CN102353399A

CN102353399A - 燃煤锅炉烟道中烟气转化系统及其模拟方法

Info

Publication number: CN102353399A
Application number: CN2011101857244A
Authority: CN
Inventors: 吴江; 何平; 潘卫国; 任建兴; 吴强; 张艳艳; 张锦红; 赵栩莹
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及一种燃煤锅炉烟道中烟气转化系统及其模拟方法，包括模拟烟气气瓶，质量流量计，模拟烟气混气罐，多相流反应炉，炉温控制器，固体颗粒收集装置，旋风装置，固体颗粒加料器及其控制器，具体方法是：将模拟烟气气瓶通过各自的质量流量计调节其流量来控制气体成分及浓度，然后通过模拟烟气混气罐进入多相流反应炉，同时通过固体颗粒加料控制器来控制烟气中固体颗粒的加料量，作为对烟气中固体颗粒浓度的模拟，进入到多相流反应炉中。多相流反应炉的炉温由炉温控制器来控制。多相反应炉下面连接的固体颗粒收集装置用来收集落下来的固体颗粒，烟气通过旋风装置排出，在烟气采样口连接采样仪器，测试烟气中的气体、固体成分及浓度。

Description

燃煤锅炉烟道中烟气转化系统及其模拟方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉烟道中烟气转化模拟系统及其模拟方法,尤其是一种用于模拟并分析燃煤电厂烟道中，烟气在各状态参数下的成分及其形态转化特性的模拟系统及其模拟方法。

背景技术

电力工业是燃煤大户，消耗的煤炭数量占全国煤炭的总产量的半数以上。燃煤烟气的主要成分有：SO₂、NO_X、C_mH_n、CO、CO₂、HCl、痕量重金属、水分、灰分等，对大气环境和人们身体健康造成了严重的危害。燃煤烟气流经锅炉的过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面进行换热，从锅炉尾部烟道出来经过除尘器除尘，经引风机至烟囱排到大气中，为了符合大气污染物排放的标准，有些电厂还要同步安装烟气脱硫脱硝等设备。

烟气在流经上述设备及烟道时，烟气的温度、流速等物理参数会发生变化，同时烟气成分及某些成分的形态（如Hg⁰可能会转变成Hg²⁺）、粉尘浓度也会随之发生变化，因此，分析烟气在烟道不同位置（相应的温度、湿度、粉尘浓度等参数也不一样）的成分及其形态变化，以及烟气成分间的相互作用，对改善燃烧方式、烟气的净化处理、评价烟气污染物控制效果等有着重要意义。

目前公开的专利主要有湖南永清环保股份有限公司、长沙理工大学的“燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统”；潘守聚的“工业锅炉烟气脱硫、低氮及提高热效率系统”；三菱重工业株式会社的“烟气处理工艺及系统”；武汉凯迪电力环保有限公司的“联合脱硫脱汞的湿式氨法烟气净化工艺及其系统”；武汉凯迪电力股份有限公司的“同时脱硫脱硝的干法烟气洁净工艺及其系统”等。这些专利都能进行燃煤电站锅炉部分烟道的模拟，但不能够进行较长烟道的模拟，更不能进行燃煤电站锅炉整个烟道系统的模拟，要进行较长烟道乃至全烟道的模拟，需要发明新的方法与系统。

发明内容

本发明是要提供一种燃煤锅炉烟道中烟气转化系统及其模拟方法，该系统及其模拟方法模拟燃煤电站锅炉整个烟道系统各特定状态点的参数，如烟气温度、停留时间、粉尘浓度、烟气成分及浓度等，可大大降低实验装置的造价及系统的占地面积，为燃煤锅炉烟气净化处理的研究提供有效的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种燃煤锅炉烟道中烟气转化系统，包括模拟烟气气瓶，质量流量计，模拟烟气混气罐，多相流反应炉，炉温控制器，固体颗粒收集装置，旋风装置，固体颗粒加料器及其控制器，其特点是：模拟烟气气瓶通过质量流量计与模拟烟气混气罐连接组成模拟烟气子系统；多相流反应炉与炉温控制器相连，多相流反应炉下面连接固体颗粒收集装置，固体颗粒收集装置与旋风装置相连，组成多相流反应炉子系统；旋风装置上面设有烟气采样口，烟气采样口与烟气成分采样装置相连，组成烟气采样子系统；固体颗粒加料器及其控制器组成，用于模拟烟气中的固体成分的粉尘加料子系统，模拟烟气子系统通过多相流反应炉上面的模拟烟气入口与多相流反应炉连接；粉尘加料子系统通过多相流反应炉上面的飞灰入口与多相流反应炉连接。

