CN210814644U - 一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及烟气处理技术领域，尤其涉及一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统。该系统包括炉内脱硝装置、第一除尘装置和脱硫装置；炉内脱硝装置、第一除尘装置和脱硫装置依次连接；除尘装置和脱硫装置之间还设置分别与除尘装置和脱硫装置相连的臭氧脱硝装置。该方法包括将待处理的烟气炉内脱硝装置脱硝后通入第一除尘装置进行除尘；再依次通入臭氧脱硝装置和脱硫装置进行复合脱硝脱硫后排出。本实用新型提供的系统解决了现有技术不能有效除尘、除SO₃、HCl、HF、重金属、呋喃以及脱硝脱硫过程中会产生废水、有色烟羽，造成设备腐蚀的问题。能高效去除氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO₂)以及其他多种无污染物的同时，还能有效除尘。

Description

一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统

技术领域

本实用新型涉及烟气处理技术领域，尤其涉及一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统。

背景技术

生物质锅炉烟气中除了含有常规的氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO₂)、粉尘污染物以外，还含有大量的三氧化硫(SO₃)、氯化氢(HCl)、氟化氢 (HF)、钠(Na)、钾(K)等污染物。

由于生物质锅炉的烟气中污染物种类多，治理情况非常复杂。因此对锅炉烟气进行有效的脱硝、脱硫、除尘，对环境保护具有重要意义。

目前，炉内烟气脱硝技术主要有：煤粉浓缩燃烧法、空气分级燃烧法、选择性催化还原法等。煤粉浓缩燃烧法、空气分级燃烧法虽然能够减少氮氧化物(NOx)的排放量，但存在燃烧不完全、腐蚀、结焦、磨损和堵管等一系列问题。选择性催化还原法是利用氨的还原性，在催化剂的作用下将氮氧化物(NOx)还原为对大气环境没有多大影响的氮气和水。虽然该工艺的氮氧化物(NOx)脱除效率较高，但是作为还原剂的NH₃会与SO₂反应生成具有腐蚀性的硫酸铵，对锅炉造成腐蚀，并且该技术投资和运行费用都比较巨大。

湿法脱硫方法与氨法脱硫方法都是目前常规的脱硫技术。湿法脱硫方法虽然能够高效利用脱硫剂，能够处理高浓度的SO₂，但是也带来废水、白色烟羽和低温腐蚀的问题，而且该方法还存在无法将PM2.5以下颗粒脱除干净及SO₃无法脱除等问题。氨法脱硫方法虽然能够减少SO₂的排放量，但是在脱硫的过程中会产生无法完全消除的有色烟羽，并且氨法排出的烟气中粉尘浓度较高，致使粉尘排放浓度实际超标。

综上所述，在本领域中煤粉浓缩燃烧脱硝法和空气分级燃烧脱硝法存在燃烧不完全、腐蚀、结焦、磨损和堵管等问题，选择性催化还原脱硝法生成的副产物对锅炉具有腐蚀性。湿法脱硫方法和氨法脱硫方法均会产生有色烟羽，而且湿法脱硫方法存在产生废水、低温腐蚀的问题，氨法脱硫方法还会产生较高浓度的粉尘。

因此，提供一种能高效去除氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO₂)以及其他多种无污染物(如SO₃、HCl、HF、重金属以及呋喃等)，还能有效除尘的锅炉脱硝脱硫系统是本领域亟待解决的一个技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，解决目前烟气脱硝脱硫除尘技术效率低、成本高以及不能去除氯化氢 (HCl)、氟化氢(HF)等其他污染物的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，包括炉内脱硝装置、第一除尘装置和脱硫装置。

所述炉内脱硝装置、所述第一除尘装置和所述脱硫装置依次连接；所述第一除尘装置和所述脱硫装置之间还设置分别与所述第一除尘装置和所述脱硫装置相连的臭氧脱硝装置。

烟气经炉内脱硝装置后可初步脱硝，脱硝效率可达50％。初步脱硝后的烟气经过第一除尘装置的预除尘和臭氧脱硝装置的臭氧氧化，再进入脱硫装置进行最终的脱硝脱硫除尘。所述脱硫装置优选采用稳定循环流化床(简称 WCFB)技术，WCFB除了具有循环流化床(CFB)优良的传热、传质特点外，可优选在反应塔内加装紊流装置，加上外部循环，加大了固体颗粒的碰撞、摩擦，从而提高了吸收剂的利用率；烟气在反应塔内的停留时间较长，使二氧化硫(SO₂)与吸收剂能得到充分的混合，提高了脱硫效率，且99％以上的脱硫反应均在反应塔内完成；较低的反应塔内流速使反应塔内不会产生磨损；因吸收剂为干态，床温只取决于喷水量的多少，不受进口烟气中 SO₂浓度和量的制约，能非常方便的将床温控制在理想状态，防止床温偏低时设备的腐蚀；反应塔内优良的混合条件及专有的水喷嘴，使塔内的水分迅速蒸发，所以，反应塔及其它设备不会产生粘结和堵塞；反应塔内及后部设备烟温大于70℃，高于烟气露点温度20℃以上，无需烟气的再加热，不会产生低温腐蚀，反应塔内及后部设备使用普通碳钢材料且不用防腐；WCFB 可动部件少，易损件少(水喷嘴故障时可在运行中更换)，整个装置可用率高；在煤的含硫量增加或要求提高脱硫效率时，无需增加任何设备，仅向反应塔内增加吸收剂即可；可以不另设烟气旁路，当烟气脱硫(FGD)停运时，反应塔直接作为烟气旁路使用，操作简便，又减少了初投资；锅炉负荷大范围(60-100％)变化时，WCFB仍可正常运行，变负荷能力强，脱硫装置启停对锅炉的正常运行无影响，在低于60％负荷时才启用烟气再循环。运行时的反应塔阻力降低到1200-1500Pa，低于其他CFB技术，可减少引风装置电耗。经过脱硝脱硫除尘后，烟气的脱硝效率可达80％-95％，脱硫效率可达95％，除尘效率可达99％以上，重金属、呋喃、氯化氢(HCl)、氟化氢 (HF)的去除率超过99％。经过所述脱硫装置处理后的烟气透明，没有有色烟羽，并且硝脱硫除尘过程不产生废水。系统运行电耗低，耗水量小。

