CN106439876A - 锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统 - Google Patents

锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及烟气处理领域，公开了一种锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统，烟气处理装置包括并联的第一烟气处理通路和第二烟气处理通路，第一烟气处理通路上设置有第一脱硫吸收塔，第二烟气处理通路上设置有第二脱硫吸收塔，烟气处理装置设置为：当锅炉系统处于富氧湿循环工况时，仅第一脱硫吸收塔运行；当锅炉系统处于空气燃烧工况时，第一脱硫吸收塔和第二脱硫吸收塔并联运行。本发明以满足两种工况二氧化硫达标排放为目标，同时满足富氧燃烧湿循环工艺要求，通过采用双塔配置，并根据不同的工况选择合适数量的喷淋层投入运行，从而使塔内流速在工况切换前后都保持在相对合理的范围内，保证脱硫效果，从而实现烟气达标排放。

Description

锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统
技术领域
本发明涉及烟气处理领域，具体地，涉及一种锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统。
背景技术
随着人类工业的发展，气候变化问题已经引起了全球的关注，目前虽然对气候变暖的原因还存在不同的争论，但大多理论认为其与人类活动产生的温室气体二氧化碳浓度的升高有关。正因为如此，富氧燃烧技术作为一种重要的二氧化碳捕捉技术，得到了越来越多的关注。
目前，对于烟气的排放都需要满足排放标准。对于富氧燃烧湿循环和空气燃烧兼容的锅炉，在空气燃烧工况和富氧燃烧工况部分二氧化碳进行压缩纯化的情况下，仍然需要烟气排空，为保证排放烟气中SO2浓度满足大气污染物排放标准，需要进行烟气处理，例如脱硫系统，该脱硫系统可以是石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统。
然而，对于富氧湿循环和空气燃烧兼容的锅炉系统，湿循环工况烟气量是空气工况烟气量的40％～45％，而烟气中二氧化硫浓度是空气工况的2.5倍以上，这样当两种工况切换后，烟气量变动很大，如果脱硫系统的吸收塔按照空气工况设计，塔内流速选择上限流速(大约3.9m/S)，切换到湿循环工况后，流速变为大约1.65m/S，而正常脱硫反应的流速大约为3-4m/S，显然明显低于正常脱硫反应的流速，同时，湿循环工况下对应的二氧化硫浓度是空气工况的2.5倍以上，此时想达到和空气工况同样的排放标准非常困难；如果脱硫系统的吸收塔按照富氧湿循环工况设计(塔内烟气流速大约为3.5m/S)，切换到空气工况后烟气流速将达到7.5m/S以上，这种情况下显然脱硫系统难以保持较高的脱硫效率。因此，常规设计的湿法脱硫吸收塔很难同时适应这样的变动并保证系统出口烟气二氧化硫浓度满足排放标准。此外，无论是按照上述两种方案中任何一种设计，除雾器都在工况切换后处于非高效工作区，净烟气液滴含量大幅增加，烟尘浓度将超过排放标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种锅炉系统的烟气处理装置，以使锅炉系统的烟气排放能够在不同工况下均满足排放标准。
为了实现上述目的，本发明提供一种锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括并联的第一烟气处理通路和第二烟气处理通路，所述第一烟气处理通路上设置有第一脱硫吸收塔，所述第二烟气处理通路上设置有第二脱硫吸收塔，该烟气处理装置设置为：当所述锅炉系统处于富氧湿循环工况时，仅所述第一脱硫吸收塔运行；当所述锅炉系统处于空气燃烧工况时，所述第一脱硫吸收塔和第二脱硫吸收塔并联运行。
