CN111318142A - 用于煤燃烧系统的三氧化硫脱除装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于煤燃烧系统的三氧化硫脱除装置。该三氧化硫脱除装置包括：CO2储气罐、碳酸钠溶液储罐、碳酸氢钠溶液储罐模组以及喷射系统，其中：所述CO2储气罐与所述碳酸钠溶液储罐连接；所述碳酸钠溶液储罐与所述碳酸氢钠溶液储罐模组连接；所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口连接于所述喷射系统；该喷射系统中的至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部。从而能够将碳酸氢钠溶液通入脱硝装置的烟气入口段内部，利用碱性的碳酸氢钠与酸性的三氧化硫反应，实现对烟气中三氧化硫的脱除。

Description

用于煤燃烧系统的三氧化硫脱除装置
技术领域
本申请涉及烟气污染治理领域，尤其涉及用于煤燃烧系统的三氧化硫脱除装置。
背景技术
火力发电由于具有安全、稳定、可控等优势，使其在我国电力占比中占有重要地位。在火力发电过程中，往往通过诸如燃煤锅炉等煤燃烧装置对煤的燃烧，来实现发电机组的供热。然而，在煤燃烧过程中，通常会排放出大量的三氧化硫，从而对环境造成影响。因此，需要提供三氧化硫的脱除装置，对燃煤火力发电所产生的三氧化硫进行脱除。
发明内容
本申请实施例提供一种三氧化硫脱除装置及煤燃烧系统，能够用于对燃煤火力发电所产生的三氧化硫进行脱除。
本申请实施例提供了一种三氧化硫脱除装置，其特征在于，包括：CO2储气罐、碳酸钠溶液储罐、碳酸氢钠溶液储罐模组以及喷射系统，其中：
所述CO2储气罐与所述碳酸钠溶液储罐连接；
所述碳酸钠溶液储罐与所述碳酸氢钠溶液储罐模组连接；
所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口连接于所述喷射系统，其中，所述喷射系统中包括一个或多个喷头；
所述喷射系统中至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部。
优选的，所述CO2储气罐的入气口连接于脱硫后的循环净烟气输送管。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口与所述喷射系统的连接管道中设置有碱液输送泵。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口与所述喷射系统的连接管道中设置有流量调节阀门。
优选的，所述喷头具体包括：压力雾化喷头或双流体雾化喷头。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括一个碳酸氢钠溶液储罐。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括多个串联的碳酸氢钠溶液储罐。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括多个并联的碳酸氢钠溶液储罐。
优选的，所述喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部的下端。
优选的，所述碳酸氢钠溶液储罐模组内的碳酸氢钠溶液质量浓度1％～30％。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
采用本申请实施例所提供的三氧化硫脱除装置，CO2储气罐、碳酸钠溶液储罐、碳酸氢钠溶液储罐模组以及喷射系统，其中：所述CO2储气罐与所述碳酸钠溶液储罐连接；所述碳酸钠溶液储罐与所述碳酸氢钠溶液储罐模组连接；所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口连接于喷射系统；喷射系统中的至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部。从而能够将碳酸氢钠溶液通入脱硝装置的烟气入口段内部，利用碱性的碳酸氢钠与酸性的三氧化硫反应，实现对烟气中三氧化硫的脱除。