进一步的，所述臭氧脱硝装置包括臭氧发生器和用于设置在烟气输送管道的气体混合装置；所述臭氧发生器与所述气体混合装置连通。

臭氧发生器产生的臭氧通过气体混合装置与烟气可实现充分的混合，高效的混合效果提高了脱硝的效率。

进一步的，所述臭氧发生器包括氧气入口、放电室、臭氧出口和电源；

所述氧气入口与所述放电室连通，所述电源与所述放电室电连接。

臭氧发生器选用航天材料——铝镁钛合金材料，相比传统材料，机械性能得到了极大提升，包括强度、韧性、导热性能、抗裂纹扩展能力等，经过特有的表面陶瓷化处理，使得地电极具有极强的抗氧化能力，保证系统长时间连续运行不会出现被腐蚀的情况，并且保证长时间臭氧浓度产量不衰减。

放电室的放电间隙为≤0.2mm，窄的工作气隙有助于此板式结构模式的层流气体散热。窄的工作气隙有助于提高微放电密度从而提高产率。超短的工作气体电离流程，有利降低功耗，缩小设备体积。

放电室的密封采用了耐腐蚀性且完全阻燃的橡胶材料，在放电间隙和高压电极上覆盖一层密封胶垫后，周边另外装有两圈交错安装的密封胶圈，多级密封保证了放电室的密封可靠性。

板式结构放电室采用了电子级的高品质复合陶瓷介质(高铝陶瓷)导热基板，均质且介电强度高，因此可以使用高频率的电源，从而大幅提高氧化产率。由于陶瓷介质导热基板可以做很薄，与导热陶瓷垫片叠层式装配结构相结合，因此容易制成0.2mm窄的均匀放电间隙。所述臭氧发生器选择的放电室的结构为板式，板式可以做到更小的电晕间隙，可以提高臭氧产量，降低能耗，提高效率。

臭氧发生器高压电极选用银、钯金、钛等贵金属材料经特殊印刷与烧结工艺于陶瓷介质紧密结合，形成均布的高压电极，外涂保护浆料，能有效保证高压电极在放电过程中不被腐蚀、氧化，为臭氧发生器稳定运行提供保障。

进一步的，所述臭氧脱硝装置还包括换热装置，所述换热装置与所述臭氧发生器连接。

臭氧发生器的大部分电能并不是用来生成臭氧而是转变成热量，如果这部分热量得不到有效的散失，臭氧发生器放电间隙的温度会持续升高甚至超过设计的运行温度。高温不利于臭氧的产生而利于臭氧的分解，导致臭氧产量和浓度下降。对于所述换热装置，优选采用闭环冷却水系统，冷却方式为板式换热器冷却。

进一步的，所述电源的工作频率在8-10kHZ，工作电压3000V-4000V。

与传统的臭氧发生器使用的可控硅中频(<1kHz)电源不同，模块集成板式臭氧系统采用IGBT 8-10kHz的高频电源技术，结合微放电间隙设计，可以有效提高臭氧生成的效率，减小发生器的体积和占地空间。系统采用高效逆变电源，保证系统长期运行的稳定性。高频输出经升压系统后产生正弦波高电压，经电缆与发生器放电室相连。在高频高压的作用下，放电间隙产生等离子体放电生成臭氧。该电源的设计、生产工艺已经达到军工级水平。

进一步的，所述脱硫装置包括反应塔、吸收剂存放装置、喷水装置、第二除尘装置、烟气进入管道和颗粒输出管道；

所述吸收剂存放装置和所述喷水装置均设置在所述反应塔的塔壁上；并均延伸至塔内；

所述反应塔和所述第二除尘装置均通过所述烟气进入管道、所述颗粒输出管道连通。

所述脱硫装置采用的稳定循环流化床(WCFB)脱硫系统较其它的干法、半干法脱硫技术更加简单。它的控制主要通过三个部分实现：第一部分，根据反应塔进口烟气流量及烟气中SO₂浓度控制吸收剂的给料量，以保证按要求的脱硫效率所必需的Ca/S。而第二除尘装置烟气中SO₂的测量值，则用来作为校核和精确地调节吸收剂给料量的辅助调控参数；第二部分，反应塔出口处的烟气温度直接控制喷入反应塔的喷水量，以确保反应器内的温度处于尽可能地接近露点的最佳反应温度范围内，能使烟温控制在70-90℃范围内，使第二除尘装置等尾部设备及烟道不至于因产生低烟温造成腐蚀，这也是反应塔及第二除尘装置等尾部设备烟气接触表面无需防腐的原因所在。喷水量的调节方法优选采用回流调节喷嘴，通过调节回流水量来调节喷水量；第三部分，循环流化床的固/气比或固体浓度是保证其良好运行的重要参数。沿床高度的固/气比可以通过沿床高度底部和顶部的压差ΔP来表示。固/气比越大，表示固体颗粒的浓度越大，因而床的阻力损失ΔP越大。ΔP的最大值由锅炉引风机所能克服的最大阻力所决定，而ΔP的最小值则由为保证全部喷水量均能蒸发所需的最小固/气比所决定。因此，在运行中需要能调节床内的固/气比以保证反应器始终处于良好的运行工况。其调节方法是通过调节第二除尘装置下所收集的飞灰返送回反应塔的再循环干灰量，从而保证床内必需的固/气比。

