CN116336464A - 一种钙基危废协同捕集so2/nox/co2工艺方法及系统 - Google Patents
一种钙基危废协同捕集so2/nox/co2工艺方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法及系统，包括钙基危废脱硫减硝系统、钙基危废脱碳系统、高位烟气再循环系统；钙基危废脱硫减硝系统包括流化床炉膛、炉膛分离器和回料机构；钙基危废脱碳系统包括碳酸化炉、碳酸化炉分离器、碳酸化炉回料机构、第一低品位能利用反应器、煅烧炉、煅烧炉分离器、煅烧炉回料机构和CO2集气罐；高位烟气再循环系统包括第一送风机、集气罐、第二送风机、流化床炉膛上部再循环烟气管路和流化床炉膛中部再循环烟气管路。本发明通过钙基危废脱硫技术、高位烟气再循环技术、钙基危废脱碳技术、失活吸收剂自活化技术实现了钙基危废的消纳和SO2/NOX/CO2处理工艺的高度一体化处理。
Description
技术领域
本发明涉及钙基危废处理技术领域，具体涉及一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法及系统。
背景技术
一方面，随着“双碳”目标的深入实施，CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现能源系统低碳化的两大主要途径之一。钙循环技术利用以石灰石为代表的CaO基材料作为吸收剂，是最具潜力的CO2尾端捕集技术之一，但其存在吸收剂随循环次数增加活性急剧降低的问题。为了维持高CO2捕集效率，钙循环工艺不停的排出部分失活吸收剂，造成了钙基材料的浪费以及化学能的损失。如能实现失活钙基吸收剂活化，则可恢复其循环捕集CO2活性，将其替代补充的新鲜吸收剂再次返回系统，实现失活钙基吸收剂的原位资源化利用。然而钙基吸收剂多次循环失活后，在环境条件下吸收环境中水分后可以实现自活化，微观孔隙结构得到不同程度的恢复，经自活化后的钙基吸收剂再次用于钙循环技术，其捕集CO2性能得到提高。
另一方面，钙基危废碱性强、含盐度高，且具有一定放射性，大量的赤泥堆放会对水质、土壤、大气及人体等造成不可逆转的危害。例如氧化铝企业每生产1吨成品会排放超过2吨的赤泥，目前世界上堆存的赤泥已有数十亿吨。由于钙基危废中含有高成分过渡金属氧化物，对于各污染物脱除具备理论应用价值，因此常用于电站烟气脱硫，但现有成熟技术集中于钙基危废湿法脱硫，而危废浆液运行一段时间后容易出现板结、堵塞、腐蚀甚至短路等问题。虽然钙基危废脱硫剂的开发实现了由液相湿法脱硫向干法脱硫的转变，可大大减少废水产生量，但钙基危废改性需要高成本的高温活化催化剂，无法进行大规模制备以达到危废消纳的目的。实验研究发现，以赤泥为代表的钙基危废浆液替代石灰石浆液，作为有效的循环物料，因其合适的粒径和丰富的组分，脱硫效率可达95％以上。
同时，在深度调峰的影响下，火电机组特别是循环流化床(CFB)机组的脱硝性能面临巨大考验。传统的脱硝几乎全部依靠炉膛顶部SNCR脱硝设备，绝大多数研究集中于还原剂类别(氨水、尿素溶液)、喷枪布置与雾化特性和锅炉燃烧调整，这不仅受成本限制，而且当机组负荷降至50％BMCR以下时，炉膛出口烟温不足700℃，严重偏离脱硝反应温度窗口。若采用烟气再循环技术，传统成熟的底部通入方式会使得床温下降30-70℃，床温不能维持稳定，机组低负荷运行潜力势必下降。研究发现，烟气高位再循环技术能够在保证床温稳定的前提下，充分抑制NOx的生成，使NOx自脱除率稳定在45％以上。同时与补燃风的共同作用下，又提升了燃烧效率。这种技术达到了低负荷稳燃、充分低氮燃烧和高热效率的三重效果。
对于CFB机组，通常脱硫集中于除尘出口或炉膛内部，脱硝集中于炉膛出口，而脱碳集中于风烟系统尾部净烟气，三者在处理区域上相互独立，处理方法和设备上大相径庭，但在相互反应机理上又相互矛盾。
