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CN106345244A - 一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法 - Google Patents

一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法 Download PDF

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CN106345244A CN201610901106.8A CN201610901106A CN106345244A CN 106345244 A CN106345244 A CN 106345244A CN 201610901106 A CN201610901106 A CN 201610901106A CN 106345244 A CN106345244 A CN 106345244A
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郑成航
骆仲泱
倪明江
岑可法
张涌新
刘勇
王丁振
王毅
翁卫国
吴卫红
宋浩
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Abstract

本发明涉及一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法，所述装置包括依次连接的粗料仓、螺杆式给料机、空气分级磨、细料仓、失重式给料机，失重式给料机下部与主管道连接；送风机的空气经空气干燥机干燥后送入主管道，采用气力输送来自失重式给料机的碱性吸收剂；主管道终端与分离器连接；分离器将主管道均匀分为多个支路，每一支路连接一支喷枪；喷枪均匀布置在烟道截面上，并在喷枪的下游烟道安装静态混合器，保证喷枪喷射的碱性吸收剂与烟气均匀混合。本发明根据不同的烟气条件及烟道位置，选择不同种类的碱性吸收剂，通过喷枪向烟道中喷射碱性吸收剂吸收烟气中的SO3，减少SO3对电厂运行的危害，实现SO3的超低排放。

Description

一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法
技术领域
本发明属于大气污染物治理技术领域，具体地说是涉及一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法。
背景技术
SO2和NOX是燃煤电厂烟气中主要的大气污染物之一，为了减少NOX的排放，燃煤电厂大多安装了SCR脱硝装置。SCR催化剂有可能使部分SO2催化氧化成SO3，加上炉内生成的SO3，使SO3达到一定浓度，对电厂造成危害，例如使催化剂中毒、空预器堵塞、烟道腐蚀等。静电除尘器和湿法脱硫塔对SO3的脱除能力有限，SO3的排放到大气中会使雾霾加重，造成环境污染。在燃用高硫煤时，SO3引起的问题更加严重。实现SO3的深度脱除，对电厂的安全经济运行和大气环境的改善意义重大。
为了减少SO3给电厂运行带来的危害以及控制SO3的排放，目前多采用向烟道中喷入碱性吸收剂的方法。中国专利CN103055684A公开了一种利用天然碱脱除烟气三氧化硫的装置及工艺，从SCR反应器出口烟气经天然碱浆液喷洗吸收SO3，再进入空气预热器；中国专利CN104857841A公开了一种脱除烟气中三氧化硫的装置，包括料仓、螺旋给料机，喷射枪，脱硝反应器和扰流板等，通过喷射强碱性物质吸收脱硝反应器前的SO3；中国专利CN104474897A公开了一种脱除燃煤烟气中三氧化硫的方法，向脱硝装置进口端之前的烟道内、脱硝装置出口端与空气预热器之间的烟道内的的烟气中喷射一定量的碱性颗粒，将烟气中的三氧化硫脱除。上述方法虽然可以一定程度控制SO3的排放，但是并不能有效应对不同烟气条件下的SO3脱除，不能很好的达到SO3超低排放的要求。
发明内容
