CN107185383A - 一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中co2的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置及方法。该装置包括反应釜、沉淀池和澄清池，其中，所述反应釜上方输入端送入灰渣浆，下方输入端送入电厂脱硫后的烟气，上方输出端通向大气，下方输出端连接沉淀池；所述沉淀池的输出端连接澄清池。本发明充分利用碱性灰渣浆液脱除烟气中酸性CO2气体生成中性盐类，可有效调节废灰渣浆液的pH值，使其达到排放限制标准，一方面可实现废弃物资源化利用，解决废弃碱性浆液直接排放引发的环境污染问题，另一方面可有效降低系统脱碳成本和能耗。该装置与电厂灰渣浆相结合，可实现以废治废，是成本和能耗较低的一种优化方案。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用过程中废弃物资源化利用和环境污染防治领域，尤其涉及一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置和方法，属于碳减排技术领域.
背景技术
化石燃料等能源利用过程中排放大量的温室气体所造成全球变暖问题是当今国际社会普遍关注的焦点之一。数据显示，大气中的CO2浓度自第一次工业革命前的280ppm已增长至2016年的397ppm。自1860年以来，全球平均气温上升了0.3～0.6℃。加强控制人类活动造成的温室气体量刻不容缓。
当前，化石燃料依然是全球一次性能源消耗的主要来源。数据显示，中国和美国作为能源消耗大国，其在2010年的一次能源消耗量分别占世界能源消耗总量的20.3％和19.0％。2010年的世界一次能源消耗结构中，原油和煤炭消耗量分别占34％和30％。我国当前一次能源消耗体系中，化石燃料占92.5％，其中煤炭占69.5％，且60％以上的产煤用于发电。燃煤电厂等能源密集型行业CO2排放量大，是集中的CO2固定排放源，因此也被视为主要的CO2减排目标。加强电厂烟气中CO2减排技术的研究，已成为我国科技和经济发展的当务之急。
CO2捕集是控制燃煤电厂CO2排放的有效途径。从燃煤电厂烟气中捕集CO2的技术路线众多，总体可分为：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。相比而言，燃烧后捕集技术成熟，易与现有电厂系统和设备相结合，增加相关设备后改造较小，在电厂烟气CO2捕集中具有潜在优势。
在众多燃烧后CO2捕集技术中，化学吸收法具有脱碳效率高和反应速率快等优势，其中MEA胺法脱碳是当前商业化应用最成熟的技术。但是，该技术同样面临着吸收剂成本高、脱碳与再生能耗高和胺液对设备具有腐蚀性等缺陷。因此，燃烧后CO2捕集技术当前的研究热点为寻求高效的CO2吸收剂、优化脱碳与再生工艺、降低吸收剂成本和系统能耗。
为有效降低燃烧后CO2捕集技术的成本，近年来，研究人员开始尝试利用工业含碱废弃浆液进行湿法烟气CO2脱除。研究发现，诸如飞灰、废弃钢渣、磷石膏、红泥和造纸废料等工业废弃物，其自身含有Ca、Mg、K、Na和Fe等物相，在浆液状态下能浸出大量活性离子，可与烟气中CO2反应实现CO2有效脱除。采用工业含碱废弃物浆液进行燃烧后CO2捕集，可实现废弃物资源化利用，同时可解决其直接排放引起的生态环境污染问题。
火电厂燃煤工艺过程中，除产生大量含CO2、SOx和NOx的污染烟气外，同时会排放出大量的烟尘和灰渣。为有效处理烟尘和灰渣，现有火电厂多采用高压水力湿法除尘除灰。相比于干法处理工艺，湿法工艺能够有效降低扬尘和飞灰污染，且操作简单易实现，极具经济性。但是，湿法工艺中冲灰所需水量较多，灰渣与水混合易形成碱性浆液，该工艺面临着后续的灰渣废水排放处理的难题。
灰场排水的特性受煤灰性质、冲灰原水的水量和水质以及灰场的性能等因素的影响。飞灰和炉渣的主要成分为碱性金属氧化物，如SiO2，CaO，MgO，Fe2O3，Al2O3以及其他成分。因此，飞灰和炉渣废水的pH值通常在9～12范围内变动，且pH值随废液中钙离子浓度的变化而变化。为使飞灰和炉渣废水达到排放限制标准，需要降低除灰渣废水的pH值和水中的悬浮物以及某些成分的浓度，如钙、镁、氧化硅等。值得注意的是，除灰渣废水中含有的碱基活性组分，具有一定的脱碳潜能。此外，利用含碱灰渣浆与酸性气体CO2反应形成中性盐类，可有效降低除灰渣废水的pH值，使其达到排放限制标准。利用高浓度的含碱灰渣浆脱除燃烧后烟气中CO2，一方面可实现废弃物资源化利用，解决其直接排放带来的环境污染问题，另一方面可实现燃煤烟气污染物防治，具有较大的经济效益，有望为缓解温室效应开辟新途径。但是，利用含碱灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的研究鲜见相关专利报导。
