CN212348313U - 一种烟气一体化净化系统和生物质电厂燃烧净化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及烟气净化处理技术领域，具体涉及一种烟气一体化净化系统和生物质电厂燃烧净化系统。本实用新型提供了一种烟气一体化净化系统，在本实用新型中，锅炉烟气由曝气器喷出后被破碎成细小气泡浸入碱性水池内，通过碱性水池洗浴除去残余飞灰，烟气中的酸性气体同时与碱水发生中和反应除去酸性气体，当烟气从碱水中浮升脱离碱性水池后，自下而上与喷淋头雾化成细微液滴后自由下落的碱性液滴相接触，继续进行中和反应除去酸性气体，对烟气进行深度净化。本实用新型利用生物质电厂产生的废渣来治理废气，集喷淋塔烟气脱硫技术与水浴除尘技术、工业污水处理技术于一体，能同时对烟气进行脱硝、除尘和脱酸，能极大降低烟气净化成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气净化处理技术领域，具体涉及一种烟气一体化净化系统和生物质电厂燃烧净化系统。
背景技术
生物质作为新型清洁能源近年来在全球得到快速发展，而生物质发电作为生物质能运用的主流技术在我国得到广泛运用，根据国家《可再生能源中长期发展规划》，到2020年生物质直燃发电装机容量将达到30000MW。
与化石发电技术相比，生物质发电由于生物质燃料中硫含量为0.08～0.25％，仅相当于燃煤硫分的1/10左右，其燃烧生成的SO2、NOX等污染物较低，即使不对烟气进行净化处理，烟气排放中的各指标也能满足国家《火电厂大气污染物排放标准》GB 13223-2003标准的要求。但随着人类对工业环境污染的重视，国家环保政策对发电污染物排放标准日益提高，各生物质电厂相继进行了烟气净化技术改造。总体而言，主要有以下几种技术：
1.脱硫技术
炉后干法脱硫：在除尘器入口将熟石灰粉喷射入烟气管道内使熟石灰粉末与烟气中的SO2发生化学反应生产CaSO3除去烟气中的硫，脱硫效率大于65％，但脱硫生成物与除尘器分离出的草木灰混在一起，影响肥料品质。
炉后半干法脱硫：最常用的工艺为旋转喷雾半干法，将生石灰(CaO)制备成一定浓度的Ca(OH)2浆液，浆液经过旋转雾化器喷入半干式反应塔中形成极小的雾滴；烟气与石灰浆液雾滴充分接触反应去除SO2气体，该法脱硫效率大于80％，半干法脱硫工艺设备投资成本高、占地面积大、草木灰无法利用、反应副产物需另行处理。
炉后湿法脱硫：采用石灰石浆液或者氨水等碱性溶液与烟气接触，去除烟气中的酸性气体，同时将反应后的物质通过物理和化学过程变成副产物，湿法脱硫的脱硫效率大于90％；但缺点是系统复杂，几乎所有设备都需防腐；投资成本高，占地面积大；排烟温度低于烟气露点温度，烟囱需做防腐。
2.脱硝技术
常用的烟气脱硝技术有两种：选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。这两种方法都是通过在烟气中加入氨或尿素溶液等还原剂，在一定温度下与烟气中的NOx发生还原反应，生成无害的氮气和水。
SCR脱硝：是向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其他合适的还原剂，利用催化剂(铁、钒、钴或钼等碱金属)在温度200～450℃时将烟气中的NOX转化为氮气和水，由于NH3具有选择性，只与NOX发生反应，基本不与O2反应，故称为选择性催化还原脱硝。SCR由于催化剂的参与，降低了反应温度，提高了反应效率，通常脱硝效率可达80％以上，SCR技术工艺设备紧凑，运行可靠，但投资大、烟气阻力大、运行费用高。
