CN103307621B - 一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统及方法，属于煤燃烧及污染物防治技术领域。本发明在现有煤粉锅炉系统中增加了多种污染物同时脱除的装置，在烟气为700-1000°C温度段内设置了用于脱除烟气中的硫氧化物、氮氧化物以及颗粒物的流化床反应器以及用于将烟气中容易析出并形成颗粒物的挥发态组分部分脱除的灰沉积面。由于采用了干式脱除污染物的方法，可显著地减少了燃煤污染物脱除过程中水的消耗。本发明实现了硫氧化物、氮氧化物等多种气态污染物及细颗粒物的同时高效少水脱除，可用于现有煤粉锅炉系统的改造以及新系统的设计与制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤的清洁燃烧方法与设备，特别涉及一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统及方法，属于煤燃烧及污染物防治技术领域。
背景技术
煤中含有丰富的元素组成，燃烧利用时有害元素进入到人类生存的环境中，对人类的健康造成危害；燃烧中挥发到烟气中的一些物质，在烟气冷却后容易形成直径较小的颗粒物，因为难以被现有除尘器分离而排放到大气中，同时，在炉内部分颗粒物沉积于受热面表面，影响锅炉的传热效率和稳定运行。目前，燃煤企业多采用尾部湿法脱硫或者半干法脱硫技术控制SOx的排放，采用炉内低氮燃烧技术和SCR或SNCR技术控制NOx的排放，采用静电或者布袋除尘器控制颗粒物的排放。对于煤粉锅炉而言，上述污染控制措施基本处于独立单元运行模式。如何能够综合解决上述问题，即实现多种污染物的同时脱除，是煤燃烧技术领域人员所长期最求的目标。对于燃煤企业而言，在能够解决上述问题的前提下，具有较好经济效益的技术必将受到高度重视。
一般而言，高温条件具有较优越的促进化学反应能力。中国发明专利98120507.0公开了一种中温干式循环流化床烟气脱硫方法及装置，通过蒸气活化实现了脱硫剂在400-800°C的脱硫。中国发明专利200610165583.9提供了一种利用快速水合反应制备脱硫剂粉末的方法及装置，实现了脱硫剂颗粒细粉化且担载于较大尺寸颗粒上，具有高效脱硫及容易被旋风分离器分离的效果。针对我国煤粉锅炉数目较多的问题，脱硝过程采用催化的方法（即SCR）面临催化剂费用高以及废弃催化剂难以处理的问题，且SCR催化过程可促进烟气中的SO2氧化为SO3反应过程，造成SO3浓度提高且难以处理的问题。此外，现有燃煤污染物脱除过程中，对水的消耗也是燃煤企业面临的一个重要问题。如何实现煤粉锅炉系统内实现污染物的同时脱除、且尽量减少燃煤污染防治过程中对水的消耗，是领域内人员研究开发的重要方向之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统及方法，且具有少水耗、较高运行稳定性与污染物脱除效率的优势。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明所述的一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统，其特征在于：所述系统包括煤粉锅炉燃烧室、锅炉顶部受热面区、烟气下行通道、流化床反应器、旋风分离器和锅炉尾部受热面区；所述的烟气下行通道的一端与锅炉顶部受热面区的烟气出口相连，另一端与流化床反应器下部入口连接；所述的旋风分离器的入口与流化床反应器出口相连，锅炉尾部受热面区入口与旋风分离器的气体出口相连；在所述锅炉顶部受热面区或烟气下行通道内布置灰沉积面。
本发明所述的具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统，其特征在于：所述的灰沉积面采用多组平板、多组波纹板或多个柱状体结构。
本发明所述煤粉锅炉系统的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1）煤粉锅炉燃烧室产生的烟气经过锅炉顶部受热面区换热后，温度为700～1000°C的烟气进入烟气下行通道，烟气经过灰沉积面后，将烟气中容易析出并形成颗粒物的挥发态组分部分脱除；
