CN105546526A - 一种复合脱硫零排放cfb锅炉及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合脱硫零排放CFB锅炉及其工作方法，属于锅炉领域，其结构包括炉膛和烟囱，在炉膛内设有炉内喷钙脱硫系统，炉膛和烟囱之间设置有至少两个活性炭吸附/再生单元，每个活性炭吸附/再生单元靠近烟囱的一端设有与烟囱相连通的支管和与炉膛相连通的支管，每个活性炭吸附/再生单元靠近炉膛的一端设有与炉膛相连通的支管，每条所述的支管上均设有阀门，通过阀门的切换实现活性炭吸附/再生单元内吸附剂的吸附脱硫过程或者再生过程。本发明可以弥补CFB锅炉本身难以实现SO2趋零排放的不足，实现CFB锅炉SO2零排放，成本低，对环境保护具有重要意义。

Description

一种复合脱硫零排放CFB锅炉及其工作方法
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，具体地说是一种复合脱硫零排放CFB锅炉及其工作方法。
背景技术
CFB(circulatingfluidizedbed,循环流化床)锅炉煤种适应性强,可以燃烧劣质煤,环保特性好,中温燃烧NOx生成量少，适合采用炉内喷钙脱硫工艺。CFB锅炉适合用于建设坑口电厂，以就地消化选煤、洗煤产生的煤矸石、煤泥等低热值煤，实现资源综合利用。基于以上特性，CFB锅炉在中国应用广泛。
随着大气环境质量的恶化，燃煤锅炉面临超净排放的新要求，CFB锅炉也面临超净排放的要求；CFB锅炉利用传统炉内喷钙脱硫工艺难以实现SO2的超净排放；常规CFB锅炉采用炉内喷钙脱硫工艺无法达到新环保标准的要求，更达不到超净排放的水平，需要技术和工艺的创新。
调研发现，利用活性炭吸附脱硫可以实现很高的脱硫效率，甚至可以实现零排放。但是由于成本较高，所以在实际工程应用的很少。因CFB锅炉炉内喷钙脱硫工艺可以达到90％的脱硫效率，如果先采用该工艺后，再采用活性炭吸附脱硫，则可以使活性炭吸附脱硫的规模和成本降低到原来的10％，因此两种脱硫工艺结合在一起，有可能实现经济上可承受的CFB锅炉脱硫零排放。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种复合脱硫零排放CFB锅炉及其工作方法，该锅炉及其工作方法通过双重脱硫实现SO2的零排放，而且活性炭吸附/再生单元可循环利用，经济性好。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：一种复合脱硫零排放CFB锅炉，包括炉膛和烟囱，在炉膛内设有炉内喷钙脱硫系统，炉膛和烟囱之间设置有至少两个活性炭吸附/再生单元，每个活性炭吸附/再生单元靠近烟囱的一端设有与烟囱相连通的支管和与炉膛相连通的支管，每个活性炭吸附/再生单元靠近炉膛的一端设有与炉膛相连通的支管，每条所述的支管上均设有阀门，通过阀门的切换实现活性炭吸附/再生单元内吸附剂的吸附脱硫过程或者再生过程。
活性炭吸附/再生单元内的吸附剂可以是各种商用活性炭，也可以是具有吸附能力的活性焦，通过吸附单元和再生单元的切换，这些吸附剂可以多次循环利用。
进一步的技术方案为：在炉膛和活性炭吸附/再生单元之间安装有烟气热量吸收装置，需脱硫的烟气从炉膛经烟气热量吸收装置后到达活性炭吸附/再生单元，为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气从炉膛直接到达活性炭吸附/再生单元。
烟气热量吸收的装置可以是过热器、再热器、省煤器、空气预热器等，可以提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗；而为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气需要具备较高的温度，其从炉膛直接到达活性炭吸附/再生单元以实现活性炭吸附/再生单元较好的再生效果。
为了除去烟气中的粉尘，保证锅炉各部件的正常工作，进一步的技术方案为：每个所述活性炭吸附/再生单元与炉膛之间均设置有除尘器。其中，需脱硫的烟气经过普通的静电除尘器达活性炭吸附/再生单元，为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气经过高温静电除尘器到达活性炭吸附/再生单元。
