CN1087644C - 燃烧废气干脱硫的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于燃烧废气干脱硫的方法,其中在燃烧室产生的、并由烟灰及气态有害物质污染的燃烧废气被除尘,除尘后的燃烧废气由水冷却到50℃至90℃的温度,同由CaO和/或Ca(OH)2组成的吸附剂混合,导向由一个流化床反应器、一个分离器和一个回导管道组成的循环流化床,在分离器中产生的固体微粒一部分导向流化床反应器,一部分导向燃烧室区域,其中温度为850℃至1050℃,在本方法中考虑了,含有烟灰、气态有害物质和导回的固体微粒的废气在一电滤器中在100℃至180℃、或在一惯性力分离器中在100℃至700℃仅除尘到固体含量为5g/Nm3至40g/Nm3,含有气态有害物质的吸附剂同烟灰一起通过电滤器或惯性力分离器的卸料排出处理过程。

Description

燃烧废气干脱硫的方法

本发明涉及一用于燃烧废气干脱硫的方法,其中在燃烧室产生的、并由烟灰及气态有害物质污染的燃烧废气被除尘,除尘后的燃烧废气由水冷却到50℃至90℃的温度,同由CaO和/或Ca(OH)2组成的吸附剂混合,导向由一个流化床反应器、一个分离器和一个回导管道组成的循环流化床,在分离器中产生的固体微粒一部分导向流化床反应器、一部分导向燃烧室区域,其中温度为850℃到1050℃。这一方法用于固体或液体燃料、特别是煤和油燃烧时以及垃圾和沉积物燃烧时产生的废气的脱硫。

从DE-PS4104180已知一用于通过加入石灰质的吸附剂对锅炉设备废气进行干脱硫的方法,在该法中粗磨碎的平均颗粒尺寸为200μm的石灰石(CaCO3)送进锅炉设备的一个区域中,废气温度为800℃到900℃,废气在热工利用之后在第一个静电除尘器中分级地除尘,粗大颗粒形成的部分磨碎成颗粒尺寸为5μm至10μm的中等颗粒,中等颗粒和细颗粒形成的部分从系统中导出,其中磨到5μm至10μm的部分同水和废气一起导向一个由流化床反应器、分离器和回导管道组成的循环流化床,在这里废气最终在第二个静电除尘器中除尘,并排入环境,产生的含CaSO3和CaSO4的残渣一部分导回流化床反应器中,一部分导回锅炉设备。在这一已知方法中,除尘在第一个连接在锅炉后的静电除尘器中在90℃至160℃进行。在循环流化床中的温度,通过对加水的相应测量,控制为50℃至90℃。

此外还知道,在干脱硫方法中,吸附剂同SO2的反应仅在吸附剂超过化学计算量时才会满意地进行。当用CaO或Ca(OH)2作为干脱硫吸附剂,并且吸附剂是细颗粒的,因此而是活性的时,可达到较小的吸附剂过剩量。然而,特别是在循环流化床中,一部分CaO或Ca(OH)2通过形成碳酸钙而损失。这一副反应对脱硫反应的化学计算有不利影响,以致于吸附剂CaO和(或)Ca(OH)2在干脱硫中还必须添加相当大的过剩量。SO2∶Ca比值(相对于分离出的SO2)实际上超过1∶1.3。还加上在干脱硫方法中通过以下反应出现的干扰,即由废气中含的HCl同吸附剂反应而形成吸湿的CaCl2,它在废气净化设备中对形成不利的烧结和粘着负责。

由此,本发明的任务是,提出一种用于干脱硫的方法,它在SO2∶Ca比值(相对于分离出的SO2)小于1∶1.2也可靠地工作,并且使吸附剂更容易进入脱硫反应,以及避免在废气净化设备中-特别是在循环流化床中-不利的烧结和粘着。形成的固体过程产物应含尽量少的CaSO3和CaCO3及足够多的CaO组分和无水CaSO4。

本发明的任务将通过一个在开头提到的那种方法解决,在该方法中含有烟灰、气态有害物质和导回的固体微粒的废气,在一个电滤器中在100℃至180℃仅除尘到固体含量为5g/Nm3至40g/Nm3,并且含有气态有害物质的吸附剂同烟灰一起通过电滤器的卸料,从处理过程中排出。

