CN102980175A - 降低煤燃烧中单质汞排放量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，包括煤粉锅炉炉膛、低温过热器和省煤器，在所述煤粉锅炉炉膛的排气通道中沿气体排放的方向依次设有生物质燃烧室、所述低温过热器和所述省煤器，所述生物质燃烧室连接有生物质仓，该生物质仓内设有燃烧时可释放出氯的生物质。本发明还公开了一种降低煤燃烧中单质汞排放量的方法。本发明将高氯生物质与煤粉进行分级燃烧，将生物质燃料在低温过热器前的生物质燃烧室内燃烧，避免了煤粉锅炉炉膛直接混燃生物质造成的高温氯腐蚀受热面的现象，而且利用生物质中的氯减少了烟气中的单质汞，从而减少单质汞的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及煤燃烧的技术领域，特别是涉及一种降低煤燃烧中单质汞排放量的装置及方法。
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，燃烧过程会排放有毒污染物Hg，这些Hg排放到大气中，对环境造成破坏。生物质能源是目前世界上应用最广泛的可再生能源，是仅次于煤炭、石油、天然气，的第四大能源，也是唯一可再生的炭源，利用生物质替代尽可能多的煤炭意义重大。但生物质中氯的含量往往比较高，而目前在火电站煤粉锅炉中混用部分生物质的方法一般是直接在炉膛内燃烧生物质。在燃用生物质的过程中，生物质燃烧产生的烟气直接与煤粉燃烧产生的高温烟气掺混，生物质携带的氯直接释放到高温烟气中，易导致锅炉高温受热面产生氯腐蚀。
发明内容
基于此，针对上述问题，本发明提出一种不仅可以将高氯生物质与煤粉分级燃烧，又可避免生物质释放的氯对受热面造成高温氯腐蚀，还可减少单质汞排放量的装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，包括煤粉锅炉炉膛、低温过热器和省煤器，在所述煤粉锅炉炉膛的排气通道中沿气体排放的方向依次设有生物质燃烧室、所述低温过热器和所述省煤器，所述生物质燃烧室连接有生物质仓，该生物质仓内设有燃烧时可释放出氯的生物质。
在优选的实施例中，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛排气通道中的空气预热器，所述生物质燃烧室、低温过热器、省煤器和空气预热器沿气体排放的方向依次设置，空气预热器上具有冷风进入管道和热风送出管道，所述生物质仓连接所述热风送出管道将生物质送入所述生物质燃烧室内。空气预热器的设置，可以加热生物质燃烧所需的空气，然后将生物质通过热风送入生物质燃烧室。
在优选的实施例中，所述煤粉锅炉炉膛连接有煤粉仓，所述煤粉仓连接所述热风送出管道将煤粉送入所述煤粉锅炉炉膛内。空气预热器可以加热煤粉燃烧所需的空气，然后将煤粉通过热风送入煤粉锅炉炉膛。
在优选的实施例中，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛排气通道中的除尘器，所述生物质燃烧室、低温过热器、省煤器、空气预热器和除尘器沿气体排放的方向依次设置。目的是通过除尘器除去飞灰。
本技术方案中，一部分热风携带生物质仓落下的生物质进入生物质燃烧室内燃烧，形成的生物质烟气与低温过热器前烟温为690℃的煤粉烟气相互掺混，混合烟气温度达到770℃，生物质燃烧释放的氯与燃煤烟气混合后，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，相应降低了单质汞的排放，并且可以避免在炉膛直接混燃生物质燃料造成的受热面的高温氯腐蚀，掺混后的烟气流加热尾部的受热面，空气预热器加热煤粉和生物质燃烧所需的空气，通过除尘器除去飞灰。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种降低煤燃烧中单质汞排放量的方法，包括以下步骤：
将煤粉锅炉炉膛中产生的煤粉烟气温度冷却至650℃—700℃；
将生物质仓内的生物质送入生物质燃烧室燃烧，生物质燃烧释放的氯与温度为650℃—700℃的煤粉烟气掺混；
混合后的烟气依次经过低温过热器、省煤器处理后排出。
在优选的实施例中，还包括以下步骤：经过省煤器处理后的烟气依次经过空气预热器、除尘器除灰后排出。
本发明的有益效果是：将高氯生物质与煤粉进行分级燃烧，将生物质燃料在低温过热器前的生物质燃烧室内燃烧，避免了煤粉锅炉炉膛直接混燃生物质造成的高温氯腐蚀受热面的现象，而且利用生物质中的氯减少了烟气中的单质汞，从而减少单质汞的排放量。
附图说明
图1是本发明实施例所述降低煤燃烧中单质汞排放量的装置的结构示意图；