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的三氧化硫脱除装置的具体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的具有多个碳酸氢钠溶液储罐的三氧化硫脱除装置的具体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种具有多个碳酸氢钠溶液储罐的三氧化硫脱除装置的具体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种具有多个碳酸氢钠溶液储罐的三氧化硫脱除装置的具体结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种煤燃烧系统的具体结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
如前所述，目前在煤燃烧过程中，通常会排放出大量的三氧化硫，从而造成环境影响。因此，需要提供三氧化硫的脱除装置，对燃煤火力发电所产生的三氧化硫进行脱除。特别是随着国家新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB132232011)中，对火力发电厂三氧化硫排放标准的进一步严格，火力发电厂中对三氧化硫的脱除装置的需求显得更加迫切。
基于此，本申请实施例提供了一种三氧化硫脱除装置。如图1所示，该三氧化硫脱除装置11包括：CO2储气罐111、碳酸钠溶液储罐112、碳酸氢钠溶液储罐模组113以及喷射系统114。
其中，CO2储气罐111用于存储二氧化碳或者二氧化碳含量较高的烟气等。
比如，可以将CO2储气罐111的入气口连接于脱硫后的循环净烟气输送管，从而将脱硫后的循环净烟气输送至该CO2储气罐111内，或者可以利用风机直接将脱硫后的循环净烟气输送至CO2储气罐111。由于脱硫后的循环净烟气中二氧化碳的含量较高，这样将其存储于CO2储气罐111内，并在后续与碳酸钠溶液反应，对二氧化碳进了回收和再利用，这样一方面降低了最终所排放烟气中的二氧化碳排放量，另一方面“变工业废气为宝”，将二氧化碳作为反应物重新利用。
碳酸钠溶液储罐112中用于存储碳酸钠溶液，并且碳酸钠溶液储罐112与CO2储气罐111连接，可以通过CO2储气罐111向碳酸钠溶液储罐112中通入二氧化碳，从而利用所通入二氧化碳与碳酸钠溶液反应。特别是当CO2储气罐111中所存储的为脱硫后的循环净烟气时，通过该反应能够对其中的二氧化碳进行回收。
CO2储气罐111的出气管道可以连接于碳酸钠溶液储罐112的下端，比如可以是碳酸钠溶液储罐112的下端侧壁，也可以是碳酸钠溶液储罐112底部，这样使得通入碳酸钠溶液储罐112中的二氧化碳(或脱硫后的循环净烟气)从碳酸钠溶液下端向上流经溶液，与碳酸钠溶液进行反应时提高反应效果。
碳酸钠溶液储罐112的出气口通常可以设置于碳酸钠溶液储罐112的上端，比如碳酸钠溶液储罐112的上端侧壁，或者碳酸钠溶液储罐112顶部，从而导出未反应的剩余气体。
另外，碳酸钠溶液储罐112还通过溶液出口管道与碳酸氢钠溶液储罐模组113连接，从而可以将与二氧化碳反应后的碳酸钠溶液，通过溶液出口管道导入至碳酸氢钠溶液储罐模组113中。其中，该溶液出口管道连接于碳酸钠溶液储罐112的下端，比如碳酸钠溶液储罐112的下端侧壁，或者碳酸钠溶液储罐112底部。
在碳酸氢钠溶液储罐模组113中包括一个或多个用于存储碳酸氢钠溶液的碳酸氢钠溶液储罐1131，对于碳酸氢钠溶液储罐1131的具体数量，可以根据实际需要来确定。比如，碳酸氢钠溶液储罐模组113中的碳酸氢钠溶液储罐1131的具体数量可以为1个、2个、3个或其他数量。
当根据实际需要，碳酸氢钠溶液储罐模组113中设置有多个碳酸氢钠溶液储罐1131时，对于多个碳酸氢钠溶液储罐1131与的设置方式，其可以为并联，也可以为串联。比如，将多个碳酸氢钠溶液储罐1131相互串联，从而形成该碳酸氢钠溶液储罐模组113；将多个碳酸氢钠溶液储罐1131相互并联，从而形成该碳酸氢钠溶液储罐模组113；当然，也可以将多个碳酸氢钠溶液储罐1131，以串并联结合的方式形成该碳酸氢钠溶液储罐模组113。
如图2所示，将多个碳酸氢钠溶液储罐1131依次串联，从而形成碳酸氢钠溶液储罐模组113，碳酸钠溶液储罐112与碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液入口连接。