SNCR脱硝：在不采用催化剂的情况下，在炉膛(或循环流化床锅炉分离器)内800～1100℃这一温度范围内喷入氨或尿素等氨基还原剂，还原剂迅速分解与烟气中的NOX反应生成N2和H2O，从而达到脱硝的目的。SNCR技术脱除NOX的效率取决于反应温度、尿素溶液浓度、喷口位置、反应时间等，设计合理的SNCR工艺能达到40～70％的脱硝效率。SNCR脱硝系统相对简单，炉膛既为反应器，投资少；但反应效率受锅炉炉内温度变化影响大。
目前国内锅炉烟气“超低排放”改造技术路线众多，方案各异，但总体而言基本上是上述烟气净化技术的提效和增容改造，常规烟气净化处理是将烟气脱硝、除尘、脱酸分步骤逐步处理，每一步骤设计有专有系统：脱硝系统负责除去烟气中的NOX，除尘系统负责除去烟气中的飞灰、脱硫系统负责除去烟气中的酸性气体，各系统各司其职，整个烟气净化系统设备庞杂，建设费用高，运行维护工作量大；且脱硝系统需要连续往烟气中注入还原剂(氨水或尿素)，脱酸系统需要连续往烟气中喷入中和剂(氧化钙或氢氧化钙)，烟气净化成本高昂。改造后系统运维成本居高不下，已成为制约企业盈利能力的重要因素。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种烟气一体化净化系统，本实用新型利用生物质电厂产生废渣来治理废气，集喷淋塔烟气脱硫技术与水浴除尘技术、工业污水处理技术于一体，能同时对烟气进行脱硝、除尘和脱酸，能极大降低烟气净化成本。
为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：
本实用新型提供了一种烟气一体化净化系统，包括反应塔7和碱水制备系统10；
所述反应塔7包括碱性水池和设置于所述碱性水池上方的喷淋头7.4，所述碱性水池的内部设置有若干个曝气器7.5；所述若干个曝气器7.5独立与烟气进气母管7.1相连通；
所述碱水制备系统10包括依次连通的灰渣浸泡池10.1、过滤池10.2、澄清池10.3和碱水蓄水池9；所述碱水蓄水池9的出水口与所述碱性水池的进水口和喷淋头7.4的进水口独立连通。
优选地，所述曝气器7.5距离所述碱性水池的上液面距离为350～450mm。
优选地，所述反应塔7的内部还设置有除水器7.3，所述除水器7.3设置于所述喷淋头7.4的上方。
优选地，所述反应塔7的底部为斜面。
优选地，所述碱性水池和碱水蓄水池9之间还通过溢流管7.6相连通，所述溢流管7.6的一端与所述碱性水池的上液面相平齐，另一端伸入所述碱水蓄水池9的内部。
优选地，所述过滤池10.2的内部设置有过滤层10.4。
优选地，所述烟气一体化净化系统还包括水泵8，所述碱水蓄水池9的出水口通过水泵8与所述碱性水池的进水口和喷淋头7.4的进水口独立连通。
本实用新型还提供了一种生物质电厂燃烧净化系统，包括锅炉1、冷却塔11和上述技术方案所述的烟气一体化净化系统，所述锅炉的排污水口和冷却塔的排污水口独立连通所述灰渣浸泡池10.1的入水口。
优选地，所述锅炉1的出气口通过风机6与所述烟气进气母管7.1相连通。
本实用新型提供了一种烟气一体化净化系统，在本实用新型中，生物质电厂的灰渣呈碱性，碱金属元素含量较高，主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、P2O5和SO3，还含有少量MnO、TiO2、Na2O以及未燃碳，本实用新型利用灰渣浸泡池将所述灰渣溶解，制成碱水；用制成的碱水来替代常规烟气净化技术中的石灰石浆液或者氨水等碱性溶液，输送至反应塔内对烟气中的酸性气体进行中和，能极大降低烟气净化所需碱性材料的采购和制备成本；在本实用新型中，锅炉烟气中的污染物成分为SO2、CO2、HCl、HF和NOX等酸性气体及飞灰，烟气由曝气器喷出后被碎成细小气泡浸入碱性水池内，通过碱性水池洗浴除去残余飞灰，烟气中的酸性气体(SO2、NOX)同时与碱水发生中和反应除去酸性气体，当烟气从碱水中浮升脱离碱性水池后，自下而上与喷淋头雾化成细微液滴后自由下落的碱性液滴相接触，继续进行中和反应除去酸性气体，对烟气进行深度净化。