CN102818248B - 低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，包括燃煤锅炉系统，其包括带有锅炉烟道（11）的燃煤锅炉（1），还增设有生物质燃烧炉系统：包括带有燃烧炉烟道（7）的生物质燃烧炉（3），生物质燃烧炉烟道中间设有带冷空气进口（8）和热空气出口及管道（6）的空气预热器（4），生物质燃烧炉产生烟气流经空气预热器（4）后送入燃煤锅炉烟道（11）；在生物质燃烧炉烟道外设有进口、出口分处空气预热器前后的再循环烟道（2），再循环烟道上设有循环风机（9）。本发明避免了生物质释放的Cl对煤粉炉高温受热面的腐蚀，同时利用了生物质中的Cl促进烟气中汞的氧化与颗粒化，达到既避免高温腐蚀又降低单质汞排放目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电站锅炉上的低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统。本发明还涉及采用所述系统的低Cl腐蚀低Hg排放的高Cl生物质与煤共利用方法。
背景技术
我国电力以燃煤发电为主，但煤是一种不可再生且不清洁的能源，燃烧过程排放出大量的污染物，如煤中含有的微量Hg，这些Hg在煤炭燃烧过程中会释放出来并排放到大气中，对环境造成破坏。
生物质是一种可再生能源，利用生物质尽可能多地替代煤炭意义重大。但生物质Cl含量往往比较高，在火电站煤粉锅炉中直接混燃高Cl含量生物质易导致水冷壁、及烟温高于950℃处受热面（如高温过热器，屏式过热器）产生Cl腐蚀，但燃煤烟气中Cl增多是有利于控制燃煤过程Hg排放的。其机理在于：Hg在煤燃烧阶段，煤中的Hg全部以气态单质Hg（Hg0）的形式释放。随烟气不断向受热面放热降温，Hg0会逐渐被氧化生成氧化态的二价Hg（Hg2+），煤燃烧产生的飞灰也会吸收部分烟气中的Hg形成颗粒Hg（Hgp）。Hgp可在电站除尘系统（静电除尘、布袋除尘）中随灰分被捕集下来，Hg2+可被湿法脱硫系统除去。降低燃煤烟气各种形态Hg中单质Hg的比例，是降低Hg排放的关键。因此若能利用生物质中的Cl促进烟气中Hg的氧化与颗粒化，降低Hg排放，同时避免锅炉高温受热面发生Cl腐蚀，就可以尽可能多地利用生物质替代燃煤。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统的低Cl腐蚀低Hg排放的高Cl生物质与煤共利用方法。
解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，包括燃煤锅炉系统，所述的燃煤锅炉系统包括带有锅炉烟道的燃煤锅炉，其特征是：增设生物质燃烧炉系统，其包括设有燃烧炉烟道的生物质燃烧炉，所述的生物质燃烧炉烟道中间设有带冷风入口和热空气出口的空气预热器，生物质燃烧炉烟道与燃煤锅炉烟道连通；在生物质燃烧炉烟道外，还设有再循环烟道，再循环烟道的进口、出口分别连通至空气预热器前后的生物质燃烧炉烟道，再循环烟道上设有循环风机。
所述的空气预热器的热空气出口至生物质燃烧炉和/或燃煤锅炉。
所述的锅炉烟道设有常规省煤器、其它受热面和除尘器，经引风机后至烟囱，所述的生物质燃烧炉烟道连接至燃煤锅炉烟道的省煤器后（此处温度合适）。
所述的燃煤锅炉带有煤粉仓，煤粉仓的出口与所述的空气预热器热空气出口一起至燃煤锅炉，所述的生物质燃烧炉带有生物质仓，生物质仓的出口与所述的空气预热器热空气出口一起至生物质燃烧炉。
解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种采用上述系统的低Cl腐蚀低Hg排放的高Cl生物质与煤共利用方法，其特征是：
H、使生物质输入（生物质燃烧产生的）热量占总燃料输入热量（生物质燃烧放热与燃煤燃烧放热之和）的18％~21％；
I、使生物质燃烧时过量空气系数为1.7~2.0；
J、在生物质燃烧炉内不布置受热面；