这三套控制互相独立，不产生相互影响，这保证稳定循环流化床烟气脱硫能够在锅炉负荷变化时，以及反应塔进口烟量的波动和进口烟气含硫量有较大波动的情况下，能获得稳定的脱硫效率。

进一步的，所述脱硫装置还包括排烟管道和引风装置；

所述排烟管道的一端与所述第二除尘装置连通，另一端连至排烟烟囱；

所述引风装置设置在所述排烟管道上。

第二除尘装置受到引风机负压吸引作用时，第二除尘装置(优选为布袋除尘器)内的滤袋表面不产生明显的凹陷，仍然保持平直状态。这样就会带来一个明显的好处，就是粉尘在风速较低的状态下，滤袋表面粉尘达到足够厚的时候，即重力大于粘附力时，大量的粉尘会自然滑落。经测试，布袋除尘器大约有50％的粉尘通过自然滑落实现清灰，明显高于外滤式脉冲除尘器和其他袋式除尘器的粉尘自然滑落比例。最后的烟气经第二除尘装置通过引风装置排入烟囱。

进一步的，所述第二除尘装置设置有灰斗，所述灰斗与所述颗粒输出管道连通；

所述颗粒输出管道上还设置有用于收集脱硫渣的中间仓。

从所述反应塔处理后带有的固体颗粒烟气通过所述烟气进入管道进入第二除尘装置，固体颗粒被第二除尘装置收集进灰斗后，再通过所述颗粒输出管道再回送到反应塔中进行循环，进一步延长了固体颗粒的反应时间，加上颗粒之间的碰撞、磨擦，会暴露出固体颗粒的新表面，有利于固体颗粒的利用率。与此同时，随着脱硫反应的进行，第二除尘装置灰斗中的脱硫渣会越来越多，超过灰斗高料位时通过颗粒输出管道可以排出脱硫渣。

进一步的，所述第一除尘装置为静电除尘器；第二除尘装置为平直式布袋除尘器。

所述静电除尘效率不小于85％，漏风系数不大于1％，预除尘效果好。并且，所述静电除尘器不单独设置灰仓，采用直接抬高静电除尘器，在其下方直接设置灰斗的形式，灰斗下设排灰设施，采用灰罐车直接外运，除灰过程方便。再者灰斗下部设有流化板，每台除尘器均配置1用1备灰斗流化风机，保证灰斗内的粉尘处于良好的流化状态，由于灰斗流化风机出口空气温度在50℃以上，无需配备空气电加热器。

所述平直式布袋除尘器清灰时滤袋基本不动，平直式布袋除尘器的滤袋内部装有高密度支撑点的袋笼，把滤袋横向撑平，纵向拉直。当滤袋受到引风机负压吸引作用时，滤袋表面不产生明显的凹陷，仍然保持平直状态。这样就会带来一个明显的好处，就是粉尘在风速较低的状态下，滤袋表面粉尘达到足够厚的时候，即重力大于粘附力时，大量的粉尘会自然滑落。平直式布袋除尘器是结构最简单、占地面积最小、故障点最少、检修维护工作量最小、运行维护费用最低、清灰压力最低、滤袋受冲击、磨损、氧化最轻，滤袋寿命、除尘效率更有保证，设备可靠性更高、控制操作最为简单的袋式除尘器。

一种利用上述生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统进行脱硝脱硫除尘的方法，可包括以下步骤：将待处理的烟气炉内脱硝装置脱硝后通入第一除尘装置进行除尘；再依次通入臭氧脱硝装置和脱硫装置进行复合脱硝脱硫后排出。

烟气经炉内脱硝装置后可初步脱硝，脱硝效率可达50％。初步脱硝后的烟气经过第一除尘装置的预除尘和臭氧脱硝装置的臭氧氧化，再进入脱硫装置进行最终的脱硝脱硫除尘。所述脱硫装置优选稳定循环流化床(简称 WCFB)技术，在脱硝脱硫除尘的过程中所述脱硫装置不会发生腐蚀、结焦、磨损和堵管问题。经过脱硝脱硫除尘，烟气的脱硝效率可达80％-95％，脱硫效率可达95％，除尘效率可达99％以上，重金属、呋喃、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)的去除率超过99％。经过所述脱硫装置处理后的烟气透明，没有有色烟羽，并且，脱硝脱硫除尘过程不产生废水。装置运行电耗低，耗水量小，维修费用低，降低了脱硝脱硫除尘的成本。

综上所述，本实用新型提供生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，包括炉内脱硝装置、第一除尘装置和脱硫装置。所述炉内脱硝装置、所述第一除尘装置和所述脱硫装置依次连接；所述除尘装置和所述脱硫装置之间还设置分别与所述除尘装置和所述脱硫装置相连的臭氧脱硝装置。这样，将待处理的烟气炉内脱硝装置脱硝后通入第一除尘装置进行除尘；再依次通入臭氧脱硝装置和脱硫装置进行复合脱硝脱硫后排出。烟气经炉内脱硝装置后可初步脱硝，脱硝效率可达50％；初步脱硝的烟气依次通入第一除尘装置、臭氧脱硝装置和脱硫装置经过脱硝脱硫除尘后，烟气的脱硝效率可达80％-95％，脱硫效率可达95％，除尘效率可达99％以上，重金属、呋喃、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)的去除率超过99％。经过所述脱硫装置处理后的烟气透明，没有有色烟羽。并且，脱硝脱硫除尘过程不产生废水。脱硫装置运行电耗低，耗水量小，维修费用低，降低了脱硝脱硫除尘的成本。

依托本实用新型提供的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统的脱硝脱硫除尘方法，其脱硝效率可达80％-95％，脱硫效率可达95％，除尘效率可达99％以上，重金属、呋喃、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)的去除率超过99％。经过所述脱硫装置处理后的烟气透明，没有有色烟羽。并且，脱硝脱硫除尘过程不产生废水。脱硫装置运行电耗低，耗水量小，维修费用低，降低了脱硝脱硫除尘的成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统的整体示意图；