通过电滤器以一较小除尘效率运行,使主要含CaO或Ca(OH)2的较大的固体份额到达循环流化床。这部分吸附剂重新又导向脱硫反应,而在电滤器中仅很小的固体份额分离出来,并作为固体过程产物从处理过程中排出。该固体份额大部分由无水CaSO4和烟灰及CaO组成。用本发明的方法将达到SO2∶Ca比值(相对于分离出的SO2)≤1∶1.2,其中在净气中SO2含量仅尚有<50mg/Nm3。电滤器对电能需求较小。从电滤器中排出的产物在加水的情况下可很好地硬化,并可作为建筑材料。

按本发明还考虑了用惯性力分离器代替电滤器,其中含有烟灰、气态有害物质和导回的固体微粒的废气在100℃至700℃仅除尘到固体含量为5g/Nm3至40g/Nm3,并使含有气态有害物质的吸附剂同烟灰一起通过惯性力分离器的卸料从处理过程中排出。惯性力分离器主要可做成旋风分离器或挡板分离器。惯性力分离器可布置在燃烧室之外,或者在燃烧室的温度为100℃至700℃的部分中。

通过惯性力分离器以较小的除尘效率运行,主要含CaO或Ca(OH)2的较大的固体份额到达循环流化床,这部分吸附剂重新又导向脱硫反应,而在惯性力分离器中仅很小的固体份额分离出来,并作为固体过程产物从处理过程中排出。这一固体份额大部分由无水CaSO4和烟灰及CaO组成,在使用惯性力分离器时也能达到SO2∶Ca比值(相对于分离出的SO2)≤1∶1.2,其中在净气中SO2含量仅尚有<50mg/Nm3。从惯性力分离器排出的产物在加水的情况下,可很好地硬化,并可用作建筑材料。

无论电滤器,还是惯性力分离器,都有利于不含CaSO3、并因此而不需附加氧化的固体过程产物的卸料,因为在过程产物中存在作为无水CaSO4的结合的硫。

当吸附剂平均微粒直径d50为2μm至20μm时特别好,由此可达到未用过的吸附剂在电滤器和惯性力分离器中不分离出、而是重新导回循环流化床。

按本发明还考虑了吸附剂在炉篦条下、由分离器导回的固体微粒在炉篦之上或之下、水在炉篦之上送进流化床。通过这一方法将可靠地避免烧结的形成,并使固体微粒的流动性能在整个范围内保持。

吸附剂CaO和(或)Ca(OH)2全部或部分用CaCO3代替是有益的,后者送进燃烧室的温度为850℃至1050℃的区域中。由此可特别降低废气干脱硫的费用,因为在这个温度由CaCO3形成CaO2。通过加入CaCO3,流化床反应器可在很接近于露点之上运行,因为在用CaCO3时,SO2∶Ca比值(相对于分离出的SO2)可最大提高到1∶1.5,因为CaCO3的价钱远低于CaO或Ca(OH)2,且通过Ca过剩量能促进有害物质的吸附。

当50%至80%的吸附剂由CaCO3代替时,按本发明的方法从技术观点上和经济观点上都可合理地运行。

按本发明还考虑了用多间格电滤器作为循环流化床的分离器,由电滤器的最后一个间格中分离出的固体从处理过程中排出。通过这一措施将使未燃烧的碳颗粒从脱了硫的废气中除去,它们在第一个电滤器中未被分离出,并从那里到达循环流化床。

按本发明选择性地考虑了用袋式过滤器作为循环流化床的分离器,其中滤渣含2%至5%(重量百分比)的CaO和(或)Ca(OH)2。通过这一选择性的方法将达到滤渣有好的净化性能,因为通过按本发明的CaO和(或)Ca(OH)2在滤渣中的含量,滤渣的尘粒以有利方式烧结,以致于在袋式过滤器的各净化循环之间有较长的时间间隔。

当流化床反应器在高于露点5℃至20℃的温度工作、并且流化床反应器中气体速度控制在3m/s至10m/s、平均固体停留时间控制在20min至180min、以及平均固体含量控制在1kg/m3至10kg/m3时,用按本发明的方法能可靠地保持高脱硫效率。在这些过程条件下,即便废气中SO2含量高,也能可靠地保持净气中SO2量<50mg/Nm3。此外,能可靠地避免烧结和粘着。

