CN108187910B - 烟气除尘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大型发电厂大气污染防治领域，公开了一种烟气除尘的方法。所述方法包括：在将烟气送入电除尘器入口烟道之前，沿电除尘器入口烟道内烟气流动方向，向烟气中依次添加三氧化硫调质剂和氨气调质剂，使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理，其中，所述烟气的粉尘浓度为46‑54g/Nm3，所述三氧化硫调质剂的添加量为14‑28ppm，所述氨气调质剂的添加量为3‑8ppm。该方法具有除尘效率高，且不影响粉煤灰质量、不影响后续烟气脱硫效率以及生产脱硫石膏的质量的优点，同时能够明显缓解燃煤锅炉尾部的沾污严重的情况。
Description
技术领域
本发明涉及大型发电厂大气污染防治领域，具体涉及一种烟气除尘的方法。
背景技术
准电公司设计使用准格尔末煤和洗中煤，该煤种燃烧后产生的粉尘对电除尘器来说是极其难以捕捉的煤种——低硫(0.43％)、低氢(3.42％)、高灰(31.7％)以及煤灰中的超高铝(51.72％的Al2O3)、低铁(1.38％的Fe2O3)、低钠(0.02％的Na2O)、低钾(0.43％的K2O)，多种不利因素同时并举，导致烟尘比重轻、粒度细、比电阻高，属于特殊困难的烟尘条件。
准电公司4×330MW机组配置由兰州电力修造厂生产的静电除尘器。一号炉为RWD/KFH432-3×3.0+2×3.5型双室五电场静电式电除尘器，于2002年4月投运，设计除尘效率99.6％。由于准格尔煤燃烧后的粉尘Al2O3+SiO2含量高达90％，粉尘碱性金属含量及烟气含硫低，粉尘具有比重轻、粒度细、比电阻高的特性，导致电除尘实际除尘效率只能达到99.52％，未到达设计值。除尘器出口粉尘排放浓度为116mg/Nm3，烟囱入口粉尘排放浓度为69.3mg/Nm3。
2011年7月29日，国家环保部发布了《火电厂污染物排放标准》(GB13223-2011)，要求烟囱入口烟尘排放≤30mg/Nm3。除尘系统进行技术更新改造以达到国家最新的污染物排放标准势在必行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的准格尔煤燃烧后的粉尘中Al2O3和SiO2含量高，粉尘碱性金属含量及烟气含硫低，粉尘具有比重轻、粒度细、比电阻高的特性，导致电除尘实际除尘效率较差，无法到达设计值。除尘器出口粉尘排放浓度为较高，烟囱入口粉尘排放浓度较高，未达到国家环保部门规定的标准，且现有的烟气除尘技术中，使用三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理过程中，调质剂的剂量难以控制，如果加入量不当不但会影响除尘效果，还会影响火力发电机组运行的经济性的缺陷，提供一种烟气除尘的方法，该方法具有除尘效率高，且不影响粉煤灰质量、不影响后续烟气脱硫效率以及生产脱硫石膏的质量的优点，同时能够明显缓解燃煤锅炉尾部的沾污严重的情况，从而延长燃烧煤的锅炉的停炉清灰周期。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种烟气除尘的方法，所述方法包括：在将烟气送入电除尘器入口烟道之前，沿电除尘器入口烟道内烟气流动方向，向烟气中依次添加三氧化硫调质剂和氨气调质剂，使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理，其中，所述烟气的粉尘浓度为46-54g/Nm3，所述氨气调质剂的添加量为14-28ppm，所述三氧化硫调质剂的添加量为3-8ppm。
