水受热后产生的的高压蒸汽用以发电，而高硫煤燃烧后产生的烟气经降温除尘后，以45℃进入脱硫系统，脱硫系统内以有机胺或离子液为脱硫溶剂，采用溶剂循环吸收法烟气脱硫技术用脱硫溶剂对烟气中SO2进行吸收脱除。吸收SO2后的脱硫溶剂在加热再生时所产生的再生气，其SO2含量为99.5%，直接送入后继SO2处理工序生产浓硫酸、液化SO2、硫磺。烟气脱硫后形成的净化气送入CO2回收系统，以变压吸附技术回收并制取纯度为98%的CO2，并将其中部分CO2与深冷空分装置所制备的O2混合形成富氧用于高硫煤燃烧助燃，剩余部分CO2经净化、液化后用以制取高纯CO2气体、液体CO2，或直接将其进行地质埋存处理。
实施例3
空气经变压吸附装置进行空气分离后制取纯度为93%的O2，将该O2与部分烟气处理阶段回收的CO2混合形成O2含量为63%的富氧，以此富氧为助燃气体，在燃煤锅炉内对高硫煤粉予以富氧燃烧，锅炉水受热后产生的的高压蒸汽用以发电，而高硫煤燃烧后产生的烟气经降温除尘后，以57℃进入脱硫系统，脱硫系统内以有机胺或离子液为脱硫溶剂，采用溶剂循环吸收法烟气脱硫技术用脱硫溶剂对烟气中SO2进行吸收脱除。吸收SO2后的脱硫溶剂在加热再生时所产生的再生气，其SO2含量为99.1%，可直接送入后继SO2处理工序生产浓硫酸、液化SO2、硫磺。烟气脱硫后形成的净化气送入CO2回收系统，以MEA溶剂吸收技术回收并制取纯度为99%的CO2，并将其中部分CO2与空分装置所制备的O2混合形成富氧用于高硫煤燃烧助燃，剩余部分CO2经净化、液化后用以制取高纯CO2气体、液体CO2，或直接将其进行地质埋存处理。
实施例4
空气经变压吸附装置进行空气分离后制取纯度为93%的O2，将该O2与部分烟气处理阶段回收的CO2混合形成O2含量为85%的富氧，以此富氧为助燃气体，在燃煤锅炉内对高硫煤粉予以富氧燃烧，锅炉水受热后产生的的高压蒸汽用以发电，而高硫煤燃烧后产生的烟气经降温除尘后，以50℃进入脱硫系统，脱硫系统内以有机胺或离子液为脱硫溶剂，采用溶剂循环吸收法烟气脱硫技术用脱硫溶剂对烟气中SO2进行吸收脱除。吸收SO2后的脱硫溶剂在加热再生时所产生的再生气，其SO2含量为99.3%，可直接送入后继SO2处理工序生产浓硫酸、液化SO2、硫磺。烟气脱硫后形成的净化气送入CO2回收系统，以MEA溶剂吸收技术回收并制取纯度为99%的CO2，并将其中部分CO2与变压吸附装置所制备的O2混合形成富氧用于高硫煤燃烧助燃，剩余部分CO2经净化、液化后用以制取高纯CO2气体、液体CO2，或直接将其进行地质埋存处理。

Claims (5)

1.高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其特征在于：高硫煤采用富氧燃烧，所形成的烟气经降温除尘后，以溶剂循环吸收法进行烟气脱硫；脱硫溶剂再生时所形成的再生气用以生产浓硫酸、液体SO2、硫磺；烟气脱硫后形成的净化气经回收CO2后予以排放；回收的部分CO2与O2混合形成富氧用以高硫煤燃烧，剩余部分CO2用以制取高纯CO2气体、液体CO2或地质埋存处理。
2.根据权利要求1所述高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其特征在于：所述的烟气经降温除尘后的温度为45～65℃。
3.根据权利要求1所述高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其特征在于：所述高硫煤采用富氧燃烧时，所需富氧中O2含量的体积百分比为22%～95%。
4.根据权利要求1所述高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其特征在于：所述高硫煤采用富氧燃烧时，用以与CO2混合形成富氧的O2，其来源于运用压缩膨胀深冷技术、变压吸附或其改进技术、膜分离技术中的单一技术或多个技术的组合进行空气分离制备而成。
5.根据权利要求1所述高硫煤的富氧燃烧及烟气综合治理流程，其特征在于：脱硫后的净化气回收CO2时，采用变压吸附技术以及MEA、MDEA溶剂吸收技术回收CO2。
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