CN109647158B - 一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统及其处理方法，所述系统包括循环流化床锅炉和脱硫塔，所述循环流化床锅炉炉膛密相区的炉体由下至上设有脱硫剂入口和二次风口，在脱硫剂入口和二次风口之间设有烟气引出口，在二次风口与烟气出口之间设有烟气引入口，通过管路将烟气引出口与烟气引入口相连，所述循环流化床锅炉的烟气出口与脱硫塔相连。本发明所述系统通过将烟气引出炉体，使脱硫脱硝反应能够在相对稳定适当的区域进行，以烟气中还原性组分为脱硝剂有效降低NOx的排放浓度；之后进一步脱硫处理，降低烟气中SO2的含量，使之不受烟气中SO2含量波动的影响，实现烟气的高效脱硫脱硝。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，涉及一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统及其处理方法。
背景技术
SO2和NOx作为燃煤电厂的循环流化床(CFB)锅炉排放的烟气中最主要的污染物，其排放受到严格限制，因此CFB锅炉通常都设置有脱硫脱硫系统，以对锅炉燃煤产生的废气进行净化，从而降低环境污染。
CFB锅炉通常采用向锅炉内添加石灰石等脱硫剂的烟气脱硫方式进行脱硫，是一项公认的清洁燃烧技术，因具有脱硫效率高、成本低、操作简单、无水污染等特点而得到广泛的应用。但炉内喷钙脱硫技术在实际应用中也存在一些缺陷，如实际运行床温偏离设计值，高出脱硫最佳温度范围850℃～900℃；循环流化床底部的密相区处于氧化/还原气氛的不断更迭状态中，但大部分时间内处于还原性气氛，而在还原气氛下CaSO4易分解等。
目前，我国的中小型CFB锅炉烟气多采用选择性非催化还原(SNCR)法和半干法脱硝。SNCR法脱硝效率一般范围为30％～60％，而对于小型CFB锅炉脱硝效率可以达到70％以上。CN 105944546 A公开了一种循环流化床锅炉炉内脱硝系统即炉内脱硝工艺，在炉膛温度为850℃～1050℃的区域内，利用尿素作为还原剂，在无催化剂的情况下有选择性地与炉内烟气中的氮氧化物NOx发生化学反应，生成无害的氮气和水，从而脱除烟气中NOx。但该SNCR法会存在还原剂逃逸的问题且易在尾部受热面发生结垢，严重时直接影响锅炉运行；同时所需设备较多，操作较为复杂。另外，半干法脱硝法系统复杂，且反应剂价格偏高，并受市场影响较大，易发生波动，脱硝成本不易控制。
综上所述，CFB锅炉烟气的脱硫脱硝仍需不断寻求系统简单、成本低廉，且脱硫脱硝效率较高的方法，提高其经济性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统及其处理方法。本发明所述系统通过将锅炉烟气引出炉体外，为利用烟气中的还原组分作为脱硝剂还原NOx以及脱硫过程提供稳定环境，后期进一步脱硫消除烟气中SO2含量的波动对脱硫效果的影响，脱硫脱硝效率高；同时本发明系统简单，操作灵活，未额外添加脱硝剂，成本低廉。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统，所述系统包括循环流化床锅炉和脱硫塔，所述循环流化床锅炉炉膛密相区的炉体由下至上设有脱硫剂入口和二次风口，在脱硫剂入口和二次风口之间的炉体上设有烟气引出口，在循环流化床锅炉的二次风口与烟气出口之间的炉体上设有烟气引入口，通过管路将烟气引出口与烟气引入口相连，所述循环流化床锅炉的烟气出口与脱硫塔相连。
本发明中，通过将循环流化床锅炉的烟气引出炉体，使脱硫脱硝反应能够在相对稳定适当的区域进行，有利于烟气的脱硫脱硝；由于烟气自身的高温和富含CO、H2和C等还原性组分的特性，作为脱硝剂与NOx发生反应，降低NOx的排放浓度，同时消耗多余O2，减少烟气中O2的含量，后通过进一步脱硫消除烟气中SO2含量的波动对脱硫效果的影响。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述循环流化床锅炉的底部设一次风口，下部设燃料入口。
优选地，所述燃料入口的高度不高于脱硫剂入口的高度。
作为本发明优选的技术方案，所述烟气引出口与烟气引入口之间的管路上设气体输送设备。
优选地，所述气体输送设备包括风机。
本发明中，由于烟气温度较高(850℃～900℃)，故所用风机为高温风机，通过在管路上设置风机，可以利用风机压头提供强扰动气流，从而加强各反应成分间的混合，提高脱硝效率。
