CN109731449A - 一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法包括以下步骤：将脱硫剂与燃煤一起通入循环流化床锅炉的炉体内进行反应，将超细复合添加剂从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内，进行炉内脱硫。本发明所述方法将炉内脱硫剂与超细复合添加剂喷射技术相结合，能够稳定实现SO2的超低排放。并且解决了传统湿法及半干法脱硫占地面积大、产生二次污染、消耗水资源及运行成本高等问题。
Description
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉领域，涉及一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法。
背景技术
根据最新《火电厂大气污染物排放标准》及各地地方标准规定，工业锅炉的SO2排放浓度需小于200mg/Nm3，部分重点地区SO2排放浓度限值在35mg/Nm3以下，造成了各地政府及生产企业的环保压力变大。
目前，工业锅炉的脱硫方式主要有炉外尾部烟气湿法、半干法脱硫以及炉内喷钙脱硫技术。其中，炉内喷钙脱硫技术相对于前两者来说，具有占地面积少、初投资和运行成本低、不耗水、无副产品以及系统简单等优势。
对于传统的循环流化床锅炉炉内脱硫技术，石灰石粒度是影响炉内脱硫效率的重要因素之一。
在以往的炉内喷钙工程实践中，通常使用-200目(-74μm)的细石灰石粉。虽然该石灰石颗粒经煅烧后具有较高的比表面积以及较为发达的孔道结构，反应活性较高，但由于目前多数循环流化床锅炉旋风分离器的临界分离粒径为70μm～100μm，导致200目粒径石灰石难以参与循环，与SO2反应时间较短，无法充分接触反应，造成了脱硫效率的急剧下降。在Ca/S接近或达到5时，SO2排放浓度依然高达100mg/Nm3～200mg/Nm3左右；而通过对石灰石粒度进行优化(100μm～500μm)，使其分离效率大幅提高，增加石灰石与SO2的接触时间，实现充分反应。但即使如此，由于炉内气固接触的均匀性以及各种反应条件的影响，SO2排放浓度依然难以稳定达到35mg/Nm3以下的超低排放指标。所以，利用传统的炉内喷钙技术进行脱硫，难以将SO2排放浓度稳定降至目前国家SO2超低排放的指标以下。
对于超细复合添加剂喷射脱硫，理论研究表明，随着脱硫剂尺寸减小，直接脱硫反应逐渐从产物层控制阶段向化学反应控制阶段过渡。在反应控制条件下，脱硫剂微孔畅通，反应活化能很低，SO2在脱硫剂表面和内部同时快速反应，因此可以实现高效脱硫。采用超细脱硫剂脱硫，由于反应速度快，所需反应时间短，仅需数秒钟即可实现高度转化。
超细粉体复合添加剂一般指粒径小于10微米，具有与烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞等进行化学反应，物理和/或化学吸附等，从而实现降低这些污染物排放的固体或液体物质。超细粉体复合添加剂由于其粒度小、质量均匀，同常规脱硫剂相比，具有良好的表面性能，并具有一系列优异的电性、磁性、光学性能及力学和化学等宏观特性。然而，在空气中，超细粉体颗粒极易产生自发凝并，表现出强烈的聚团特性，生成较大粒度的二次颗粒，其分散性和流变性变差，导致其制备、分级、混匀和储运等加工该厂无法正常进行，从而降低了材料的性能，这是世界范围内一直无法解决的问题。
因此，如何克服超细粉体复合添加剂在应用过程中存在的问题，克服循环流化床中传统炉内脱硫技术存在的弊端，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明现有循环流化床锅炉炉内脱硫存在的问题，本发明提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法。本发明所述方法将炉内脱硫剂与超细复合添加剂喷射技术相结合，能够稳定实现SO2的超低排放。并且解决了传统湿法及半干法脱硫占地面积大、产生二次污染、消耗水资源及运行成本高等问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法包括以下步骤：将脱硫剂与燃煤一起通入循环流化床锅炉的炉体内进行反应，将超细复合添加剂从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内，进行炉内脱硫。