进一步的技术方案为：所述的炉内喷钙脱硫系统中，钙基物质的钙硫比在2～2.5的基础上增加0.25～0.4。目前的炉内喷钙工艺中，钙基物质的钙硫比一般为2～2.5，可以达到较好的脱硫效果，本发明中因为活性炭吸附/再生单元再生过程中释放出的SO2通过送风系统送回到CFB锅炉的炉膛内，会使得炉膛内原始SO2浓度增加，所以为保证SO2的零排放，适当的增加钙硫比，钙硫比增加0.25～0.4。
进一步的技术方案为：活性炭吸附/再生单元与烟囱相连通的支管和活性炭吸附/再生单元与炉膛相连通的支管上分别设有引风机。引风机可以排出炉膛内产生的烟气，并使炉膛内维持一定的负压，克服尾部烟道内的压力损失，同时引风机还能够增加炉膛内的氧气含量，起到助燃的作用，使燃烧更充分、更彻底。
进一步的技术方案为：每个所述活性炭吸附/再生单元上均连接有外接热源。活性炭吸附/再生单元再生过程中需要的热源可以采用CFB锅炉的高温烟气和过热蒸汽提供，也可以采用其它的外接热源，增加灵活性和可操作性。
为了合理的布置管道，最大程度的降低成本，进一步的技术方案为：所述的活性炭吸附/再生单元包括第一活性炭吸附/再生单元和第二活性炭吸附/再生单元，第一活性炭吸附/再生单元与炉膛之间设有第一总管，第一活性炭吸附/再生单元远离炉膛的一端设有第二总管，第二活性炭吸附/再生单元与炉膛之间设有第三总管，第二活性炭吸附/再生单元远离炉膛的一端设有第四总管；
第一总管靠近第一活性炭吸附/再生单元的一端分为第一支管和第二支管，第二总管远离第一活性炭吸附/再生单元的一端分为第三支管和第四支管，第三总管靠近第二活性炭吸附/再生单元的一端分为第五支管和第六支管，第四总管远离第二活性炭吸附/再生单元的一端分为第七支管和第八支管；
第一支管同时连通到第一活性炭吸附/再生单元和第五支管上，第六支管同时连通到第二活性炭吸附/再生单元和第二支管上，第三支管同时连通到第七支管和烟囱上，第四支管通过第八支管连通到炉膛上；
全部的支管上分别设有管道分流阀门。
本发明解决其技术问题的技术方案还包括：一种复合脱硫零排放CFB锅炉的工作方法，通过管道分流阀门将其中一个活性炭吸附/再生单元设置为吸附状态，另一个活性炭吸附/再生单元设置为再生状态；
炉膛内经炉内喷钙脱硫后的烟气沿管道到达处于吸附状态的活性炭吸附/再生单元，烟气内残留的SO2被吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附，该吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附饱和后，将其切换成再生状态，另一个原本处于再生状态的活性炭吸附/再生单元切换至吸附状态；
利用炉膛CFB锅炉的烟气和过热蒸汽对再生状态的活性炭吸附/再生单元进行再生，活性炭吸附/再生单元再生过程释放出来的SO2送回到炉膛内，利用炉内喷钙工艺对其进行最终脱除。
进一步的技术方案为：当第一支管、第四支管、第六支管和第七支管上的管道分流阀门打开，第二支管、第三支管、第五支管和第八支管上的管道分流阀门关闭时，第一活性炭吸附/再生单元处于再生状态，第二活性炭吸附/再生单元处于吸附状态。
进一步的技术方案为：当第一支管、第四支管、第六支管和第七支管上的管道分流阀门关闭，第二支管、第三支管、第五支管和第八支管上的管道分流阀门打开时，第一活性炭吸附/再生单元处于吸附状态，第二活性炭吸附/再生单元处于再生状态。
本发明的有益效果是：
1、本发明的锅炉通过炉内喷钙和活性炭吸附/再生单元的双重脱硫，能够实现CFB锅炉的SO2零排放，同时，活性炭吸附/再生单元能够在吸附状态和再生状态之间切换，活性炭吸附/再生单元内的吸附剂可以多次循环使用，降低了成本，经济性好。
2、本发明的工作方法操作简单，通过操作阀门实现活性炭吸附/再生单元的吸附状态和再生状态之间的切换，实现CFB锅炉的SO2零排放，对于环境保护具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例活性炭吸附/再生单元处的管道连接的结构示意图。