作为本发明优选的技术方案，所述脱硫塔为静置式脱硫塔，内部装填脱硫剂。
优选地，所述脱硫塔的数量至少为1个，例如1个、2个、3个或4个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，脱硫塔的数量由烟气的处理量以及脱硫塔的处理能力综合决定。
优选地，所述脱硫塔的数量大于1个时，所述脱硫塔并联设置或串联设置。
本发明中，所述脱硫塔可以串联设置，也可并联设置；当烟气中NOx和SO2含量波动时，将脱硫塔串联设置，当烟气中NOx和SO2的含量等指标稳定时，将脱硫塔并联备用。
作为本发明优选的技术方案，所述系统还包括分离器，所述循环流化床锅炉的烟气出口与分离器的烟气入口相连，所述分离器的气体出口与脱硫塔的入口相连。
本发明中，在循环流化床锅炉和脱硫塔之间设置分离器，是为了降低烟气的含尘量，减少了灰分对脱硫塔脱硫效果的影响，延长了脱硫塔内脱硫剂的失效时间，从而提高了脱硫剂的利用率；同时也使得最终排出的气体中粉尘量大大减少，降低对环境和人体带来的危害。
作为本发明优选的技术方案，所述分离器包括惯性分离器。
本发明中所用的惯性分离器是利用夹带于气流中的颗粒或液滴的惯性而实现分离的，在气体流动的路径上设置障碍物，气流绕过障碍物时发生突然的转折，颗粒或液滴便撞击在障碍物上被从气体中分离出来。
另一方面，本发明提供了一种采用上述系统处理烟气的方法，所述方法为：循环流化床锅炉中的燃煤燃烧由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，将主燃区燃烧产生的高温烟气部分通过管路引出炉体，再通入燃尽区，发生脱硫脱硝反应，反应后的烟气进一步脱硫处理后，得到达标排放的气体。
作为本发明优选的技术方案，所述高温烟气的温度为850℃～900℃，例如850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述引出炉体的烟气所占比例为20％～30％，例如20％、22％、24％、25％、26％、28％或30％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温烟气包括CO、H2和C颗粒。
本发明中，主燃区燃烧产生的烟气包含大量的还原性组分，而之后的再燃区主要为氧化性气氛，不利于NOx的还原，故将主燃区的烟气引出炉体，在管道中进行脱硝反应，其反应机理为：
CO+NO＝CO2+1/2N2
C+2NO＝CO2+N2
H2+NO＝H2O+1/2N2
CO+1/2O2＝CO2
C+O2＝CO2
H2+1/2O2＝H2O
以上反应降低了烟气中NOx的浓度，同时消耗多余O2，减少了烟气中O2的含量。
作为本发明优选的技术方案，所述脱硫过程所用的脱硫剂为石灰石。
本发明中，循环流化床锅炉内喷射石灰石脱硫，在引出炉体的烟气中含有石灰石分解成的CaO颗粒，会与烟气中的SO2反应生成CaSO3，也有可能进一步氧化为CaSO4；而在脱硫塔内也发生类似的反应，其反应机理为：
CaCO3+SO2＝CaSO3+CO2
CaSO3+1/2O2＝CaSO4
石灰石静置式脱硫塔的设置，进一步降低了SO2的排放浓度，可以消除因烟气中SO2含量的波动使得前期脱硫不充分而带来的影响。
优选地，所述高温烟气发生脱硫脱硝反应后，先进行除尘处理，再进一步脱硫处理。
本发明中，除尘处理降低了烟气的含尘量，减少了灰分对脱硫塔脱硫效果的影响，延长了脱硫塔内脱硫剂的失效时间，提高了脱硫剂的利用率，同时也是对循环流化床锅炉烟气的充分净化。
作为本发明优选的技术方案，所述达标排放的气体中，SO2的含量低于35mg/Nm3，例如35mg/Nm3、30mg/Nm3、25mg/Nm3、20mg/Nm3、15mg/Nm3或10mg/Nm3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，NOx的含量低于100mg/Nm3，例如100mg/Nm3、90mg/Nm3、80mg/Nm3、70mg/Nm3、60mg/Nm3、50mg/Nm3、40mg/Nm3或30mg/Nm3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述系统以烟气中还原性组分为脱硝剂有效降低NOx的排放浓度，同时降低O2含量，脱硝效率可以达到20％以上；