K、使烟气再循环率范围在0.3~0.5，使生物质燃烧炉产生烟气的温度在800℃~850℃范围；
L、煤粉炉尾部不布置空气预热器；
M、使生物质锅炉产生的烟气经空气预热器换热降温至350℃~400℃；
N、使燃煤锅炉尾部受热面省煤器出口烟气的温度在350℃~400℃范围；
O、空气预热器处烟气与空气的温差为常规电站煤粉锅炉空预器的5倍。
本发明的原理及工作过程如下：
煤粉与生物质在不同的燃烧炉内燃烧，生物质燃烧炉产生的烟气经过空气预热器放热降温后送至煤粉锅炉常规省煤器后，与煤粉炉烟气掺混，生物质烟气中的Cl可以与燃煤烟气中的Hg反应，促进烟气中的单质Hg向二价Hg与颗粒Hg转化，降低单质Hg比例。为避免高温受热面Cl腐蚀，生物质燃烧炉内不布置受热面，并利用烟气再循环的方式控制生物质燃烧炉产生的烟气温度。
工作时，使生物质输入热量占总燃料输入热量（生物质和煤粉燃料）的18％~21％，生物质燃烧时过量空气系数为1.7~2.0，生物质燃烧炉内不布置受热面。
通过烟气再循环方式控制生物质燃烧炉出口烟温，烟气再循环率范围在0.3~0.5，在此条件下生物质燃烧炉产生烟气的温度为800℃~850℃，在这样的温度下，生物质释放的Cl不会对受热面产生显著腐蚀。在生物质燃烧炉出口布置空气预热器，利用生物质燃烧产生的烟气来加热煤粉锅炉及生物质燃烧炉燃烧所需的热空气。煤粉炉尾部不布置空气预热器，原来空气预热器位置可布置其它受热面（如低压省煤），生物质锅炉产生的烟气经空气预热器换热降温至350℃~400℃后，与燃煤锅炉尾部受热面常规省煤器出口的350℃~400℃烟气混合，这样生物质燃烧释放的Cl不经过高温受热面，不会造成高温受热面Cl腐蚀，并且这些Cl掺混到燃煤烟气中后可与燃煤烟气中的Hg反应，促进单质Hg向二价Hg与颗粒Hg转化，降低燃煤烟气中单质Hg的比例。此外，空气预热器处烟气与空气的温差约为常规电站煤粉锅炉空预器的5倍，在实现同样地换热量条件下，空气预热器换热面积可大幅减少，约为常规电站煤粉锅炉空气预热器面积的1/5。
有益效果：本发明提出一种低腐蚀、低汞排放的高Cl生物质与煤共利用系统，即可利用生物质替代部分燃煤，又可利用生物质中的Cl促进燃煤烟气中Hg的氧化与颗粒化，降低Hg排放，同时高Cl生物质释放的Cl对高温受热面的腐蚀。此外，生物质燃烧烟气不直接与燃煤烟气掺混，直接送入空预器，空气预热器内烟气与空气的温差为常规煤粉锅炉空预器的5倍，在实现同样地换热量条件下，空气预热器换热面积可大幅减少，约为原空气预热器面积的1/5。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明系统示意图；
图2是本发明所用的实验装置图。
附图1中标号表示如下：1、燃煤锅炉；2、再循环烟道；3、生物质燃烧炉；4、空气预热器；5、生物质仓；6、热空气出口；7、生物质燃烧炉烟道；8、冷空气进口；9、循环风机；10、煤粉仓；11、锅炉烟道；12、常规省煤器；13、其它受热面；14、除尘器；15、引风机。
具体实施方式
如图1所示，本发明的低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，包括燃煤锅炉系统，燃煤锅炉系统包括带有锅炉烟道11的燃煤锅炉1，此外，还增设有生物质燃烧炉系统，生物质燃烧炉系统包括带有燃烧炉烟道的生物质燃烧炉3，燃烧炉烟道中间设有带冷空气进口8和热空气出口及管道6的空气预热器4，生物质燃烧炉烟道7出口端与锅炉烟道11连通。
在生物质燃烧炉烟道外，还设有再循环烟道2，再循环烟道2的进口、出口分别连通至空气预热器4前后的生物质燃烧炉烟道7，再循环烟道2上设有循环风机9。
空气预热器4的热空气出口及管道6连通至生物质燃烧炉3和燃煤锅炉1，锅炉烟道设有常规省煤器12、其它受热面13和除尘器14，经引风机15后至烟囱，生物质燃烧炉烟道7连接至锅炉烟道的省煤器12和其它受热面13之间.