如图3所示，将多个碳酸氢钠溶液储罐1131进行并联，从而形成碳酸氢钠溶液储罐模组113，碳酸钠溶液储罐112与碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液入口连接，这种并联的方式，当其中部分的碳酸氢钠溶液储罐1131出现故障或进行检修时，只需要关闭出现故障或进行检修的碳酸氢钠溶液储罐1131的相应管道即可，并不影响其他碳酸氢钠溶液储罐1131的使用，容错率较高。
当然在实际应用中，还可以如图4所示，将上述方式一和方式二进行结合，从而一方面将部分碳酸氢钠溶液储罐1131进行串联，同时将将部分碳酸氢钠溶液储罐1131进行并联，从而形成碳酸氢钠溶液储罐模组113。
另外，碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液出口连接于喷射系统114，其中喷射系统114中包括一个或多个喷头，比如喷头数量可以为1个、2个、3个、4个、5个或其他数量。从而能够通过该喷射系统114中的喷头将碳酸氢钠溶液储罐模组113中的碳酸氢钠溶液喷出，比如可以将喷射系统114中的至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部，从而通过该喷头将碳酸氢钠溶液喷出到脱硝装置的烟气入口段内部，利用碳酸氢钠溶液(也可能是溶液干燥之后的固态碳酸氢钠)与烟气中的三氧化硫进行反应，从而进行脱硫。
对于喷射系统114喷头的具体数量，通常可以根据实际需要来确定，比如可以由烟道内三氧化硫浓度及喷射用碳酸氢钠浓度及流量决定。当三氧化硫浓度较高时，可以相对应的设置较多数量的喷头，比如5个；当碳酸氢钠浓度较高并且流量较大时，可以相对应的设置较少数量的喷头，比如1个。
在喷射系统114中，设置于脱硝装置的烟气入口段内部的喷头的喷射方向可以设置为朝上或者沿着烟气流动方向水平喷射，或者介于两者之间其他喷射角度，并且该喷头可以为压力雾化喷头或双流体雾化喷头。喷头可以设置于脱硝装置的烟气入口段内部的下端。
当然，为了便于将碳酸氢钠溶液储罐模组113中的碳酸氢钠溶液输送至脱硝装置的烟气入口段内部，从而对烟气进行脱硫，可以在碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液出口与喷射系统114的连接管道中设置碱液输送泵115，通过该碱液输送泵115提供动力来将碳酸氢钠溶液输送至喷射系统114进行喷射。另外，还可以在碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液出口与喷射系统114的连接管道中设置流量调节阀门116，从而通过该流量调节阀门来关闭或者导通该连接管道，或者调节流量的大小。
采用本申请实施例所提供的三氧化硫脱除装置11，该三氧化硫脱除装置11包括CO2储气罐、碳酸钠溶液储罐、碳酸氢钠溶液储罐模组以及喷头，其中CO2储气罐111与碳酸钠溶液储罐112连接，碳酸钠溶液储罐112与碳酸氢钠溶液储罐模组113连接，碳酸氢钠溶液储罐模组113的溶液出口连接于喷射系统114，并且喷射系统114中至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部。从而能够通过该喷射系统114中的喷头向脱硝装置的烟气入口段内部喷射碳酸氢钠溶液，利用碱性的碳酸氢钠与酸性的三氧化硫反应，从而对三氧化硫进行吸收，从而解决现有技术中的问题。另外，还可以将脱硫后的循环净烟气通入CO2储气罐中，从而利用脱硫后的循环净烟气中的二氧化碳与对碳酸钠反应，并对其进行调质，从而提高碳酸钠的反应活性，这样还可以对烟气中的二氧化碳进行回收利用，并降低最终烟气中的二氧化碳排放量。
本申请二氧化碳与碳酸钠溶液反应，从而对碳酸钠溶液进行调质，并将调质后的碳酸钠溶(碳酸氢钠)导入脱硝装置的烟气入口段内部，利用两者的酸碱反应来实现三氧化硫的高效脱除，充分利用二氧化碳对碳酸钠的调质，提高碳酸钠的反应活性，从而提高三氧化硫的脱除效率和吸收剂的利用率。与现有的三氧化硫脱除技术相比，由于所利用的反应原理为酸碱反应，具有脱除效率高、成本低、减少烟气特别是二氧化碳排放等优点。