本实用新型利用生物质电厂产生的废渣来治理废气，集喷淋塔烟气脱硫技术与水浴除尘技术、工业污水处理技术于一体，能同时对烟气进行脱硝、除尘和脱酸，能极大降低烟气净化成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中烟气一体化净化系统的示意图；
图2为本实用新型实施例中反应塔的示意图；
图3为本实用新型实施例中碱水制备系统的示意图；
图4为本实用新型实施例中生物质电厂燃烧净化系统的示意图；
其中，1为锅炉，2为汽包，3为供氧门，4为污水处理站，5为除尘器，6为风机，7为反应塔：7.1为烟气进气母管，7.2为进水母管，7.3为除水器，7.4为喷淋头，7.5为曝气器，7.6为溢流管，7.7为碱水进水门，7.8为放水门，7.9为清污机，7.10为泥灰池，8为水泵，9为碱水蓄水池，10为碱水制备系统，10.1为灰渣浸泡池，10.2为过滤池，10.3为澄清池，10.4为过滤层，10.5为搅拌器，11为冷却塔，12为烟囱。
具体实施方式
本实用新型提供了一种烟气一体化净化系统，包括反应塔7和碱水制备系统10；所述反应塔7包括碱性水池和设置于所述碱性水池上方的喷淋头7.4，所述碱性水池的内部设置有若干个曝气器7.5；所述若干个曝气器7.5独立与烟气进气母管7.1相连通；所述碱水制备系统10包括依次连通的灰渣浸泡池10.1、过滤池10.2、澄清池10.3和碱水蓄水池9；所述碱水蓄水池9的出水口通过所述碱性水池的进水口和喷淋头7.4的进水口独立连通。
本实用新型提供的烟气一体化净化系统包括反应塔7，用于对烟气进行脱硝、脱硫和除尘。在本实用新型中，所述反应塔7包括设置于所述反应塔内下部的碱性水池，用于盛放碱水，进行水浴除尘；所述碱性水池的内部设置有若干个曝气器7.5；所述若干个曝气器7.5独立与烟气进气母管7.1相连通。作为本实用新型的一个实施例，所述若干个曝气器7.5在水平方向上整齐排列；所述曝气器7.5距离所述碱性水池的上液面距离优选为350～450mm，更优选为350mm。作为本实用新型的一个实施例，所述烟气进气母管7.1通过支管与各个曝气器7.5相连通，用于通入烟气。作为本实用新型的一个实施例，所述烟气进气母管为环形进气母管。在本实用新型中，所述碱性水池的碱水进水门7.7与碱水制备系统10的出水口相连通，通入所述碱水制备系统制备的碱水。作为本实用新型的一个实施例，所述反应塔7在运行前，先向碱性水池中注入碱水。
在本实用新型中，所述反应塔7的内部还包括设置于所述碱性水池上方的喷淋头7.4，用于自上而下喷出碱水，提高脱硝、脱酸效率；所述喷淋头7.4的个数优选为多个，多个所述喷淋头7.4在水平方向上整齐排列。在本实用新型中，所述喷淋头7.4的进水口与碱水制备系统10的出水口相连通，通入所述碱水制备系统制备的碱水。作为本实用新型的一个实施例，所述喷淋头7.4的进水口通过进水母管7.2将碱水分配至喷淋头7.4中。作为本实用新型的一个实施例，所述进水母管7.2为环形进水母管。
作为本实用新型的一个实施例，所述反应塔的内部还设置有除水器7.3，用于除去烟气中携带的细小液滴；所述除水器7.3设置于所述喷淋头7.4的上方。本实用新型对所述除水器的具体结构没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的除水器即可。