优选地，所述烟气处理装置包括第一增压风机和第二增压风机，所述第一增压风机串联在所述第一脱硫吸收塔的上游，所述第二增压风机串联在所述第二脱硫吸收塔的上游。
优选地，第一增压风机的入口处和第二增压风机的入口处均设置有烟气挡板。
优选地，所述第一脱硫吸收塔的下游串联设置有烟气冷凝器，所述烟气处理装置包括二氧化碳压缩纯化装置以及烟囱；所述烟气处理装置设置为：经所述烟气冷凝器冷凝脱水后的烟气的一部分或者全部能够进入所述二氧化碳压缩纯化装置中存放或者能够通过所述烟囱排放。
优选地，所述烟气处理装置包括第一烟气换热器，所述烟气处理装置设置为：经所述烟气冷凝器冷凝脱水后的烟气的一部分或者全部能够通过所述第一烟气换热器升温，升温后的烟气的一部分或者全部能够通过所述烟囱排放或者作为一次风使用。
优选地，所述第二脱硫吸收塔的烟气出口连通至所述烟囱。
优选地，所述烟气处理装置包括第二烟气换热器，所述烟气处理装置设置为：所述第二脱硫吸收塔的烟气出口通过所述第二烟气换热器连通至所述烟囱。
优选地，所述第一烟气换热器和/或第二烟气换热器均为热媒水-烟气-烟气换热器。
优选地，所述烟气处理装置包括第一除尘器和第二除尘器，所述第一除尘器的第一端用于连通锅炉炉膛，所述第一除尘器的第二端连接至所述第一增压风机，所述第二除尘器的第一端用于连通锅炉炉膛，所述第二除尘器的第二端连接至所述第二增压风机。
本发明还提供一种锅炉系统，所述锅炉系统包括上述烟气处理装置。
综上所述，本发明以满足两种工况二氧化硫达标排放为目标，同时满足富氧燃烧湿循环工艺要求，通过采用双塔(即，第一脱硫吸收塔和第二脱硫吸收塔)配置，并根据不同的工况选择合适数量的喷淋层投入运行，从而使塔内流速在工况切换前后都保持在相对合理的范围内，保证脱硫效果，从而实现烟气达标排放。另外，由于本发明中除雾器(在湿法脱硫中，吸收塔在运行过程中，易产生粒径为10--60微米的“雾”，“雾”不仅含有水分，它还溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等。除雾器一般设置在吸收塔的顶部，用于对净化后的气体在离开吸收塔之前进行除雾)始终在高效区运行，因此能够避免净烟气液滴含量大幅度上升。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种具体实施方式提供的锅炉系统的烟气处理装置的结构示意图。
图2是本发明的另一种具体实施方式提供的锅炉系统的烟气处理装置的结构示意图。
附图标记说明
10：第一烟气处理通路； 11：第一脱硫吸收塔；
12：第一增压风机； 13：烟气冷凝器；
14：二氧化碳压缩纯化装置； 15：第一烟气换热器；
20：第二烟气处理通路； 21：第二脱硫吸收塔；
22：第二增压风机； 23：第二烟气换热器；
30：烟囱； 40：第一除尘器；
50：第二除尘器； 60：一次风循环风机；
70：二次烟气循环风机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
基于现有技术中的烟气处理装置存在的在不同工况(即富氧湿循环工况和空气燃烧工况)下烟气的排放难以满足排放标准的问题(主要是二氧化硫的排放浓度和烟尘的浓度)，本发明提供一种能够解决上述技术问题的锅炉系统的烟气处理装置及锅炉系统，下文将通过具体的实施方式并参考相应的附图进行详细的描述。
根据本发明的一个方面，适当地参考图1，本发明的具体实施方式提供一种锅炉系统的烟气处理装置，所述烟气处理装置包括并联的第一烟气处理通路10和第二烟气处理通路20，所述第一烟气处理通路10上设置有第一脱硫吸收塔11，所述第二烟气处理通路20上设置有第二脱硫吸收塔21，该烟气处理装置设置为：当锅炉系统处于富氧湿循环工况时，仅第一脱硫吸收塔11运行；当锅炉系统处于空气燃烧工况时，第一脱硫吸收塔11和第二脱硫吸收塔21并联运行。