含碱灰渣浆在燃煤烟气CO2脱除领域具有潜在应用，但如何选择合适的反应器形式提高其脱碳性能至关重要。传统的气液固三相反应器主要包括机械搅拌釜式反应器、鼓泡塔和填料塔。机械搅拌釜式反应器具有能耗高、不易密封和易产生环境污染等缺陷；一般的鼓泡塔虽然结构简单，且相间接触好，但塔内压降大，流速受限；普通的调料塔也存在成本高和效率低等缺陷。由此可见，上述装置虽可实现灰渣浆对燃煤烟气中CO2的捕集，但其脱碳效率较低，同时暴露出诸多其他缺陷，系统有待进一步优化。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的是提供一种利用电厂废弃物灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置和方法，该装置与废水处理系统相结合，充分利用碱性灰渣浆液脱除烟气中酸性CO2气体生成中性盐类，可有效调节废灰渣浆液的pH值，使其达到排放限制标准。
技术方案：一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，包括反应釜、沉淀池和澄清池，其中，
所述反应釜上方输入端送入灰渣浆，下方输入端送入电厂脱硫后的烟气，上方输出端通向大气，下方输出端连接沉淀池；
所述沉淀池的输出端连接澄清池。
进一步地，所述反应釜内设有气体分布器；所述气体分布器呈圆形板状，在板面设有贯穿板体的小孔，小孔直径为30-50mm；板面上方还设有支管，在支管上设有两个小支管，两个小支管呈90°对装，在支管上构成倒V形风帽结构。
进一步地，所述支管设于贯穿板体的小孔上。
进一步地，所述反应釜内设有至少一个液体分布器；所述液体分布器由主管和支管组成，主管与灰渣浆进料口相连，主管和支管相互连通，在主管和支管表面均设有贯穿管体的小孔。
进一步地，在所述沉淀池内还设有pH计。
一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的方法，包括以下步骤：
将灰渣浆送入反应釜中与反应釜底端输入的脱硫后的烟气反应，脱除烟气中CO2；
将反应后的灰渣浆输送至沉淀池进行沉降处理；
将沉降处理后的上清液引流至澄清池进行澄清。
进一步地，所述灰渣浆输送至沉淀池检测pH后，返回至反应釜。
有益效果：1.本发明方法中利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2，可以废治废，变废为宝，最大限度的利用了电厂除尘除灰后的碱性灰渣浆液，可实现废弃物资源化利用，同时有利于降低系统脱碳成本。此外，系统脱碳效率高、能耗低、对设备腐蚀小，是高效且节能环保的优化方案。
2.该方案充分利用碱性灰渣浆液脱除电厂烟气中酸性CO2气体，湿法碳酸化反应能有效降低废弃灰渣浆液的pH值，使其达到排放限制标准。沉淀后得到上清液经澄清处理可回收利用水资源。所述方案在实现废弃物资源化利用的同时可有效解决废弃碱性浆液直接排放引发的环境污染问题。
3.本发明提供的方法通过优化组合系统各设备，使整套系统的配置合理，投资少，运营成本低，实现了电厂的清洁生产，可解决我国电力系统的可持续发展问题。
附图说明
图1为实施例1的装置结构示意图；
图2是气体分布器结构主视图；
图3是气体分布器结构侧视图；
图4是液体分布器结构示意图；
其中：装置设备包括：1为反应釜、2为气体分布器、3为液体分布器、4为pH计、5为沉淀池、6为澄清池、2-1为小孔、2-2为支管、2-3为小支管、3-1为主管、3-2为支管；物料循环包括：A.来自电厂脱硫后的烟气、B.灰渣浆、C.脱碳后烟气、D.脱碳后灰渣浆、E.未达到排放限制标准的灰渣浆、F.沉淀后上层清液、G.澄清后可回收的水。
具体实施方式
下面结合具体实施例，详细阐述本发明内容。值得一提的是，以下所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围之内，根据本发明的技术方案，以及发明构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，包括：反应釜1、沉淀池5和澄清池6；所述反应釜1上方输入端送入灰渣浆，下端输入端送入来自电厂脱硫后的烟气，上方输出端排出脱碳后的烟气，下端输出端连接沉淀池5；所述沉淀池5的输出端连接澄清池6；所述澄清池6的输出端连接大气。
