CN102824845A

CN102824845A - 一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法及其系统

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Publication number: CN102824845A
Application number: CN2012103380304A
Authority: CN
Inventors: 高正阳; 钟俊; 张博文; 夏瑞青; 周黎明; 于航; 冯文会; 王天龙
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2012-12-19

Abstract

一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法及其系统，用于解决控制生物质燃烧烟气中气态Hg排放及废渣白泥再利用的问题。其技术方案是：将废渣白泥研磨为粉末状，再送入生物质锅炉的炉内高温中心，使白泥中的Cl释放，促进生物质中Hg的氧化，所述白泥粉末的添加量按照下式确定：Y=（2-3）X，式中Y为添加了白泥后折算生物质含氯的质量百分比，X是未添加白泥的生物质含氯质量百分比。本发明还提供了实现上述方法的生物质燃烧锅炉系统。本发明在达到控制生物质燃烧烟气汞排放的目的的同时，实现了废料白泥的废物再利用，达到了经济效益与环保减排社会效益的完美结合。试验表明，本发明可使灰中颗粒汞比率提高50%以上。

Description

一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉燃烧技术，特别是利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法及其系统。

背景技术

生物质是一种可再生又可直接贮存与运输的能源，是仅次于煤炭、石油和天然气的第4大能源资源，尤其对农业大国而言，生物质资源丰富。以中国为例，主要生物质资源类型有农作物秸秆、农业加工残余物、薪材及林业加工剩余物、禽畜粪便、城市生活垃圾等，这些生物质资源折合成标准煤分别为每年34亿吨、4.2亿吨、10 亿吨、9 亿吨、8 亿吨，农作物秸秆和薪材及林业加工剩余物构成了我国生物质的主体。作为新能源中最具开发利用价值的一种绿色可再生能源，生物质发电受到高度重视, 世界上许多国家将其作为21世纪发展可再生能源的战略重点和具备发展潜力的战略性产业。生物质中含有微量Hg，虽然其含量较低，但燃烧排放的Hg在环境中长期积累对环境有严重的破坏作用。生物质燃料携带的Hg在燃烧阶段全部以气态单质Hg（Hg⁰）的形式释放到烟气中，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⁺），燃料燃烧产生的飞灰会吸收部分烟气中的Hg⁰与Hg²⁺形成颗粒Hg（Hg_p）。Hg_p可在电站除尘设备（静电除尘、布袋除尘）中随灰分被捕集下来。Hg_p生成受两方面因素的影响，一是燃料的灰含量，灰含量多，烟气中Hg与灰颗粒碰撞并被吸附的几率也大，而生物质燃烧所产生的灰分含量较小，一般不超过10%；二是燃料中Cl含量，燃料中的Cl释放到烟气中后，可有效氧化烟气中的Hg，Cl也可以迁移吸附到灰颗粒表面，然后与气态的Hg发生反应，使气态的Hg吸附到灰颗粒上成为Hg_p，烟气中的Cl也可与吸附在灰颗粒上Hg反应，使Hg_p脱吸附到烟气中，Cl的存在能促进Hg的氧化，不同生物质含有的Cl含量不同。

白泥是氨碱法纯碱厂生产废渣的俗称，其成分以CaCO₃为主，还含有部分CaSO₄和MgO、CaO，并还有约10%的Cl。由于产生量较大，处理方式一般是因地制宜：或筑坝存渣，清液溢流；或填海造地，改良土壤；或填充矿井等。若能将其用于生物质电厂锅炉的脱汞，则可以实现以废治污，从而对污染物进行综合控制，实现企业间的循环经济。

发明内容

本发明提出了一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法及其系统，该技术以白泥粉末对氧化的Hg进行吸附，从而促进生成颗粒汞，达到控制生物质电厂汞排放以及实现废渣白泥再利用的目的。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法，其特别之处是，所述方法将废渣白泥研磨为粉末状，再送入生物质锅炉的炉内高温中心处，使白泥中的Cl释放，促进生物质中Hg的氧化，所述白泥粉末的添加量按照下式确定：Y=（2-3）X，式中Y为添加了白泥后折算生物质含氯的质量百分比，X是未添加白泥的生物质含氯质量百分比。

上述利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法，所述废渣白泥研磨为粒径200um-300um的粉末。

一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的系统，其特别之处是：它包括生物质锅炉，生物质锅炉的烟气出口连通旋风分离器的入口，旋风分离器的上部出口经烟道依次连通省煤器、空气预热器、除尘器、引风机，旋风分离器的下部出口连通生物质锅炉炉膛，所述系统还设有白泥料仓，白泥料仓连通制粉机，制粉机经输送管路连通生物质锅炉的炉膛，所述输送管路上设有送料风机。