本发明的发明人通过深入研究发现，准格尔末煤和洗中煤燃烧后产生的粉尘比重轻、粒度细、比电阻高，对电除尘器来说极其难以捕捉。在烟气进入电除尘器之前，向烟气流中喷入适量的三氧化硫调质剂，在烟气中形成H2SO3气体，当烟气温度低于204℃时H2SO3和H2O吸附在飞灰颗粒表面在灰尘表面形成一层薄薄的导电膜，以减小灰粒的比电阻，使灰尘的比电阻达到理想的范围，使其附着在粉尘表面，利用其电解质的特性，降低粉尘的比电阻，增强粉尘粒子的荷电能力，将大部分粉尘被电除尘器捕获，从而有效降低粉尘排放，提高除尘效率。随后，在加入三氧化硫调质剂之后再加入适量的氨气调质剂，使NH3与SO3反应生产具有粘性和电解质特性的NH4HSO4，在降低飞灰的比电阻的同时，提高粉尘表面电荷和黏附性，降低二次扬尘，促使PM2.5粉尘凝聚，变为易捕捉的大颗粒粉尘。在本发明中，发明人通过大量的研究后意外地发现，当三氧化硫调质剂的添加量为14-28ppm，氨气调质剂的添加量为3-8ppm时，不但能够在较少的调质剂的用量下，获得较优的调质效果，满足各种锅炉负荷的工况产生的烟气的浊度和粉尘浓度的除尘率，还不会影响粉煤灰质量以及后续烟气脱硫效率以及生产脱硫石膏的质量，同时还可以有效减小电除尘器极板和极线上粉尘的粘性，能够明显缓解燃煤锅炉尾部的沾污严重的情况，从而延长燃烧煤的锅炉的停炉清灰周期。
并且，本发明中先加入三氧化硫调质剂，然后根据粉尘排放效果，待三氧化硫调质剂调整基本达到极限后，再慢慢加入氨气调质剂，使除尘器的排放最终满足要求，这样可以保证氨气调质剂的用量最小，形成的NH4HSO4的量也是最小的，从而保证NH4HSO4全部被粉尘吸收，严防进入下游石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统中的烟气-烟气再热器(GGH)，有效防止GGH元件上灰粒沉积。
此外，本发明中可以直接利用选择性催化还原(SCR)脱硝系统中的尿素热解炉产生的氨气作为氨气调质剂，仅需对现有的锅炉进行简单改造，改造工期短，施工成本低，大大降低了设备和原料费用，经济性好。
采用本发明的技术方案可以摆脱对进口调质技术的依赖，不受国外技术的制约和限制，为最终实现调质系统的国产化提供帮助，为更多的电厂进行该技术的推广提供了借鉴和参考依据。从项目推广及应用前景来看，该技术成果特别适用于燃用高比电阻、低硫分的燃煤电厂。
具体实施方式
以下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。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种烟气除尘的方法，所述方法包括：在将烟气送入电除尘器入口烟道之前，沿电除尘器入口烟道内烟气流动方向，向烟气中依次添加三氧化硫调质剂和氨气调质剂，使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理，其中，所述烟气的粉尘浓度为46-54g/Nm3，所述三氧化硫调质剂的添加量为14-28ppm，所述氨气调质剂的添加量为3-8ppm。
根据本发明，所述三氧化硫调质剂的添加量和所述氨气调质剂的添加量指在待除尘的烟气中，所述三氧化硫调质剂的浓度为14-28ppm，所述氨气调质剂的浓度为3-8ppm。具体地，在一百万重量份的烟气中，所述三氧化硫调质剂的添加量为14-28重量份，所述氨气调质剂的添加量为3-8重量份。
根据本发明，烟气中粉尘中Al2O3及SiO2含量较高，比电阻较大，电除尘器难以捕获。所述三氧化硫调质剂在烟气中可以形成H2SO3气体，当烟气温度低于204℃时，H2SO3可以与烟气中的水分结合形成烟酸气溶胶吸附在粉尘颗粒表面在粉尘颗粒表面形成一层薄薄的导电膜，而导电膜附着在粉尘表面，利用其电解质的特性，可以有效降低粉尘的比电阻，使粉尘的比电阻达到理想的范围，增强粉尘粒子的荷电能力，将大部分粉尘被电除尘器捕获，从而有效降低粉尘排放，提高除尘效率。
在本发明中，所述三氧化硫调质剂的添加量优选为14-28ppm，例如，14ppm、15ppm、16ppm、17ppm、18ppm、19ppm、20ppm、21ppm、22ppm、23ppm、24ppm、25ppm、26ppm、27ppm、28ppm，以及任意两个相邻添加量之间的任意添加量。进一步优选地，所述三氧化硫调质剂的添加量为21-22ppm，最优选为22ppm。当所述三氧化硫调质剂的添加量过低，不足以充分在粉尘颗粒表面形成导电膜，当所述三氧化硫调质剂的添加量过高，则会造成烟气中硫含量过高，不但会影响后续烟气脱硫的效率以及形成的粉煤灰的质量，还可能对下游的电除尘器、脱硫系统、烟道和引风机造成酸性腐蚀。