本发明中的烟气处理装置主要适用于富氧燃烧湿循环和空气燃烧兼容的锅炉系统，本发明主要利用了富氧燃烧湿循环工况与空气燃烧工况切换前后烟气量(富氧燃烧湿循环工况下的烟气量是空气燃烧工况下的烟气量(标态)的40％～45％)及SO2浓度(富氧燃烧湿循环工况下烟气中二氧化硫浓度是空气燃烧工况的2.5倍以上)大幅波动的特点。具体的，使用时，第一脱硫吸收塔11的相关配置(例如，第一脱硫吸收塔11的塔径、第一脱硫吸收塔11的喷淋层的数量等)可以按照富氧湿循环工况对应的烟气量及排放浓度要求进行选择，如上所述，在富氧湿循环工况下第一脱硫吸收塔11投入运行，第二脱硫吸收塔21停用；第二脱硫吸收塔21的相关配置(例如，第二脱硫吸收塔21的塔径、第二脱硫吸收塔21的喷淋层的数量等)可以根据空气燃烧工况下总烟气量减去第一脱硫吸收塔11处理烟气量的差值及排放浓度要求进行选择，如上所述，在空气工况下第一脱硫吸收塔11和第二脱硫吸收塔21并联投入运行，实现烟气二氧化硫的达标排放。
综上所述，本发明以满足两种工况二氧化硫达标排放为目标，同时满足富氧燃烧湿循环工艺要求，通过采用双塔(即，第一脱硫吸收塔11和第二脱硫吸收塔21)配置，并根据不同的工况选择合适数量的喷淋层投入运行(例如，参考表1，富氧燃烧湿循环工况下，第一脱硫吸收塔11的喷淋层的运行数量为7层，空气工况下，第一脱硫吸收塔11的喷淋层的运行数量为4层，第二脱硫吸收塔21的喷淋层的运行数量为4层)，从而使塔内流速在工况切换前后都保持在相对合理的范围内，保证脱硫效果，从而实现烟气达标排放。
另外，由于本发明中除雾器(在湿法脱硫中，吸收塔在运行过程中，易产生粒径为10--60微米的“雾”，“雾”不仅含有水分，它还溶有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等。除雾器一般设置在吸收塔的顶部，用于对净化后的气体在离开吸收塔之前进行除雾)始终在高效区运行，因此能够避免净烟气液滴含量大幅度上升。
其中，考虑到风机匹配的问题，两个第一脱硫吸收塔11和第二脱硫吸收塔21对应单独设置增压风机(增压风机是用于克服烟气脱硫装置的烟气阻力，将原烟气引入脱硫系统，并稳定锅炉引风机出口压力的主要设备)，具体的，所述烟气处理装置包括第一增压风机12和第二增压风机22，所述第一增压风机12串联在第一脱硫吸收塔12的上游，所述第二增压风机22串联在第二脱硫吸收塔21的上游，这样，第一烟气处理通路10根据富氧湿循环的要求，烟气阻力由第一增压风机12克服，经第一增压风机12增压后的烟气进入第一脱硫吸收塔12脱硫，类似地，第二烟气处理通路20的阻力由第二增压风机22克服，经第二增压风机22增压后的烟气进入第二脱硫吸收塔22脱硫。
其中，对于富氧燃烧湿循环和空气燃烧工况的切换，本发明是通过烟气挡板实现的，具体的，第一增压风机12的入口处和第二增压风机22的入口处均设置有烟气挡板，这样当需要将锅炉系统从空气燃烧工况切换至富氧湿循环工况时，需要将第二增压风机22的入口处的烟气挡板关闭，从而使第二脱硫吸收塔22停止运行，也就是说只保留第一脱硫吸收塔12运行，类似地，当需要将锅炉系统从富氧湿循环工况切换至空气燃烧工况时，需要打开第二增压风机22的入口处的烟气挡板，从而使第一脱硫吸收塔12以及第二脱硫吸收塔21并联投入运行。其中，需要说明的是，为了清楚地体现烟气挡板的作用，本发明的附图(例如，图1和图2)通过阀门的标志示意烟气挡板。
进一步地，为了除去烟气中的水蒸气，所述第一脱硫吸收塔11的下游串联设置有烟气冷凝器13，所述烟气处理装置包括二氧化碳压缩纯化装置14以及烟囱30；所述烟气处理装置设置为：经烟气冷凝器13冷凝脱水后的烟气的一部分或者全部烟气能够进入二氧化碳压缩纯化装置14中存放或者能够通过烟囱30排放。也就是说，经第一脱硫吸收塔11脱硫后的烟气，先进入烟气冷凝器13冷凝脱水，然后一部分烟气可以进入二氧化碳压缩纯化装置14进行压缩纯化，一部分烟气可以通过烟囱30排放至大气，当然，也可以将经烟气冷凝器13冷凝脱水后的全部烟气均进入二氧化碳压缩纯化装置14压缩纯化或者均通过烟囱30排放。