当前脱硫、脱硝和脱碳技术的理论思路未能高度集成，钙循环工艺不停排出失活吸收剂，造成钙基材料的浪费和化学能的损失；钙基危废的堆积问题，急需寻求一种先进的钙基危废处理方法；CFB机组深度调峰时，炉膛出口温度和烟气组分分布均匀性不能达到脱氮条件，且无备选解决方法。因此实现钙基危废的消纳和SO2/NOX/CO2处理工艺的高度一体化，是本发明的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法及系统，实现钙基危废的消纳和SO2/NOX/CO2处理工艺的高度一体化处理。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，包括钙基危废脱硫减硝系统、钙基危废脱碳系统、高位烟气再循环系统；
钙基危废脱硫减硝系统包括流化床炉膛、炉膛分离器和回料机构；在流化床炉膛底部设有燃料进料口料仓，流化床炉膛顶部连接有炉膛分离器，炉膛分离器的下部通过立管与回料机构连接，回料机构与流化床炉膛底部连接；
钙基危废脱碳系统包括碳酸化炉、碳酸化炉分离器、碳酸化炉回料机构、第一低品位能利用反应器、煅烧炉、煅烧炉分离器、煅烧炉回料机构和CO2集气罐；炉膛分离器连接至碳酸化炉，碳酸化炉下部连接煅烧炉回料机构，碳酸化炉底部设有失活钙基吸收剂出口，失活钙基吸收剂出口连接至第一低品位能利用反应器，回料机构连接至第一低品位能利用反应器，第一低品位能利用反应器连接至烟囱；碳酸化炉的顶部与碳酸化炉分离器相连接，碳酸化炉分离器下部与通过立管连接至碳酸化炉回料机构，碳酸化炉回料机构与煅烧炉下部相连接，煅烧炉下部设有煅烧炉进料口，煅烧炉顶部与煅烧炉分离器相连接，煅烧炉分离器上部连接CO2集气罐，煅烧炉分离器底部通过立管连接至煅烧炉回料机构；第一低品位能利用反应器通过助燃剂输送管路经连接至煅烧炉；
高位烟气再循环系统包括第一送风机、集气罐、第二送风机、流化床炉膛上部再循环烟气上部再循环烟气管路和流化床炉膛中部再循环烟气中部再循环烟气管路；烟囱连接引风机，引风机连接第二送风机，第二送风机分别连接至碳酸化炉分离器和第二低品位能利用反应器，第二低品位能利用反应器连接至集气罐，集气罐连接第一送风机；集气罐的一个出口通向流化床炉膛上部再循环烟气管路，另一个出口通向流化床炉膛中部再循环烟气管路。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
第一低品位能利用反应器中为失活钙基吸收剂自活化系统，失活钙基吸收剂自活化系统通过溢流布置的方式将第一低品位能利用反应器的内部采用-级隔板分隔成若干副床，副床底部具有若干向上喷水汽的汽口；在第一低品位能利用反应器一端的上部设有失活钙基吸收剂进料口和输氧管出口，失活钙基吸收剂进料口连接碳酸化炉的失活钙基吸收剂出口，输氧管出口通过气体管路连接煅烧炉；第一低品位能利用反应器另一端的上部设有活化钙基吸收剂出口、下部设有输氧管进口，活化钙基吸收剂出口连接至回料机构，输氧管进口连接氧泵，输氧管进口和输氧管出口之间为助燃剂管道；助燃剂管道中氧的输送方向与失活钙基吸收剂输入、活化钙基吸收剂输出的方向相反；各副床内的助燃剂管道铺设于副床底部，副床临界处的助燃剂管道沿隔板铺设相连。
进一步地，在每个副床底部均设有6个汽口及对应的来汽调节阀和1个疏水口，汽口连接汽轮机或低压加热器；每个副床的来汽调节阀可分别调节，来汽作为流化风从底部进入副床；来汽量根据Ca/H2O摩尔比1.5-1.8以及副床中的钙基溢流速率进行控制，抽汽压力为0.2-0.28Mpa；氧泵连接氧气罐或空气分离器。
进一步地，所述的集气罐包括第一集气罐、第二集气罐，所述的第一送风机分别连接第一集气罐、第二集气罐，第二低品位能利用反应器连接至第一集气罐，第一集气罐出口通向流化床炉膛上部再循环烟气管路，第二集气罐出口通向流化床炉膛中部再循环烟气管路。
进一步地，第一送风机与第一集气罐的连接管路上设有第一调节阀，第一送风机与第二集气罐的连接管路上设有第二调节阀；第一集气罐与上部再循环烟气管路间的连接管路上设有第四调节阀；第二集气罐连接至第一集气罐与上部再循环烟气管路间的连接管路，并设有第三调节阀；第二集气罐与中部再循环烟气管路间的连接管路上设有第五调节阀；第二低品位能利用反应器与第一集气罐的连接管路上设有第六调节阀。
作为优选的方案，流化床炉膛出口设有水平烟道，水平烟道上安装有SCNR设备。