图2为本实用新型提供的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统中臭氧脱硝装置的示意图；

图3为本实用新型提供的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统中臭氧发生器的放电室的示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、炉内脱硝装置，2、第一除尘装置，3、臭氧发生器，4、气体混合装置，5、吸收剂存放装置，6、喷水装置，7、反应塔，8、第二除尘装置，9、引风装置，10、排烟烟囱，11、罗茨风机，12、副产品仓，13、烟气输送管道，14、地电极，15、陶瓷介电体，16、导热片，17、高压电极，18、制氧机，19、流化风机，20、烟气进入管道，21、颗粒输出管道，22、排烟管道， 23、氧气入口，24、臭氧出口，25、放电室，26、电源，27、灰斗，28、中间仓，29、换热装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-图3所示，本实用新型提供生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，包括炉内脱硝装置1、第一除尘装置2和脱硫装置；

炉内脱硝装置1、第一除尘装置2和脱硫装置依次连接；第一除尘装置 2和脱硫装置之间还设置分别与第一除尘装置2和脱硫装置相连的臭氧脱硝装置。这样，将待处理的烟气经炉内脱硝装置1脱硝后通入第一除尘装置2 进行除尘；再依次通入臭氧脱硝装置和脱硫装置进行复合脱硝脱硫后排出。

炉内脱硝装置1进行脱硝，采用的选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术，SNCR过程是基于化学反应，将氮氧化物(NOx)还原成氮气(N₂)和水(H₂O)。还原剂如氨和尿素注入到燃烧后的烟气中，还原剂可以和烟气中的混合物反应。在特定的温度和氧存在的条件下还原剂与NOx的反应，优于其他反应而进行，因此可以认为是选择性化学反应过程。

还原剂通过炉内脱硝装置1的喷嘴喷入到烟气中，引起了还原剂和烟气的混合，而炉内脱硝装置1又为这一过程提供了反应所需要的热量。喷嘴主要安装在炉内脱硝装置1内炉膛的上部和对流区。SNCR过程是一个相对简单的化学反应过程，这一过程是以氨(NH₃)或者尿素(CO(NH₂)₂)作为还原剂，在注入到炉内脱硝装置1之前雾化或者注入到锅炉中靠炉内的热量蒸发雾化。在适宜的温度范围内，气相的氨或者尿素就会分解为自由基NH₃和NH₂，该反应过程用化学方程式表示如下，因为NO在炉内占主导地位故而在方程中用NO代替NOx。

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O；NH₂CONH₂+2NO+1/2O₂→2N₂+CO₂+2H₂O

温度过高，还原剂容易被氧化为氮氧化物。而温度低于900℃时，反应不完全，氨逃逸率高，造成新的污染。可见温度过高或过低都不利于对污染物排放的控制。适宜的温度区间被称作温度窗口，所以，在SNCR法的应用中温度窗口的选择是至关重要的。由于氨在使用过程中管理不当会造成危险，所以为了增加系统的安全可靠性，也可以采用尿素作为还原剂。

炉内脱硝装置1出口设置第一除尘装置2，第一除尘装置2可以为两室一电场静电除尘器，除尘效率不小于85％，漏风系数不大于1％。第一除尘装置2不单独设置灰仓，采用直接抬高第一除尘装置2，在其下方直接设置小灰斗的形式，小灰斗用来盛放第一除尘装置2除尘后收集的粉尘，小灰斗下设排灰设施，采用灰罐车直接外运。小灰斗下部设有流化板，每台第一除尘装置2均配置1用1备流化风机19，保证灰斗内的粉尘处于良好的流化状态，由于流化风机19出口空气温度在50℃以上，无需配备空气电加热器。

臭氧脱硝装置包括臭氧发生器3和用于设置在烟气输送管道13的气体混合装置4；臭氧发生器3与所述气体混合装置4连通；臭氧发生器3包括氧气入口23、放电室25、臭氧出口24和电源26；氧气入口23与放电室25 连通，电源26与放电室25电连接；臭氧脱硝装置还包括换热装置29，换热装置29与所述臭氧发生器3连接；电源26的工作频率在8-10kHZ，工作电压 3000V-4000V。臭氧发生器3设计环境温度范围为5-30℃，臭氧发生器3按标准大气压设计，即大气压为101.3KPa。大气压的变化对臭氧发生器3的正常工作基本无影响，但高海拔地区使用臭氧发生器3时应考虑大气压变化对空压机选型的修正以及通过检测臭氧浓度带来的影响而进行压力修正。臭氧发生器3设计相对湿度小于85％。臭氧发生器3选用航天材料—铝镁钛合金材料，相比传统材料，机械性能得到了极大提升，包括强度、韧性、导热性能、抗裂纹扩展能力等，经过特有的表面陶瓷化处理，使得地电极14具有极强的抗氧化能力，保证系统长时间连续运行不会出现被腐蚀的情况，并且保证长时间臭氧浓度产量不衰减。

放电室25为臭氧发生器3的核心构成，放电室25的主要功能是产生大量的臭氧。放电室25可优选采用板式结构。放电室25的放电间隙为小于或等于0.2mm，窄的工作气隙有助于此板式结构模式的层流气体散热。窄的工作气隙有助于提高微放电密度从而提高产率。超短的工作气体电离流程，有利降低功耗，缩小设备体积。

放电室25的密封采用了耐腐蚀性且完全阻燃的橡胶材料，在放电间隙和高压电极17上覆盖一层密封胶垫后，周边另外装有两圈交错安装的密封胶圈，多级密封保证了放电室25的密封可靠性。