2）在流化床反应器内加入污染物脱除剂或还原反应催化剂，经灰沉积面脱除部分挥发态组分的烟气从流化床反应器下部入口进入流化床反应器内部，形成气固流态化反应状态，携带颗粒的气流在流化床反应器出口进入旋风分离器，分离下来的固体物料回送至流化床反应器，实现固体物料的循环；
3）经过旋风分离器分离后的烟气进入锅炉尾部受热面区，继续加热锅炉尾部受热面。
本发明所述的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于：所述的污染物脱除剂采用脱除硫氧化物的脱硫剂和脱除氮氧化物的脱除剂；所述的还原反应催化剂采用具有催化氮氧化物还原的催化剂。
本发明所述的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于：所述的脱除硫氧化物的脱硫剂采用原材料脱硫剂，或将该脱硫剂担载于粉煤灰、循环流化床锅炉循环灰、循环流化床锅炉飞灰、链条炉渣、链条炉飞灰或沙子表面。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①提供了一种新型的煤粉锅炉系统，具有多种污染物同时脱除的功能：在采用高效的快速水合脱硫剂时，系统具有高效脱除SOx的效果；通过加入氮氧化物还原剂以及还原催化剂的方式实现烟气脱硝；当加入钙剂污染物脱除剂后，还可以将烟气中的部分含氯组分脱除；无机挥发态组分的集中沉积脱除，可减少细颗粒物（PM2.5）的排放。②在烟气下行通道内加入了灰沉积面，可集中脱除烟气冷却过程中容易析出并形成颗粒物的挥发态组分；在流化床反应器中，颗粒物浓度较高，也具备脱除挥发态组分的效果。上述措施可有效避免积灰过程对锅炉换热效果的影响，提高锅炉系统运行的稳定性。③本发明的温度范围（700-1000°C）对于多种污染物脱除具有较高的反应性能，因此可以采用干式污染物脱除方法，显著地减少燃煤污染物脱除过程中水的消耗。
附图说明
图1为本发明提供的具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统示意图。
图2为本发明提供的烟气下行通道内加入平板结构灰沉积面结构示意图。
图中箭头为烟气流动方向。
图中：1－煤粉锅炉燃烧室；2－锅炉顶部受热面区；3－烟气下行通道；4－灰沉积面；5－流化床反应器；6－旋风分离器；7－锅炉尾部受热面区。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的结构、原理和实施过程。
图1为本发明提供的具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统示意图，所述系统包括煤粉锅炉燃烧室1、锅炉顶部受热面区2、烟气下行通道3、流化床反应器5、旋风分离器6和锅炉尾部受热面区7；所述的烟气下行通道3的一端与锅炉顶部受热面区的烟气出口相连，另一端与流化床反应器5下部入口连接；所述的旋风分离器6的入口与流化床反应器5出口相连，锅炉尾部受热面区7入口与旋风分离器6的气体出口相连；在所述锅炉顶部受热面区2或烟气下行通道3内布置灰沉积面4；灰沉积面4采用多组平板、多组波纹板或多个柱状体结构。
为降低本发明所提出系统的阻力，在烟气下行通道与锅炉顶部受热面连接的拐弯处及其与流化床反应器连接的拐弯处可以设置导流板，以降低流动阻力，且利于将烟气冷却时容易析出并形成颗粒物的挥发态组分脱除，具有和灰沉积面相同的功能。
本发明提供的一种煤粉锅炉系统同时脱除多种污染物的方法，该方法包括如下步骤：
1）煤粉锅炉燃烧室1产生的烟气经过锅炉顶部受热面区2换热后，温度为700～1000oC的烟气进入烟气下行通道3，烟气经过灰沉积面4后，将烟气中容易析出并形成颗粒物的挥发态组分部分脱除；
2）在流化床反应器5内加入污染物脱除剂或还原反应催化剂，污染物脱除剂包括脱除硫氧化物的脱硫剂和脱除氮氧化物的脱硝剂；所述的还原反应催化剂采用具有催化氮氧化物还原的催化剂；脱硫剂一般采用钙基或镁基粉体；脱除硫氧化物的脱硫剂采用原材料直接加入，或者将该脱硫剂担载于粉煤灰、循环流化床锅炉循环灰、循环流化床锅炉飞灰、链条炉渣、链条炉飞灰或沙子表面；
