CN215138503U - 一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统及其排放方法，由SNCR脱硝系统、干法脱硝系统、炉膛、旋风除尘器、脱酸反应塔、工艺水储存与输送系统、氢氧化钙储存及喷射系统、碳酸氢钠储存与输送系统、碱液储存与喷射系统、袋式除尘器、引风机及烟囱组成；烟气经过炉内SNCR和干法脱硝的两级脱硝后，进入旋风除尘器，对烟气进行初步除尘。随后烟气从底部进入脱酸反应塔，同时在塔底分别喷入工艺水/碱液、干粉，达到脱酸的目的。烟气中夹带着未完全反应的脱酸剂，进入袋式除尘器，在除尘器的滤袋表面继续发生酸碱中和反应，以实现深度脱酸，同时99.99％的粉尘在袋式除尘器被过滤，实现二次脱尘。通过二级脱硝、二级脱酸、二级除尘的烟气，最终通过引风机排入烟囱。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种生物质焚烧发电烟气超低排放工艺，是一种烟气净化超净排放及低物料消耗的系统。
背景技术
生物质焚烧发电厂的建设数量逐年增加，积极响应了国家关于农林废弃物环保处理处置的要求。目前绝大数生物质焚烧发电厂烟气排放标准按照《火电厂大气污染物排放标准》 GB13223-2011执行，即NOx和SO2排放限值为100mg/m3，粉尘排放限值为30mg/m3。另外不少地区制定了更为严格的排放标准，要求实现烟气超低排放。比如，河北《燃煤电厂大气污染物排放标准》DB13/2209-2015规定SO2排放限值为35mg/m3，粉尘排放限值为10mg/m3；河南“豫环攻坚办[2017]71号文”规定SO2排放限值为35mg/m3，NOx排放限值为50mg/m3，粉尘排放限值为10mg/m3。
目前生物质烟气净化主流工艺包括：炉内喷钙脱硫、炉后干法脱硫、循环流化半干法脱硫、NID脱硫、SDA半干法脱硫、湿法脱硫、SNCR脱硝、PNCR脱硝、炉前SCR脱硝、炉后SCR脱硝等等。但目前各烟气净化工艺都存在一定问题，设备都没有较成熟稳定的运行，同时生物质燃料波动性大，现有工艺远不能满足烟气超低排放的要求。同时SCR、湿法等工艺投资和运行成本居高不下。因此，在满足超低排放需求及经济性的要求下，合理高效的烟气净化系统的设计具有重大意义。
本实用新型的目的是为了满足当前生物质焚烧发电行业烟气污染物排放提标的前提下，优化烟气净化工艺的组合，通过合理的控制手段，实现烟气超低排放和降低物料消耗。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统，由SNCR脱硝系统、干法脱硝系统、炉膛、旋风除尘器、脱酸反应塔、工艺水储存与输送系统、氢氧化钙储存及喷射系统、碳酸氢钠储存与输送系统、碱液储存与喷射系统、袋式除尘器、引风机及烟囱组成；
SNCR脱硝系统通过输送泵连接锅炉炉膛前的二流体喷枪，干法脱硝系统通过气管连接至炉膛内脱硝；锅炉依次连接旋风除尘器、脱酸反应塔；在脱酸反应塔的底部设置有高压喷枪，工艺水储存与输送系统连接高压喷枪；碱液储存与喷射系统连接高压喷枪，碱液经雾化后进入脱酸反应塔；氢氧化钙储存及喷射系统和碳酸氢钠储存与输送系统与脱酸反应塔底部连接；脱酸反应塔的烟气出口依次连通袋式除尘器、引风机直至烟囱。