进一步地，上部再循环烟气管路位于流化床炉膛高度的65-90％处，中部再循环烟气管路位于流化床炉膛高度的40-60％处。
作为优选的方案，第二低品位能利用反应器中的管路包括烟气管路和换热介质管路，所述的烟气管路在内、换热介质管路在外，换热介质管路包裹其内的烟气管路，烟气管路中通来自煅烧炉的烟气，换热介质管路中通换热介质，换热介质为气体或液体。
本发明还保护一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法，采用上述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，包括以下步骤：
燃料通过燃料进料口料仓加入流化床炉膛，钙基危废通过燃料进料口料仓进入流化床炉膛，经钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统中第一低品位能利用反应器活化处理后的活化钙基吸收剂通过回料机构进入流化床炉膛；燃料与钙基危废和/或活化钙基吸收剂在流化床炉膛内进行掺烧，钙基危废与燃料燃烧所产生的含硫烟气充分反应，得到脱硫烟气；
脱硫烟气经过炉膛分离器进入碳酸化炉，与碳酸化炉中的活化钙基吸收剂进行固碳反应，得到脱硫脱碳烟气；
与燃料燃烧后的失活的钙基危废为失活钙基吸收剂，部分失活钙基吸收剂经过回料机构进入第一低品位能利用反应器，发生水合反应实现失活钙基吸收剂的自活化，自活化后生成的活化钙基吸收剂输出至回料机构；另一部分失活钙基吸收剂经过碳酸化炉碳酸化后由碳酸化炉分离器经碳酸化炉回料机构送入煅烧炉进行高温煅烧，同时在煅烧炉中补充加入钙基危废以及燃料进行钙基固废煅烧，煅烧采用第一低品位能利用反应器输氧管出口送来的纯氧助燃剂，煅烧后的活化钙基吸收剂通过煅烧炉分离器经煅烧炉回料机构返回碳酸化炉循环利用，煅烧产生的高纯度CO2气流通过煅烧炉顶部进入CO2集气罐；
煅烧后，一部分脱硫脱碳烟气通过引风机引至烟囱排向大气，另一部分脱硫脱碳烟气经过碳酸化炉回料机构、碳酸化炉分离器、第二送风机、第二低品位能利用反应器进入集气罐，与来自第一送风机的空气在集气罐内混合后，通入流化床炉膛上部再循环烟气管路，作为上部再循环烟气，通入流化床炉膛中部再循环烟气管路，作为中部再循环烟气，形成高位循环烟气，抑制NOX的生成。
流化床炉膛内，钙基危废掺烧比控制在0-50％，炉床温度控制在750-950℃；碳酸化炉炉膛温度控制在650-700℃；煅烧炉温度控制在850-950℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过钙基危废脱硫技术、烟气再循环技术、钙基危废脱碳技术、失活吸收剂自活化技术实现了钙基危废的消纳和SO2/NOX/CO2处理工艺的高度一体化处理。
本发明实现多处的低品位热源的综合回收利用，如钙基危废吸收剂再活化的同时，也回收了其中储存的化学能用于加热助燃剂，显著减少燃料消耗量；可灵活运用汽机抽汽量与失活钙基吸收剂水合反应实现失活钙基吸收剂的自活化，降低排汽量，明显减少汽轮机冷源损失；脱碳后的高温烟气在循环进入流化床炉膛的循环流化系统前通过第二低品位能利用反应器，提供备用热能转换，显著降低排烟热损失，提升机组热效率。
本发明通过高活性高碱钙基危废的炉内协同脱硫脱氮技术，实现钙基危废替代传统石灰石进行干法脱硫、脱硝和钙循环自活化等多重工艺，石灰石理论投入率降为零，显著提升高碱钙基危废消纳水平，明显节约石灰石开采和运输成本。
本发明将传统的流化床清洁燃烧技术耦合脱碳烟气高位再循环技术，实现脱碳烟气高位再循环与补燃风灵活混合和自由切换，解耦传统SNCR脱硝技术的限制因素，同时维持了炉温的稳定，辅以高活性钙基危废吸收剂，达成炉内SO2和NOX的高效协同脱除。
本发明能够有效解耦传统脱硝、脱硫工艺，采用近乎零成本的钙基危废实现烟气污染物的顺序脱除和捕集，由于既可集成亦可拆解的特点，因此面向火电机组、化工行等业中的高能耗单元，都具备良好的使用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2的流程图，其中I:钙基危废脱硫技术，Ⅱ：高位烟气再循环技术，Ⅲ：钙基危废脱碳技术Ⅳ：失活吸收剂自活化技术