燃煤锅炉1带有煤粉仓10，煤粉仓10的出口与空气预热器4热空气出口一起至燃煤锅炉1；生物质燃烧炉3带有生物质仓5，生物质仓5的出口与空气预热器4热空气出口一起至生物质燃烧炉3。
在燃煤锅炉1中燃烧煤粉，在生物质燃烧炉3中燃烧生物质，生物质燃烧炉未布置受热面，为了避免高温导致生物质释放Cl对受热面产生腐蚀，采用烟气再循环的方式来控制生物质燃烧炉炉膛出口烟气温度，通过循环风机9控制循环烟量，控制炉膛出口烟温降在800℃-850℃。这些烟气流经空气预热器4加热煤粉炉及生物质炉燃烧所需的热空气，并使烟气温度下降至350℃-400℃，冷却后的烟气再经烟道7送入燃煤锅炉尾部烟道中，煤粉锅炉中不再布置空气预热器，原来空气预热器位置可布置其它受热面13（如低压省煤），生物质燃烧释放的Cl与燃煤烟气混合后，与燃煤烟气中的Hg反应，促进单质Hg转化为颗粒Hg或二价Hg，降低燃煤烟气中单质Hg的排放。
本系统直接将生物质燃烧炉的烟气冷却后引入煤粉锅炉尾部烟道，避免了生物质释放的HCl对高温受热面的腐蚀，而且利用生物质中的Cl降低了烟气中的单质汞的比例。此外，空气预热器处烟气与空气的温差约为常规电站煤粉锅炉空预器的5倍，在实现同样地换热量条件下，空气预热器换热面积可大幅减少，约为常规电站煤粉锅炉空气预热器面积的1/5。
采用上述系统的低Cl腐蚀低Hg排放的高Cl生物质与煤共利用方法，其特征是：
P、使生物质输入（生物质燃烧产生的）热量占总燃料输入热量（生物质燃烧放热与燃煤燃烧放热之和）的18％~21％；
Q、使生物质燃烧时过量空气系数为1.7~2.0；
R、在生物质燃烧炉内不布置受热面；
S、使烟气再循环率范围在0.3~0.5，使生物质燃烧炉产生烟气的温度在800℃~850℃范围；
T、煤粉炉尾部不布置空气预热器；
U、使生物质锅炉产生的烟气经空气预热器换热降温至350℃~400℃；
V、使燃煤锅炉尾部受热面省煤器出口烟气的温度在350℃~400℃范围；
W、空气预热器处烟气与空气的温差为常规电站煤粉锅炉空预器的5倍。
参看图2，以下提供本发明的系统方法在模拟本发明系统的实验装置所完成的控制Hg排放的实施例，实验在两台管式电加热炉上进行，实验系统主要由炉体、煤粉给料器、生物质给料器、温控器、烟气冷却器、灰颗粒捕集器、汞分析仪和引风机组成。
实施例1
实施例试验是在如图2所示试验系统中进行的，本实验主要是为了验证高Cl生物质燃烧产生的含Cl烟气有助于燃煤烟气中Hg0的氧化与颗粒化，降低燃煤烟气各种形态Hg中单质Hg的排放。在系统中并未布置空气预热器和烟气在循环烟道，而是布置冷却器来调节生物质以及煤粉烟气混合前的烟气温度，进而满足本发明系统设定的条件。实施例1使用的煤样1以及生物质的元素分析和工业分析见表1。实验前，两个并行的管式炉由温控系统加热到1100℃，并将大豆杆研磨成过200目筛的粉末，生物质炉不送入生物质及助燃气体。煤样1的含汞量为165ppb，给粉量为600g/min，过量空气系数为1.2，配气系统提供的助燃空气量为4.1m3/min。煤粉送入炉内燃烧后，产生的飞灰将随着烟气在引风机的抽吸作用下经过炉体外的冷却器，通过煤粉炉尾部的热电偶温度读数来调剂冷却器，使烟气冷却至350℃~450℃，在烟温为150℃处采集飞灰，并利用汞分析仪测得烟气中的Hg0为12.7ng/m3，占单位原煤样1汞量的比例为62.2％。然后给生物质燃烧炉送入空气并打开生物质给料器，生物质给料量为200g/min，生物质燃料发热量占总发热量（生物质和煤粉）的19.4％，过量空气系数为1.8，配气系统提供的助燃空气量为1.9m3/min。通过生物质燃烧炉尾部的热电偶温度读数来调节冷却器，将使烟气冷却至350℃~400℃。生物质的烟气和煤粉烟气最终在引风机的作用下，相互混合。在烟温为150℃处采集飞灰，并利用汞分析仪测得烟气中的Hg0为5.9ng/m3，占单位原煤样1汞量的比例为38.4％，通过计算可知，烟气中的单质汞占煤样1总汞的比例下降幅度为23.8％，说明通过混合生物质烟气对于燃煤烟气单质Hg的氧化并且颗粒化有显著的促进作用，降低了单质汞的排放。