图2是本发明的试验装置图；
附图标记说明：
1-煤粉锅炉炉膛，2-煤粉仓，3-生物质仓，4-生物质燃烧室，5-冷风进入管道，6-热风送出管道，7-低温过热器，8-省煤器，9-空气预热器，10-除尘器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例：
如图1所示，一种降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，包括煤粉锅炉炉膛1、低温过热器和省煤器8。在所述煤粉锅炉炉膛1的排气通道中沿气体排放的方向依次设有生物质燃烧室4、所述低温过热器和所述省煤器8。所述生物质燃烧室4连接有生物质仓3，该生物质仓3内设有燃烧时可释放出氯的生物质。
本实施例中，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛1排气通道中的空气预热器9，所述生物质燃烧室4、低温过热器、省煤器8和空气预热器9沿气体排放的方向依次设置，空气预热器9上具有冷风进入管道5和热风送出管道6，所述生物质仓3连接所述热风送出管道6将生物质送入所述生物质燃烧室4内。空气预热器9的设置，可以加热生物质燃烧所需的空气，然后将生物质通过热风送入生物质燃烧室4。
本实施例中，所述煤粉锅炉炉膛1连接有煤粉仓2，所述煤粉仓2连接所述热风送出管道6将煤粉送入所述煤粉锅炉炉膛1内。空气预热器9可以加热煤粉燃烧所需的空气，然后将煤粉通过热风送入煤粉锅炉炉膛1。
本实施例中，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛1排气通道中的除尘器10，所述生物质燃烧室4、低温过热器、省煤器8、空气预热器9和除尘器10沿气体排放的方向依次设置。目的是通过除尘器10除去飞灰。
本实施例所述装置的工作原理如下：
一部分热风携带生物质仓3落下的生物质进入生物质燃烧室4内燃烧，形成的生物质烟气与低温过热器7前烟温为690℃的煤粉烟气相互掺混，混合烟气温度达到770℃，生物质燃烧释放的氯与燃煤烟气混合后，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，相应降低了单质汞的排放，并且可以避免在炉膛直接混燃生物质燃料造成的受热面的高温氯腐蚀，掺混后的烟气流加热尾部的受热面，空气预热器9加热煤粉和生物质燃烧所需的空气，通过除尘器10除去飞灰。
煤粉在煤粉锅炉炉膛1内燃烧，生物质在低温过热器7前的生物质燃烧室4内燃烧，生物质输入热量占总燃料输入热量（生物质和煤粉燃料）的15％—20％，生物质燃烧时过量空气系数为1.8—2.0，锅炉100%负荷下低温过热器7进口烟温在650℃—700℃，负荷低于100%负荷时烟温更低，生物质燃烧产生的烟气温度可达到950℃-1000℃，在锅炉100%负荷下与低温过热器7进口烟气掺混之后混合烟气温度在780℃以下，在此温度下受热面不会发生氯腐蚀，并且这些氯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，相应降低了单质汞的排放。
本装置将高氯生物质与煤粉进行分级燃烧，将生物质燃料在低温过热器7前的生物质燃烧室4内燃烧，避免了煤粉锅炉炉膛1直接混燃生物质造成的高温氯腐蚀受热面的现象，而且利用生物质中的氯减少了烟气中的单质汞，从而减少单质汞的排放量。
针对上述装置，本实施例还提供一种通过上述装置实现的降低煤燃烧中单质汞排放量的方法，包括以下步骤：
第一步，将研磨成超过200目的大豆杆粉末送入煤粉锅炉炉膛1中，然后通入煤粉；煤粉通过热风送入煤粉锅炉炉膛1中。
第二步，将煤粉锅炉炉膛1中产生的煤粉烟气温度冷却至650℃—700℃；
第三步，将生物质仓内的生物质送入生物质燃烧室4燃烧，生物质燃烧释放的氯与温度为650℃—700℃的煤粉烟气掺混，送入低温过热器7；生物质通过热风送入煤粉锅炉炉膛1中。
第四步，经过低温过热器7处理后的烟气送入省煤器8处理，将经过省煤器8后的烟气冷却，并经除尘器收集飞灰，再排入大气中。
发明人为了验证生物质燃烧产生的含氯烟气有助于减少烟气Hg排放，减少环境污染，作出了以下两个试验。
实验1：