针对燃煤烟气中SO3产生的问题，本发明提出一种适用于不同烟气条件的燃煤烟气三氧化硫脱除装置和方法。针对不同的燃煤电厂烟气条件的差异，根据烟气的温度、SO3浓度、气氛等条件，在不同烟道位置喷射碱性吸收剂，高效脱除烟气中的SO3，减少SO3对电厂设备的危害，达到SO3超低排放的要求。
一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置，包括烟道，所述装置还包括顺次相连通的粗料仓、螺杆式给料机、空气分级磨、细料仓、失重式给料器、主管道、分离器和喷枪，所述喷枪设置在烟道内，喷枪的下游烟道内布置有静态混合器；所述主管道还通过空气干燥机与送风机相连通。
本发明失重式给料机下部与主管道连接，送风机的空气经空气干燥机干燥后送入主管道，采用气力输送来自失重式给料机的碱性吸收剂；主管道终端与分离器连接，分离器将主管道均匀分为多个支路，每一支路连接一支喷枪；喷枪均匀布置在烟道截面上，并在喷枪的下游烟道安装静态混合器，保证喷枪喷射的碱性吸收剂与烟气均匀混合。根据不同的烟气条件及烟道位置，选择不同种类的碱性吸收剂，通过喷枪向烟道中喷射碱性吸收剂吸收烟气中的SO3，减少SO3对电厂运行的危害，实现SO3的超低排放。
作为优选，所述主管道通过分离器与若干个管道支路相连通，每个管道支路均分别与相应喷枪相连通。
作为优选，所述细料仓为密封装置，并且内装有干燥装置，防止碱性吸收剂因吸水造成的团聚、结垢、堵塞管道等；所述管道支路的数量为四个。
作为优选，碱性吸收剂喷入的位置为下述单个或多个位置：省煤器和SCR反应器之间、SCR反应器和空预器之间、空预器和除尘器之间、除尘器和脱硫塔之间。
一种燃煤烟气三氧化硫脱除方法，包括下述步骤：
(1)选择不同的烟道位置，以及碱性吸收剂的种类、粒径；
(2)系统运行时，在粗料仓中储存选定的固体颗粒碱性吸收剂，粗料仓底部与螺杆式给料机相连，利用螺杆式给料机将吸收剂送入空气分级磨，将吸收剂磨成所需的细度，再送入细料仓中备用；
(3)细料仓与失重式给料器连接，利用失重式给料器控制给料速率；
(4)失重式给料器下部连接输送碱性吸收剂的主管道，采用气力输送的方式在输气管道中输送来自失重式给料器的细碱性吸收剂颗粒，送风机产生的风先经过空气干燥机干燥，以防止吸收剂颗粒吸水团聚、堵塞管道；
(5)主管道的细吸收剂颗粒先送至分离器，利用分离器分为多个支路，每个支路均与相应喷枪相连接，喷枪均匀布置在烟道截面上，碱性吸收剂颗粒从喷枪喷出；
(6)在喷枪的下游烟道内布置静态混合器，保证碱性吸收剂颗粒与烟气均匀混合；
(7)SO3被碱性吸收剂颗粒吸收形成硫酸盐而被除去，反应产物和未反应的颗粒物通过下游的颗粒物脱除装置脱除。
本发明基于烟气的特性，选择不同的烟道位置，利用该装置向烟道内喷射一定量及细度的碱性吸收剂颗粒，SO3与碱性吸收剂颗粒反应而被脱除，烟气中的颗粒通过下游的颗粒脱除设备脱除。
作为优选，步骤(2)中，粗料仓中的固体碱性吸收剂颗粒为钙基类碱性吸收剂颗粒(CaO，Ca(OH)2，CaCO3等)、镁基类碱性吸收剂颗粒(MgO，Mg(OH)2，MgCO3镁等)、或钠基类碱性吸收剂颗粒(Na2CO3，NaHCO3，天然碱等)；所述固体碱性吸收剂颗粒与烟气中SO3的摩尔比为0.5：1～30：1之间，粗料仓中固体碱性吸收剂颗粒的粒径为1cm以下；空气分级磨将固体碱性吸收剂颗粒磨至10μm～100μm之间，进一步的，吸收剂磨至40～60μm。
作为优选，步骤(4)中，气力输送时，控制固气比为0.1～25：1，流速为18～30m/s，气体压力为0.5～1Mpa。
作为优选，步骤(5)中，碱性吸收剂的喷射采用一级或多级喷射，每两级喷射装置之前的距离为5～15m。
作为优选，碱性吸收剂喷入的位置包括下述单个或多个位置：省煤器与SCR反应器之间的烟道、SCR反应器与空预器之间的烟道、空预器与除尘器之间的烟道、除尘器与脱硫塔之间的烟道；在不同的吸收剂喷射位置，烟气的温度在100℃～450℃之间，SO3的浓度在10ppm～100ppm之间，碱性吸收剂在烟道中的停留时间为0.01s～4s。