表1煤样1和生物质燃料的工业分析及元素分析
实施例2：
实施例2的实验方法与实验过程与实施例1相同，所用的生物质成分相同，不同的是实施例2选用了煤样2，煤样2的工业分析和元素分析见表2。煤样2的含汞量为212ppb，给粉量为400g/min，过量空气系数为1.2，配气系统提供的助燃空气量为2.63m3/min，在150利用汞分析仪测得烟气中的Hg0为22.7ng/m3，占单位原煤样1汞量的比例为73.6％。生物质给粉量为125g/min，生物质燃料发热量占总发热量（生物质和煤粉）的18.4％，过量空气系数为1.8，配气系统提供的助燃空气量为1.2m3/min，利用汞分析仪测得混合烟气中的Hg0分别为6.9ng/m3，占单位原煤样1汞量的比例为32.8％。通过计算可知，烟气中的单质汞占煤样总汞的比例下降幅度为40.8％，说明高Cl生物质燃烧产生含Cl烟气对于不同种煤样之间烟气单质Hg的氧化并且颗粒化促进作用都是很明显的，进而降低了烟气中单质汞的比例。
表1煤样2的工业分析及元素分析
Claims (5)
1.一种低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，包括燃煤锅炉系统，所述的燃煤锅炉系统包括带有锅炉烟道（11）的燃煤锅炉（1），其特征是：还增设有生物质燃烧炉系统，所述的生物质燃烧炉系统包括带有燃烧炉烟道（7）的生物质燃烧炉（3），所述的生物质燃烧炉烟道（7）与燃煤锅炉烟道（11）连通；生物质燃烧炉烟道（7）中间设有带冷空气进口（8）和热空气出口及管道（6）的空气预热器（4），生物质燃烧炉产生烟气流经空气预热器（4）后送入燃煤锅炉烟道（11）；在生物质燃烧炉烟道（7）外，还设有再循环烟道（2），再循环烟道（2）的进口、出口分别连通至空气预热器（4）前后的生物质燃烧炉烟道（7），再循环烟道（2）上设有循环风机（9）。
2.根据权利要求1所述的低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，其特征是：所述的空气预热器（4）的热空气出口及管道（6）连通至生物质燃烧炉（3）和燃煤锅炉（1）。
3.根据权利要求2所述的低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，其特征是：所述的锅炉烟道设有常规省煤器（12）、其它受热面（13）和除尘器（14），经引风机（15）后至烟囱，生物质燃烧炉烟道（7）连接至锅炉烟道（11）的常规省煤器（12）后。
4.根据权利要求3所述的低氯腐蚀低汞排放的高氯生物质与煤共利用系统，其特征是：所述的燃煤锅炉（1）带有煤粉仓（10），煤粉仓（10）的出口与空气预热器（4）热空气出口一起至燃煤锅炉（1）；生物质燃烧炉（3）带有生物质仓（5），生物质仓（5）的出口与空气预热器（4）热空气出口一起至生物质燃烧炉（3）。
5.一种采用如权利要求1至4所述的任意一种系统的低Cl腐蚀低Hg排放的高Cl生物质与煤共利用方法，其特征是：
A、使生物质燃烧产生的热量占总燃料输入热量的18％~21％；
B、使生物质燃烧时过量空气系数为1.7~2.0；
C、在生物质燃烧炉内不布置受热面；
D、使烟气再循环率范围在0.3~0.5，使生物质燃烧炉产生烟气的温度在800℃~850℃范围；
E、煤粉炉尾部不布置空气预热器；
F、使生物质锅炉产生的烟气经空气预热器换热降温至350℃~400℃；
G、空气预热器处烟气与空气的温差为常规电站煤粉锅炉空预器的5倍。
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