本发明选用合适粒径(100μm～500μm)的脱硫剂作为主脱硫剂，克服了现有炉内脱硫由于脱硫剂的尺寸不符合分离标准造成的脱硫剂难以参与循环，与SO2反应时间较短，无法充分接触反应，造成了脱硫效率的急剧下降的问题。并利用超细复合添加剂作为辅助脱硫剂，在主脱硫剂脱硫的基础上，在SO2瞬时排放浓度即将超过35mg/Nm3时及时喷射响应，保证SO2排放浓度始终处于35mg/Nm3以下。
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，所述脱硫剂为石灰石。
优选地，所述脱硫剂的平均粒径为100μm～500μm，例如100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm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，所述循环流化床锅炉的炉体内Ca/S摩尔比≤2.5，例如2.5、2.3、2、1.7、1.5、1.3或1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。
本发明在脱硫剂的作用下，在炉体内Ca/S≤2.5时，使SO2平均排放浓度不超过50mg/Nm3，瞬时排放浓度不超过100mg/Nm3。
作为本发明优选的技术方案，所述超细复合添加剂的平均粒径的＜10μm，例如9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm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，所述超细复合添加包括石灰石粉、消石灰粉或小苏打粉中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石灰石粉和消石灰粉的组合，消石灰粉和小苏打粉的组合等。
优选地，所述超细复合添加的用量为使循环流化床锅炉的炉体内Ca/S摩尔比≤0.5，例如0.5、0.4、0.3、0.2或0.1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。
本发明中，所述的超细颗粒复合添加剂能够与燃煤锅炉中产生的NOx、CO和Hg等进行化学反应，实现多污染物的协同脱除。
作为本发明优选的技术方案，当循环流化床锅炉的SO2瞬时排放浓度＞35mg/Nm3时，向循环流化床锅炉内送入超细复合添加剂，以保证SO2排放浓度始终处于35mg/Nm3以下。本发明中，所述循环流化床锅炉的SO2瞬时排放浓度是指烟气在线监测系统显示的SO2浓度瞬时数据。
作为本发明优选的技术方案，所述超细复合添加剂通过超细复合添加剂分散和喷射系统从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内。
作为本发明优选的技术方案，所述超细复合添加剂分散和喷射系统包括粉体流化装置、高压气流分散装置、静电分散装置和粉体输出装置；其中，粉体流化装置侧壁设有超细复合添加剂进料口，粉体流化装置底部设有气体入口，粉体流化装置顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置的物料入口相连；高压气流分散装置的物料出口与静电分散装置的物料入口相连，静电分散装置的物料出口与粉体输出装置的物料出口。
本发明中，所述高压气流分散装置中的“高压”是指压力为80kPa～100kPa，例如80kPa、83kPa、85kPa、87kPa、90kPa、93kPa、95kPa、97kPa或100kPa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。
由于分散的超细复合添加剂在气流输送过程中极易产生二次凝并团聚，因而本发明所述系统通过将干燥、多粒度流态化、高压气流分散以及静电等多种分散技术相结合，实现超细复合添加剂的充分分散。
本发明采用多组分和/或多粒径流态化技术，利用较粗颗粒流化，对超细复合添加剂进行干燥、初级分散和加料速率控制。
本发明利用高压气流分散技术对超细复合添加剂粉体进行二次分散，利用高压空气对其进行不断干燥、松动，以减少粉体颗粒间的液桥力，同时增加其流动性；同时，经加热后的高压气流可以对粉体进行加热，与粉体共同进入荷电装置，使粉体颗粒携带上大量静电荷，利用荷电颗粒之间的静电斥力阻止颗粒间的相互团聚，防止已分散粉体在入炉前发生再聚团，使其处于完全均匀的分散状态，具有最佳活性状态，最后由最前端的粉体输出装置喷出。在此过程中，让粉体颗粒最大限度的荷电是实现粉体分散、抗团聚的关键。
作为本发明优选的技术方案，所述超细复合添加剂进料口连接超细复合添加剂进料装置。
