CN114225683A - 一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用 - Google Patents

一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于烟气处理技术领域，公开了一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用，包括氯化氢溶液储罐模块、流量控制模块和喷射模块；氯化氢溶液储罐模块与流量控制模块相连，流量控制模块与喷射模块相连；氯化氢溶液储罐模块包括一个或者多个氯化氢溶液储液罐，用于储存氯化氢溶液；流量控制模块包括一个或多个转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门，用于对氯化氢溶液的流量进行控制。本发明通过喷射氯化氢溶液对三氧化硫的两个生成途径进行抑制，氯化氢溶液的喷洒量根据实际的三氧化硫生成量决定，并通过流量控制计进行控制，在出现故障进行检修时只需要关闭相应储液罐，不影响整个系统的运行，容错率极高。

Description

一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用
技术领域
本发明属于烟气处理技术领域，尤其涉及一种基于氯化氢喷洒减少烟气中三氧化硫生成的系统及方法。
背景技术
目前，三氧化硫是燃煤烟气中硫的存在形式之一，虽然含量较少，但却会对锅炉系统及环境造成一系列的危害。烟气中的三氧化硫在温度较高时会与碱/碱土金属经过化学反应生成碱金属硫酸盐附着在管壁上。破坏管壁上的氧化铁薄膜，造成高温腐蚀。在较低温度时，烟气中的三氧化硫会和水蒸气发生化学反应，生成硫酸蒸汽。当烟气进入低温受热面后，温度会继续降低，当降至酸露点以下时，硫酸蒸汽便会冷凝液化成硫酸而附着在低温受热面上，对低温受热面造成腐蚀。此外，排放到大气中的硫酸是造成酸雨的元凶之一。目前电厂现有污染物控制设备对于三氧化硫的协同控制效果一般。因此需要采用技术手段减少烟气中三氧化硫的生成和排放。目前对燃煤烟气三氧化硫的控制主要集中在三氧化硫生成后的脱除，其大多采用碱性吸附剂对烟道中的三氧化硫进行吸附。但是在实验过程中，由于烟气中成分较为复杂，烟气中的其他酸性气体，比如：二氧化碳、二氧化硫和氯化氢等，会与三氧化硫产生竞争吸附，导致实际测试过程中碱性吸附剂对于三氧化硫的脱除效果难以达到理想情况。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有控制技术主要针对三氧化硫生成后的脱除控制，对三氧化硫的生成的源头控制技术较少；
(2)现有的碱性吸附剂在脱除烟气中三氧化硫的过程中会受到烟气中其它酸性气体的影响，导致吸附剂的三氧化硫脱除性能未达到理想情况；
解决以上问题及缺陷的难度为：三氧化硫的源头控制技术需要对三氧化硫的生成过程进行详细研究，有选择性的抑制三氧化硫的生成；在技术实施的同时要考虑烟气中其它成分对该技术的影响。
解决以上问题及缺陷的意义为：从源头减少三氧化硫的生成，能够较大程度的减少烟气中三氧化硫的含量，同时可以避免在三氧化硫脱除过程中烟气中其它复杂组分对脱除效果的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用。
本发明是这样实现的，一种减少烟气中三氧化硫生成的系统包括：
氯化氢溶液储罐模块、流量控制模块和喷射模块；
所述氯化氢溶液储罐模块与流量控制模块相连，所述流量控制模块与喷射模块相连；
所述氯化氢溶液储罐模块包括一个或者多个氯化氢溶液储液罐，用于储存氯化氢溶液；
所述流量控制模块包括一个或多个转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门，用于对氯化氢溶液的流量进行控制；
所述喷射模块中包括一个或多个喷头，用于通过喷头将氯化氢溶液储液罐中的氯化氢溶液喷出。
进一步，所述氯化氢溶液储罐模块的每条支路出口管道上均设置有转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门。
进一步，所述氯化氢溶液储罐模块中设置有多个氯化氢溶液储液罐时，多个氯化氢溶液储液罐之间的连接方式为并联或串并联。
进一步，所述喷射模块中至少有一个喷头设置于锅炉烟气出口。
进一步，所述设置于锅炉烟气出口的喷头的喷射方向设置为朝下或沿着烟气流动方向水平喷射，或介于两者之间其他喷射角度。
进一步，所述设置于锅炉烟气出口的喷头为压力雾化喷头或双流体雾化喷头。
进一步，所述喷头设置于水平烟道的烟气入口段内部的上端。
本发明的另一目的在于提供一种减少烟气中三氧化硫生成的方法，所述减少烟气中三氧化硫生成的方法包括：
步骤一，氯化氢溶液储液罐中的氯化氢溶液通过喷射模块进行喷射；
步骤二，流量控制模块对喷射出的氯化氢溶液的流量进行控制；
步骤三，喷射到烟道中的氯化氢溶液通过基元反应生成能够抑制三氧化硫生成的HO2自由基和H2O，从而间接地抑制三氧化硫的生成。
进一步，所述氯化氢溶液储液罐内的氯化氢溶液质量浓度为10％～15％。
本发明的另一目的在于提供一种安装有减少烟气中三氧化硫生成的系统的煤燃烧系统，所述煤燃烧系统包括：
减少烟气中三氧化硫生成的系统、棚顶过热器、末级过热器和锅炉炉膛；