上述利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的系统，所述白泥料仓与制粉机之间设有供料调节阀。

本发明用于解决控制生物质燃烧烟气中气态Hg排放及废渣白泥再利用的问题。所述方法利用氨碱法纯碱厂生产的废渣白泥，经研磨至一定细度的粉末，喷入生物质锅炉的炉膛内高温中心，形成了活性吸附物质并增加了飞灰含量；同时废渣白泥中的氯促进单质汞氧化成二价汞，从而更易使燃烧产生的汞与飞灰发生吸附并形成颗粒汞，最终被除尘器除去，达到控制生物质燃烧烟气汞排放的目的，与此同时实现了废料白泥的废物再利用，达到了经济效益与环保减排社会效益的完美结合。试验表明，本发明可使灰中颗粒汞比率提高50%以上。本发明装置具有结构简单，成本低廉，容易实现的特点。

附图说明

图1是本发明系统示意图；

图2是本发明实施例所用的实验系统示意图。

附图中各标号表示如下：1、布风板，2、生物质料仓，3、送料风机，4、制粉机，5、供料调节阀，6、白泥料仓，7、生物质锅炉，8、旋风分离器，9、省煤器，10、空气预热器，11、除尘器，12、引风机， 13、空气压缩机，14、流量计，15、给料装置，15-1. 白泥给粉器，15-2.生物质燃料输送器，16、温控装置，17、保温层，18、刚玉管，19、过滤器，20、小型引风机，21、电加热炉。

具体实施方式

本发明方法将从制碱厂运送来的废渣白泥研磨至粒径200um~300um的粉末，再送入生物质锅炉的炉膛内高温中心处，由于白泥中含有氯，添加了白泥后会增加锅炉烟气中的整体氯含量，克服生物质电厂燃烧产生的灰分较少无法吸附Hg形成颗粒Hg的缺点，以及促进Hg的氧化。将白泥磨成粉末可以避免白泥与生物质燃料直接掺混对燃烧造成扰动以及确保白泥的脱汞效果达到最好。白泥粉末的添加量按照下式确定：Y=（2-3）X，式中Y为添加了白泥后折算生物质含氯的质量百分比，X是未添加白泥的生物质含氯质量百分比。白泥粉末进入炉膛后，CaCO₃在898℃的高温下将发生部分分解并生成成CaO和CO₂，生成的CaO与白泥中的CaO、MgO以及未发生分解的CaCO₃，CaSO₄共同形成活性吸附物质。即白泥的加入增加了烟气中的飞灰含量，为Hg的吸附提供了有利条件。白泥的分解机理为：CaCO₃→CaO+CO₂。

随着烟气向尾部烟道流动，烟气不断向锅炉各受热面如省煤器、空气预热器等放热降温。烟气中的Hg将不断被氧化成为二价Hg（Hg²⁺），部分Hg⁰、 Hg²⁺被灰颗粒吸附成为颗粒Hg，而白泥中的Cl可以有效促进烟气Hg氧化为Hg²⁺，Hg²⁺更易被灰颗粒吸收，Cl还可以吸附在灰颗粒上再与烟气中的Hg反应使烟气Hg成为颗粒Hg，颗粒Hg在除尘器中随灰颗粒最终被捕集沉积下来，从而达到除去生物质电厂汞的目的。

Cl氧化Hg及氧化态Hg在灰颗粒上的吸附机理为：

2Cl^--+ H₂O→2HCl+O，

HCl→Cl+H ，

Hg⁰+2Cl→HgCl₂ ，

Hg⁰+2HCl→HgCl₂+H₂ ，

Hg⁰(g)→Hg⁰(ads) ，

Cl (g)→Cl (ads)，

Hg⁰(g)+2Cl (g)→HgCl_2，

HgCl₂→HgCl₂(ads) ，

Hg⁰(ads)+2Cl (ads)→HgCl₂(ads) ，

Hg⁰(g)+2Cl (ads)→HgCl₂(ads)，

以上反应式中，(ads)表示该物质是吸附在灰颗粒上的。

参看图1，本发明系统包括生物质锅炉7，生物质锅炉的烟气出口连通旋风分离器8的入口，旋风分离器的上部出口经烟道依次连通省煤器9、空气预热器10、除尘器11、引风机12，旋风分离器的下部出口连通生物质锅炉炉膛。所述系统还设有白泥料仓6，白泥料仓连通制粉机4，白泥料仓与制粉机之间设有供料调节阀5，制粉机经输送管路连通生物质锅炉的炉膛，输送管路上设有送料风机3。

仍参看图1，本发明系统的工作过程如下：从白泥废渣厂运来的白泥存放在白泥仓6，白泥仓6中的白泥通过供料调节阀5控制白泥给料量并送入到制粉机4中，由送料风机3将磨制成一定细度的白泥粉末送入生物质炉7内燃烧。生物质料仓2中的生物质被送到布风板1上，由其下部送来的空气进行流态化与高温床料混合发生燃烧，并逐渐向上移动。白泥粉末的喷入点布置在炉膛7内燃烧剧烈高温处，喷入炉内的白泥粉末在高温烟气（900℃~1000℃）作用下发生分解并生成活性吸附物质，并且释放出含有的氯元素。烟气经过旋风分离器8，烟气中的床料以及大颗粒被送回炉膛7内，而白泥粉末将会随着烟气一起向尾部烟道移动。随着烟气的流动，烟气将依次与尾部受热面的省煤器9以及空气预热器10接触并放热降温。烟气中的Hg⁰将在Cl的作用下发生氧化并生成Hg²⁺，Hg²⁺易被灰颗粒吸附成为颗粒Hg，添加的白泥粉末也增大了汞元素与灰分的碰撞几率。含有Hg的灰颗粒最终将在引风机12的作用下被除尘器11除去，从而达到脱除生物质电厂内Hg的目的。