板式结构放电室25采用电子级的高品质复合陶瓷介质导热基板(即陶瓷介电体15)，均质且介电强度高，因此可以使用高频率的电源26，从而大幅提高氧化产率。由于陶瓷介质导热基板可以做很薄，与导热陶瓷垫片(即导热片16)叠层式装配结构相结合，因此容易制成0.2mm窄的均匀放电间隙。臭氧发生器3选择的放电室25的结构为板式，板式可以做到更小的电晕间隙，可以提高臭氧产量，降低能耗，提高效率。

臭氧发生器3高压电极17选用银、钯金、钛等贵金属材料经特殊印刷与烧结工艺于陶瓷介质紧密结合，形成均布的高压电极17，外涂保护浆料，能有效保证高压电极17在放电过程中不被腐蚀、氧化，为臭氧发生器3稳定运行提供保障。

臭氧发生器3的电源26采用高频高压电源，工作频率在8-10kHZ，工作电压3000V～4000V。与传统的臭氧发生器3使用的可控硅中频(<1kHz)电源不同，模块集成板式臭氧脱硝装置采用IGBT 8-10kHz的高频电源技术，结合微放电间隙设计，可以有效提高臭氧生成的效率，减小臭氧发生器3的体积和占地空间。系统采用高效逆变电源26，保证系统长期运行的稳定性。高频输出经升压系统后产生正弦波高电压，经电缆与臭氧发生器3的放电室 25相连。在高频高压的作用下，放电间隙产生等离子体放电生成臭氧。该电源26的设计、生产工艺已经达到军工级水平。

臭氧发生器3的大部分电能并不是用来生成臭氧而是转变成热量，如果这部分热量得不到有效的散失，臭氧发生器3放电间隙的温度会持续升高甚至超过设计的运行温度。高温不利于臭氧的产生而利于臭氧的分解，导致臭氧产量和浓度下降。臭氧发生器3与换热装置29配合进行散热，换热装置 29可以采用闭环冷却水系统，冷却方式为板式换热器冷却。

气体混合装置4包括设置在烟气输送管道13的气气混合器和辅助投加装置。臭氧与烟气的混合效果直接影响烟气的脱硝效率，臭氧发生器3制造的臭氧由辅助投加装置进行投加并配合气气混合器进行混匀。

臭氧发生器3制造臭氧需要原料氧气，氧气可以由制氧机18提供。制氧机18制造氧气分三个系统：系统一、压缩空气：首先，原料空气经两台螺杆压缩机压缩后，出口压力0.8MPa。之后进入空气缓冲罐,保证供气平稳，之后进入净化系统。系统二、净化装置(撬装一体式)：压缩空气进入气液分离器除去大部分液态油、水、尘埃后，再进入一台冷冻式干燥机，使压缩空气的常压露点降至-23℃左右，除去大量的水分，再经三台精密过滤器过滤后使含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm.之后进入PSA制氧系统。系统三、制氧及缓冲装置(分体式)：洁净的压缩空气先进入V-8.0空气缓冲罐，再进入两个填装吸附剂(沸石分子筛，复合床结构)的变压吸附分离塔。压缩空气由吸附塔底端进入，气流经特殊的多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入吸附塔，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压(至常压)，吸附剂脱除所吸附的杂质组分(主要为氮气)，完成吸附剂的再生。两个吸附塔交替循环操作，连续送入原料空气，连续生产氧气。

从制氧机18出来的氧气进入氧气缓冲罐，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90-93％、产量为144Nm³/h的洁净氧气，其输出压力0.3MPa、常压露点≤-48℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm。制氧机18配备了氧气分析仪，该系统中配备转子式流量计、放空装置、减压装置。可数字显示、在线分析，保证氧气的纯度。

脱硫装置包括反应塔7、吸收剂存放装置5、喷水装置6、第二除尘装置 2、烟气进入管道20和颗粒输出管道21；吸收剂存放装置5和喷水装置6 均设置在反应塔7的塔壁上；并均延伸至塔内；反应塔7和第二除尘装置2 均通过烟气进入管道20、颗粒输出管道21连通；脱硫装置还包括排烟管道 22和引风装置9；排烟管道22的一端与第二除尘装置2连通，另一端连至排烟烟囱10；引风装置9设置在排烟管道22上；第二除尘装置2设置有灰斗27，所述灰斗27与所述颗粒输出管道21连通；颗粒输出管道21上还设置有用于收集脱硫渣的中间仓28。这样，脱硫装置可以采用稳定循环流化床 (简称WCFB)半干法进行烟气脱硫。

首先，从臭氧脱硝装置中通过烟气输送管道13出来的温度为120-150℃烟气从反应塔7底部进入反应塔7，经过反应塔7底部的文丘里装置，烟气被加速，并与很细的由第二除尘装置2返回的吸收剂、循环脱硫灰床料相混合。同时，喷水装置6在反应塔7内喷水，使烟气温度降低到70-120℃(具体根据烟气成分和脱硫效率确定)，在此条件下，吸收剂(WCFB工艺主要采用干态的消石灰粉作为吸收剂)与烟气中的二氧化硫反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙，经脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由反应塔7的上部排出，排出的烟气通过烟气进入管道20进入第二除尘装置2(可根据需要选用布袋除尘器或电除尘器)中，大部分烟气中的固体颗粒都被收集到第二除尘装置2内的灰斗27，被收集下来的颗粒通过颗粒输出管道21大部分返回到反应塔7，如此循环达100-150次，满足了反应塔7内的优质反应条件，在塔内即可达到要求的脱硫效率。少部分脱硫渣则经过一个中间仓28，经灰渣处理系统输入到副产品仓12。最后的烟气经第二除尘装置2通过引风机排入烟囱。由于在塔内反应过程中，烟气中的大量酸性物质尤其是SO₃被脱除。烟气的酸露点温度很低，排烟温度高于露点温度20℃以上，因此烟气也不需要再加热。