图2为本发明的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统结构示意图。
图3为本发明的烟气再循环管路布置结构示意图。
图4为第一低品位能利用反应器内部结构及流程示意图。
图中：1：送风机，2：进料口料仓，3：集气罐，3-1：第一集气罐，3-2：第二集气罐，4：流化床炉膛，5：炉膛分离器，6：回料机构，7：碳酸化炉，8：碳酸化炉分离器，9：碳酸化炉回料机构，10：第一低品位能利用反应器，11：煅烧炉分离器，12：煅烧炉回料机构，13：煅烧炉，14：CO2集气罐，15：第一低品位能利用反应器，16：引风机，17：烟囱，18：送氧风机，19-1：第一调节阀，19-2：第二调节阀，19-3：第三调节阀，19-4：第四调节阀，19-5：第五调节阀，19-6：第六调节阀。
具体实施方式
以下通过实施例的形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明中的燃料可为煤、生物质、固废中的一种或多种。
本发明中的钙基危废可为电石渣、赤泥、白泥等工业危废中的一种或多种。
本发明的原理包括钙基危废脱硫技术I、高位烟气再循环技术Ⅱ、钙基危废脱碳技术Ⅲ、失活吸收剂自活化技术Ⅳ，各环节相辅相成，如图1所示。各环节既可以通过技术耦合，实现捕集SO2/NOX/CO2的一体化处理系统，又可解耦拆卸，将不同工艺环节分别运用于合适场景。
本发明的提供了一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，如图2所示，包括钙基危废脱硫减硝系统、钙基危废脱碳系统、高位烟气再循环系统；
钙基危废脱硫减硝系统包括流化床炉膛4、炉膛分离器5和回料机构6；在流化床炉膛4底部设有燃料进料口料仓2，流化床炉膛4顶部连接有炉膛分离器5，炉膛分离器5的下部通过立管与回料机构6连接，回料机构6与流化床炉膛4底部连接；
钙基危废脱碳系统包括碳酸化炉7、碳酸化炉分离器8、碳酸化炉回料机构9、第一低品位能利用反应器10、煅烧炉13、煅烧炉分离器11、煅烧炉回料机构12和CO2集气罐14；炉膛分离器5连接至碳酸化炉7，碳酸化炉7下部连接煅烧炉回料机构12，碳酸化炉7底部设有失活钙基吸收剂出口，失活钙基吸收剂出口连接至第一低品位能利用反应器10，回料机构6连接至第一低品位能利用反应器10，第一低品位能利用反应器10连接至烟囱17；碳酸化炉7的顶部与碳酸化炉分离器8相连接，碳酸化炉分离器8下部与通过立管连接至碳酸化炉回料机构9，碳酸化炉回料机构9与煅烧炉13下部相连接，煅烧炉13下部设有煅烧炉进料口，煅烧炉13顶部与煅烧炉分离器11相连接，煅烧炉分离器11上部连接CO2集气罐14，煅烧炉分离器11底部通过立管连接至煅烧炉回料机构12；第一低品位能利用反应器10通过助燃剂输送管路经连接至煅烧炉13；
高位烟气再循环系统包括第一送风机1、集气罐3、第二送风机18、流化床炉膛4上部再循环烟气管路和流化床炉膛4中部再循环烟气管路；烟囱17连接引风机16，引风机16连接第二送风机18，第二送风机18分别连接至碳酸化炉分离器8和第二低品位能利用反应器15，第二低品位能利用反应器15连接至集气罐3，集气罐3连接第一送风机1；集气罐3的一个出口通向流化床炉膛4上部再循环烟气管路，另一个出口通向流化床炉膛4中部再循环烟气管路。
图2中，图下方的烟囱17即为图上方的烟囱17。
上部再循环烟气管路位于流化床炉膛4高度的65-90％处，中部再循环烟气管路位于流化床炉膛4高度的40-60％处。
集气罐3包括第一集气罐3-1、第二集气罐3-2，第一送风机1分别连接第一集气罐3-1、第二集气罐3-2，第二低品位能利用反应器15连接至第一集气罐3-1，第一集气罐3-1出口通向流化床炉膛4上部再循环烟气管路，集气罐3-2出口通向流化床炉膛4中部再循环烟气中部再循环烟气管路。