图中：1给料仓，2给料仓，3炉膛，4旋风分离器，5过热器，6再热器，7省煤器，8高温静电除尘器，9管道分流阀门，10管道分流阀门，11第一活性炭吸附/再生单元，12管道分流阀门，13管道分流阀门，14烟囱，15给煤机，16水冷风室，17回料阀，18高压流化风机，19空气预热器，20一次风机，21二次风机，22静电除尘器，23管道分流阀门，24管道分流阀门，25第二活性炭吸附/再生单元，26管道分流阀门，27管道分流阀门，28引风机，29引风机，30第一总管，31第二总管，32第三总管，33第四总管，34第一支管，35第二支管，36第三支管，37第四支管，38第五支管，39第六支管，40第七支管，41第八支管。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示，一种复合脱硫零排放CFB锅炉，包括炉膛3和烟囱14，在炉膛3内设有炉内喷钙脱硫系统，炉膛3和烟囱14之间设置有第一活性炭吸附/再生单元11和第二活性炭吸附/再生单元25，每个活性炭吸附/再生单元靠近烟囱14的一端设有与烟囱14相连通的支管和与炉膛3相连通的支管，每个活性炭吸附/再生单元靠近炉膛3的一端设有与炉膛3相连通的支管，每条所述的支管上均设有阀门，通过阀门的切换实现活性炭吸附/再生单元内吸附剂的吸附脱硫过程或者再生过程。
活性炭吸附/再生单元内的吸附剂可以是各种商用活性炭，也可以是具有吸附能力的活性焦，通过吸附单元和再生单元的切换，这些吸附剂可以多次循环利用。
在炉膛3和活性炭吸附/再生单元之间安装有烟气热量吸收装置，需脱硫的烟气从炉膛3经烟气热量吸收装置后到达活性炭吸附/再生单元；为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气从炉膛3直接到达活性炭吸附/再生单元。
烟气热量吸收的装置可以是过热器5、再热器6、省煤器7、空气预热器19等，可以提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗；而为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气需要具备较高的温度，其从炉膛3直接到达活性炭吸附/再生单元以实现活性炭吸附/再生单元较好的再生效果。
炉膛3还与给料仓1和给料仓2相连通，给料仓1和给料仓2连接有给煤机15，炉膛3的底端设有水冷风室16以对炉膛3起到保护作用，炉膛3上还连接有旋风分离器4、回料阀17和高压流化风机18。
如图2所示，第一活性炭吸附/再生单元11与炉膛3之间设有第一总管30，第一活性炭吸附/再生单元11远离炉膛3的一端设有第二总管31，第二活性炭吸附/再生单元25与炉膛3之间设有第三总管32，第二活性炭吸附/再生单元25远离炉膛3的一端设有第四总管33。
第一总管30靠近第一活性炭吸附/再生单元11的一端分为第一支管34和第二支管35，第二总管31远离第一活性炭吸附/再生单元11的一端分为第三支管36和第四支管37，第三总管32靠近第二活性炭吸附/再生单元25的一端分为第五支管38和第六支管39，第四总管33远离第二活性炭吸附/再生单元25的一端分为第七支管40和第八支管41。
第一支管34同时连通到第一活性炭吸附/再生单元11和第五支管38上，第六支管39同时连通到第二活性炭吸附/再生单元25和第二支管35上，第三支管36同时连通到第七支管40和烟囱14上，第四支管37通过第八支管41连通到炉膛3上。
以炉膛3所处的一端为前端，烟囱14所处的一端为后端，此处的“前”、“后”是为了便于描述而使用的相对位置，不能理解为绝对位置构成对本发明的限制。第一支管34上设有管道分流阀门9，管道分流阀门9位于第一支管34和第五支管38的连通点的前侧，第二支管35上设有管道分流阀门10；第三支管36上设有管道分流阀门12，管道分流阀门12位于第三支管36和第七支管40的连通点的前侧，第四支管37上设有管道分流阀门13；第五支管38上设有管道分流阀门24，第六支管39上设有管道分流阀门23，管道分流阀门23位于第六支管39和第二支管35的连通点的前侧；第七支管40上设有管道分流阀门27，第八支管41上设有管道分流阀门26，管道分流阀门26位于第八支管41和第四支管37的连通点的前侧。