如图2所示，图2为本发明试验装置图。在煤粉锅炉炉膛1出口，通过冷却段的作用使煤粉烟气温度冷却至与锅炉低温过热器7进口烟温范围，在冷却段后布置生物质喷口，生物质的粉末在助燃气的携带下进入冷却段进行燃烧，之后与烟温为650℃—700℃冷却段烟气混合通过掺混段，通过布置三个热电偶测点来读取烟气温，进而调节冷却器，最后通过汞分析仪、灰样收集器（100℃—130℃进行采集），在引风机的作用下排入大气中。实验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，煤粉锅炉炉膛1由温控系统加热到1100℃，并将大豆杆研磨成过200目筛的粉末。对于煤粉锅炉炉膛1，打开煤粉给粉器，空气携带煤粉进入炉内燃烧，煤样1的含汞量为165ppb，给粉量为500g/min，过量空气系数为1.2，助燃空气量为3.9m3/min。持续运行3分钟，使掺混段烟气通过冷却器冷却，灰样捕集器收集得到飞灰，采集烟气汞并利用烟气测汞仪器测量烟气中的Hg0分别为13.4μg/m3，占单位原煤样1汞量的比例为65.7％。
打开生物质给粉器，助燃的空气携带生物质粉通过喷口进入冷却段后燃烧，给粉量为150g/min，生物质燃料发热量占总发热量（生物质和煤粉）的17.8％，过量空气系数为1.8，助燃空气量为1.4m3/min，生物质烟气和煤粉烟气通过掺混段混合后，调节冷却器冷却混合烟气，在100℃—130℃烟温下灰样捕集器收集得到飞灰，采集烟气汞并利用烟气测汞仪器测量烟气中的Hg0分别为5.6μg/m3，占单位原煤样1汞量的比例为38.1％，烟气最后通过引风机的作用排入大气。通过计算可知，烟气中的单质汞占煤样总汞的量减小了27.6％，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
实验2：
实验2的实验方法与实验过程与实验1相同，所用的生物质成分相同，不同的是实验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600g/min，过量空气系数为1.2，配气系统提供的助燃空气量为5.4m3/min，采集烟气汞并利用烟气测汞仪器测量烟气中的Hg0分别为15.8μg/m3，占单位原煤样1汞量的比例为70.6％。生物质给粉量为220g/min，生物质燃料发热量占总发热量（生物质和煤粉）的19.0％，过量空气系数为1.8，配气系统提供的助燃空气量为2.1m3/min，采集烟气汞并利用烟气测汞仪器测量混合烟气中的Hg0为5.6μg/m3，占单位原煤样1汞量的比例为42.2％。通过计算可知，烟气中的单质汞占煤样总汞的量减小了28.5％，说明高Cl生物质燃烧产生含Cl烟气对于不同种煤样之间的烟气单质Hg的氧化并且颗粒化有显著的促进作用，降低了单质汞向大气中的排放。
表2
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，包括煤粉锅炉炉膛、低温过热器和省煤器，其特征在于，在所述煤粉锅炉炉膛的排气通道中沿气体排放的方向依次设有生物质燃烧室、所述低温过热器和所述省煤器，所述生物质燃烧室连接有生物质仓，该生物质仓内设有燃烧时可释放出氯的生物质。
2.根据权利要求1所述的降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，其特征在于，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛排气通道中的空气预热器，所述生物质燃烧室、低温过热器、省煤器和空气预热器沿气体排放的方向依次设置，空气预热器上具有冷风进入管道和热风送出管道，所述生物质仓连接所述热风送出管道将生物质送入所述生物质燃烧室内。
3.根据权利要求2所述的降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，其特征在于，所述煤粉锅炉炉膛连接有煤粉仓，所述煤粉仓连接所述热风送出管道将煤粉送入所述煤粉锅炉炉膛内。
4.根据权利要求1或2或3所述的降低煤燃烧中单质汞排放量的装置，其特征在于，该装置还包括设于所述煤粉锅炉炉膛排气通道中的除尘器，所述生物质燃烧室、低温过热器、省煤器、空气预热器和除尘器沿气体排放的方向依次设置。
5.一种如权利要求1所述装置降低煤燃烧中单质汞排放量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将煤粉锅炉炉膛中产生的煤粉烟气温度冷却至650℃—700℃；
将生物质仓内的生物质送入生物质燃烧室燃烧，生物质燃烧释放的氯与温度为650℃—700℃的煤粉烟气掺混；
混合后的烟气依次经过低温过热器、省煤器处理后排出。
6.根据权利要求5所述的降低煤燃烧中单质汞排放量的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
经过省煤器处理后的烟气依次经过空气预热器、除尘器除灰后排出。
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