工作时，首先经过炉内SNCR脱硝系统1，将5％的氨水或尿素溶液，通过输送泵送入炉膛 2前的二流体喷枪，再经过二流体喷枪雾化后送入炉膛2内进行脱硝反应。根据需要，干法脱硝系统2作为协同，将一定量的有机高分子脱硝剂，通过气力输送至炉膛2内进行脱硝反应。从锅炉出来的烟气，先进入旋风除尘器4，粉尘经过初步过滤后，进入脱酸反应塔5。在脱酸反应塔5的底部设置高压喷枪13，根据脱酸反应塔5出口烟气温度信号，通过工艺连锁控制程序计算，工艺水储存与输送系统6将一定量水输送至高压喷枪13，经过雾化后进入脱酸反应塔5。根据烟囱12上CEMS信号，通过的控制程序计算，碱液储存与喷射系统9将一定量碱液输送至高压喷枪13，碱液经雾化后进入脱酸反应塔5。同样根据烟囱12上CEMS信号，通过控制程序计算，氢氧化钙储存及喷射系统7和碳酸氢钠储存与输送系统8将一定量氢氧化钙和碳酸氢钠输送至反应塔底部，通过文丘里管后均匀的与烟气混合。多种脱酸剂在反应塔内与烟气中酸性污染物组分进行充分接触和反应，形成无机盐，以达到脱酸目的。脱酸反应后的烟气，进入袋式除尘器10，在滤袋的表面，未反应的脱酸剂进一步反应去除烟气中的酸性污染物，生成的无机盐随粉尘在滤袋表面被补集，并最终被脉冲清灰至除尘器锥斗，最后送至输送灰库。经过脱硝、脱酸、除尘后的洁净烟气，在引风机11的作用下，通过烟囱12排放大气。
本实用新型还提出一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统的排放方法，步骤是：将浓度为5％的氨水或尿素溶液、一定量的有机高分子脱硝剂，通过固定喷嘴喷入700℃～1050℃的炉膛内，在高温条件下，还原剂在催化/非催化作用下与氮氧化物反应生成无害的氮气。锅炉烟冷器出口的烟气，温度控制在130℃以上，从底部进入脱酸反应塔。工艺水通过高压喷枪喷入反应塔下部，喷入的水分用于增加烟气湿度，降低烟气温度，使反应温度尽可能接近水露点温度，从而提高脱酸效率。同时，消石灰打可选择在除尘器入口烟道或反应塔底部喷入，通过喷入口的文丘里装置，干粉颗粒与烟气充分混合，SO2、SO3及其他有害气体如HCl和HF 与消石灰充分反应，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3等无机盐，再经袋式除尘器进行分离，分离下来的固体通过除尘器下的仓泵送至飞灰处理系统。当烟气中酸性污染物浓度较高时，可启动小苏打喷射系统代替消石灰，增强脱酸效率。
进一步的，生物质锅炉焚烧产生的烟气经过SNCR和干法炉内脱硝后，再进入旋风除尘器初步去除烟气中的大颗粒。高温烟气再自下而上通过脱酸反应塔，在脱酸塔底部，分别喷入工艺水/碱液、氢氧化钙/碳酸氢钠干粉，以达到烟气脱酸和降温目的。经反应塔脱酸后的烟气进入袋式除尘器，酸性气体在滤袋表面与过量的脱酸剂进一步反应，同时对粉尘进行拦截和收集。袋式除尘器出口烟气经由引风机排入烟囱。
进一步的，脱硝可以采用SNCR、干法脱硝中任一系统，或二者联合脱硝系统。
进一步的，当原始NOx浓度较低时，可独立采用SNCR满足排放要求，SNCR炉内脱硝采用的还原剂为尿素或氨水，反应温度在850℃～1050℃之间。
进一步的，当原始NOx浓度较高时，可独立采用干法脱硝系统满足排放要求，干法炉内脱硝采用的还原剂为高分子有机物，反应温度在700℃～800℃之间。
进一步的，当原始NOx浓度过高时，可采用SNCR+干法联合脱硝系统满足排放要求，两个系统采用同样规格锅炉开孔，便于优化联合脱硝的配置。