优选地，所述超细复合添加剂进料装置包括储罐和送料组件，储罐通过送料组件与超细复合添加剂进料口连接。
优选地，所述送料组件包括螺旋输送泵和/或链条输送机，但并不仅限于所列举的送料组件，只要可以满足将物料送入粉体流化装置的送料组件均可用于本申请所述的系统。
优选地，所述粉体流化装置包括粉体流化床。
作为本发明优选的技术方案，所述高压气流分散装置包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴，用以利用高压气流对从粉体流化装置产生的物料进行高压气流冲击分散。
优选地，所述系统还包括气体加热干燥设备，所述气体加热干燥设备的气体出口分别与粉体流化装置的气体入口和高压气流分散装置的输气管道入口相连。
优选地，所述气体加热干燥设备的气体出口与高压气流分散装置的输气管道入口之间设置压力输送组件。
优选地，所述压力输送组件包括高压风机，其输送压力为80kPa～100kPa，例如80kPa、83kPa、85kPa、87kPa、90kPa、93kPa、95kPa、97kPa或100kPa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。
作为本发明优选的技术方案，所述静电分散装置包括荷电针、荷电针支架、绝缘管、接地环和电源，其中，荷电针和荷电针支架置于绝缘管内，荷电针和荷电针支架垂直并相连，荷电针支架固定于绝缘管内，接地环环绕包围绝缘管，电源与荷电针支架相连，绝缘管的入口与高压气流分散装置的物料出口相连，绝缘管的出口与粉体输出装置相连。
本发明中，所述荷电装置的荷电针与荷电针支架安装在绝缘管内，荷电针通过支架与电源相连，电源、荷电针及接地环形成一个较强的电晕场，使粉体颗粒经过该绝缘管时由于静电场的荷电作用，使粉体最大限度的荷电，从而使颗粒间存在较大的库仑排斥力。
作为本发明优选的技术方案，所述粉体输出装置包括拉瓦尔喷管。
优选地，所述粉体输出装置连接循环流化床燃煤锅炉的二次风口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法采用多组分、多粒度流态化技术，即利用较粗颗粒脱硫剂在循环流化床锅炉内进行循环，增加反应停留时间及与SO2的接触几率，实现充分反应。同时，利用超细复合添加剂进行炉内喷射，该复合添加剂在对SO2排放浓度实现进一步脱除的基础上，可与燃煤过程中生成的多组分污染物气体反应，实现多污染物的协同脱除；
(2)本发明所述方法在循环流化床锅炉中喷射超细复合添加剂，可有效防止瞬时SO2排放浓度超标，并且能够抑制其它气体污染物的排放，使最终排放的烟气中SO2的浓度＜35mg/Nm3，脱硫效率达到98％以上；
(3)本发明无需对锅炉进行较大改造，系统简单、成本低廉、无二次污染，在炉内实现SO2的超低排放。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述循环流化床锅炉的炉内脱硫方法中所用系统的结构示意图；
图2是本发明实施例1中所述静电分散装置的结构示意图；
其中，1-循环流化床燃煤锅炉，2-旋风分离器，3-返料器，4-二次风口，5-粉体流化装置，6-高压气流分散装置，7-静电分散装置，8-粉体输出装置，9-储罐，10-送料组件，11-气体加热干燥设备，12-压力输送组件，71-荷电针，72-荷电针支架，73-绝缘管，74-接地环，75-电源。
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。
本发明具体实施方式部分提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法包括以下步骤：将脱硫剂与燃煤一起通入循环流化床锅炉的炉体内进行反应，将超细复合添加剂从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内，进行炉内脱硫。
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的炉内脱硫方法，如图1所示，所述方法所用系统中包括循环流化床燃煤锅炉1、旋风分离器2和返料器3，将平均粒径为200μm～300μm脱硫剂石灰石与燃煤一起通入循环流化床锅炉1的炉体内进行反应，循环流化床锅炉1的炉体内Ca/S≤2.5；当循环流化床锅炉1的SO2瞬时排放浓度＞35mg/Nm3时，通过超细复合添加剂分散和喷射系统将超细复合添加剂从循环流化床锅炉1的二次风口4送入循环流化床锅炉1内，进行炉内脱硫。