在省煤器与SCR反应器之间的烟道，选择喷射钠基类吸收剂(Na2CO3，NaHCO3，天然碱等)；在SCR反应器与空预器之间的烟道，选择喷射镁基类吸收剂(MgO，Mg(OH)2，MgCO3镁等)；在空预器与除尘器之间的烟道，及除尘器与脱硫塔之间的烟道，选择喷射钙基类吸收剂(CaO，Ca(OH)2，CaCO3等)。燃用高硫煤时，在省煤器和SCR反应器之间的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3，减少SO3对催化剂的危害；当SCR催化剂的SO2/SO3转化率较高时，在SCR反应器与空预器之间的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3，减少硫酸氢氨的生成对空预器的危害；当主要目的是为了减少SO3的排放和对电厂设备的腐蚀时，在除尘器前后的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3。
作为优选，所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，包括下述步骤：
(1)烟道位置位于省煤器和SCR反应器之间，烟气温度400℃，SO3浓度25ppm；天然碱作为吸收剂，天然碱平均粒径为2mm；
(2)系统运行时，在粗料仓中储存天然碱，粗料仓底部与螺杆式给料机相连，利用螺杆式给料机将粗颗粒的天然碱送入空气分级磨，将天然碱磨至平均粒径40μm，再送入细料仓中备用，细料仓为密封装置，并设有干燥装置；
(3)细料仓与失重式给料器连接，利用失重式给料器控制给料速率，达到天然碱与SO3的摩尔比为2：1；
(4)失重式给料器下部连接输送碱性吸收剂的主管道，采用气力输送的方式在输气管道中输送来自失重式给料器的细天然碱颗粒，送风机产生的风先经过空气干燥机干燥；
(5)主管道的细天然碱颗粒先送至分离器，利用分离器分为四个支路，每个支路均与相应喷枪相连接，喷枪均匀布置在烟道截面上，碱性吸收剂颗粒从喷枪喷出，与烟气顺向流动；
(6)在喷枪的下游烟道内布置静态混合器；
(7)SO3被碱性吸收剂颗粒吸收形成硫酸盐而被除去，反应产物和未反应的颗粒物通过下游的颗粒物脱除装置脱除。
本发明的有益效果在于：
(1)分离器将主管道均匀分为多个支路，每一支路连接一支喷枪；喷枪均匀布置在烟道截面上，并在喷枪的下游烟道安装静态混合器，保证喷枪喷射的碱性吸收剂与烟气均匀混合；
(2)根据不同的烟气条件及烟道位置，选择合适的碱性吸收剂，通过脱除特定烟道位置处的SO3，有效防止脱硝催化剂和空预器的堵塞，减少SO3对电厂运行的危害，并实现SO3的超低排放。
说明书附图
图1为本发明燃煤烟气三氧化硫脱除装置结构示意图；
1-粗料仓、2-螺杆式给料机、3-空气分级磨、4-细料仓、5-失重式给料器、6-送风机、7-空气干燥机、8-主管道、9-分离器、10-管道支路、11-喷枪、12-静态混合器、13-烟道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
实施例1
参照图1，一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置，包括烟道13，所述装置还包括顺次相连通的粗料仓1、螺杆式给料机2、空气分级磨3、细料仓4、失重式给料器5、主管道8、分离器9和喷枪11，所述喷枪11设置在烟道13内，喷枪11的下游烟道内布置有静态混合器12；所述主管道8还通过空气干燥机7与送风机6相连通。
所述主管道8通过分离器9与若干个管道支路10相连通，每个管道支路均分别与相应喷枪11相连通；所述管道支路的数量为四个。所述细料仓为密封装置，并且内装有干燥装置，防止碱性吸收剂因吸水造成的团聚、结垢、堵塞管道等。
碱性吸收剂喷入的位置为下述单个或多个位置：省煤器和SCR反应器之间、SCR反应器和空预器之间、空预器和除尘器之间、除尘器和脱硫塔之间。燃用高硫煤时，在省煤器和SCR反应器之间的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3，减少SO3对催化剂的危害；当SCR催化剂的SO2/SO3转化率较高时，在SCR反应器与空预器之间的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3，减少硫酸氢氨的生成对空预器的危害；当主要目的是为了减少SO3的排放和对电厂设备的腐蚀时，在除尘器前后的烟道中喷入碱性吸收剂脱除SO3。