(2)本发明所述系统在炉内喷钙脱硫基础上又在后部设置脱硫塔，进一步降低烟气中SO2的含量，且不受烟气中SO2含量波动的影响，脱硫效率可以达到95％以上；
(3)本发明所述系统结构简单，操作灵活，容易控制，未额外添加脱硝剂，脱硝成本低。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的烟气脱硫脱硝系统的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的烟气脱硫脱硝系统的结构示意图；
其中，1-循环流化床锅炉，2-脱硫塔，3-风机，4-惯性分离器。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统，所述系统的结构示意图如图1所示，包括循环流化床锅炉1和脱硫塔2，所述循环流化床锅炉1炉膛密相区的炉体由下至上设有脱硫剂入口和二次风口，在脱硫剂入口和二次风口之间的炉体上设有烟气引出口，在循环流化床锅炉1的二次风口与烟气出口之间的炉体上设有烟气引入口，通过管路将烟气引出口与烟气引入口相连，所述循环流化床锅炉1的烟气出口与脱硫塔2相连。
其中，所述循环流化床锅炉1的底部设一次风口，下部设燃料入口；所述烟气引出口与烟气引入口之间的管路上设风机3；所述脱硫塔2为静置式脱硫塔，内部装填石灰石脱硫剂，所述脱硫塔2数量为2个，并联设置。
实施例2：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统，所述系统的结构参照实施例1中的结构，其结构示意图如图2所示，区别在于：所述脱硫塔2只有一个；所述系统还包括惯性分离器4，所述循环流化床锅炉1的烟气出口与惯性分离器4的烟气入口相连，所述惯性分离器4的气体出口与脱硫塔2的入口相连。
实施例3：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝方法，所述方法采用实施例1中的系统进行，所述方法为：循环流化床锅炉1中的燃煤燃烧由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，将主燃区燃烧产生的温度为850℃的高温烟气中的30％通过管路引出炉体，再通入燃尽区，发生脱硫脱硝反应，反应后的烟气在脱硫塔2中进一步脱硫处理后，得到达标排放的气体。
本实施例中，最终排放的气体中，SO2的含量为30mg/Nm3，NOx的含量为90mg/Nm3。
实施例4：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝方法，所述方法采用实施例2中的系统进行，所述方法为：循环流化床锅炉1中的燃煤燃烧由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，将主燃区燃烧产生的温度为900℃的高温烟气中的20％通过管路引出炉体，再通入燃尽区，发生脱硫脱硝反应，反应后的烟气先在惯性分离器4中进行除尘，后在脱硫塔2中进一步脱硫处理，得到达标排放的气体。
本实施例中，最终排放的气体中，SO2的含量为35mg/Nm3，NOx的含量为100mg/Nm3。
对比例1：
本对比例提供了一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝系统及其处理方法，所述系统的结构参照实施例1中的结构，区别在于：炉体上不设烟气引出口和烟气引入口，不包括风机3。
所述方法参照实施例3中的方法，区别在于：主燃区燃烧产生的烟气不引出炉体，在锅炉内发生脱硫脱硝反应。
本对比例中，在循环流化床锅炉1内进行脱硝，NOx的还原受到影响，最终排放的气体中，NOx的含量达到120～150mg/Nm3。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述系统结构简单，操作灵活，成本低廉，通过将循环流化床锅炉的烟气引出炉体，使脱硫脱硝反应能够在相对稳定适当的区域进行，有利于烟气的脱硫脱硝；由于烟气自身的高温和富含还原性组分的特性，作为脱硝剂降低NOx的排放浓度，脱硝效率可以达到20％以上，同时在喷钙脱硫的基础上进一步脱硫处理，消除烟气中SO2含量的波动对脱硫效果的影响，脱硫效率可以达到95％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细系统和工艺方法，但本发明并不局限于上述详细系统和工艺方法，即不意味着本发明必须依赖上述系统和工艺方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明系统结构的等效替换及辅助结构的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (15)
