CN100593671C - 燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步骤：a.选用CH₄气体为分级再燃气体，同时选用CH₄和NH₃的混合气体为二级再燃气体；b.再燃燃料分两级送入燃煤锅炉内，其中第一再燃喷口1送入CH₄，第二再燃烧喷口2送入CH₄和NH₃混合气体，在第一再燃喷口1和第二再燃烧喷口2之间布置有顶置风喷口，Q_(CH4)1∶Q_(CH4)2＝0.01～0.20，Q_(CH4)2∶Q_NH3＝1∶1；c.与湿法烟气脱硫方法联合应用。本发明把零价汞转化为较易为飞灰和浆液等吸附的二价汞，再通过与现有湿法烟气脱硫方法的联合应用从而达到多种污染物同时脱除的目的。

Description

燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法

技术领域

本发明涉及一种降低燃煤锅炉燃烧时产生的气体污染物排放的方法，更具体的说是涉及一种在燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法。

背景技术

现今环境污染问题已经成为全世界关注的焦点问题。煤燃烧是造成NOx和Hg污染的最大污染源。目前电力生产主要依赖于燃煤发电厂，尤其是中国，其比例约占总发电量的75％，可以说燃煤电厂是煤炭消耗和NOx和Hg污染的集中区域。特别是由于煤的大量燃烧，全世界每年从燃煤中逸出的汞总量达到3000t以上。煤中的汞在煤燃烧过程中，由于高温而气化，随着燃烧气体的冷却，与其他燃烧产物相互作用而产生了氧化态汞和颗粒态汞，三种形态称为总汞，并以气态汞居多。单质汞易挥发，溶解度低，毒性高，化学性质稳定，不易与其他化学物质发生反应，传播途径广，在环境中停留时间长，不易除去。大量汞通过干湿沉降还有可能污染水体，而生物甲基化反应后形成剧毒的甲基汞，这种有机汞毒性最高，能伤害大脑，而且比较稳定，能在海洋、淡水湖和水生生物中富集，在人体内停留的半寿命长达70天之久，即使剂量很少也可累积致毒，对人体造成极大的危害。

针对燃煤过程汞污染的现状，研究者们提出了各种各样的控制方法，包括吸附剂喷射法、固定床过滤法、湿式烟气脱硫联合除汞法等，前两种都需要有高效廉价的吸附剂，通称为吸附剂吸附法，第三种则需要氧化剂将烟气中的单质汞氧化为二价汞。由于单质汞形态稳定，从烟气中直接除去单质汞比较困难，排放到大气里会引起空气大范围的污染，而烟气中二价汞易吸附在灰渣上被各种除尘器收集下来，其排除工艺比较简单，所以，燃烧后的单质汞如果能尽量转化为二价汞，则可有效减少燃煤燃烧对环境的汞污染。同时，减少燃煤燃烧产生的NOx化合物污染一直以来也是环保工作者研究的重点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在燃煤锅炉分级再燃时把零价汞转化为较易为飞灰和浆液等吸附的二价汞的方法，从而达到多种污染物同时脱除的目的。

本发明采用的技术方案：燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步骤：

a.选用CH₄气体为分级再燃气体，同时选用CH₄和NH₃的混合气体为二级再燃气体；

b.再燃气体分两级送入燃煤锅炉内，其中第一再燃喷口1送入CH₄，第二再燃喷口2送入CH₄和NH₃混合气体，在第一再燃喷口1和第二再燃喷口2之间布置有顶置风喷口，各喷口间距的比例是第一再燃喷口1高度h₁∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.5，顶置风喷口高度h₂∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第二再燃喷口2高度h₃∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第一再燃喷口1喷入的再燃CH₄量为Q_(CH4)1、第二再燃喷口2喷入的CH₄量为Q_(CH4)2、第二再燃喷口2喷入的NH₃量为Q_NH3，Q_(CH4)1∶Q_(CH4)2＝0.01～0.20，Q_(CH4)2∶Q_NH3＝1∶1；

c.上述分级再燃与湿法烟气脱硫方法联合应用可达到污染物的联合脱除效果，降低烟气中单质汞、氮氧化物的排放。

本发明的有益效果：本发明把零价汞转化为较易为飞灰和浆液等吸附的二价汞，再通过与现有湿法烟气脱硫方法的联合应用从而达到多种污染物同时脱除的目的。从原理上讲天然气再燃脱硝机理是已生成NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO，H₂，C，CnHm时，会发生NO的还原反应.总反应方程式为：