更具体地，在所述反应釜1内设1个气体分布器2。所述气体分布器2呈圆形板状结构，如图2所示，板面上设有贯穿板体的小孔2-1，小孔直径为30-50mm；如图3所示，板面上方设置有支管2-2，在每个支管2-2上安装有风帽，即在支管上安装两个小支管2-3，两个小支管2-3呈90°对装，使风帽呈倒V形。烟气由底部吹入，通过支管从斜下方吹出，这样既可以保证气流向上输运，又可以避免管道堵塞，增大气体分布面积，提高反应效率。板面上方设置的支管可以直接设置在贯穿板体的小孔上，这样使得从小孔吹出的烟气直接沿支管进入风帽，然后从两侧吹出；同时支管也可以不对应小孔设置，小孔吹出的烟气同样可以受到风帽的影响改变气流方向，发挥增大气体分布面积，提高反应效率同时防止管道阻塞的作用。
如图1所示，在所述反应釜1内设2个液体分布器3。如图4所示，所述液体分布器由主管(3-1)和支管(3-2)组成，主管与反应釜侧面的进料口连接，并且主管与支管相互连通，主管和支管上等距或不等距地开孔。灰渣浆液由进料口进入液体分布器主管，从支管处分布下来，经过第二个液体分布器，使液体进行再分布，增大液体的分布面积与液体的停留时间，使其与烟气充分接触反应，提高反应效率。
在所述沉淀池5内设有pH计4，以监测反应后的灰渣浆液pH值。
如图1所示，利用上述装置脱除电厂烟气中CO2的方法，其工艺流程为：将电厂中的灰渣浆B从顶部输送到反应釜1中，由反应釜底部通入来自电厂脱硫后的烟气A；所述脱硫后烟气通过气体分布器2向上流动，灰渣浆液通过液体分布器3从支管中分散下来，碱性灰渣液与酸性CO2气体在反应釜内充分混合反应，实现烟气CO2有效脱除；反应后的灰渣浆液D输送至沉淀池5，所述沉淀池5内装有pH计4监测反应后的灰渣浆液pH值，以判断其是否达到排放限制标准；如若未达到排放限制标准，未达标的灰渣浆E返回至反应釜1进行脱碳反应，直至其达到排放限制标准为止；达标的灰渣浆在沉淀池5内沉淀后，将上清液F输送至所述澄清池6；上清液在澄清池6再次沉淀处理后得到的澄清液G，可直接回收再利用。
Claims (7)
1.一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，其特征在于：包括反应釜（1）、沉淀池（5）和澄清池（6），其中，
所述反应釜（1）上方输入端送入灰渣浆，下方输入端送入电厂脱硫后的烟气，上方输出端通向大气，下方输出端连接沉淀池（5）；
所述沉淀池（5）的输出端连接澄清池（6）。
2. 根据权利要求1所述的利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，其特征在于：所述反应釜（1）内设有气体分布器（2）；所述气体分布器呈圆形板状，在板面设有贯穿板体的小孔（2-1），小孔直径为30-50 mm；板面上方还设有支管（2-2），在支管（2-2）上设有两个小支管（2-3），两个小支管呈90°对装，在支管（2-2）上构成倒V形风帽结构。
3.根据权利要求2所述的利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，其特征在于：所述支管（2-2）设于贯穿板体的小孔上（2-1）。
4.根据权利要求1所述的利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，其特征在于：在所述反应釜（1）内设有至少一个液体分布器（3）；所述液体分布器（3）由主管（3-1）和支管（3-2）组成，主管（3-1）与灰渣浆进料口相连，主管（3-1）和支管（3-2）相互连通，在主管（3-1）和支管（3-2）表面均设有贯穿管体的小孔。
5.根据权利要求1所述的利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置，其特征在于：在所述沉淀池（5）内还设有pH计（4）。
6.一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将灰渣浆送入反应釜中与反应釜底端输入的脱硫后的烟气反应，脱除烟气中CO2；
将反应后的灰渣浆输送至沉淀池进行沉降处理；
将沉降处理后的上清液引流至澄清池进行澄清。
7.根据权利要求6所述的利用电厂废弃物灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的方法，其特征在于：反应后的灰渣浆输送至沉淀池检测pH后，不符合排放标准，返回至反应釜。
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