根据本发明，氨气调质剂(NH3)可以与三氧化硫调质剂(SO3)反应生成铵盐(NH4HSO4)，增大粉尘中碳颗粒的凝聚性和黏附性，在进一步降低粉尘比电阻的同时，促使粉尘凝聚成更易于捕捉的大颗粒粉尘，减少二次扬尘。三氧化硫调质剂和氨气调质剂烟气混合双重调质系统中，三氧化硫调质剂用来降低粉尘比电阻，作为调质的主导，氨气调质剂用来提高表面电荷和粉尘黏附性，降低二次扬尘，则作为其辅助和补充部分使用。
在本发明中，为了最大限度地提高粉尘黏附性的同时，又不会造成燃煤锅炉尾部的严重沾污，既要使粉尘全部吸附NH4HSO4，又不能过量，所述氨气调质剂的添加量优选为3-8ppm，例如，3ppm、4ppm、5ppm、6ppm、7ppm、8ppm，以及任意两个相邻添加量之间的任意添加量。进一步优选地，所述氨气调质剂的添加量为7-8ppm，最优选为8ppm。当所述氨气调质剂的添加量过低，粉尘的凝聚的效果不明显，当所述氨气调质剂的添加量过高，则会使粉尘的粘性过大，附著在电除尘极板和极线上，造成加剧燃煤锅炉尾部的沾污情况。
根据本发明，所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理可以有效针对粉尘浓度较高的烟气进行调质处理，具体地，所述粉尘浓度可以为46-54g/Nm3。通常，粉尘难以捕获的煤种具有低硫、低氢、高灰以及煤灰中超高铝、低铁、低钠、低钾含量的特点，此类煤种燃烧产生的烟气中粉尘Al2O3和SiO2含量高达90％，粉尘碱性金属含量及烟气含硫低，采用本发明所述的方法使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理，可以使烟气中大部分粉尘的比电阻减小，并凝聚成大颗粒粉尘，易于被电除尘器捕获，从而有效改善烟气的浊度和粉尘浓度。
根据本发明，为了增大所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂与粉尘的接触面积，所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂优选以喷射的方式向烟气中添加。
根据本发明，所述烟气可以为燃煤锅炉产生的烟气，所述燃煤锅炉的负荷变化，对电除尘器出口的浊度和烟尘浓度产生较大影响。因而根据负荷的高低，以浊度和烟尘浓度作为监控指标，可以适时调整调质剂的喷射量，以实现调质系统运行的有效性、经济性。锅炉负荷较高时，可以增加调质剂的喷射量，待锅炉负荷下降后，根据浊度和烟尘浓度的降低情况，可以适当减少调质剂的喷射量，以掌握调质剂剂量发生变化时对烟气粉尘浓度的影响，从而调整系统的运行方式。在本发明提供的方法中，所述燃煤锅炉的负荷可以为165-330MW。随着锅炉负荷的升高，电除尘器出口的浊度和粉尘浓度也在增大。通常，调质剂的调质作用具有“延续性”，系统启动时需要较大的调质剂添加量，待系统运行稳定后，可适时、适当减小调质剂添加量，利用调质作用的“延续性”，使之在较少的调质剂剂量下仍能够达到较好的调质效果。根据本发明，当所述燃煤锅炉的负荷为330MW时，所述三氧化硫调质剂的添加量可以为28ppm，所述氨气调质剂的添加量可以为8ppm；当所述燃煤锅炉的负荷为165MW时，所述三氧化硫调质剂的添加量可以为14ppm，所述氨气调质剂的添加量可以为4ppm。
根据本发明，所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂的添加流量可以根据烟气的流量进行选择，在不同燃煤锅炉负荷状态下，所述烟气在电除尘器入口烟道内的流量可以为1×106-1.5×106Nm3/h，所述三氧化硫调质剂的添加流量可以为40-60kg/h，所述氨气调质剂的添加流量可以为4-6kg/h。