4NO+CH₄→2N₂+CO₂+H₂O

2NO+2C_nH_m+(2n+m/2-1)O₂→N₂+2nCO₂+mH₂O

2NO+2CO→N₂+2CO₂

2NO+2C→N₂+2CO

2NO+2H₂→N₂+2H₂O

NH₃的再燃脱硝机理为：高温下NH₃可与烟气中NOx进行SNCR反应，生成N₂，有利于除氮，反应为：4NH3+4NO+O2＝4N2+6H2O

天然气再燃过程对Hg的作用机理可以从以下几个方面来分析：

天然气再燃过程中，在有氧情况下与CH₄和NH₃进行化学反应，会产生HCN等物质：2CH₄+3O₂+2NH₃＝2HCN+6H₂O

HCN不是很稳定，在氧气存在的情况下会转化为别的物质(如HCNO等)，但在炉膛出口后部烟道依然会有少量HCN或CN^-，它们会与汞发生反应，氧化单质汞或固定二价汞，使其向着有利于捕捉固定的方向转化：

2Hg+8CN^-+2H₂O+O₂→2Hg(CN)₄ ^2-+4OH^-

Hg²⁺+2CN^-＝Hg(CN)₂

Hg(CN)₂+2CN^-＝Hg(CN)₄ ^2-

HgO+4CN^-+H₂O＝Hg(CN)₄ ^2-+2OH^-

而HCNO对Hg也有氧化作用。与此同时，CH₄燃烧过程中生成的H₂O也有利于烟气中的Cl₂、HCl等物质对Hg的氧化与捕捉过程，从而有利于汞的形态向着便于吸附脱除的方向转化。

附图说明

图1是分阶再燃示意图；

图2是试验炉系统示意图。

图3单节炉体结构示意图

图4炉膛本体和取样位置简图

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述：燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步骤，如图1所示：

a.选用CH₄气体为分级再燃气体，同时选用CH₄和NH₃的混合气体为二级再燃气体；

b.再燃气体分两级送入燃煤锅炉内，其中第一再燃喷口1送入CH₄，第二再燃喷口2送入CH₄和NH₃混合气体，在第一再燃喷口1和第二再燃喷口2之间布置有顶置风喷口，各喷口间距的比例是第一再燃喷口1高度h₁∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.5，顶置风喷口高度h₂∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第二再燃喷口2高度h₃∶主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第一再燃喷口1喷入的再燃CH₄量为Q_(CH4)1、第二再燃喷口2喷入的CH₄量为Q_(CH4)2、第二再燃喷口2喷入的NH₃量为Q_NH3，Q_(CH4)1∶Q_(CH4)2＝0.01～0.20，Q_(CH4)2∶Q_NH3＝1∶1；