更进一步地，所述烟气处理装置可以包括第一烟气换热器15(即GGH)，所述烟气处理装置设置为：经所述烟气冷凝器13冷凝脱水后的烟气的一部分或全部能够通过第一烟气换热器15升温，升温后的烟气的一部分或者全部能够通过烟囱30排放或者作为一次风使用(可以通过图中的一次风循环风机60实现)，也就是说，如图1所示，经第一烟气换热器15升温后的烟气，可以一部分作为一次风使用，一部分通过烟囱30排放，或者经第一烟气换热器15升温后的全部烟气均作为一次风使用，再或者经第一烟气换热器15升温后的全部烟气均通过烟囱30排放。通过烟囱30排放前对烟气升温有利于烟气的扩散。其中，为了实现结构的简洁化，所述第一烟气换热器15可以为热媒水-烟气-烟气换热器(即MGGH)，本领域技术人员有时也将MGGH称为管束式GGH或者水媒式烟气换热器。
其中，MGGH的工作原理是换热介质水(在管内流动)在原烟道上的降热换热器中被加热后，送至净烟道上的升温换热器加热净烟气，然后由热媒水泵将循环水又送至降温换热器(如图1所示)。具体的，一般地，如图1所示，MGGH包括设置在除尘器(例如下文提到的第一除尘器40)前的烟气降温段(通过烟气加热MGGH中的水，从而使烟气降温)和烟气冷凝器13后的烟气升温段。当然，如图2所示，MGGH也可以包括两个烟气降温段(即，分别设置在第一除尘器40和第二除尘器50前的烟气降温段)，这是因为图2中的烟气处理装置包括两个除尘器(即，下文提到的第一除尘器40和第二除尘器50)，如果不分别在两个除尘器前设置对应的烟气降温段，则两个静电除尘器入口烟温将会不同，运行效果也不一样。因此，在这种情况下，此处的MGGH包括两个烟气降温段和一个烟气冷凝器13后的烟气升温段，也就是说，两个烟气降温段的热媒水都回到烟气冷凝器13后的烟气升温段的水侧(MGGH的烟气降温段与烟气升温段通过水的循环实现烟气的升温与降温)。
类似地，在空气工况中，通过第二脱硫吸收塔21脱硫后的烟气可以直接通过烟囱30排放，具体地，如图1所示，所述第二脱硫吸收塔21的烟气出口连通至所述烟囱30。当然，也可以使经第二脱硫吸收塔21脱硫后的烟气升温后再进行排放，具体地，如图2所示，所述烟气处理装置包括第二烟气换热器23，所述烟气处理装置设置为：所述第二脱硫吸收塔21的烟气出口通过第二烟气换热器23连通至烟囱30。其中，所述第二烟气换热器23也可以为热媒水-烟气-烟气换热器(即MGGH)，如上所述，如图1所示，这里的MGGH也包括设置在除尘器(例如下文提到的第一除尘器50)前的烟气降温段(通过烟气加热MGGH中的水，从而使烟气降温)和第二脱硫吸收塔21后的烟气升温段。
另外，所述烟气处理装置包括第一除尘器40和第二除尘器50，所述第一除尘器40的第一端用于连通锅炉炉膛，所述第一除尘器40的第二端连接至第一增压风机12，所述第二除尘器30的第一端用于连通锅炉炉膛(需要说明的是，第一除尘器40和第二除尘器50上游的第一烟气换热器15和第二烟气换热器23仅仅是为了示意MGGH的连接关系及作用，具体可参考上文中所提到的MCCH的原理及相关说明)，所述第二除尘器30的第二端连接至第二增压风机23，这样烟气在进入第一脱硫吸收塔11和第二脱硫吸收塔21之前可以先进行除尘。除尘后的一部分烟气或者全部烟气可以进入脱硫系统，当然，除尘后的一部分烟气还可以通过二次烟气循环风机70返回在至锅炉炉膛。
根据本发明的另一个方面，本发明的具体实施方式还提供一种锅炉系统，其中，所述锅炉系统包括上述烟气处理装置。
在本实施方式中，将通过具体的数据来验证本发明的技术效果，对于200MWe富氧燃烧湿循环和空气燃烧兼容的锅炉系统，在燃用典型煤条件下，其脱硫主要参数如下表所示：