作为本实用新型的一个实施例，所述反应塔7的底部为斜面，便于用清污机7.9捞去从烟气中清洗下来的飞灰，所述清污机7.9将泥灰捞出后堆积到泥灰池7.10用车辆运走回收利用。作为本实用新型的一个实施例，所述反应塔7底面的斜度为30°。
本实用新型提供的烟气一体化净化系统包括与所述反应塔的进水口相连通的碱水制备系统，用于制备对烟气进行脱硫脱硝的碱水。在本实用新型中，所述碱水制备系统10包括灰渣浸泡池10.1，用于溶解灰渣。作为本实用新型的一个实施例，所述灰渣来源于锅炉燃烧产生的底渣和飞灰；作为本实用新型的一个实施例，溶解灰渣所用的水来源于锅炉排放的污水和冷却塔排放的污水。在本实用新型中，所述锅炉排放的污水和冷却塔排放的污水均为碱性水，pH值为9～10，采用锅炉排放的污水和冷却塔排放的污水溶解灰渣，能够降低烟气处理成本，提供脱硝脱酸效率。
作为本实用新型的一个实施例，所述灰渣浸泡池10.1的内部设置有搅拌器10.5，加速灰渣中碱性物质的溶解。
在本实用新型中，所述碱水制备系统包括与所述灰渣浸泡池的出水口相连通的过滤池10.2，对灰渣浸泡池配置的碱水进行过滤，除去固体颗粒。作为本实用新型的一个实施例，所述过滤池10.2的内部设置有过滤层10.4，所述灰渣浸泡池配置的碱水由过滤层10.4的顶部流入，下部流出。
在本实用新型中，所述碱水制备系统包括与所述过滤池10.2的出水口相连通的澄清池10.3，进行澄清，得到纯净碱水。
在本实用新型中，所述碱水制备系统包括与所述澄清池10.3的出水口相连通的碱水蓄水池9，用于盛放制备好的碱水，并向反应塔7中输送碱水。作为本实用新型的一个实施例，先测定经过澄清得到的纯净碱水的pH值，若碱性不足，添加尿素溶液，以使碱水蓄水池9内的碱水pH值为11～12。
作为本实用新型的一个实施例，所述过滤池10.2、澄清池10.3和碱水蓄水池9的水平高度依次降低，其中的碱水依靠重力由过滤池10.2流入澄清池10.3中，再流入碱水蓄水池9中。
在本实用新型中，所述碱水蓄水池9的出水口与所述碱性水池的进水口和喷淋头7.4的进水口独立连通。作为本实用新型的一个实施例，所述碱水蓄水池9中的碱水通过水泵8升压后分上下两路进入反应塔7内，上路碱水经喷淋头7.4进行雾化，形成微小液滴后自由下落到反应塔7下部的碱性水池中；下路碱水经碱水进水门7.7直接流入反应塔7下部的碱性水池中。作为本实用新型的一个实施例，所述碱水进入喷淋头的流量与进入碱性水池的流量优选为1:1。
作为本实用新型的一个实施例，所述碱水蓄水池9和碱性水池之间还通过溢流管7.6相连通，所述溢流管7.6的一端与所述碱性水池的上液面相平齐，另一端伸入所述碱水蓄水池9的内部，通过溢流管7.6控制碱性水池的液位，确保曝气器与碱性水池的上液面距离为350～450mm。
作为本实用新型的一个实施例，所述碱性水池的底部设施有放水门7.8，可以根据需要排放碱水，所述放水门7.8的出水口优选与所述溢流管7.6相连通。
作为本实用新型的一个实施例，所述烟气一体化净化系统还包括烟囱12，所述反应塔7的排气口与所述烟囱12相连通，将处理后的烟气排放。
本实用新型还提供了一种生物质电厂燃烧净化系统，包括锅炉1、冷却塔11和上述技术方案所述的烟气一体化净化系统，所述锅炉的排污水口和冷却塔的排污水口独立连通所述灰渣浸泡池10.1的入水口。