烟气在反应塔7塔的下部进入，再经过沿圆周均布的文丘里喷嘴喷入反应塔7反应区，每个文丘里喷嘴出口处均有来自第二除尘装置2的返料接口，保证了在进入流化床时沿塔断面气粉的均匀性。沿塔圆周方向均匀布置水喷嘴，喷入的雾化水用以降低脱硫反应器内的烟温，同时也使得SO₂与Ca(OH)₂的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里管以上的塔内进行充分反应，生成副产物CaSO₃·1/2H₂O，此外还有与SO₃、 HF和HCl反应生成相应的副产物CaSO₄·1/2H₂O、CaF₂、CaCl₂·Ca(OH)₂·2H₂O 等。这种综合设计使得塔内气、汽、粉在塔内分布的均匀性大大提高，从而保证了脱硫运行参数的稳定性。

在反应塔7顶部还增加了颗粒回流装置，反应塔7中的烟气和吸收剂颗粒在向上运动时，会有一部分烟气及固体颗粒产生回流，形成很强的内部湍流，从而增加了烟气与吸收剂的接触时间，使脱硫反应更加充分。固体颗粒在上部产生强烈的回流，加强了固体颗粒之间的碰撞和摩擦，不断地暴露出新鲜的吸收剂表面，大大提高了吸收剂的利用率。反应塔7较高，烟气在反应塔7中的停留时间较长，使得烟气中的SO₂能够与吸收剂充分混合反应，99％的脱硫反应都在反应塔7内进行并完成。反应塔7顶部结构进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度，使得床内的Ca/S比高达50以上，与SO₂充分反应。这种循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证。

从化学反应工程的角度看，SO₂与氢氧化钙的颗粒在循环流化床中的反应过程是一个外扩散控制的反应过程，SO₂与氢氧化钙之间的反应速度主要取决于SO₂在氢氧化钙颗粒表面的扩散阻力，或说是氢氧化钙表面气膜厚度。当滑落速度或颗粒的雷诺数增加时，氢氧化钙颗粒表面的气膜厚度减小， SO₂进入氢氧化钙的传质阻力减小，传质速率加快，从而加快SO₂与氢氧化钙颗粒的反应。

只有在循环流化床这种气固两相流动机制下，才具有最大的气固滑落速度。同时，反应塔7内能否获得气固最大滑落速度，是衡量一个干法脱硫工艺先进与否的一个重要指标，也是一个鉴别干法脱硫工艺能否达到较高脱硫率的一个重要指标。当气流速度大于10m/s时，气固间滑落速度很小或只在脱硫塔某个局部具有滑落速度，要达到很高的脱硫率是不可能的。喷入的用于降低烟气温度的水，以激烈湍动的、拥有巨大的表面积的颗粒作为载体，在塔内得到充分的蒸发，保证了进入第二除尘装置2中的烟气具有良好的流动状态。

由于流化床中气固间良好的传热、传质效果，SO₃等酸性物质几乎全部得以去除，加上排烟温度始终控制在露点温度以上，因此烟气不需要再加热，同时整个系统也无须任何的防腐处理。净化后的含尘烟气从反应塔7顶部通过烟气排出管道进入第二除尘装置2，第二除尘装置2底部物料通过颗粒输出管道21返回反应塔7继续参加反应，如此循环。

在循环流化床反应塔中，Ca(OH)₂与烟气中的SO₂和几乎全部的SO₃、 HCl、HF等完成化学反应，主要化学反应方程式如下：

Ca(OH)₂+SO₂→CaSO₃·1/2H₂O+1/2H₂O；

Ca(OH)₂+SO₃→CaSO₄·1/2H₂O+1/2H₂O；

CaSO₃·1/2H₂O+1/2O₂→CaSO₄·1/2H₂O；

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O；

Ca(OH)₂+2HCl→CaCl₂·2H₂O(75℃)(强吸潮性物料)；

2Ca(OH)₂+2HCl→CaCl₂·Ca(OH)₂·2H₂O(＞120℃)；

Ca(OH)₂+2HF→CaF₂+2H₂O；

4NO₂+2Ca(OH)₂→Ca(NO₃)₂+Ca(NO₂)₂+H₂O；

2NO₂+Ca(OH)₂+CaSO₃→Ca(NO₂)₂+CaSO₄+H₂O；

从上述化学反应方程式可以看出，Ca(OH)₂尽量避免在75℃左右与HCl 反应。

脱硫装置的反应塔7优选的直径约为4.2m，高约38m；塔体材料为普通碳钢；文丘里管壁厚12mm，塔体10mm，裙座12mm。反应塔7下部设有1个小灰斗，并设有手动挡板阀，下接1套干灰气力输送系统，将塔底灰斗中的灰送回到第二除尘装置2底部的灰斗27中，确保正常状态下和事故状态下塔底脱硫灰的处置与循环利用。烟气经过1个文丘里管加速，文丘里管的设计能保证在任何时候不会出现塌床，烟气在反应塔7内发生脱硫反应，反应塔7的总阻力小于或等于1500Pa。

第二除尘装置2可以为平直式布袋除尘器，采用流化清灰袋式除尘技术。清灰时除尘器内的滤袋基本不动，滤袋内部装有高密度支撑点的袋笼，把滤袋横向撑平，纵向拉直。当滤袋受到引风机负压吸引作用时，滤袋表面不产生明显的凹陷，仍然保持平直状态。这样就会带来一个明显的好处，就是粉尘在风速较低的状态下，滤袋表面粉尘达到足够厚的时候，即重力大于粘附力时，大量的粉尘会自然滑落。经测试，流化清灰袋式除尘器大约有50％的粉尘通过自然滑落实现清灰，明显高于外滤式脉冲除尘器和其他袋式除尘器的粉尘自然滑落比例。