为了除去烟气中的粉尘，保证锅炉各部件的正常工作，每个所述活性炭吸附/再生单元与炉膛3之间均设置有除尘器。第一活性炭吸附/再生单元11设置在高温静电除尘器8的后面，第二活性炭吸附/再生单元25设置在静电除尘器22的后面。第一总管30连通到高温静电除尘器8上，第三总管32连通到静电除尘器22上，需脱硫的烟气经过普通的静电除尘器22达活性炭吸附/再生单元，为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气经过高温静电除尘器8到达活性炭吸附/再生单元。
所述的炉内喷钙脱硫系统中，钙基物质的钙硫比为2.75。目前的炉内喷钙工艺中，钙基物质的钙硫比一般为2～2.5，可以达到较好的脱硫效果，本发明中因为活性炭吸附/再生单元再生过程中释放出的SO2通过送风系统送回到CFB锅炉的炉膛内，会使得炉膛内原始SO2浓度增加，所以为保证SO2的零排放，适当的增加钙硫比，在2～2.5的基础上增加0.25～0.4，例如可以取2.25～2.9。
第三支管32与烟囱14连接的管道上设有引风机29，第八支管41与炉膛3连通的管道上设有引风机28，在空气预热器19处通过管道连接有一次风机20和二次风机21。引风机可以排出炉膛内产生的烟气，并使炉膛内维持一定的负压，克服尾部烟道内的压力损失，同时引风机还能够增加炉膛内的氧气含量，起到助燃的作用，使燃烧更充分、更彻底。
为便于对本发明的理解，下面结合其工作方法对本发明作进一步的描述：
一种复合脱硫零排放CFB锅炉的工作方法，煤炭在炉膛3中燃烧，产生烟气，经过旋风分离器4后，一部分经过过热器5、再热器6、省煤器7后，再经过静电除尘器22到达第二活性炭吸附/再生单元25，该部分烟气是低温烟气；另一部分不经过过热器5、再热器6、省煤器7，直接进入并经过高温静电除尘器8，到达第一活性炭吸附/再生单元11，该部分烟气是高温烟气。
打开管道分流阀门9、13、23、27，关闭管道分流阀门10、12、24、26，此时，第一活性炭吸附/再生单元11处于再生状态，第二活性炭吸附/再生单元25处于吸附状态；关闭管道分流阀门9、13、23、27，打开管道分流阀门10、12、24、26，此时，第一活性炭吸附/再生单元11处于吸附状态，第二活性炭吸附/再生单元25处于再生状态。
在上述两种管道分流阀门开关状态下，烟气通过吸附状态下的活性炭吸附/再生单元后，则会直接通过管道从烟囱14排到大气中；烟气通过再生状态下的活性炭吸附/再生单元后，则会通过管道，经由引风机28重新引入炉膛3中，参与反应。
炉膛3内经炉内喷钙脱硫后的烟气沿管道到达处于吸附状态的活性炭吸附/再生单元，烟气内残留的SO2被吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附，该吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附饱和后，将其切换成再生状态，另一个原本处于再生状态的活性炭吸附/再生单元切换至吸附状态。
利用炉膛CFB锅炉的烟气和过热蒸汽对再生状态的活性炭吸附/再生单元进行再生，活性炭吸附/再生单元再生过程释放出来的SO2经引风机28送回到炉膛3内，利用炉内喷钙工艺对其进行最终脱除。炉内喷钙工艺的钙基物质可选用碳酸钙，碳酸钙在高温下与二氧化硫反应生成硫酸钙、亚硫酸钙及二氧化碳。
本发明中活性炭吸附/再生单元的数量不限于实施例所述的两个，还可以设置为两组，每一组包含若干个活性炭吸附/再生单元，通过操作阀门使两组活性炭吸附/再生单元在吸附状态和再生状态之间切换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种复合脱硫零排放CFB锅炉，包括炉膛和烟囱，在炉膛内设有炉内喷钙脱硫系统，其特征是，炉膛和烟囱之间设置有至少两个活性炭吸附/再生单元，每个活性炭吸附/再生单元靠近烟囱的一端设有与烟囱相连通的支管和与炉膛相连通的支管，每个活性炭吸附/再生单元靠近炉膛的一端设有与炉膛相连通的支管，每条所述的支管上均设有阀门，通过阀门的切换实现活性炭吸附/再生单元内吸附剂的吸附脱硫过程或者再生过程。