本实用新型提供的生物质电厂燃烧净化系统包括锅炉1，用于生物质燃烧。作为本实用新型的一个实施例，所述锅炉1的出气口通过风机6与所述烟气进气母管7.1相连通。作为本实用新型的一个实施例，所述锅炉1和风机6之间设置有除尘器5，用于对烟气进行初步除尘。作为本实用新型的一个实施例，所述锅炉1和除尘器5之间的烟道上设置有供氧门，通过供氧门向处于负压的烟道内提供空气来对烟气中的NO进行氧化，生成易溶于水的NO2，提高脱硝效率。
作为本实用新型的一个实施例，所述锅炉1的顶部设置有汽包2，用于蓄存锅水，所述汽包2的排污水口与所述灰渣浸泡池10.1的入水口相连通，利用汽包2内的排污水溶解灰渣。
作为本实用新型的一个实施例，所述锅炉1的底部设置有排渣口，用于排出生物质燃烧后的底灰(炉灰和底渣)。作为本实用新型的一个实施例，所述底灰运输到所述灰渣浸泡池中用于制备碱水。
作为本实用新型的一个实施例，所述除尘器中收集的飞灰运输到所述灰渣浸泡池中用于制备碱水。
本实用新型提供的生物质电厂燃烧净化系统包括冷却塔11，用于对生物质电厂燃烧净化系统进行冷却；所述冷却塔的排污水口与所述灰渣浸泡池10.1的入水口相连通，利用排污水溶解灰渣。
作为本实用新型的一个实施例，所述生物质电厂燃烧净化系统还包括污水处理站4，所述锅炉的排污水口和冷却塔的排污水口独立与所述污水处理站4的进水口相连通。
作为本实用新型的一个实施例，本实用新型提供的烟气一体化净化系统如图1所示，生物质电厂燃烧净化系统如图4所示，其中，反应塔的示意图如图2所示，碱水制备系统的示意图如图3所示。生物质电厂发电过程中，为保证锅炉1蒸汽品质和冷却塔11冷却水水质，需要定期对锅炉汽包2和冷却塔11水池底部进行排污，锅炉排污水pH值为9～10，冷却塔排污水pH为8～9，均为碱性水；本实用新型将所述锅炉排污水和冷却塔排污水引到碱水制备系统10对锅炉1燃烧产生的底渣和飞灰进行浸泡，制成pH为11～12的碱水，碱水再由水泵8输送到反应塔7对烟气进行净化处理；
其中，碱水制备系统10由依次连通的灰渣浸泡池10.1、过滤池10.2、澄清池10.3和碱水蓄水池9组成；锅炉燃烧生成的底渣和飞灰用车辆运输倒入灰渣浸泡池10.1中用锅炉排污水、冷却塔排污水进行浸泡，同时用搅拌器10.5对灰渣进行连续搅拌；溶解灰渣后的碱水从灰渣浸泡池10.1上部溢流进入相邻的过滤池10.2中，过滤池10.2中装有过滤层10.4，碱水由过滤层10.4顶部流入，经过过滤除去固体颗粒后由过滤层10.4下部流出，聚集到澄清池10.3后再根据水液的pH值添加适量的尿素溶液，以确保碱水的pH值为11～12，经过澄清和碱性合格后的水自流入碱水池9，用水泵8输送到反应塔7中；
碱水经过水泵8升压后分上下两路进入反应塔7内，上路碱性水进入反应塔7后用喷淋头7.4进行雾化，形成微小液滴后自由下落到反应塔7底部的碱性水池中；下路碱性水直接流入反应塔7下部的碱性水池中；反应塔7在投入运行前提前往反应塔7下部的碱性水池中注入碱水；碱性水池的侧壁上设置有溢流管7.6控制碱水池液位，确保曝气器7.5至液面距离为350mm；同时在碱性水池的底部设置有放水门7.8，当需要时可放尽碱水；上下两路碱性水的流量比为1:1；
生物质燃料与空气在锅炉1内燃烧后产生的烟气被风机6吸引，经过烟道进入除尘器5初步除尘后被风机6进行升压，送入反应塔7的环形进气母管7.1；烟气在进入除尘器5前的烟道上设计有供氧门3，通过供氧门3向处于负压的烟道内提供空气来对烟气中的NO进行氧化，生成易溶于水的NO2；烟气进入环形进气母管7.1后用支管输送到布置在碱性水池水面下的各曝气器7.5；烟气从曝气器7.5出来后被破碎成细小气泡浸入碱性水池内，经过碱水洗浴除去残余飞灰，烟气中的酸性气体(SO2、NO2)同时与碱水发生中和反应除去酸性气体(SO2、NO2)；当烟气从碱水中逐渐浮升脱离碱性水池后，自下而上与经喷淋头7.4雾化成细微液滴后自由下落的碱性液滴相接触，继续进行中和反应除去酸性气体(SO2、NO2)；烟气经过碱水的两次中和反应，用除水器7.3除去烟气中携带的细小液滴后，从上部离开反应塔7经烟囱12排入大气；