1.一种循环流化床锅炉烟气脱硫脱硝装置，其特征在于，所述装置包括循环流化床锅炉和脱硫塔，所述循环流化床锅炉由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，所述循环流化床锅炉炉膛密相区的炉体由下至上设有脱硫剂入口和二次风口，在脱硫剂入口和二次风口之间的炉体上设有烟气引出口，所述烟气引出口设置于循环流化床锅炉的主燃区，在循环流化床锅炉的二次风口与烟气出口之间的炉体上设有烟气引入口，所述烟气引入口设置于循环流化床锅炉的燃尽区，通过管路将烟气引出口与烟气引入口相连，所述循环流化床锅炉的烟气出口与脱硫塔相连，所述循环流化床锅炉的下部设燃料入口，所述燃料入口的高度不高于脱硫剂入口的高度；
在所述装置中进行烟气脱硫脱硝的处理方法，所述处理方法为：循环流化床锅炉中的燃煤燃烧由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，将主燃区燃烧产生的高温烟气部分通过管路引出炉体，在管路中进行脱硝反应，再通入燃尽区，发生脱硫脱硝反应，反应后的烟气进一步脱硫处理后，得到达标排放的气体；所述高温烟气的温度为850℃~900℃。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环流化床锅炉的底部设一次风口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述烟气引出口与烟气引入口之间的管路上设气体输送设备。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述气体输送设备包括风机。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱硫塔为静置式脱硫塔，内部装填脱硫剂。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述脱硫塔的数量至少为1个。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述脱硫塔的数量大于1个时，所述脱硫塔并联设置或串联设置。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分离器，所述循环流化床锅炉的烟气出口与分离器的烟气入口相连，所述分离器的气体出口与脱硫塔的入口相连。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分离器包括惯性分离器。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述装置处理烟气的方法，其特征在于，所述方法为：循环流化床锅炉中的燃煤燃烧由下至上包括主燃区、再燃区和燃尽区，将主燃区燃烧产生的高温烟气部分通过管路引出炉体，在管路中进行脱硝反应，再通入燃尽区，发生脱硫脱硝反应，反应后的烟气进一步脱硫处理后，得到达标排放的气体，所述高温烟气的温度为850℃~900℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，引出炉体的高温烟气所占比例为20%~30%。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述高温烟气包括CO、H2和C颗粒。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脱硫过程所用的脱硫剂为石灰石。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述高温烟气发生脱硫脱硝反应后，先进行除尘处理，再进一步脱硫处理。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述达标排放的气体中，SO2的含量低于35mg/Nm3，NOx的含量低于100mg/Nm3。
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