所述减少烟气中三氧化硫生成的系统包括氯化氢溶液储罐模块、流量控制模块和喷射模块，喷射模块中的一个喷头设置于锅炉炉膛出口的水平烟道入口段内部的上端；
所述棚顶过热器和末级过热器用于对过热蒸汽进行加热，锅炉炉膛是煤粉燃烧的场所。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的一种通过喷射氯化氢溶液对三氧化硫的生成过程进行抑制的方法，从三氧化硫的生成源头进行控制，在烟道中三氧化硫的主要生成位置喷洒氯化氢溶液，对三氧化硫的多种生成途径进行抑制，从源头上减少了烟气中三氧化硫的生成。
本发明通过喷射氯化氢溶液对三氧化硫的两个生成途径进行抑制，氯化氢溶液的喷洒量根据实际的三氧化硫生成量决定，并通过流量控制计进行控制。并且，在整个系统中，氯化氢溶液由多个储液罐并联组成的储罐模组储存，具体数量可以跟据实际的需要确定。整个系统可以持续运行，在出现故障进行检修时只需要关闭相应储液罐，不影响整个系统的运行，容错率极高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于氯化氢喷洒减少烟气中三氧化硫生成的系统的结构框图。
图2是本发明实施例提供的多个氯化氢溶液储液罐并联的结构框图。
图3是本发明实施例提供的部分氯化氢溶液储液罐串联，其余部分氯化氢溶液储液罐并联的结构框图。
图4是本发明实施例提供的煤燃烧系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种减少烟气中三氧化硫生成的系统、方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于氯化氢喷洒减少烟气中三氧化硫生成的系统包括：氯化氢溶液储罐模块111、流量控制模块112和喷射模块113。
所述氯化氢溶液储罐模块111用于储存氯化氢溶液，其中包括一个或者多个氯化氢溶液储液罐1111，对于氯化氢溶液储液罐1111的具体数量，可以跟据烟气中三氧化硫的实际生成量确定。比如，氯化氢溶液储罐模块中的氯化氢溶液储液罐1111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，氯化氢溶液储罐模块中设置有多个氯化氢溶液储液罐1111时，对于多个氯化氢溶液储液罐1111之间的连接方式，可以设置为并联，也可以设置为串并联。比如，将多个氯化氢溶液储液罐1111互相并联，从而形成该氯化氢溶液储罐模块111；将氯化氢溶液储液罐1111以串并联结合的方式形成该氯化氢溶液储罐模块111。
如图2所示，将多个氯化氢溶液储液罐1111进行并联，从而形成氯化氢溶液储罐模块111，这种并联的方式，当其中部分的氯化氢溶液储液罐1111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氯化氢溶液储液罐1111的相应管道即可，并不影响其他氯化氢溶液储液罐1111的使用，容错率较高。
当然在实际应用中，还可以如图3所示，一方面将部分氯化氢溶液储液罐1111进行串联，同时将将部分氯化氢溶液储液罐1111进行并联，从而形成氯化氢溶液储罐模块111。
所述氯化氢溶液储罐模块111，每条支路出口管道上均设置有转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门。
所述氯化氢溶液储液罐1111，溶液管道入口设置在氯化氢溶液储液罐1111上端，比如氯化氢溶液储液罐1111的上端侧壁，或者氯化氢溶液储液罐1111顶部；溶液出口管道连接于氯化氢溶液储液罐1111的下端，比如氯化氢溶液储液罐1111的下端侧壁，或者氯化氢溶液储液罐1111底部。
所述流量控制模块112由一个或多个转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门组成。
氯化氢溶液储罐模块111的溶液出口连接于喷射模块113，
所述喷射模块113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模块113中的喷头将碳氯化氢溶液储罐模块111中的氯化氢溶液喷出，比如可以将喷射模块113中的至少一个喷头设置于锅炉烟气出口，从而通过该喷头将碳酸氢钠溶液喷出到水平烟道烟气入口段内部，利用氯化氢溶液(也可能是溶液干燥
之后的气态氯化氢)对烟气中二氧化硫生产三氧化硫的反应进行抑制，减少三氧化硫的生成。
对于喷射模块113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氯化氢浓度及流量决定。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；
当氯化氢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。
在喷射模块113中，设置于锅炉烟气出口的喷头的喷射方向可以设置为朝下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。喷头可以设置于水平烟道的烟气入口段内部的上端。
三氧化硫的生成过程主要包含二氧化硫与O自由基的反应(主要)和二氧化硫与OH自由基的反应(次要)两种途径：SO2和O自由基反应生成SO3；SO2和OH反应先生成HOSO2，生成的HOSO2与氧气反应生成SO3。
将稀氯化氢溶液通过泵输送在烟道相应位置进行喷洒，进入烟道后的氯化氢会与氧气和OH自由基反应：HCl与O2反应生成HO2基和Cl原子；HCl和OH反应生成H2O和Cl原子。