实施例中，第一送风机1与第一集气罐3-1的连接管路上设有第一调节阀19-1，第一送风机1与第二集气罐3-2的连接管路上设有第二调节阀19-2；第一集气罐3-1与上部再循环烟气管路间的连接管路上设有第四调节阀19-4；第二集气罐3-2连接至第一集气罐3-1与上部再循环烟气管路间的连接管路，并设有第三调节阀19-3；第二集气罐3-2与中部再循环烟气管路间的连接管路上设有第五调节阀19-5；第二低品位能利用反应器15与第一集气罐3-1的连接管路上设有第六调节阀19-6。
流化床炉膛4出口设有水平烟道(流化床炉膛4、炉膛分离器5之间连接的管道)，水平烟道上安装有SCNR设备，喷氨量依据流化床炉膛4出口烟气的NOX浓度灵活调节。
通过第一调节阀19-1和第四调节阀19-4调节空气与烟气流率，使上部再循环烟气管路中的烟气再循环率处于0-80％、混合烟气压力维持在2-6kPa。
通过第二调节阀19-2和第三调节阀19-3调节空气与烟气流率，使中部再循环烟气管路中的烟气再循环率处于0-80％、混合烟气压力维持在2-6kPa。
通过第六调节阀19-6调节烟气再循环率，使尾部烟道(炉膛分离器5至碳酸化炉7间连接的管道)运行O2浓度维持在2-8％。
第一低品位能利用反应器10中为失活钙基吸收剂自活化系统，失活钙基吸收剂自活化系统通过溢流布置的方式将第一低品位能利用反应器10的内部采用2-4级隔板分隔成若干副床，副床底部具有若干向上喷水汽的汽口；在第一低品位能利用反应器10一端的上部设有失活钙基吸收剂进料口和输氧管出口，失活钙基吸收剂进料口连接碳酸化炉7的失活钙基吸收剂出口，输氧管出口通过气体管路连接煅烧炉13；第一低品位能利用反应器10另一端的上部设有活化钙基吸收剂出口、下部设有输氧管进口，活化钙基吸收剂出口连接至回料机构6，输氧管进口连接氧泵，氧泵连接氧气罐或空气分离器；输氧管进口和输氧管出口之间为助燃剂管道；助燃剂管道中氧的输送方向与失活钙基吸收剂输入、活化钙基吸收剂输出的方向相反；各副床内的助燃剂管道铺设于副床底部，副床临界处的助燃剂管道沿隔板铺设相连。失活钙基吸收剂经过各副床逐级溢流，进行自活化后成为活化钙基吸收剂，从活化钙基吸收剂出口被送至回料机构6，也可被送往燃料进料口料仓2。
第一低品位能利用反应器10中助燃剂管道中氧气通过一边输送、一边实现利用水合反应释放的热量预热，实现了热能的回收利用，被加热后作为助燃剂进入煅烧炉，减少燃料消耗，提高了煅烧效率。
在每个副床底部均设有6个来汽调节阀和1个疏水口，来汽调节阀连接低压加热器；每个副床的来汽调节阀可分别调节，来汽作为流化风从底部进入副床；来汽量根据Ca/H2O摩尔比1.5-1.8以及副床中的钙基溢流速率进行控制，抽汽压力为0.2-0.28Mpa。
第二低品位能利用反应器15中的管路包括烟气管路和换热介质管路，所述的烟气管路在内、换热介质管路在外，换热介质管路包裹其内的烟气管路，烟气管路中通来自煅烧炉的烟气，换热介质管路中通换热介质，换热介质为气体或液体。实施例中，换热介质管路可根据需要连通不同来源的介质系统，烟气管路和换热介质管路均可采用蛇管式或列管式布置，根据气流方向，采用顺流式、逆流式、双逆流式、混流式中的一种或多种布置。第二低品位能利用反应器15中烟气管路所带的高热量通过换热的过程将热量回收至换热介质。
本发明提供了一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法，包括以下步骤：
燃料通过燃料进料口料仓2加入流化床炉膛4，钙基危废通过燃料进料口料仓2进入流化床炉膛4，经钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统中第一低品位能利用反应器10活化处理后的活化钙基吸收剂通过回料机构6进入流化床炉膛4；燃料与钙基危废和/或活化钙基吸收剂在流化床炉膛4内进行掺烧，钙基危废与燃料燃烧所产生的含硫烟气充分反应，得到脱硫烟气；
脱硫烟气经过炉膛分离器5进入碳酸化炉7，与碳酸化炉7中的活化钙基吸收剂进行固碳反应，得到脱硫脱碳烟气；