2.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，在炉膛和活性炭吸附/再生单元之间安装有烟气热量吸收装置，需脱硫的烟气从炉膛经烟气热量吸收装置后到达活性炭吸附/再生单元，为活性炭吸附/再生单元的再生提供热源的烟气从炉膛直接到达活性炭吸附/再生单元。
3.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，每个所述活性炭吸附/再生单元与炉膛之间均设置有除尘器。
4.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，所述的炉内喷钙脱硫系统中，钙基物质的钙硫比在2～2.5的基础上增加0.25～0.4。
5.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，活性炭吸附/再生单元与烟囱相连通的支管和活性炭吸附/再生单元与炉膛相连通的支管上分别设有引风机。
6.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，每个所述活性炭吸附/再生单元上均连接有外接热源。
7.根据权利要求1所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉，其特征是，所述的活性炭吸附/再生单元包括第一活性炭吸附/再生单元和第二活性炭吸附/再生单元，第一活性炭吸附/再生单元与炉膛之间设有第一总管，第一活性炭吸附/再生单元远离炉膛的一端设有第二总管，第二活性炭吸附/再生单元与炉膛之间设有第三总管，第二活性炭吸附/再生单元远离炉膛的一端设有第四总管；
第一总管靠近第一活性炭吸附/再生单元的一端分为第一支管和第二支管，第二总管远离第一活性炭吸附/再生单元的一端分为第三支管和第四支管，第三总管靠近第二活性炭吸附/再生单元的一端分为第五支管和第六支管，第四总管远离第二活性炭吸附/再生单元的一端分为第七支管和第八支管；
第一支管同时连通到第一活性炭吸附/再生单元和第五支管上，第六支管同时连通到第二活性炭吸附/再生单元和第二支管上，第三支管同时连通到第七支管和烟囱上，第四支管通过第八支管连通到炉膛上；
全部的支管上分别设有管道分流阀门。
8.如权利要求7所述的一种复合脱硫零排放CFB锅炉的工作方法，其特征是，通过管道分流阀门将其中一个活性炭吸附/再生单元设置为吸附状态，另一个活性炭吸附/再生单元设置为再生状态；
炉膛内经炉内喷钙脱硫后的烟气沿管道到达处于吸附状态的活性炭吸附/再生单元，烟气内残留的SO2被吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附，该吸附状态的活性炭吸附/再生单元吸附饱和后，将其切换成再生状态，另一个原本处于再生状态的活性炭吸附/再生单元切换至吸附状态；
利用炉膛CFB锅炉的烟气和过热蒸汽对再生状态的活性炭吸附/再生单元进行再生，活性炭吸附/再生单元再生过程释放出来的SO2送回到炉膛内，利用炉内喷钙工艺对其进行最终脱除。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征是，当第一支管、第四支管、第六支管和第七支管上的管道分流阀门打开，第二支管、第三支管、第五支管和第八支管上的管道分流阀门关闭时，第一活性炭吸附/再生单元处于再生状态，第二活性炭吸附/再生单元处于吸附状态。
10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征是，当第一支管、第四支管、第六支管和第七支管上的管道分流阀门关闭，第二支管、第三支管、第五支管和第八支管上的管道分流阀门打开时，第一活性炭吸附/再生单元处于吸附状态，第二活性炭吸附/再生单元处于再生状态。
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