如图1所示，所述超细复合添加剂分散和喷射系统包括粉体流化装置5、高压气流分散装置6、静电分散装置7和粉体输出装置8；其中，粉体流化装置5侧壁设有超细复合添加剂进料口，粉体流化装置5底部设有气体入口，粉体流化装置5顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置6的物料入口相连；高压气流分散装置6的物料出口与静电分散装置7的物料入口相连，静电分散装置7的物料出口与粉体输出装置8的物料出口；
所述超细复合添加剂进料口连接超细复合添加剂进料装置，超细复合添加剂进料装置包括储罐9和送料组件10，储罐9通过送料组件10与超细复合添加剂进料口连接，送料组件10为螺旋输送泵，粉体流化装置5包括粉体流化床；
所述高压气流分散装置6包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴；
所述系统还包括气体加热干燥设备11，所述气体加热干燥设备11的气体出口分别与粉体流化装置5的气体入口和高压气流分散装置6的输气管道入口相连，气体加热干燥设备11的气体出口与高压气流分散装置6的输气管道入口之间设置压力输送组件12，压力输送组件12为高压风机；
如图2所示，所述静电分散装置7包括荷电针71、荷电针支架72、绝缘管73、接地环74和电源75，其中，荷电针71和荷电针支架72置于绝缘管内，荷电针71和荷电针支架72垂直并相连，荷电针支架72固定于绝缘管73内，接地环74环绕包围绝缘管73，电源75与荷电针支架72相连，绝缘管73的入口与高压气流分散装置6的物料出口相连，绝缘管73的出口与粉体输出装置8相连；
所述粉体输出装置8包括拉瓦尔喷管；所述粉体输出装置8连接循环流化床燃煤锅炉1的二次风口4。
采用本实施例所述的方法，循环流化床锅炉的脱硫效率可达98％以上，最终排放的烟气中SO2的浓度＜35mg/Nm3，氮氧化物的浓度＜50mg/Nm3。
实施例2：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法参照实施例1中方法，区别仅在于：脱硫剂石灰石的平均粒径为100μm～200μm。
采用本实施例所述的方法，循环流化床锅炉的脱硫效率可达97％，最终排放的烟气中SO2的浓度＜37mg/Nm3。
实施例3：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法参照实施例1中方法，区别仅在于：脱硫剂石灰石的平均粒径为400μm～500μm。
采用本实施例所述的方法，循环流化床锅炉的脱硫效率可达96％，最终排放的烟气中SO2的浓度＜38mg/Nm3。
实施例4：
本实施例提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别在于：将超细复合添加剂通过常规喷射手段(如采用拉瓦尔喷管)从循环流化床燃煤锅炉的炉体的二次风口通入炉体内。
采用本实施例所述的方法，循环流化床锅炉的脱硫效率为90％，最终排放的烟气中SO2的浓度＜50mg/Nm3。
对比例1：
本对比例提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别在于：脱硫剂石灰石的平均粒径约为74μm，即所用脱硫剂的粒径过细。
本对比例由于采用了平均粒径为74um的脱硫剂会使其随烟气带出，不能参与炉内物料循环，停留时间短，脱硫剂比表面积明显小于超细复合添加剂，进而使循环流化床锅炉的脱硫效率为85％，最终排放的烟气中SO2的浓度＜100mg/Nm3。
对比例2：
本对比例提供了一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别在于：不添加超细复合添加剂。
本对比例由于未添加超细复合添加剂会使炉内燃料部分硫析出后，未能和粒径100μm～500μm的脱硫剂进行有效接触，进而使循环流化床锅炉的脱硫效率为89％，最终排放的烟气中SO2的浓度小于50mg/Nm3，但有瞬时超标情况。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述方法采用多组分、多粒度流态化技术，即利用较粗颗粒脱硫剂在循环流化床锅炉内进行循环，增加反应停留时间及与SO2的接触几率，实现充分反应。同时，利用超细复合添加剂进行炉内喷射，该复合添加剂在对SO2排放浓度实现进一步脱除的基础上，可与燃煤过程中生成的多组分污染物气体反应，实现多污染物的协同脱除；