根据本发明，所述三氧化硫调质剂可以由硫磺依次进行燃烧和催化转化形成。具体地，所述三氧化硫调质剂可以由干硫磺熔化后，再输送至三氧化硫发生装置，与送入的氧气(O2)燃烧生成SO2气体，SO2再通过催化剂转化生成SO3，SO3直接注入静电除尘器前的烟气流中，形成硫酸蒸汽。具体反应式如下：
H2O+SO3→H2SO4
根据本发明，相对于1kg/h的三氧化硫调质剂添加流量，所述硫磺的用量流量可以为1.6-2kg/h。由于所述三氧化硫调质剂由干硫磺熔化后形成液态硫磺再依次进行燃烧和催化转化形成，这样可以使硫磺保持最佳的输送状态，并有利于硫磺在燃烧过程中增大硫磺与氧气的接触面积，保证三氧化硫具有较高的转化率，此时可以以最小的干硫磺的用量，提供充足的三氧化硫调质剂添加量在粉尘表面形成导电膜。
根据本发明，所述氨气调质剂的来源可以为选择性催化还原(SCR)脱硝系统中的尿素热解炉产生的氨气。这样仅需对现有的锅炉进行简单改造既可，且可以大大节约原料费用，又不会影响前段的烟气脱硝处理。具体地，所述氨气调质剂的添加方式可以为：从SCR脱硝系统中的尿素热解炉产生的NH3中抽取少量的NH3在SO3喷枪后部喷入，NH3与SO3反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4)，具体反应式如下：
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
通常，当烟气温度为120-138℃时，未经调质处理的烟气中粉尘的比电阻为1×1013-1×1015Ω·cm，比电阻值过高，电除尘器难以全部捕获。根据本发明，三氧化硫调质剂和氨气调质剂的浓度、烟气的湿度、烟气的温度、烟气中粉尘组分中Al2O3、Fe2O以及Na、K等碱金属元素的含量等都会影响烟气的比电阻，本发明的发明人通过将所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂的添加量合理设置在上述范围内，使得经本发明所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂进行双重调质处理之后的烟气中粉尘的比电阻在合适的烟气温度范围内(120-138℃)为5×109-6.5×1012Ω·cm，满足电除尘器的收集要求。
采用本发明提供的烟气除尘的方法，在两种调质剂的共同作用下，实现了对烟气的双重调质，降低飞灰比电阻，使粉尘凝聚成大颗粒，可以最大限度地被电除尘器捕获，使所述电除尘器出口的粉尘排放浓度低于30mg/Nm3，满足最新环保标准要求。
采用本发明提供的烟气除尘的方法，大大提高了除尘效率，具体地，调质后的除尘器的除尘效率高于99.85％。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，以某发电公司设计使用准格尔末煤和洗中煤，4×330MW机组，RWD/KFH432-3×3.0+2×3.5型双室五电场静电式电除尘器的双重烟气调质改造工程为例。电除尘单侧设计入口烟气量1.1548×106m3/h，电除尘器入口过剩空气系数1.4，电除尘器入口烟气温度127℃。
改造前电除尘出口实际粉尘排放浓度为116mg/Nm3，烟囱入口粉尘排放浓度为69.3mg/Nm3，电除尘实际除尘效率为99.52％。
电除尘器出口粉尘浓度测试采用标准的“称重”式测量方法进行。
实施例1-12和对比例1
采用本发明提供的方法对烟气进行除尘时，在将烟气送入电除尘器入口烟道之前，沿电除尘器入口烟道内烟气流动方向，向烟气中依次添加三氧化硫调质剂和氨气调质剂，使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理。在调控三氧化硫调质剂和氨气调质剂的添加量的过程中，先喷射三氧化硫，然后观察粉尘排放效果(电除尘器出口粉尘浓度)，待三氧化硫调整基本达到极限后，再慢慢喷射氨气，既保证除尘器的排放满足要求，又保证三氧化硫调质剂和氨气调质剂的使用量最小。