与燃料燃烧后的失活的钙基危废为失活钙基吸收剂，部分失活钙基吸收剂经过回料机构6进入第一低品位能利用反应器10，发生水合反应实现失活钙基吸收剂的自活化，自活化后生成的活化钙基吸收剂输出至回料机构6；另一部分失活钙基吸收剂经过碳酸化炉7碳酸化后由碳酸化炉分离器8经碳酸化炉回料机构9送入煅烧炉13进行高温煅烧，同时在煅烧炉13中补充加入钙基危废以及燃料进行钙基固废煅烧，煅烧采用第一低品位能利用反应器10输氧管出口送来的纯氧助燃剂，煅烧后的活化钙基吸收剂通过煅烧炉分离器11经煅烧炉回料机构12返回碳酸化炉7循环利用，煅烧产生的高纯度CO2气流通过煅烧炉13顶部进入CO2集气罐14；
煅烧后，一部分脱硫脱碳烟气通过引风机16引至烟囱17排向大气，另一部分脱硫脱碳烟气经过碳酸化炉回料机构9、碳酸化炉分离器8、第二送风机18、第二低品位能利用反应器15进入集气罐3，与来自第一送风机1的空气在集气罐3内混合后，通入流化床炉膛4上部再循环烟气管路，作为上部再循环烟气，通入流化床炉膛4中部再循环烟气管路，作为中部再循环烟气，形成高位循环烟气，抑制NOX的生成。
流化床炉膛4内，钙基危废掺烧比控制在0-50％，炉床温度控制在750-950℃；碳酸化炉7炉膛温度控制在650-700℃；煅烧炉13温度控制在850-950℃。煅烧炉13内氧气的通入量与燃料满足化学当量比、氧气的通入温度为0-200℃。
本发明通过将燃料与钙基危废送入流化床炉膛4内进行掺烧，燃烧所产生烟气中含硫气体与钙基危废中的钙基充分反应，实现钙基危废替代传统石灰石进行脱硫，由于钙基危废富含钙、镁等金属氧化物，通过煅烧制备的复合吸收剂，其CO2捕集性能高于传统石灰石吸收剂，对钙基危废的循环利用，提升钙基危废消纳水平，明显节约石灰石开采和运输成本。
从进料口料仓2进入的钙基危废可和回料机构6中的活化钙基吸收剂可同时进入流化床炉膛4，以减轻系统的进料负荷；流化床炉膛4中的钙基危废与活化钙基吸收剂的比例可灵活调节，同时有助于钙吸收剂(钙基危废、活化钙基吸收剂均为钙吸收剂)与燃料的混合，使得烟气脱硫反应进行更加彻底，极大限度提高了炉内脱硫效率。
煅烧炉13的钙基危废进料口、燃料进料口、助燃剂进料口可为同一个或多个。
在钙基危废脱硫技术I中，钙基危废通过与燃料掺烧，其丰富的碱性氧化物和良好的孔隙结构，在掺烧过程中，SO2会沿着危废表面孔隙深入到颗粒内部与碱性氧化物反应，达到了很好的固硫作用。在合理的掺烧比0-50％工况下，SO2脱除率达99％以上。此技术在实现炉内脱硫的同时，又达到钙基危废大规模消纳的目的。
在高位烟气再循环技术Ⅱ中，将传统的流化床清洁燃烧技术(流化床炉膛4、炉膛分离器5、回料机构6的流化床燃烧)耦合脱碳烟气高位再循环技术，实现脱碳烟气高位再循环与补燃风灵活混合和自由切换。循环烟气具有高温和低氧的特点，与来自第一送风机1、第二送风机18作为补燃风的空气，从流化床炉膛4中部、上部进入，实现在床温不变的同时，达到了较高的NOX抑制率。
经过补燃风的烟气，含有低浓度NOX，再通过SNCR进行脱硝。在提高燃烧效率的同时，由于高位烟气循环结合补燃风技术，构造还原性气氛，有效抑制NOX的产生，炉膛出口NOX已达到较低水平。因此显著降低了SNCR工艺运行成本。作为解耦SNCR脱硝工艺，有效避免炉膛出口烟温影响。
另外，脱除CO2后的气流带有较高的化学能，通过第二低品位能利用反应器15实现热能转换与利用，减少热能损失，提高经济性。第二低品位能利用反应器15加热来流空气，达到空气预热器的效果，提高锅炉效率和经济性。
在钙基危废脱碳技术Ⅲ中，面对钙基材料损耗严重，采集运输成本高的问题，利用钙基危废替代传统石灰石进行钙循环捕集工艺，明显节约石灰石的开采和运输成本的同时，显著提升钙基危废消纳水平，其CO2脱除效率达90％以上。并且捕集得到的高纯度CO2具有较高的利用价值，有效推进了“双碳”目标的进程。
在失活吸收剂自活化技术Ⅳ中，可采用汽轮机抽汽作为自活化水源，降低了汽轮机排汽，减少了冷源损失；自活化有效解决了失活吸收剂碱性强、堆积隐患、处理困难等问题；回收利用了自活化过程中释放的化学能以加热助燃剂O2,有效提高了煅烧炉的煅烧效率和节省了煅烧所需燃料，达到了废化学能利用、减少燃料耗量、降低CO2排放等综合效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：包括钙基危废脱硫减硝系统、钙基危废脱碳系统、高位烟气再循环系统；