进一步的，旋风除尘器为初步除尘，除尘器内壁为陶瓷贴片，耐磨，可除去大粒径粉尘。
进一步的，脱酸系统采用工艺水/碱液储存与输送、干粉(氢氧化钙/碳酸氢钠)喷射两级脱酸设计，实现在燃料波动时自动切换各脱酸系统及物料输送系统，保证达标排放的同时，实现低物料消耗。
进一步的，当原始烟气中酸性污染物浓度较低时，采用工艺水系统对烟气降温，干粉系统喷射氢氧化钙，满足脱酸需求，脱酸反应塔出口温度控制在110℃以上。
进一步的，当原始烟气中酸性污染物浓度较高时，采用干粉系统喷射碳酸氢钠，满足脱酸需要，脱酸反应塔出口温度控制在130℃以上。
进一步的，当原始烟气中酸性污染物浓度过高时，采用碱液储存与喷射系统对烟气降温、脱酸，并辅助干粉系统喷射氢氧化钙，满足脱酸需要，脱酸反应塔出口温度控制在110℃以上。
进一步的，所述的袋式除尘器采用PTFE+PPS混纺，PTFE覆膜滤袋，采用高压脉冲清灰。所述滤袋可在150℃温度下稳定连续运行。
进一步的，烟气脱酸及除尘系统中各种药剂及工艺水流量分别由袋式除尘器出口烟气在线分析仪、脱酸反应塔出口温度在线自动控制。
进一步的，本实用新型同时备用一套碱液储存系统，当原烟气中酸性污染物浓度过高时，碱液可代替部分工艺水通过反应塔底部的二流体喷嘴喷入反应塔内，被雾化的碱液小液滴与烟气中酸性物质充分的接触与反应，以达到最高效率脱酸目的。
进一步的，本实用新型经过初步脱尘及两级脱酸后的烟气，进入袋式除尘器。袋式除尘器选用特制的PTFE+PPS混纺、PTFE覆膜的滤袋，脱酸塔出来的烟气中含有未反应完全的脱酸剂，在滤袋表面的滤饼层进行深度的脱酸，同时该滤饼层具有较强的过滤性能，拦截99.99％的粉尘及脱酸反应形成的无机盐，通过脉冲清灰程序，控制在合适的时间和差压参数下，清理滤袋表面灰尘，实现除尘的目的。
进一步的，本实用新型烟气脱酸及除尘系统中各种药剂及冷却水流量分别由袋式除尘器出口烟气在线分析仪、脱酸反应塔出口温度在线控制。除尘器清灰，根据差压等参数设定的程序，进行有规律的在线清灰。
本实用新型的有益效果
1.本实用新型采用“两级脱硝、系统协同”的方式，即“SNCR脱硝、干法脱硝或联合脱硝”，将氨水、尿素或高分子有机物送入炉膛700～1050℃温度区间内，进行脱硝反应。根据原烟气中氮氧化物浓度的高低，通过程序控制，优化脱硝系统的选择、不同系统脱硝配比，保证烟囱处氮氧化物的排放浓度小于50mg/Nm3。
2.本实用新型采用“二级脱酸、多手段切换”的方式，即“碱液脱酸，降温增湿+干法(氢氧化钙/碳酸氢钠)脱酸”。脱酸优先选择工艺水对烟气降温增湿，同时反应塔或烟道内喷入氢氧化钙，再选择碳酸氢钠代替氢氧化钙的方式，终极工艺选择“碱液脱酸”+“干法(氢氧化钙/碳酸氢钠)脱酸”。根据原烟气中酸性污染物的浓度高低，通过在线程序控制，选择不同的脱酸系统及药剂，保证尾排二氧化硫的排放浓度小于35mg/Nm3。
3.本实用新型采用“二级除尘”，即“旋风除尘+袋式除尘器”，通过旋风除尘器去除大体积及带有火星的颗粒物，以保证后续设备，尤其滤袋的安全。旋风除尘器内壁贴陶瓷片，增加使用寿命。袋式除尘器采用PTFE+PPS混纺且PTFE覆膜的滤袋，该滤袋具有耐腐蚀、耐氧化、耐水解、耐高温特性，可保证>99.99％的除尘器效率。通过二级除尘，实现粉尘排放浓度小于10mg/Nm3。