参看图2，以下提供本发明方法在模拟本发明系统的实验系统上所完成的实施例：

实施例1：实施例所用的高温管式电加热炉如图2所示。为了方便实验进行，生物质燃料白泥已经经过空气干燥并磨制成要求的细度。给料装置15包括白泥给粉器15-1和生物质燃料输送器15-2，按照给定值向炉体内投入一定量的白泥粉末和生物质燃料。空气压缩机13通过流量计14测定空气流量，产生的空气将携带白泥和生物质燃料混合物送入炉内并提供生物质燃烧所需的氧量。温控装置16控制炉内的温度，电加热炉21包括刚玉管18和保温层17。钢玉管在电加热炉外的延伸部位，作为炉内烟气的冷却段。过滤器19在小型引风机20的抽吸作用下过滤和收集燃烧后产生的飞灰。实施例1使用的生物质燃料为大豆杆，其工业分析成分为水分7.2%，灰分2.9%，挥发分72.73%，固定碳为17.17%，大豆杆的微量元素分析中Hg的含量为20.6ng/g，Cl为0.25%。白泥的成分为CaCO₃62.21%, CaSO₄20.13%, MgO4.87%, 盐酸不溶物1.14%，铁铝氧化物2.68%，Cl8.08%。实验分两步进行，第一步大豆杆给料量为20g/min，过量空气系数为1.2，空气流量为9.8L/min，白泥给料量为0，通过燃烧后收集得到灰分，灰中的含汞量为3.2ppb，即颗粒汞比率为15.9%,颗粒汞比率定义为：单位质量燃料产生的灰中所含汞量占单位质量燃料携带汞量的百分比。实验第二步为大豆杆给料量、过量空气系数，空气流量均不变，添加白泥后大豆杆的折算含氯量提高一倍，即白泥给料量为0.35g/min，则理论飞灰含量将增加1.75%，收集得到灰中的含汞量为14.5ppb，颗粒汞比率为70.38%，颗粒汞比率增加了54.48%，可见，添加了白泥粉末后不仅促进了气态汞的氧化，还增加了飞灰含量使得颗粒汞的形成得到大幅度促进。

实施例2：实施例2与实施例1采用的实验系统与方法及试验工况基本相同，使用的白泥成分不变，而生物质燃料换成棉杆。棉杆的工业分析成分为水分8.41%，灰分4.11%，挥发分69.25%，固定碳为18.23%；棉杆的微量元素分析中Hg含量为40.5ng/g ,Cl为0.15%。实验同样分两步进行，第一步棉杆给料量为25g/min，过量空气系数为1.2，空气流量为12.3L/min，不添加白泥，实验进行10min，燃烧后收集得到的灰分，并测得其含汞量为4.2ppb，即颗粒汞比率为10.37%,第二步棉杆给料量、过量空气系数，空气流量均不变，开始添加白泥，添加白泥后单位质量棉杆的折算含氯量百分比提高两倍，即白泥给料量为0.95g/min, 理论飞灰含量将增加2.6%，收集得到灰中的含汞量为32.6ppb，颗粒汞比率为80.5%，颗粒汞比率增加了70.13%，添加白泥后脱汞效果明显。

Claims

1.一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法，其特征在于，所述方法将废渣白泥研磨为粉末状，再送入生物质锅炉的炉内高温中心处，使白泥中的Cl释放，促进生物质中Hg的氧化，所述白泥粉末的添加量按照下式确定：Y=（2-3）X，式中Y为添加了白泥后折算生物质含氯的质量百分比，X是未添加白泥的生物质含氯质量百分比。

2.根据权利要求1所述的利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的方法，其特征在于：所述废渣白泥研磨为粒径200um-300um的粉末。

3.一种利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的系统，其特征在于：它包括生物质锅炉（7），生物质锅炉的烟气出口连通旋风分离器（8）的入口，旋风分离器的上部出口经烟道依次连通省煤器（9）、空气预热器（10）、除尘器（11）、引风机（12），旋风分离器的下部出口连通生物质锅炉炉膛；所述系统还设有白泥料仓（6），白泥料仓连通制粉机（4），制粉机经输送管路连通生物质锅炉（7）的炉膛，所述输送管路上设有送料风机（3）。

4.根据权利要求3所述的利用白泥对生物质燃烧锅炉烟气脱汞的系统，其特征在于：所述白泥料仓（6）与制粉机（4）之间设有供料调节阀（5）。