最后,按本发明考虑了使90%至95%的在分离器中产生的固体微粒导回流化床反应器,而剩余的固体微粒到达燃烧室。通过这一措施将达到从由吸附剂和SO2反应产生的CaSO3、通过在燃烧室氧化形成CaSO4。此外从CaCO3中重新产生CaO,它可用于脱硫反应。

下面借助于附图和一实施例进一步说明本发明的对象。附图表示了按本发明的方法的流程图。

细颗粒煤从储料斗(1)中通过管道(2)送入燃烧室(3)中,并在那里借助空气燃烧。空气是通过管道(4)送入燃烧室的。燃烧室(3)设计成锅炉,其中用于获取热量所需要的换热器在附图中未示出。在煤的燃烧中产生的渣通过管道(5)卸出燃烧室(3)。燃烧温度为1200℃到1300℃,这样渣至少是部分地成熔融状形成。因为在设计成锅炉的燃烧室(3)的上部也布置了换热面,那里有低于燃烧温度的温度。当进入上锅炉室(22)时,废气温度为850℃到1050℃。

煤燃烧时产生的废气含CO2、H2O、N2和O2等主要组分。因为煤燃烧是带过剩空气进行的,在废气中仅含微量CO。废气特别为气态化合物SO2、HCl和NOx所污染。SO2和HCl由煤中所含的硫化物和氯化物在燃烧时形成。作为NOx表示的氮的氧化物在煤中所含的氮化物燃烧时形成,部分地由空气中所含的氮氧化形成。燃烧废气每Nm3约含700mg SO2、80mg HCl和150mg NOx,后者以NO2计算,在废气中还含约20mg SO3。在燃烧时,在燃烧废气中,一部分渣以烟灰状悬浮着,这样在上锅炉室(22)中,废气含有灰尘状烟灰约10g/Nm3。烟灰也含细颗粒的未燃烧的碳。

在设计成电滤器的分离器(7)的前几个间格中产生的固体的5%到10%,通过管道(6)送进上锅炉室(22)。分离器(7)接在流化床反应器(8)之后。导入管道(6)中的固体由烟灰及CaSO3、CaCO3、少量CaCl2、以及未用的CaO和Ca(OH)2组成,其中在上锅炉室(22)中CaSO3几乎定量地氧化成CaSO4、CaCO3分解成CO2和CaO,CaCl2部分地分解,Ca(OH)2转变成CaO。此外,通过管道(9)从贮料箱(10)往管道(6)中送进颗粒大小约为10μm的CaCO3。这部分CaCO3也在上锅炉室(22)中分解,形成CaO。通过导入管道(6)中的固体,在上锅炉室(22)中流动的燃烧废气的固体总含量增加到约为40g/Nm3。从由气态有害物质污染的、并含有烟灰和导回的固体微粒的燃烧废气中,往换热面收回热量,同时燃烧废气冷却到100℃到180℃。换热面位于上锅炉室(22),附图中未示出。冷却了的燃烧废气以此温度通过管道(11)到达电滤器(12)。

在电滤器(12)中仅分离出一部分灰尘状的烟灰和固体微粒,这样从电滤器(12)通过管道(14)流过一仍约有36g/Nm3固体含量的废气流,这相应于除尘效率为10%。在从电滤器(12)中与气体流一起排出的固体中富集了CaO,而在电滤器(12)中分离出的固体微粒大部分由无水CaSO4和灰尘状烟灰组成。这一过程产物将通过管道(13)导出,并由于其高的CaSO4份额可作为建筑添加剂使用。因此,电滤器(12)的目的在于使含有气态有害物质的吸附剂和一部分灰尘状的烟灰从材料循环过程中分离,而将未用过的吸附剂和在上锅炉室(22)中形成的吸际剂导入材料循环过程。这通过电滤器(12)以一较小的非典型的除尘效率运行来达到。

如果由惯性力分离器代替电滤器(12),则它承担过程产物的排出。惯性力分离器优选地设计成旋风分离器或反射式分离器,并且可以布置在上锅炉室(22)中,或布置在上锅炉室(22)之后,这仅仅取决于使惯性力分离器在100℃到700℃温度区间工作,惯性力分离器也以小的分离效率运行。