4.本实用新型的“多级脱硝、脱硝、除尘”工艺的组合，在保证生物质焚烧烟气净化超低排放的要求下，可以取代常规的湿法脱酸、SCR脱硝等工艺，降低工程的投资成本。
5.本实用新型的“在线自动综合控制”系统，在保证生物质焚烧烟气净化超低排放的要求下，通过自动的在线控制系统，自动切换不同脱酸脱硝除尘系统，自动切换不同药剂，时刻保证系统在最优的工况下运行，从而极大降低物料消耗，降低工程的运行成本。同时，通过可靠的自动化控制，保证系统运行的可靠性和稳定性。
附图说明
图1生物质焚烧发电烟气超低排放工艺流程。
图2在线自动综合控制逻辑图。
下面通过具体实施方案并结合附图对实用新型进一步阐述，但不限制本实用新型
具体实施方式
如图1所示，一种生物质焚烧发电烟气超低排放工艺，包括1、SNCR脱销系统；2、干法脱硝系统；3、炉膛；4、旋风除尘器；5、脱酸反应塔；6、工艺水储存与输送系统；7、氢氧化钙储存及喷射系统；8、碳酸氢钠储存与输送系统；9、碱液储存及喷射系统；10、袋式除尘器；11、引风机；12、烟囱；13、高压喷枪。
首先经过炉内SNCR脱硝系统1，将5％的氨水或尿素溶液，通过输送泵送入炉膛2前的二流体喷枪，再经过二流体喷枪雾化后送入炉膛2内进行脱硝反应。根据需要，干法脱硝系统2作为协同，将一定量的有机高分子脱硝剂，通过气力输送至炉膛2内进行脱硝反应。从锅炉出来的烟气，先进入旋风除尘器4，粉尘经过初步过滤后，进入脱酸反应塔5。在脱酸反应塔5的底部设置高压喷枪13，根据脱酸反应塔5出口烟气温度信号，通过工艺连锁控制程序计算，工艺水储存与输送系统6将一定量水输送至高压喷枪13，经过雾化后进入脱酸反应塔5。根据烟囱 12上CEMS信号，通过的控制程序计算，碱液储存与喷射系统9将一定量碱液输送至高压喷枪13，碱液经雾化后进入脱酸反应塔5。同样根据烟囱12上CEMS信号，通过控制程序计算，氢氧化钙储存及喷射系统7和碳酸氢钠储存与输送系统8将一定量氢氧化钙和碳酸氢钠输送至反应塔底部，通过文丘里管后均匀的与烟气混合。多种脱酸剂在反应塔内与烟气中酸性污染物组分进行充分接触和反应，形成无机盐，以达到脱酸目的。脱酸反应后的烟气，进入袋式除尘器10，在滤袋的表面，未反应的脱酸剂进一步反应去除烟气中的酸性污染物，生成的无机盐随粉尘在滤袋表面被补集，并最终被脉冲清灰至除尘器锥斗，最后送至输送灰库。经过脱硝、脱酸、除尘后的洁净烟气，在引风机11的作用下，通过烟囱12排放大气。
脱硝系统组合的优先级为：SNCR脱硝>干法脱硝>SNCR+干法联合脱硝。脱酸系统组合的优先级为：氢氧化钙干法脱酸>工艺水喷射+氢氧化钙干法脱酸>碳酸氢钠干法脱酸>碱液脱酸。具体工艺组合顺序及药剂的选择：烟囱11处CEMS系统的污染物浓度信号及脱酸反应塔5 出口烟气温度信号，传入DCS系统，通过控制程序的计算，决定具体的脱酸、脱硝各系统的投入顺序。
如图2所示，在线自动控制系统的逻辑为：通过大数据分析得出适用于特定生物质焚烧厂的脱酸反应塔5出口烟气温度，在污染物排放标准下，最能稳定控制的NOx、SO2、粉尘浓度等污染物数值。基于以上大数据参数，优先启动SNCR脱销系统1、旋风除尘器4、氢氧化钙储存及喷射系统7、袋式除尘器10，同时启动“烟囱11处CEMS系统的污染物浓度与氢氧化钙储存及喷射系统7的变频风机与SNCR脱销系统1的氨水/尿素调节阀”的连锁控制。