钙基危废脱硫减硝系统包括流化床炉膛(4)、炉膛分离器(5)和回料机构(6)；在流化床炉膛(4)底部设有燃料进料口料仓(2)，流化床炉膛(4)顶部连接有炉膛分离器(5)，炉膛分离器(5)的下部通过立管与回料机构(6)连接，回料机构(6)与流化床炉膛(4)底部连接；
钙基危废脱碳系统包括碳酸化炉(7)、碳酸化炉分离器(8)、碳酸化炉回料机构(9)、第一低品位能利用反应器(10)、煅烧炉(13)、煅烧炉分离器(11)、煅烧炉回料机构(12)和CO2集气罐(14)；炉膛分离器(5)连接至碳酸化炉(7)，碳酸化炉(7)下部连接煅烧炉回料机构(12)，碳酸化炉(7)底部设有失活钙基吸收剂出口，失活钙基吸收剂出口连接至第一低品位能利用反应器(10)，回料机构(6)连接至第一低品位能利用反应器(10)，第一低品位能利用反应器(10)连接至烟囱(17)；碳酸化炉(7)的顶部与碳酸化炉分离器(8)相连接，碳酸化炉分离器(8)下部与通过立管连接至碳酸化炉回料机构(9)，碳酸化炉回料机构(9)与煅烧炉(13)下部相连接，煅烧炉(13)下部设有煅烧炉进料口，煅烧炉(13)顶部与煅烧炉分离器(11)相连接，煅烧炉分离器(11)上部连接CO2集气罐(14)，煅烧炉分离器(11)底部通过立管连接至煅烧炉回料机构(12)；第一低品位能利用反应器(10)通过助燃剂输送管路经连接至煅烧炉(13)；
高位烟气再循环系统包括第一送风机(1)、集气罐(3)、第二送风机(18)、流化床炉膛(4)的上部再循环烟气管路和流化床炉膛(4)的中部再循环烟气管路；烟囱(17)连接引风机(16)，引风机(16)连接第二送风机(18)，第二送风机(18)分别连接至碳酸化炉分离器(8)和第二低品位能利用反应器(15)，第二低品位能利用反应器(15)连接至集气罐(3)，集气罐(3)连接第一送风机(1)；集气罐(3)的一个出口通向流化床炉膛(4)的上部再循环烟气管路，另一个出口通向流化床炉膛(4)的中部再循环烟气管路。
2.根据权利要求1所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：第一低品位能利用反应器(10)中为失活钙基吸收剂自活化系统，失活钙基吸收剂自活化系统通过溢流布置的方式将第一低品位能利用反应器(10)的内部采用2-4级隔板分隔成若干副床，副床底部具有若干向上喷水汽的汽口；在第一低品位能利用反应器(10)一端的上部设有失活钙基吸收剂进料口和输氧管出口，失活钙基吸收剂进料口连接碳酸化炉(7)的失活钙基吸收剂出口，输氧管出口通过气体管路连接煅烧炉(13)；第一低品位能利用反应器(10)另一端的上部设有活化钙基吸收剂出口、下部设有输氧管进口，活化钙基吸收剂出口连接至回料机构(6)，输氧管进口连接氧泵，输氧管进口和输氧管出口之间为助燃剂管道；助燃剂管道中氧的输送方向与失活钙基吸收剂输入、活化钙基吸收剂输出的方向相反；各副床内的助燃剂管道铺设于副床底部，副床临界处的助燃剂管道沿隔板铺设相连。
3.根据权利要求2所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：在每个副床底部均设有6个汽口及对应的来汽调节阀和1个疏水口，汽口连接汽轮机或低压加热器；每个副床的来汽调节阀可分别调节，来汽作为流化风从底部进入副床；来汽量根据Ca/H2O摩尔比1.5-1.8以及副床中的钙基溢流速率进行控制，抽汽压力为0.2-0.28Mpa；氧泵连接氧气罐或空气分离器。
4.根据权利要求1所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：所述的集气罐(3)包括第一集气罐(3-1)、第二集气罐(3-2)，所述的第一送风机(1)分别连接第一集气罐(3-1)、第二集气罐(3-2)，第二低品位能利用反应器(15)连接至第一集气罐(3-1)，第一集气罐(3-1)出口通向流化床炉膛(4)的上部再循环烟气管路，第二集气罐(3-2)出口通向流化床炉膛(4)的中部再循环烟气管路。