从上表可以看出，本发明提供的锅炉系统，无论在哪种工况下吸收塔(即第一脱硫吸收塔11和/或第二脱硫吸收塔21)都能高效运行，既保证湿循环工况高脱硫效率的要求，又以最低代价实现空气燃烧工况脱硫要求，同时由于吸收塔烟气流速维持在除雾器要求的流速范围内，保证除雾器在高效区运行，控制净烟气中液滴的携带，避免烟尘浓度超标。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括并联的第一烟气处理通路(10)和第二烟气处理通路(20)，所述第一烟气处理通路(10)上设置有第一脱硫吸收塔(11)，所述第二烟气处理通路(20)上设置有第二脱硫吸收塔(21)，该烟气处理装置设置为：
当所述锅炉系统处于富氧湿循环工况时，仅所述第一脱硫吸收塔(11)运行；
当所述锅炉系统处于空气燃烧工况时，所述第一脱硫吸收塔(11)和第二脱硫吸收塔(21)并联运行。
2.根据权利要求1所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括第一增压风机(12)和第二增压风机(22)，所述第一增压风机(12)串联在所述第一脱硫吸收塔(11)的上游，所述第二增压风机(22)串联在所述第二脱硫吸收塔(21)的上游。
3.根据权利要求2所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，第一增压风机(12)的入口处和第二增压风机(22)的入口处均设置有烟气挡板。
4.根据权利要求2所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述第一脱硫吸收塔(11)的下游串联设置有烟气冷凝器(13)，所述烟气处理装置包括二氧化碳压缩纯化装置(14)以及烟囱(30)；
所述烟气处理装置设置为：经所述烟气冷凝器(13)冷凝脱水后的烟气的一部分或者全部能够进入所述二氧化碳压缩纯化装置(14)中存放或者能够通过所述烟囱(30)排放。
5.根据权利要求4所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括第一烟气换热器(15)，所述烟气处理装置设置为：经所述烟气冷凝器(13)冷凝脱水后的烟气的一部分或者全部能够通过所述第一烟气换热器(15)升温，升温后的烟气的一部分或者全部能够通过所述烟囱(30)排放或者作为一次风使用。
6.根据权利要求5所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述第二脱硫吸收塔(21)的烟气出口连通至所述烟囱(30)。
7.根据权利要求6所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括第二烟气换热器(23)，所述烟气处理装置设置为：所述第二脱硫吸收塔(21)的烟气出口通过所述第二烟气换热器(23)连通至所述烟囱(30)。
8.根据权利要求7所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述第一烟气换热器(15)和/或第二烟气换热器(23)均为热媒水-烟气-烟气换热器。
9.根据权利要求2-8中任意一项所述的锅炉系统的烟气处理装置，其特征在于，所述烟气处理装置包括第一除尘器(40)和第二除尘器(50)，所述第一除尘器(40)的第一端用于连通锅炉炉膛，所述第一除尘器(40)的第二端连接至所述第一增压风机(12)，所述第二除尘器(50)的第一端用于连通锅炉炉膛，所述第二除尘器(50)的第二端连接至所述第二增压风机(23)。
10.一种锅炉系统，其特征在于，所述锅炉系统包括权利要求1-9中任一项所述的烟气处理装置。
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