在管道(14)中含固体的废气流将在炉篦(23)之下送进流化床反应器(8)中。将从贮存容器(15)通过管道(16)往这一废气流中以1.3g/Nm3的量添加平均微粒尺寸为3μm到4μm的Ca(OH)2。在炉篦(23)之上将通过管道(19)把90%至95%的固体微粒送进流化床反应器(8),它们在分离器(7)的前几个间格中被分离。通过接入喷嘴的管道(18)向流化床反应器(8)喷水,由此把流化床反应器(8)中温度控制在65℃至70℃。这一温度在燃烧废气的露点之上约15℃至20℃。在流化床反应器(8)中气体速度约为3m/s至5m/s,固体微粒的平均停留时间约为60min。在流化床反应器(8)中固体物质量平均约为6kg/m3,气态有害物质SO2和HCl在流化床反应器(8)中很大程度地被细粒的活性的吸附剂结合。通过按本发明往流化床反应器(8)中输送固体微粒和水将避免烧结,固体烧结不到出现运行障碍的程度。

带有固体的废气流通过管道(19)流出流化床反应器(8),并到达做成多间格的电滤器的分离器(7)。这个电滤器将以高的除尘效率运行,这样通过净气管道(20)从分离器(7)流出的净气仅有<30mg/Nm3的灰尘量。净气含有<50mg/Nm3的SO2量和<5mg/Nm3的HCl量。这样就可在分离NOx之后不用其它净化措施排入大气。在分离器(7)的前几个间格中分离出的固体将通过回导管道(17)的管道(17a)和(17b)输送。92%至95%的在回导管道(17)中输送的固体重新到达流化床反应器(8),而剩余的固体通过管道(6)送入上锅炉室(22),在分离器(7)的最后间格中分离出的固体微粒将通过管道(21)排出。如果这些固体含有高的碳含量时,它们可引入燃烧室(3),否则它们将堆放成堆或同过程产物混合,后者通过管道(13)从电滤器(12)中提取。

Claims (5)

1.用于燃烧废气干脱硫的方法,燃烧废气产生于一个燃烧室(3),其中,含有烟灰、水蒸气、导回的固体微粒、硫氧化物和其他气态污染物的燃烧废气被通入一个第一分离器(12)中,废气以部分除尘、固体含量为5至40g/Nm3的形态从第一分离器排出,该第一分离器为在100-180℃温度下工作的电滤器或在100-700℃温度下工作的惯性力分离器,经部分除尘的废气与由CaO和/或Ca(OH)2和/或CaCO3组成的吸附剂混合,并导向一个流化床反应器(8),该流化床反应器(8)形成一个循环流化床系统的一部分,所述循环流化床系统具有一个连接于上述流化床反应器的上部区域的第二分离器(7)和一条从第二分离器至流化床反应器的固体微粒回导管道(17),将水供至上述流化床反应器并在其中将燃烧废气的温度冷却至50-90℃,废气和固体微粒被一起送至第二分离器(7),被净化的废气和业已从废气中分离的固体微粒从第二分离器抽出,一部分固体微粒通过回导管道(17)返入流化床反应器(8),而另一部分分离的固体微粒从第二分离器(7)导入燃烧室(3)的区域,其中温度为850至1050℃,并且,含有气态污染物的吸附剂同烟灰一起通过第一分离器的卸料从处理过程中排出。
2.按照权利要求1的方法,其特征为:使用一个多间格电滤器作为上述第二分离器(7),并且,在电滤器的最后一间格中分离出的固体微粒从处理过程中排出。
3.按照权利要求1的方法,其特征为:使用一个袋式过滤器作为上述第二分离器(7),并且,将滤渣从中排出,该滤渣含CaO和/或Ca(OH)2的量按重量百分比为2-5%。
4.按照权利要求1的方法,其特征为:上述流化床反应器在露点之上5-20℃工作,在流化床反应器中气体速度控制为3-10m/s,平均固体停留时间控制为20-180min,平均固体的含量控制为1-10kg/m3。
5.按照权利要求1的方法,其特征为:90%至95%的在上述第二分离器(7)中产生的固体微粒被导回流化床反应器(8),而剩余的固体微粒进入燃烧室(3)。
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