此时可能存在的污染物排放情况为：(1)SO2＞200mg/Nm3；(2)100mg/Nm3＜SO2＜200mg/Nm3； (3)35mg/Nm3＜SO2＜100mg/Nm3；(4)SO2＜35mg/Nm3；(5)NOx＞200mg/Nm3；(6)100mg/Nm3＜ NOx＜200mg/Nm3；(7)50mg/Nm3＜NOx＜100mg/Nm3；(8)NOx＜50mg/Nm3；(9)粉尘>20mg/Nm3； (10)10mg/Nm3＜粉尘＜20mg/Nm3；(11)粉尘＜10mg/Nm3；
对于S02：当出现(1)工况时，可启动“工艺水储存与输送系统6”，同时启动“脱酸反应塔5出口烟气温度与降温水调节阀的连锁控制”，保证脱酸反应塔出口温度>100℃，此时如能达到(4)工况，便不再投入其他系统和药剂。若只能达到(2)或(3)工况，此时自动停止“工艺水储存与输送系统6”和“氢氧化钙储存及喷射系统7”，启动“碳酸氢钠储存与输送系统8”，此时若能达到(4)工况，便不再投入其他系统和药剂。若只能达到(3)工况，此时自动停止“碳酸氢钠储存与输送系统8”，启动“碱液储存及喷射系统9”，并启动“脱酸反应塔5出口烟气温度与碱液调节阀的连锁控制”，保证脱酸反应塔出口温度>100℃，此时可保证达到(4)工况。
对于NOx：当出现(5)工况时，可启动“干法脱硝系统2”，此时仅开部分喷枪，此时如能达到(8)工况，便不再投入其他系统和药剂。若只能达到(6)或(7)工况，此时“干法脱硝系统2”打开全部喷枪，关闭“SNCR脱销系统1”，此时若能达到(8)工况，便不再投入其他系统和药剂。若只能达到(7)工况，则根据需要控制“SNCR脱销系统1”喷枪投入的数量，可保证达到(8)工况。所有脱硝系统投入时，“烟囱11处NOx浓度与干法脱硝药剂、SNCR 的氨水/尿素调节阀的连锁控制”常开。
对于粉尘：当出现(9)工况时，可通过调整在线脉冲清灰的压差设定值为1300pa，降低喷吹频率，提升喷吹频率，若达到(11)工况，清灰程序不再调整。如到不到，则调整压差设定值为1200pa，可保证达到(11)工况。
实施案例
某生物质焚烧项目，采用1×130t/h水冷振动炉排生物质燃料锅炉，经计算炉膛2产生的烟气经余热锅炉后实际排出烟气量为170000Nm3/h，飞灰量为20g/Nm3，SO2原始浓度为 300mg/Nm3，NOx原始浓度为300mg/Nm3。
一级脱硝(SNCR)：
20％氨水经过SNCR脱销系统1稀释为5％的氨水溶液，通过二流体喷枪送入焚烧炉850℃～1000℃温度区间，氨水消耗量为100～145L/h，此时NOx排放浓度为150～180mg/Nm3。
二级脱硝(干法脱硝)：
有机高分子脱硝剂经过干法脱硝系统2被气力输送入焚烧炉700℃～800℃温度区间内，药剂耗量为40～63kg/h，此时NOx排放浓度为36～49mg/Nm3，满足超低排放要求限值(50mg/Nm3)。
一级脱酸(工艺水增湿+氢氧化钙喷射)：
通过工艺水储存与输送系统6，将2m3/h～3m3/h水通过高压喷枪13雾化后送入脱酸反应塔5 中，脱酸反应塔5入口烟气温度由130～145℃降至出口的100～110℃。通过氢氧化钙储存与输送系统7，将强氧化钙以130～160kg/h流量送入脱酸反应塔5底部，此时SO2的排放浓度为 45～55mg/Nm3。
二级脱酸(工艺水增湿+氢氧化钙喷射+碱液脱酸)：