实施例2
脱除SCR前烟道中的SO3，烟道位置位于省煤器和SCR反应器之间。烟气温度400℃，SO3浓度25ppm。根据该处的烟气条件，选择天然碱(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)作为吸收剂，天然碱与SO3的摩尔比为2∶1。天然碱粗料平均粒径为2mm，细料平均粒径确定为40μm，碱性吸收剂在烟道中的停留时间为2s。
如图1所示，系统运行时，在粗料仓1中储存大量的天然碱粗料，平均粒径为2mm。粗料仓1底部与螺杆式给料机2相连；利用螺杆式给料机2将粗颗粒的天然碱送入空气分级磨3，将天然碱磨至平均粒径40μm，再送入细料仓4中备用，细料仓为密封装置，并设有干燥装置，防止碱性吸收剂因吸水造成的团聚、结垢、堵塞管道等；细料仓4与失重式给料器5连接，利用失重式给料器5控制给料速率，达到天然碱与SO3的摩尔比为2：1；失重式给料器5下部连接输送吸收剂的主管道8；在主管道8中采用气力输送的方式输送来自失重式给料器5的细天然碱颗粒，流速控制为22m/s，气体压力为0.8Mpa；送风机6产生的风先经过空气干燥器7干燥，以防止天然碱颗粒吸水团聚、堵塞管道；主管道8的细天然碱颗粒先送至分离器9，利用分离器9分为四个管道支路10，每个管道支路均与相应喷枪11连接；碱性吸收剂颗粒从喷枪11喷出，与烟气顺向流动；在喷枪的下游烟道内布置静态混合器12，保证碱性吸收剂和烟气均匀混合，碱性吸收剂颗粒与烟气中的SO3反应后形成硫酸盐而被脱除。
在设计工况条件下，可以保证SO3的脱除效率90％，同时由于喷入的天然碱占烟气飞灰总量质量比小于0.5％，因此不会对下游的SCR催化剂产生较大影响。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于脱除空预器前烟道中的SO3，烟道位置位于SCR反应器和空预器之间。烟气温度250℃，SO3浓度40ppm。根据该处的烟气条件，选择Mg(OH)2作为吸收剂，Mg(OH)2与SO3摩尔比为4：1。Mg(OH)2粗料粒径为3mm，细料平均粒径确定为60μm，碱性吸收剂在烟道中的停留时间为1s。
在设计工况条件下，可以保证SO3的脱除效率84％。有效预防了空预器的堵塞和腐蚀。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于脱除除尘器前烟道中的SO3，烟道位置位于SCR空预器和除尘器之间。烟气温度150℃，SO3浓度30ppm。根据该处的烟气条件，选择Ca(OH)2作为吸收剂，Ca(OH)2与SO3摩尔比为6：1。Ca(OH)2粗料平均粒径为4mm，细料平均粒径确定为50μm，碱性吸收剂在烟道中的停留时间为4s。
在设计工况条件下，可以保证SO3的脱除效率85％。有效预防了除尘器和下游设备的腐蚀。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于脱除脱硫塔前烟道中的SO3，烟道位置位于SCR除尘器和脱硫塔之间。烟气温度90℃，SO3浓度15ppm。根据该处的烟气条件，选择Ca(OH)2作为吸收剂，Ca(OH)2与SO3摩尔比为3：1。Ca(OH)2粗料平均粒径为4mm，细料平均粒径确定为40μm。
在设计工况条件下，可以保证SO3的脱除效率80％。有效预防了脱硫塔的腐蚀和可见烟羽的产生。

Claims (10)

1.一种燃煤烟气三氧化硫脱除装置，包括烟道，其特征在于：所述装置还包括顺次相连通的粗料仓、螺杆式给料机、空气分级磨、细料仓、失重式给料器、主管道、分离器和喷枪，所述喷枪设置在烟道内，喷枪的下游烟道内布置有静态混合器；所述主管道还通过空气干燥机与送风机相连通。
2.根据权利要求1所述的燃煤烟气三氧化硫脱除装置，其特征在于：所述主管道通过分离器与若干个管道支路相连通，每个管道支路均分别与相应喷枪相连通。
3.根据权利要求2所述的燃煤烟气三氧化硫脱除装置，其特征在于：所述细料仓为密封装置，并且内装有干燥装置，所述管道支路的数量为四个。