本发明所述方法在循环流化床锅炉中喷射超细复合添加剂，可有效防止瞬时SO2排放浓度超标，并且能够抑制其它气体污染物的排放，使最终排放的烟气中SO2的浓度＜35mg/Nm3，脱硫效率达到98％以上。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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 (10)
1.一种循环流化床锅炉的炉内脱硫方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将脱硫剂与燃煤一起通入循环流化床锅炉的炉体内进行反应，将超细复合添加剂从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内，进行炉内脱硫。
2.根据权利要求1所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂为石灰石；
优选地，所述脱硫剂的平均粒径为100μm～500μm；
优选地，所述循环流化床锅炉的炉体内Ca/S摩尔比≤2.5。
3.根据权利要求1或2所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述超细复合添加剂的平均粒径的＜10μm；
优选地，所述超细复合添加包括石灰石粉、消石灰粉或小苏打粉中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述超细复合添加的用量为使循环流化床锅炉的炉体内Ca/S摩尔比≤0.5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的炉内脱硫方法，其特征在于，当循环流化床锅炉的SO2瞬时排放浓度＞35mg/Nm3时，向循环流化床锅炉内送入超细复合添加剂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述超细复合添加剂通过超细复合添加剂分散和喷射系统从循环流化床锅炉的二次风口送入循环流化床锅炉内。
6.根据权利要求5所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述超细复合添加剂分散和喷射系统包括粉体流化装置、高压气流分散装置、静电分散装置和粉体输出装置；其中，粉体流化装置侧壁设有超细复合添加剂进料口，粉体流化装置底部设有气体入口，粉体流化装置顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置的物料入口相连；高压气流分散装置的物料出口与静电分散装置的物料入口相连，静电分散装置的物料出口与粉体输出装置的物料出口。
7.根据权利要求6所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述超细复合添加剂进料口连接超细复合添加剂进料装置；
优选地，所述超细复合添加剂进料装置包括储罐和送料组件，储罐通过送料组件与超细复合添加剂进料口连接；
优选地，所述送料组件包括螺旋输送泵和/或链条输送机；
优选地，所述粉体流化装置包括粉体流化床。
8.根据权利要求6或7所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述高压气流分散装置包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴；
优选地，所述系统还包括气体加热干燥设备，所述气体加热干燥设备的气体出口分别与粉体流化装置的气体入口和高压气流分散装置的输气管道入口相连；
优选地，所述气体加热干燥设备的气体出口与高压气流分散装置的输气管道入口之间设置压力输送组件；
优选地，所述压力输送组件包括高压风机，其输送压力为80kPa～100kPa。
9.根据权利要求6-8任一项所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述静电分散装置包括荷电针、荷电针支架、绝缘管、接地环和电源，其中，荷电针和荷电针支架置于绝缘管内，荷电针和荷电针支架垂直并相连，荷电针支架固定于绝缘管内，接地环环绕包围绝缘管，电源与荷电针支架相连，绝缘管的入口与高压气流分散装置的物料出口相连，绝缘管的出口与粉体输出装置相连。
10.根据权利要求6-9任一项所述的炉内脱硫方法，其特征在于，所述粉体输出装置包括拉瓦尔喷管；
优选地，所述粉体输出装置连接循环流化床燃煤锅炉的二次风口。
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