在一级脱酸正常运行基础下，碱液储存与输送系统9，将0.05m3/h～0.07m3/h的碱液通过高压喷枪13雾化后送入脱酸反应塔5中，此时SO2的排放浓度为8～10mg/Nm3，满足超低排放要求限值(35mg/Nm3)。
二级除尘(旋风除尘+袋式除尘)：
烟冷器出口烟气经过旋风除尘器4和袋式除尘器10，袋式除尘器通过定压在线清灰程序，压差控制在1200pa以内，粉尘的排放浓度为3～8mg/Nm3，满足超低排放要求限值(10mg/Nm3)。
“在线自动综合控制”系统：
以上描述的为具体实例，在执行过程，各级脱酸、脱硝、除尘系统和药剂的投入，以及系统之间的切换和关停，均通过合理和有效的“在线自动控制系统”自动控制，非特殊情况下，不需要运行人员介入。
本实用新型的一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统和排放方法，由SNCR脱销系统、干法脱硝系统、旋风除尘器、脱酸反应塔、干粉(氢氧化钙/碳酸氢钠)储存及喷射系统、工艺水储存于输送系统、碱液储存于输送系统、袋式除尘器、引风机及烟道系统组成。烟气经过炉内SNCR和干法脱硝的两级脱硝后，进入旋风除尘器，对烟气进行初步除尘。随后烟气从底部进入脱酸反应塔，同时在塔底分别喷入工艺水/碱液、干粉(氢氧化钙/碳酸氢钠)，达到脱酸的目的。烟气中夹带着未完全反应的脱酸剂，进入袋式除尘器，在除尘器的滤袋表面继续发生酸碱中和反应，以实现深度脱酸，同时99.99％的粉尘在袋式除尘器被过滤，实现二次脱尘。通过二级脱硝、二级脱酸、二级除尘的烟气，最终通过引风机排入烟囱。通过此工艺，烟气污染物的排放满足GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的同时，也满足全国各省市对SO2、NOx、粉尘提标的要求，同时采用最简单的系统配置，实现不同药剂在锅炉不同运行工况和不同燃料的情况下自由切换，并实现药剂的低消耗。
综上所公开的实施例，说明本领域技术人员对本实用新型的工艺、特征、参数的修改是显而易见的。因此，本实用新型将不会仅限于本文描述的实施例，对于符合与本实用新型所描述的原理和新颖特征相一致的内容均为本实用新型范围。
Claims (1)
1.一种生物质焚烧发电烟气超低排放系统，其特征在于，由SNCR脱硝系统(1)、干法脱硝系统(2)、炉膛(3)、旋风除尘器(4)、脱酸反应塔(5)、工艺水储存与输送系统(6)、氢氧化钙储存及喷射系统(7)、碳酸氢钠储存与输送系统(8)、碱液储存及喷射系统(9)、袋式除尘器(10)、引风机(11)及烟囱(12)组成；SNCR脱硝系统(1)通过输送泵连接锅炉炉膛(3)前的二流体喷枪，干法脱硝系统(2)通过气管连接至炉膛(3)内脱硝；锅炉依次连接旋风除尘器(4)、脱酸反应塔(5)；在脱酸反应塔(5)的底部设置有高压喷枪(13)，工艺水储存与输送系统(6)连接高压喷枪(13)；碱液储存及喷射系统(9)连接高压喷枪(13)，碱液经雾化后进入脱酸反应塔(5)；氢氧化钙储存及喷射系统(7)和碳酸氢钠储存与输送系统(8)与脱酸反应塔(5)底部连接；脱酸反应塔的烟气出口依次连通袋式除尘器(10)、引风机(11)直至烟囱(12)。
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