所述的脱硝剂可以采用氨或尿素等具有还原氮氧化物的原料。为提高脱硝剂还原氮氧化物的效果，可以在流化床反应器内加入常规具有催化效果的还原反应催化剂，如钒钨钛的氧化物、铁基氧化物等；
经灰沉积面4脱除部分挥发态组分的烟气从流化床反应器5下部入口进入流化床反应器5内部，形成气固流态化反应状态，携带颗粒的气流在流化床反应器5出口进入旋风分离器6，分离下来的固体物料回送至流化床反应器5，实现固体物料的循环；
3）经过旋风分离器6分离后的烟气进入锅炉尾部受热面区7，继续加热锅炉尾部受热面。
本发明对多种污染物脱除的原理：
由于在流化床反应器内加入脱除硫氧化物（SOx）的脱硫剂，该脱硫剂在烟气温度为700-1000°C条件下具有较高脱硫反应活性，且避开了CO2碳化反应以及脱硫剂烧结的温度区间，可实现干法脱除硫氧化物的目的。加入的脱硫剂可以为钙基或镁基粉体，或是将其担载于粉煤灰、循环流化床锅炉循环灰、循环流化床锅炉飞灰、链条炉渣、链条炉飞灰或沙子表面。
在流化床反应器内加入脱硝剂，如氨或者尿素，在烟气温度为700-1000°C条件下具有较高的还原氮氧化物活性，可以实现NOx还原为N2的过程。并且流化床反应器内较充分的气体扩散条件有助于氮氧化物与脱硝剂的接触，在加入该还原反应的催化剂后，可获得较高的烟气脱硝效率。
高温条件下一些煤中的元素形成了挥发态组分，温度降低至700-1000°C时从烟气析出并形成细小的颗粒物。这些挥发态组分如果在固体表面析出，容易沉积于该表面上，从而实现从烟气中脱除的过程。灰沉积面以及流化床反应器内大量固体颗粒表面的存在，都有利于挥发态组分的析出并沉积于其上。
Claims (5)
1.一种具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统，其特征在于：所述系统包括煤粉锅炉燃烧室（1）、锅炉顶部受热面区（2）、烟气下行通道（3）、流化床反应器（5）、旋风分离器（6）和锅炉尾部受热面区（7）；所述的烟气下行通道（3）的一端与锅炉顶部受热面区的烟气出口相连，另一端与流化床反应器（5）下部入口连接；所述的旋风分离器（6）的入口与流化床反应器（5）出口相连，锅炉尾部受热面区（7）入口与旋风分离器（6）的气体出口相连；在所述锅炉顶部受热面区（2）或烟气下行通道（3）内布置灰沉积面（4）。
2.按照权利要求1所述的具备多种污染物同时脱除功能的煤粉锅炉系统，其特征在于：所述的灰沉积面（4）采用多组平板、多组波纹板或多个柱状体结构。
3.采用如权利要求1或2所述煤粉锅炉系统的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1）煤粉锅炉燃烧室（1）产生的烟气经过锅炉顶部受热面区（2）换热后，温度为700～1000°C的烟气进入烟气下行通道（3），烟气经过灰沉积面（4）后，将烟气中容易析出并形成颗粒物的挥发态组分部分脱除；
2）在流化床反应器（5）内加入污染物脱除剂或还原反应催化剂，经灰沉积面（4）脱除部分挥发态组分的烟气从流化床反应器（5）下部入口进入流化床反应器（5）内部，形成气固流态化反应状态，携带颗粒的气流在流化床反应器（5）出口进入旋风分离器（6），分离下来的固体物料回送至流化床反应器（5），实现固体物料的循环；
3）经过旋风分离器（6）分离后的烟气进入锅炉尾部受热面区（7），继续加热锅炉尾部受热面。
4.按照权利要求3所述的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于：所述的污染物脱除剂包括脱除硫氧化物的脱硫剂和脱除氮氧化物的脱除剂；所述的还原反应催化剂采用具有催化氮氧化物还原的催化剂。
5.按照权利要求4所述的一种同时脱除多种污染物的方法，其特征在于：所述的脱除硫氧化物的脱硫剂采用原材料的脱硫剂，或将该脱硫剂担载于粉煤灰、循环流化床锅炉循环灰、循环流化床锅炉飞灰、链条炉渣、链条炉飞灰或沙子表面。
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| CN103307621A (zh) | 2013-09-18 |
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