如图5所示为实际应用中的一种煤燃烧系统1，该煤燃烧系统1中三氧化硫脱除装置11、脱硝装置12和风机13，并且三氧化硫脱除装置11中包括CO2储气罐111、碳酸钠溶液储罐112、碳酸氢钠溶液储罐模组113、喷射系统114、输送泵115和流量调节阀门116。其中，风机13将脱硫后的循环净烟气鼓吹至三氧化硫脱除装置11中的CO2储气罐111中进行存储；脱硝装置12用于对烟气进行脱硝，在实际应用中，该脱硝装置12可以是选择性催化还原法(SCR)脱硝装置，也可以是其他类型的脱硝装置；喷射系统114中的一个喷头设置于脱硝装置12的烟气入口段内部的下端。
这样可以利用该图5中的煤燃烧系统1来脱除三氧化硫，首先根据二氧化碳与碳酸钠溶液的反应活性，将碳酸钠溶液储罐112内的温度设定为预设温度(比如，40-120℃)和预设浓度(比如，可以是饱和碳酸钠溶液，或水分质量占比为4-15％)，然后向碳酸钠溶液储罐112内通入CO2储气罐111中所存储的脱硫后的循环净烟气，利用该循环净烟气中所含有的二氧化碳进行调质，同时通过反应对二氧化碳进行吸收。
根据三氧化硫实际浓度以及目标值，调节输送泵115和调节流量调节阀门116，将碳酸氢钠溶液储罐模组113中的碳酸氢钠溶液喷入脱硝装置12内，进行三氧化硫的脱除。
其中，还可以向CO2储气罐111中通入空气或通过其他方式将CO2储气罐111中的二氧化碳浓度调节为2％-20％(质量分数)，以便于与碳酸钠溶液反应时，对二氧化碳的充分吸收。
另外，对于碳酸氢钠溶液储罐模组113中，碳酸氢钠溶液的温度可以根据其反应活性来确定，比如可以为10～60℃。碳酸氢钠溶液的浓度(质量百分比)通常可以为1％～30％。通常当脱硝装置12中所通入的烟气中的三氧化硫浓度较低时，碳酸氢钠溶液的浓度可以相对较低，相反需要较高浓度的碳酸氢钠溶液。
经过测试，使用如图5所示的煤燃烧系统，在SO3浓度小于5mg/m3时，三氧化硫脱除率可达10～40％，具有较好的三氧化硫脱除率。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种三氧化硫脱除装置，其特征在于，包括：CO2储气罐、碳酸钠溶液储罐、碳酸氢钠溶液储罐模组以及喷射系统，其中：
所述CO2储气罐与所述碳酸钠溶液储罐连接；
所述碳酸钠溶液储罐与所述碳酸氢钠溶液储罐模组连接；
所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口连接于所述喷射系统，其中，所述喷射系统中包括一个或多个喷头；
所述喷射系统中至少一个喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部。
2.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述CO2储气罐的入气口连接于脱硫后的循环净烟气输送管。
3.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口与所述喷射系统的连接管道中设置有碱液输送泵。
4.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组的溶液出口与所述喷射系统的连接管道中设置有流量调节阀门。
5.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述喷头具体包括：压力雾化喷头或双流体雾化喷头。
6.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括一个碳酸氢钠溶液储罐。
7.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括多个串联的碳酸氢钠溶液储罐。
8.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组中包括多个并联的碳酸氢钠溶液储罐。
9.如权利要求1所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述喷头设置于脱硝装置的烟气入口段内部的下端。
10.如权利要求1至9任意一项所述的三氧化硫脱除装置，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液储罐模组内的碳酸氢钠溶液质量浓度1％～30％。
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