固体颗粒加料器由螺旋进料器和给料器电机组成，螺旋进料器输出口连接多相流反应炉上面的飞灰入口连接。

多相反应炉由不锈钢管制成，不锈钢管内套有陶瓷管，多相反应炉外面套有保温层，保温层厚度为50mm。

旋风装置上面的尾部烟道内装有多孔陶瓷管，用来防止取样的过程中固体粉尘进入到采样仪器中。

一种燃煤锅炉烟道中烟气转化模拟方法，具体步骤是：

1．模拟空气预热器出口烟气成分及浓度

将模拟烟气气瓶中SO₂、NO、HCl、水蒸气、汞蒸气通过各自的质量流量计调节其流量来控制气体成分及浓度，使流量配比后的模拟烟气通过模拟烟气混气罐3进入多相流反应器来模拟燃煤锅炉烟道中某一状态点的烟气成分及浓度，并通过调节质量流量计来模拟烟气在多相流反应器中停留时间；

2．模拟控制粉尘烟气中的固体颗粒浓度

通过固体颗粒加料控制器来控制飞灰进入多相流反应炉9中，并采用炉温控制器10控制多相流反应炉温度来模拟控制粉尘烟气中的固体颗粒浓度；

3．采样测试各烟气成分、形态及浓度

模拟烟气和飞灰进入多相流反应炉，在多相流反应炉内进行反应后自底部离开反应器，并进入烟气采样系统，反应后的飞灰用固体颗粒收集装置收集，烟气通过旋风装置排出，用连接在烟气采样口处的烟气分析仪、测汞仪来测试烟气成分、形态及浓度。

上述步骤中，模拟前对固体颗粒加料控制器的转速和加料量进行标定，标定时采用一种固体颗粒。在进行其他的固体颗粒加料时，通过测定各种固体颗粒的堆积密度同标定用的固体颗粒对比确定其加料量。

本发明的有益效果是：

基于分析烟气在不同状态参数下的成分及其形态分布的重要意义，本发明提供一种燃煤锅炉烟道中烟气全系统模拟的方法，仅用一种简单装置，模拟烟气在流经各受热面、除尘器、脱硫塔等不同位置处的特定参数下的烟气温度、停留时间、粉尘浓度等，分析烟气成分及其形态变化。实验装置的造价低廉，整个系统的占地面积小，为燃煤锅炉烟气净化处理的研究提供了有效的方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的燃煤锅炉烟道中烟气转化系统包括模拟烟气气瓶1，质量流量计2，模拟烟气混气罐3，烟气入口4，飞灰入口5，固体颗粒加料器，固体颗粒加料控制器，多相流反应炉9，炉温控制器10，保温层，固体颗粒收集装置11，旋风装置13，烟气采样口12。

模拟烟气从模拟烟气气瓶1中出来，通过各自质量流量计2进行流量控制后进入模拟烟气混气罐3，组成模拟烟气子系统；固体颗粒加料器及其控制器组成粉尘加料子系统，用于模拟烟气中的固体成分；多相流反应炉9与炉温控制器10相连，多相流反应炉9下面连接固体颗粒收集装置11，并与旋风装置13相连，组成多相流反应炉子系统；烟气采样口12在烟气出口位置，与烟气成分采样装置相连，组成烟气采样子系统。固体颗粒加料器由螺旋进料器6和给料器电机7组成。

模拟烟气子系统由模拟烟气气瓶1（如：SOx、NOx、HCl、N2、汞蒸汽、水蒸气等）、质量流量计2、模拟烟气混气罐3组成，通过各气瓶所对应的质量流量计2进行流量配比，来模拟燃煤锅炉烟道中某一状态点的烟气成分及浓度，并通过烟气流量的调节来模拟烟气的停留时间。