烟气经过常温碱水(20～30℃)的洗浴和喷淋冷却后温度快速下降至40～50℃，使烟气温度对应的饱和含湿量降低，烟气所携带的水蒸气冷凝成小水滴被碱水池、微小碱水液滴捕捉留在反应塔7底部的碱性水池中，一部分则在烟气经过除水器7.3的通道时因气流快速转向，烟气携带的液滴在离心力作用下自动与烟气分离后粘附在除水器7.3的表面上，最终跌落到反应塔7底部碱性水池内；经过两次捕捉，烟囱出口烟气中的水蒸气含量大大降低从而达到烟气“除湿脱白”；
所述反应塔7的底部设计成斜面，便于用清污机7.9捞去从烟气中清洗下来的飞灰；清污机7.9将泥灰捞出后堆积到泥灰池7.10用车辆运走回收利用。
本实用新型利用反应塔7对烟气同时进行脱硫、除尘和脱硝，脱硫效率为98％，脱硝效率为80％。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种烟气一体化净化系统，其特征在于，包括反应塔(7)和碱水制备系统(10)；
所述反应塔(7)包括碱性水池和设置于所述碱性水池上方的喷淋头(7.4)，所述碱性水池的内部设置有若干个曝气器(7.5)；所述若干个曝气器(7.5)独立与烟气进气母管(7.1)相连通；
所述碱水制备系统(10)包括依次连通的灰渣浸泡池(10.1)、过滤池(10.2)、澄清池(10.3)和碱水蓄水池(9)；所述碱水蓄水池(9)的出水口与所述碱性水池的进水口和喷淋头(7.4)的进水口独立连通。
2.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，所述曝气器(7.5)距离所述碱性水池的上液面距离为350～450mm。
3.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，所述反应塔(7)的内部还设置有除水器(7.3)，所述除水器(7.3)设置于所述喷淋头(7.4)的上方。
4.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，所述反应塔(7)的底部为斜面。
5.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，所述碱性水池和碱水蓄水池(9)之间还通过溢流管(7.6)相连通，所述溢流管(7.6)的一端与所述碱性水池的上液面相平齐，另一端伸入所述碱水蓄水池(9)的内部。
6.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，所述过滤池(10.2)的内部设置有过滤层(10.4)。
7.根据权利要求1所述的烟气一体化净化系统，其特征在于，还包括水泵(8)，所述碱水蓄水池(9)的出水口通过水泵(8)与所述碱性水池的进水口和喷淋头(7.4)的进水口独立连通。
8.一种生物质电厂燃烧净化系统，其特征在于，包括锅炉(1)、冷却塔(11)和权利要求1～7任一项所述的烟气一体化净化系统，所述锅炉(1)的排污水口和冷却塔(11)的排污水口独立连通所述灰渣浸泡池(10.1)的入水口。
9.根据权利要求8所述的生物质电厂燃烧净化系统，其特征在于，所述锅炉(1)的出气口通过风机(6)与所述烟气进气母管(7.1)相连通。
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