4.根据权利要求1所述的燃煤烟气三氧化硫脱除装置，其特征在于：碱性吸收剂喷入的位置为下述单个或多个位置：省煤器和SCR反应器之间的烟道、SCR反应器和空预器之间的烟道、空预器和除尘器之间的烟道、除尘器和脱硫塔之间的烟道。
5.一种燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于：采用权利要求1所述装置，
包括下述步骤：
(1)选择不同的烟道位置，以及碱性吸收剂的种类、粒径；
(2)系统运行时，在粗料仓中储存选定的固体颗粒碱性吸收剂，粗料仓底部与螺杆式给料机相连，利用螺杆式给料机将吸收剂送入空气分级磨，将吸收剂磨成所需的细度，再送入细料仓中备用；
(3)细料仓与失重式给料器连接，利用失重式给料器控制给料速率；
(4)失重式给料器下部连接输送碱性吸收剂的主管道，采用气力输送的方式在输气管道中输送来自失重式给料器的细碱性吸收剂颗粒，送风机产生的风先经过空气干燥机干燥；
(5)主管道的细吸收剂颗粒先送至分离器，利用分离器分为多个支路，每个支路均与相应喷枪相连接，喷枪均匀布置在烟道截面上，碱性吸收剂颗粒从喷枪喷出；
(6)在喷枪的下游烟道内布置静态混合器；
(7)SO3被碱性吸收剂颗粒吸收形成硫酸盐而被除去，反应产物和未反应的颗粒物通过下游的颗粒物脱除装置脱除。
6.根据权利要求5所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于：步骤(2)中，粗料仓中的固体碱性吸收剂颗粒为钙基类碱性吸收剂颗粒、镁基类碱性吸收剂颗粒、或钠基类碱性吸收剂颗粒；所述固体碱性吸收剂颗粒与烟气中SO3的摩尔比为0.5∶1～30∶1之间，粗料仓中固体碱性吸收剂颗粒的粒径为1cm以下；空气分级磨将固体碱性吸收剂颗粒磨至10μm～100μm之间。
7.根据权利要求5所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于：步骤(4)中，气力输送时，控制固气比为0.1～25：1，流速为18～30m/s，气体压力为0.5～1Mpa。
8.根据权利要求5所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于：步骤(5)中，碱性吸收剂的喷射采用一级或多级喷射，每两级喷射装置之前的距离为5～15m。
9.根据权利要求5所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于：碱性吸收剂喷入的位置包括下述单个或多个位置：省煤器与SCR反应器之间的烟道、SCR反应器与空预器之间的烟道、空预器与除尘器之间的烟道、除尘器与脱硫塔之间的烟道；在不同的吸收剂喷射位置，烟气的温度在100℃～450℃之间，SO3的浓度在10ppm～100ppm之间，碱性吸收剂在烟道中的停留时间为0.01s～4s。
10.根据权利要求5所述的燃煤烟气三氧化硫脱除方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)烟道位置位于省煤器和SCR反应器之间，烟气温度400℃，SO3浓度25ppm；天然碱作为吸收剂，天然碱平均粒径为2mm；
(2)系统运行时，在粗料仓中储存天然碱，粗料仓底部与螺杆式给料机相连，利用螺杆式给料机将粗颗粒的天然碱送入空气分级磨，将天然碱磨至平均粒径40μm，再送入细料仓中备用，细料仓为密封装置，并设有干燥装置；
(3)细料仓与失重式给料器连接，利用失重式给料器控制给料速率，达到天然碱与SO3的摩尔比为2：1；
(4)失重式给料器下部连接输送碱性吸收剂的主管道，采用气力输送的方式在输气管道中输送来自失重式给料器的细天然碱颗粒，送风机产生的风先经过空气干燥机干燥；
(5)主管道的细天然碱颗粒先送至分离器，利用分离器分为四个支路，每个支路均与相应喷枪相连接，喷枪均匀布置在烟道截面上，碱性吸收剂颗粒从喷枪喷出，与烟气顺向流动；
(6)在喷枪的下游烟道内布置静态混合器；
(7)SO3被碱性吸收剂颗粒吸收形成硫酸盐而被除去，反应产物和未反应的颗粒物通过下游的颗粒物脱除装置脱除。
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