其中，所述三氧化硫调质剂由干硫磺熔化后，再输送至三氧化硫发生装置，与送入的氧气(O2)燃烧生成SO2气体，SO2再通过催化剂转化生成SO3，SO3直接注入静电除尘器前的烟气流中，形成硫酸蒸汽；所述氨气调质剂从SCR脱硝系统中的尿素热解炉产生的NH3中抽取，随后将抽取的NH3催化转化后在SO3喷枪后部喷入，NH3与SO3反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4)。根据锅炉负荷的高低，以浊度和烟尘浓度作为监控指标，适时调整调质剂的喷射量，从而调整系统的运行方式，各实施例和对比例中三氧化硫调质剂和氨气调质剂的添加量与锅炉负荷的关系及除尘效果如表1所示。分别对实施例8和对比例1中电除尘器收集捕获的粉尘组成进行分析，分析结果如表2所示。
待烟气经除尘处理后，将烟气继续送入后续的脱硫系统进行脱硫处理，检测三氧化硫调质剂的添加量对机组负荷变化和脱硫效率的影响，检测结果如表3所示。分别对实施例8和对比例1的后续脱硫处理系统产生的脱硫石膏的质量进行分析，分析结果如表4所示。
表2
表3
表4
通过表1-4的结果可以看出，由本发明提供的烟气除尘的方法具有除尘效率高，加入的三氧化硫调质剂和氨气调质剂可以全部反应掉，既不会逃逸至后续的脱硫系统、影响后续烟气脱硫效率以及生产脱硫石膏的质量、腐蚀下游的电除尘器、脱硫系统烟道和引风机，也不会使粉尘粘度过高，附着在电除尘器的基板和极线上，导致机会严重堵塞。且电除尘器收集的粉煤灰质量符合建筑材料业使用标准，烟气出口处粉尘的浓度低于30mg/Nm3，符合国家最新的污染物排放标准。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟气除尘的方法，其特征在于，所述方法包括：在将烟气送入电除尘器入口烟道之前，沿电除尘器入口烟道内烟气流动方向，向烟气中依次添加三氧化硫调质剂和氨气调质剂，使烟气先后经过三氧化硫调质剂和氨气调质剂双重调质处理，其中，所述烟气的粉尘浓度为46-54g/Nm3，所述三氧化硫调质剂的添加量为14-28ppm，所述氨气调质剂的添加量为3-8ppm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂的添加方式为喷射添加方式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烟气为燃煤锅炉产生的烟气，所述燃煤锅炉的负荷为165-330MW。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烟气在电除尘器入口烟道内的流量为6×105-1.5×106Nm3/h，所述三氧化硫调质剂的添加流量为40-60kg/h，所述氨气调质剂的添加流量为4-6kg/h。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三氧化硫调质剂由硫磺依次进行燃烧和催化转化形成。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1kg/h的三氧化硫调质剂添加流量，所述硫磺的用量流量为1.6-2kg/h。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氨气调质剂的来源为选择性催化还原脱硝系统中的尿素热解炉产生的氨气。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，经所述三氧化硫调质剂和氨气调质剂进行双重调质处理之后的烟气中粉尘的比电阻为5×109-6.5×1012Ω·cm。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述电除尘器出口的粉尘排放浓度低于30mg/Nm3。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述方法的除尘效率高于99.85％。
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