该过程会消耗OH自由基，减弱三氧化硫的次要生成途径，而生成的HO2自由基会抑制三氧化硫的次要生成途径，生成的H2O和溶液中的H2O则会和O自由基反应，从而对O自由基进行消耗，抑制SO2和O自由基反应，从而抑制三氧化硫的主要生成途径。
本发明通过喷射氯化氢溶液对三氧化硫的两个生成途径进行抑制，氯化氢溶液的喷洒量根据电厂实际的三氧化硫生成量决定，并通过流量控制计进行控制。并且，在整个技术系统中，氯化氢溶液由多个储液罐并联组成的储罐模块储存，具体数量可以跟据实际的需要确定。整个系统可以持续运行，在出现故障进行检修时只需要关闭相应储液罐，不影响整个系统的运行，容错率极高。
如图4所示为实际应用中的一种煤燃烧系统1，该煤燃烧系统1中氯化氢喷射减少烟气中三氧化硫生成的系统11、棚顶过热器12、末级过热器13和锅炉炉膛14，并且三氧化硫脱除装置11中包括氯化氢溶液储罐模块111、流量控制模块112和喷射模块113。其中，棚顶过热器12和末级过热器13用于对过热蒸汽进行加热；锅炉炉膛14是煤粉燃烧的场所；喷射模块114中的一个喷头设置于锅炉炉膛出口的水平烟道入口段内部的上端。
这样可以利用该图4中的煤燃烧系统1来减少三氧化硫的生成，根据三氧化硫实际浓度、烟气量以及氯化氢浓度，调节流量控制模块112，将氯化氢溶液储罐模块111中的氯化氢溶液喷入水平烟道内，减少三氧化硫的生成。
另外，对于氯化氢溶液储罐模块111中，氯化氢溶液的压力和温度可以根据其反应活性来确定，比如可以为1～1.5atm和20～30℃。氯化氢溶液的浓度(质量百分比)通常可以为10％～15％。通常当水平烟道中的烟气中的三氧化硫浓度较低时，氯化氢溶液的浓度可以相对较低，相反需要较高浓度的氯化氢溶液。
经过测试，使用如图4所示的煤燃烧系统，在三氧化硫浓度小于40ppm时，通过喷射氯化氢溶液，三氧化硫浓度可降低15～25％，能够较好的抑制三氧化硫的生成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述减少烟气中三氧化硫生成的系统包括：
氯化氢溶液储罐模块、流量控制模块和喷射模块；
所述氯化氢溶液储罐模块与流量控制模块相连，所述流量控制模块与喷射模块相连；
所述氯化氢溶液储罐模块包括一个或者多个氯化氢溶液储液罐，用于储存氯化氢溶液；
所述流量控制模块包括一个或多个转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门，用于对氯化氢溶液的流量进行控制；
所述喷射模块中包括一个或多个喷头，用于通过喷头将氯化氢溶液储液罐中的氯化氢溶液喷出。
2.如权利要求1所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述氯化氢溶液储罐模块的每条支路出口管道上均设置有转速可调的酸液输送泵和电子流量调节阀门。
3.如权利要求1所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述氯化氢溶液储罐模块中设置有多个氯化氢溶液储液罐时，多个氯化氢溶液储液罐之间的连接方式为并联或串并联。
4.如权利要求1所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述喷射模块中至少有一个喷头设置于锅炉烟气出口。
5.如权利要求4所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述设置于锅炉烟气出口的喷头的喷射方向设置为朝下或沿着烟气流动方向水平喷射，或介于两者之间其他喷射角度。
6.如权利要求5所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述设置于锅炉烟气出口的喷头为压力雾化喷头或双流体雾化喷头。
7.如权利要求5所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统，其特征在于，所述喷头设置于水平烟道的烟气入口段内部的上端。
8.一种用于实施权利要求1～7任意一项所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统的减少烟气中三氧化硫生成的方法，其特征在于，所述减少烟气中三氧化硫生成的方法包括：
步骤一，氯化氢溶液储液罐中的氯化氢溶液通过喷射模块进行喷射；
步骤二，流量控制模块对喷射出的氯化氢溶液的流量进行控制；
步骤三，喷射到烟道中的氯化氢溶液通过基元反应生成能够抑制三氧化硫生成的HO2自由基和H2O，从而间接地抑制三氧化硫的生成。
9.如权利要求8所述的减少烟气中三氧化硫生成的方法，其特征在于，所述氯化氢溶液储液罐内的氯化氢溶液质量浓度为10％～15％。
10.一种安装有权利要求1～7任意一项所述的减少烟气中三氧化硫生成的系统的煤燃烧系统，其特征在于，所述煤燃烧系统包括：
减少烟气中三氧化硫生成的系统、棚顶过热器、末级过热器和锅炉炉膛；
所述减少烟气中三氧化硫生成的系统包括氯化氢溶液储罐模块、流量控制模块和喷射模块，喷射模块中的一个喷头设置于锅炉炉膛出口的水平烟道入口段内部的上端；
所述棚顶过热器和末级过热器用于对过热蒸汽进行加热，锅炉炉膛是煤粉燃烧的场所。
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