粉尘加料系统由固体颗粒加料器及其控制器组成。固体颗粒加料器采用螺杆的螺旋加料方式，固体颗粒加料器加料量由固体颗粒加料控制器控制，每小时给料量可在0~200g之间调节,用于模拟控制粉尘等烟气中的固体颗粒浓度。实验前对固体颗粒加料器的转速和加料量进行标定，标定时采用一种固体颗粒。在进行其他的固体颗粒加料时，通过测定各种固体颗粒的堆积密度同标定用的固体颗粒对比确定其加料量。如固体颗粒为吸附剂，其加料量在实际电厂的喷射量根据燃烧煤种、燃烧条件、烟道结构、烟气污染物控制装置的种类与布置方式的不同，与烟气流量的比值在5×10^-5～50×10^-5kg/Nm³烟气，在实验室条件下，每小时吸附剂的加料量与每小时模拟烟气的流量的比例也是保持在以上的比例范围内。吸附剂与飞灰进行均匀混合以后再进行加料的，吸附剂与飞灰的掺混比例在0.05%-0.5%之间。

多相流反应炉子系统由管式反应炉、温控器、固体收集装置、旋风装置组成，通过炉温控制器10控制多相反应炉9温度，用于模拟烟温，多相反应炉9采用不锈钢管。为保护不锈钢管，并消除其对某些烟气成分的氧化作用，在不锈钢管内套陶瓷管8。陶瓷材料具有很好的热稳定性、抗腐蚀、良好的保温效果等特点。反应炉外有保温层进行保温，保温层厚度为50mm。

烟气采样子系统，用于进行烟气成分的采样。旋风装置13上面的尾部烟道内装有多孔陶瓷管，用来保证在取样的过程中固体粉尘不会进入到采样仪器中，对仪器造成损害。多孔陶瓷通过高温煅烧而成，在材料成形和烧结过程中，形成大量彼此相通或闭合气孔的新型陶瓷材料，多孔陶瓷材料可被用于固液分离、液体的净化、气体的净化等。

采用上述燃煤锅炉烟道中烟气转化系统模拟装置进行模拟的过程如下：

将SO₂、NO、HCl、水蒸气、汞蒸气等通过各自的质量流量计2调节其流量来控制气体成分及浓度，然后进入模拟烟气混气罐3中，作为模拟烟气，通过管道连接到多相流反应炉9的模拟烟气入口4处，同时通过固体颗粒加料控制器来控制烟气中固体颗粒的加料量，作为对烟气中固体颗粒浓度的模拟，进入到多相流反应炉9中。多相流反应炉9的炉温由温控器10来控制。多相反应炉9下面连接的固体颗粒收集装置11用来收集落下来的固体颗粒，烟气通过旋风装置13排出，在烟气采样口12连接采样仪器，测试烟气中的气体、固体成分及浓度。

在对燃煤电厂尾部烟道进行模拟分析时，根据省煤器、脱硝装置（如选择性催化还原反应器SCR）、除尘装置（如静电除尘器、布袋除尘器等）、脱硫装置（如石灰石-石膏湿法脱硫WFGD）、烟囱等处的烟气成分、温度、湿度、粉尘浓度等进行模拟烟气的配置及粉尘浓度的设定，分别进行研究，上一个大气污染控制设备的出口烟气参数即为下一个大气污染控制设备的进口烟气参数，从而达到烟道气全系统分析的目的。