平直式布袋除尘器的反吹气流压力较低，针对每个滤袋可维持较长的清灰时间，通常在14秒左右。由于流化清灰气流压力较小，滤袋处于静态，粉尘层未受到很大的冲击力，是以片状的粉尘集合体下落，不会形成大量的飞扬的小颗粒，二次飞扬现象较弱。少量的二次飞扬粉尘受到清灰气流的向下吹送达到足够长的时间，也会顺利下落到灰斗27中，不会造成粉尘的二次吸附。长气流清灰，每次清灰效果彻底，同时考虑到粉尘层的自然滑落，流化清灰袋式除尘器的清灰间隔时间可以达到2小时左右。

平直式滤袋除尘器取消了反吹风机，只靠引风机出口与除尘器净气室间的压差进行净化烟气反吹清灰。使用引风机出口相对于除尘器仅有3000Pa (0.03kg/cm²)压力的净化烟气清灰，即可实现良好效果。由此带来了一系列好处：清灰气流对滤袋冲击小、有利于提高滤袋使用寿命；可使用扁形滤袋，除尘器占地面积最小；清灰气流与被处理烟气无温差，且含氧量低(空气含氧量为21％，净化后的烟气含氧量为10％)，也有利于提高滤袋使用寿命。

吸收剂存放装置5存储的吸收剂为消石灰粉，其质量指标：主要成分为氢氧化钙Ca(OH)₂；细度为200目筛余全通过，325目通过率为90％；纯度≥85％。吸收剂粉料由罐车运送进场，由脱硫剂料仓存储，设置1台脱硫剂粉料仓，规格尺寸为Φ4m×10m，锥段高4m，满足最大工况连续使用30 天的量。吸收剂存放装置5由料仓、仓顶式除尘器、抽板阀、星型下料器、气力输送装置组成。仓锥段灰斗设有12个流化板，使灰保持疏松状态，不堵不搭桥。吸收剂装置粉料仓内物料经星型卸料阀落入脱硫剂发射器，通过罗茨风机11送至反应塔7。设置2台罗茨风机11，1用1备。

喷水装置6设置专用水箱，布置于反应塔7上部。脱硫装置对水质要求并不太高，一般工业水经过滤器过滤后，可完全满足脱硫装置用水要求。喷水装置6可以为1台工艺水罐，规格尺寸为Φ1800×2800mmmm，满足最大工况连续使用2h的量。设计2台工艺水泵，1用1备，为反应塔7工艺水雾化喷枪提供工艺水，工艺水流量通过喷枪的回流量控制，工艺回水流量通过调节阀控制。反应塔7配置1个水喷嘴(喷嘴质保期为两年)，采用回流水流量控制方式，水喷嘴设有压缩空气接口，当水喷嘴停用时，开启压缩空气吹扫。

稳定循环流化床(简称WCFB)脱硫工艺最核心的控制就是第二除尘装置2收集下来的灰重新回到反应塔7的量的控制，就是靠灰再循环系统来实现这个目的的。

在反应塔7塔内气体与固体之间的反应取决于两个条件，一个是气体与固体的接触面积，另一个是停留时间。在气体速度较低的情况下，气体通过固体颗粒的缝隙到反应器中，无论其反应表面还是停留时间均很少，非常不利于气体与固体的反应。而当流速增加到一定程度时，大部分颗粒在气体的的带动下离开床层，但随后又回到床层，小部分会被带到反应器的上部，形成下部密相区，上部稀相区，这种类似于液态沸腾的状态称之为鼓泡床。这种状态固体颗粒表面积较大，但大部分的反应时间较小。进一步加大气体流速，固体颗粒将会较均匀地分布在整个反应器，并且靠近壁面还有少量颗粒的回流，这时，气体与固体颗粒接触时间最长，接触面积较大。这种状态就称之为循环流化床。

稳定循环流化床脱硫工艺正是利用这个原理，烟气从脱硫塔底部以 12-18m/s的流速进入，通过反应塔7底部的文丘里管加速后流速约为 50-80m/s。反应塔7下部设1个文丘里管，文丘里扩散段一般有20°倾斜度，水、消石灰和循环灰均在此上部进入，烟气向上流动，回流粉尘从上往下落，反应塔7中的烟气流速被控制在3.5-5m/s较低的速度，这使烟气停留在反应塔7中的时间可达4秒以上，反应时间较其它脱硫技术大大延长，脱硫效率大大提高，加水后使脱硫反应在非常接近露点温度的条件下进行，此时反应效果最佳。出反应塔7后的固体颗粒被第二除尘装置2收集下来再回送到反应塔7中进行循环，进一步延长了固体颗粒的反应时间，加上颗粒之间的碰撞、磨擦，会暴露出固体颗粒的新表面，有利于固体颗粒的利用率。

循环流化床的固/气比或固体浓度是保证其良好运行的重要参数。沿床高度的固/气比可以通过沿床高度底部和顶部的压差ΔP来表示。固/气比越大，表示固体颗粒的浓度越大，因而床的阻力损失ΔP越大。ΔP的最大值由锅炉引风机所能克服的最大阻力所决定，而ΔP的最小值则由为保证全部喷水量均能蒸发所需的最小固/气比所决定。因此，在运行中需要能调节床内的固/气比以保证反应器始终处于良好的运行工况。其调节方法是通过调节第二除尘装置2下所收集的飞灰排灰量，以控制送回反应器的再循环干灰量，从而保证了床内必需的固/气比。

在低负荷时，颗粒输出管道21上的控制阀关小，回流量降低，待回流量低到正好保证反应塔7内流化场形成时锁定。WCFB在低负荷时，为保证反应塔7内正常流化和脱硫效率，关键在WCFB下部文丘里管喉部的烟气流速和文丘里管在塔下部锥体部分的布置位置。低负荷时，由于烟气量减少，进入塔内的SO₂量相应减少，吸收剂量及再循环量都减少，烟气流速也降低。在此情况下，要保证塔内的正常流化，必须保证低负荷下的固体颗粒含量，并保证文丘里管内的喉部流速和文丘里管出口流速。