c.上述分级再燃与湿法烟气脱硫方法联合应用可达到污染物的联合脱除效果，降低烟气中单质汞、氮氧化物的排放。

实施例1

试验研究是在一维煤粉燃烧试验系统上进行的，整个试验系统由一维试验炉炉膛本体、热风系统、给料系统、燃烧系统、加热系统、冷却系统、除尘系统和监控系统等部分组成，燃煤烟气中痕量重金属元素汞的取样和分析，采用安大略方法(Ontario Hydro Method)，烟气中NO_x和SO₂的测量采用电化学法进行烟气分析。炉膛本体为积木式结构，总高5m，内径300mm，可分为底座和5个结构相同的分段炉体。炉体用槽钢支架支撑，各段之间用螺栓固定，并采取密封措施。炉体整体结构如图2所示。1.鼓风机 2.预热器 3.给料装置 4.燃烧器 5.取样孔 6.烟气冷却器 7.布袋除尘器 8.引风机 9.烟囱 10.温度计 11.压力表 12.阀门 13.流量计 14.炉体，整个炉体从上至下依次为一段、二段、三段、四段、五段和底座，每一段炉体高度为800mm，五段均有分阶风口。每一段炉体由内到外分为四层：最里面一层为碳化硅套，可承受高温；第二层为加热层，中间通有电阻丝，用于加热炉膛内空气到设定的温度；第三层是保温套，可减少散热损失；最外一层是耐火纤维制的外壳。图3是单节炉体结构示意图。其中第二段到第五段上开有取样孔。在炉体上方开有直径为60mm的孔，作为燃料入口。在底座的侧面开有烟气出口。炉膛本体和烟气取样孔的位置如图4所示。其中一段送风口中送入的是CH₄；三段送风口中送入的是CH₄+NH₃；二段送风口为顶置风喷口，送入适量空气。实验所用煤粉来自燃煤电厂，是一种混煤，试验前都已经过机械碾磨和振筛。试验工况为，煤粉给煤量8kg/h，过量空气系数为1.2，一次风量15.18Nm³/h，二次风量35.42Nm³/h，排烟温度70℃。本例中汞在燃煤产物中的形态分布为：气态二价汞约占60％，气态单质汞约占20％，飞灰汞含量为15％，炉渣汞含量为5％。折算到6％的氧量，烟气中NO的浓度时为300mg/m³，S0₂的含量为560mg/m³

实施例2

试验设备，试验工况基本条件与实施例1相同，只是燃烧过程中作了一定的修改：以钙硫比为2的比例掺入石灰石粉脱硫，且在炉膛第二段喷入天然气，第五段喷入燃尽风，考察炉内石灰石脱硫的同时天然气脱硝的效果，及其综合影响。本例中汞在燃煤产物中的形态分布为：气态二价汞仍约占60％；但气态单质汞含量几乎为零，可忽略；飞灰汞含量相应提高为30％，炉渣汞含量也提高到了10％。折算到6％的氧量，烟气中NO的浓度时为310mg/m³，SO₂的含量为450mg/m³。由以上两个实例可以看出，通过天然气再燃、限定天然气喷入口的量和喷口间的高度比例及加入石灰石脱硫，燃煤产物中的零价汞显著减少，灰渣及飞灰中的汞大量增加，汞的减排效果显著；烟气中NO，SO₂的含量也减少了1/3左右，脱除效果显著。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.燃煤锅炉分级再燃时降低烟气中单质汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步骤：

a.选用CH₄气体为分级再燃气体，同时选用CH₄和NH₃的混合气体为二级再燃气体；

b.再燃气体分两级送入燃煤锅炉内，其中第一再燃喷口(1)送入CH₄，第二再燃喷口(2)送入CH₄和NH₃混合气体，在第一再燃喷口(1)和第二再燃喷口(2)之间布置有顶置风喷口，各喷口间距的比例是第一再燃喷口(1)高度h₁：主燃烧器区高度H＝0.01～0.5，顶置风喷口高度h₂：主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第二再燃喷口(2)高度h₃：主燃烧器区高度H＝0.01～0.2，第一再燃喷口(1)喷入的再燃CH₄量为Q_(CH4)1、第二再燃喷口(2)喷入的CH₄量为Q_(CH4)2、第二再燃喷口(2)喷入的NH₃量为Q_NH3，Q_(CH4)1∶Q_{(CH4) 2}＝0.01～0.20，Q_(CH4)2∶Q_NH3＝1∶1；

c.上述分级再燃与湿法烟气脱硫方法联合应用可达到污染物的联合脱除效果，降低烟气中单质汞、氮氧化物的排放。

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