5.根据权利要求4所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：第一送风机(1)与第一集气罐(3-1)的连接管路上设有第一调节阀(19-1)，第一送风机(1)与第二集气罐(3-2)的连接管路上设有第二调节阀(19-2)；第一集气罐(3-1)与上部再循环烟气管路间的连接管路上设有第四调节阀(19-4)；第二集气罐(3-2)连接至第一集气罐(3-1)与上部再循环烟气管路间的连接管路，并设有第三调节阀(19-3)；第二集气罐(3-2)与中部再循环烟气管路间的连接管路上设有第五调节阀(19-5)；第二低品位能利用反应器(15)与第一集气罐(3-1)的连接管路上设有第六调节阀(19-6)。
6.根据权利要求1所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：流化床炉膛(4)出口设有水平烟道，水平烟道上安装有SCNR设备。
7.根据权利要求1所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：上部再循环烟气管路位于流化床炉膛(4)高度的65-90％处，中部再循环烟气管路位于流化床炉膛(4)高度的40-60％处。
8.根据权利要求1所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，其特征在于：第二低品位能利用反应器(15)中包括烟气管路和换热介质管路，所述的烟气管路在内、换热介质管路在外，换热介质管路包裹其内的烟气管路，烟气管路中通来自煅烧炉的烟气，换热介质管路中通换热介质，换热介质为气体或液体。
9.一种钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统，包括以下步骤：
燃料通过燃料进料口料仓(2)加入流化床炉膛(4)，钙基危废通过燃料进料口料仓(2)进入流化床炉膛(4)，经钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2系统中第一低品位能利用反应器(10活化处理后的活化钙基吸收剂通过回料机构(6)进入流化床炉膛(4)；燃料与钙基危废和/或活化钙基吸收剂在流化床炉膛(4)内进行掺烧，钙基危废与燃料燃烧所产生的含硫烟气充分反应，得到脱硫烟气；
脱硫烟气经过炉膛分离器(5)进入碳酸化炉(7)，与碳酸化炉(7)中的活化钙基吸收剂进行固碳反应，得到脱硫脱碳烟气；
与燃料燃烧后的失活的钙基危废为失活钙基吸收剂，部分失活钙基吸收剂经过回料机构(6)进入第一低品位能利用反应器(10)，发生水合反应实现失活钙基吸收剂的自活化，自活化后生成的活化钙基吸收剂输出至回料机构(6)；另一部分失活钙基吸收剂经过碳酸化炉(7)碳酸化后由碳酸化炉分离器(8)经碳酸化炉回料机构(9)送入煅烧炉(13)进行高温煅烧，同时在煅烧炉(13)中补充加入钙基危废以及燃料进行钙基固废煅烧，煅烧采用第一低品位能利用反应器(10)输氧管出口送来的纯氧助燃剂，煅烧后的活化钙基吸收剂通过煅烧炉分离器(11)经煅烧炉回料机构(12)返回碳酸化炉(7)循环利用，煅烧产生的高纯度CO2气流通过煅烧炉(13)顶部进入CO2集气罐(14)；
煅烧后，一部分脱硫脱碳烟气通过引风机(16)引至烟囱(17)排向大气，另一部分脱硫脱碳烟气经过碳酸化炉回料机构(9)、碳酸化炉分离器(8)、第二送风机(18)、第二低品位能利用反应器(15)进入集气罐(3)，与来自第一送风机(1)的空气在集气罐(3)内混合后，通入流化床炉膛(4)上部再循环烟气管路，作为上部再循环烟气，通入流化床炉膛(4)中部再循环烟气管路，作为中部再循环烟气，形成高位循环烟气，抑制NOX的生成。
10.根据权利要求9所述的钙基危废协同捕集SO2/NOX/CO2工艺方法，其特征在于：流化床炉膛(4)内，钙基危废掺烧比控制在0-50％，炉床温度控制在750-950℃；碳酸化炉(7)炉膛温度控制在650-700℃；煅烧炉(13)温度控制在850-950℃。
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