第二除尘装置2底部设有灰斗27，灰斗27下部设有流化板，每台除尘器均配置1用1备流化风机19，保证灰斗27内的粉尘处于良好的流化状态，由于流化风机19出口空气温度在50℃以上，无需配备空气电加热器。

在灰斗27与反应塔7之间的颗粒输出管道21通过2条空气斜槽连接，规格为DN300，除尘器设两个灰斗27，灰斗27到斜槽分别设置一组灰调节阀(由关断和调节阀组成)，根据反应塔7进出口差压来调节返灰量。为了保证斜槽的正常灰输送，斜槽配置1用1备两台斜槽流化风机19。

随着脱硫反应的进行，灰斗27内的脱硫渣会越来越多，当超过灰斗27 高料位时就必须对脱硫渣进行输送，脱硫渣的出口设在颗粒输出管道21控制阀下部，设手动插门和电动旋转阀。当脱硫渣含水率小于2％，采用罗茨风机11输送，脱硫渣的存储为钢制渣仓，规格尺寸为Φ4m×10m，满足最大工况连续使用7天的量。下设干灰卸料机，以免脱硫渣卸灰时到处飞扬。副产品仓12(脱硫渣仓)顶设有仓顶除尘器、真空释放阀，仓内设有连续料位计。

为了保证脱硫系统长期、高效、安全、稳定地运行，提高控制系统运行可靠性及监控管理水平，生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统的自控系统拟采用 DCS控制。各种水泵、风机等设备的起停都由DCS控制，烟道温度、SO₂含量等模拟信号直接送到DCS。DCS采用浙大中控、北京和利时或上海新华的成熟产品，还配有热电偶、热电阻、模拟量输入输出等模块，分别完成对烟气脱硫系统监控。控制系统的控制对象分别为：脱硫后的烟气温度，出脱硫装置的SO₂含量等。系统中所有需开关量启停的设备，均具备就地和远程控制功能。生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统的控制系统有自动、半自动、手动三种工作方式。采用自动方式时，系统按照工艺要求对各用电设备进行时序控制。控制系统也允许在任何时刻将某一个或几个控制回路切换到手动运行，而不影响其它控制回路的自动运行。

生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统用电为一类负荷，故自车间交流源动切换箱引来路至脱硫配电箱，以放射式方给各用点送保证设备供电可靠。对大容量电机采用交流软起动方式进行启停，减少对电网的冲击。为方便设备调试维修，在附近置就地控制箱或起停按钮，部分设备置故障时可进行灯光及音响报警。在脱硫区域内设置接地网，并与可靠的电气连接，且连接点不少于两个。脱硫装置本体上的金属构架需可靠接地，所有正常带电气设备金属外壳及其管线均应可靠接地，且电阻不大于4欧姆。计算机控制系统单独设置接地，电阻小于1欧姆。

综上所述，本实用新型提供的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统解决了现有脱硝脱硫技术脱硝、脱硫效率低下，不能有效除尘、去除SO₃、HCl、HF、重金属、呋喃等多种无污染物，以及脱硝脱硫过程中会产生废水、有色烟羽，造成设备腐蚀的问题。依托该生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统的脱硝脱硫除尘方法，能高效去除氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO₂)以及其他多种无污染物(如SO₃、HCl、HF、重金属以及呋喃等)，还能有效除尘。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，包括：炉内脱硝装置(1)、第一除尘装置(2)和脱硫装置；

所述炉内脱硝装置(1)、所述第一除尘装置(2)和所述脱硫装置依次连接；所述第一除尘装置(2)和所述脱硫装置之间还设置分别与所述第一除尘装置(2)和所述脱硫装置相连的臭氧脱硝装置。

2.根据权利要求1所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，所述臭氧脱硝装置包括臭氧发生器(3)和用于设置在烟气输送管道(13)的气体混合装置(4)；所述臭氧发生器(3)与所述气体混合装置(4)连通。

3.根据权利要求2所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，所述臭氧发生器(3)包括氧气入口(23)、放电室(25)、臭氧出口(24)和电源(26)；

所述氧气入口(23)与所述放电室(25)连通，所述电源(26)与所述放电室(25)电连接。

4.根据权利要求3所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，还包括换热装置(29)，所述换热装置(29)与所述臭氧发生器(3)连接。

5.根据权利要求3或4所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于：所述电源(26)的工作频率在8-10kHZ，工作电压3000V-4000V。

6.根据权利要求5所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，所述脱硫装置包括反应塔(7)、吸收剂存放装置(5)、喷水装置(6)、第二除尘装置(8)、烟气进入管道(20)和颗粒输出管道(21)；

所述吸收剂存放装置(5)和所述喷水装置(6)均设置在所述反应塔(7)的塔壁上，并均延伸至塔内；

所述反应塔(7)和所述第二除尘装置(8)均通过所述烟气进入管道(20)、所述颗粒输出管道(21)连通。

7.根据权利要求6所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，还包括排烟管道(22)和引风装置(9)；

所述排烟管道(22)的一端与所述第二除尘装置(8)连通，另一端连至排烟烟囱(10)；

所述引风装置(9)设置在所述排烟管道(22)上。

8.根据权利要求7所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，所述第二除尘装置(8)设置有灰斗(27)，所述灰斗(27)与所述颗粒输出管道(21)连通；

所述颗粒输出管道(21)上还设置有用于收集脱硫渣的中间仓(28)。

9.根据权利要求8所述的生物质锅炉脱硝脱硫除尘系统，其特征在于，所述第一除尘装置(2)为静电除尘器；第二除尘装置(8)为平直式布袋除尘器。

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