下面以模拟研究空气预热器出口至除尘器进口之间的烟道中的烟气转化特性为例进行说明。通过流量配比模拟空气预热器出口烟气成分及浓度（根据电厂实际烟气进行模拟，比如可设定为5% O₂、14% CO₂、2500 ppm SO₂、1200 ppm NO，以N₂平衡，进入模拟烟气混气罐3。质量流量计2同时控制模拟烟气在多相流反应炉9内的停留时间为1~2.5秒。从模拟烟气混气罐3进入多相流反应炉9的烟气入口4，另一方面，通过固体加料控制器控制飞灰的加料量为5,000~20,000mg/Nm³，进入多相流反应炉9的飞灰入口5。多相流反应炉9由电炉加热采用炉温控制器10控制多相流反应炉温度为150~170℃。模拟烟气和飞灰进入多相流反应炉9，在炉内进行反应后自底部离开反应器，并进入烟气采样系统。反应后的飞灰由固体颗粒收集装置11收集，烟气通过旋风装置13最后排出。在旋风装置13尾部烟道上的烟气采样口12处连接各种测试仪器，包括烟气分析仪、测汞仪等等，测试各烟气成分、形态及浓度。

Claims

1.一种燃煤锅炉烟道中烟气转化系统，包括模拟烟气气瓶（1），质量流量计（2），模拟烟气混气罐（3），多相流反应炉（9），炉温控制器（10），固体颗粒收集装置（11），旋风装置（13），固体颗粒加料器及其控制器，其特征在于：所述模拟烟气气瓶（1）通过质量流量计（2）与模拟烟气混气罐（3）连接组成模拟烟气子系统；多相流反应炉（9）与炉温控制器（10）相连，多相流反应炉（9）下面连接固体颗粒收集装置（11），固体颗粒收集装置（11）与旋风装置（13）相连，组成多相流反应炉子系统；旋风装置（13）上面设有烟气采样口（12），烟气采样口（12）与烟气成分采样装置相连，组成烟气采样子系统；固体颗粒加料器及其控制器组成，用于模拟烟气中的固体成分的粉尘加料子系统，模拟烟气子系统通过多相流反应炉（9）上面的模拟烟气入口（4）与多相流反应炉（9）连接；粉尘加料子系统通过多相流反应炉（9）上面的飞灰入口（5）与多相流反应炉（9）连接。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟道中烟气转化系统，其特征在于：所述固体颗粒加料器由螺旋进料器（6）和给料器电机（7）组成，螺旋进料器（6）输出口连接多相流反应炉（9）上面的飞灰入口（5）连接。

3.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟道中烟气转化系统，其特征在于：所述多相流反应炉（9）由不锈钢管制成，不锈钢管内套有陶瓷管（8），多相反应炉（9）外面套有保温层，保温层厚度为50mm。

4.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟道中烟气转化系统，其特征在于：所述旋风装置（13）上面的尾部烟道内装有多孔陶瓷管，用来防止取样的过程中固体粉尘进入到采样仪器中。

5.一种燃煤锅炉烟道中烟气转化模拟方法，其特征在于，具体步骤是：

（一）模拟空气预热器出口烟气成分及浓度

将模拟烟气气瓶（1）中SO₂、NO、HCl、水蒸气、汞蒸气通过各自的质量流量计（2）调节其流量来控制各自气体成分及浓度，使流量配比后的模拟烟气通过模拟烟气混气罐（3）进入多相流反应器（9）来模拟燃煤锅炉烟道中的烟气成分及浓度，并通过调节质量流量计（2）来模拟烟气在多相流反应器（9）中停留时间；

（二）模拟控制粉尘烟气中的固体颗粒浓度

通过固体颗粒加料控制器来控制飞灰进入多相流反应炉（9）中，并采用炉温控制器（10）控制多相流反应炉（9）温度来模拟控制粉尘烟气中的固体颗粒浓度；

（三）采样测试各烟气成分、形态及浓度

模拟烟气和飞灰进入多相流反应炉（9），在多相流反应炉（9）内进行反应后自底部离开反应器，并进入烟气采样系统，反应后的飞灰用固体颗粒收集装置（11）收集，烟气通过旋风装置（13）排出，用连接在烟气采样口（12）处的烟气分析仪、测汞仪来测试烟气成分、形态及浓度。

6.根据权利要求5所述的燃煤锅炉烟道中烟气转化模拟方法，其特征在于：上述步骤中，模拟前对固体颗粒加料控制器的转速和加料量进行标定，标定时采用一种固体颗粒；在进行其他的固体颗粒加料时，通过测定各种固体颗粒的堆积密度同标定用的固体颗粒对比确定其加料量。