CN107366906A - 一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉及运行方法 - Google Patents

Abstract

一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，包括主燃室、副燃室、燃尽室、布置在燃尽室内的干馏管、活性炭分离器、倒U型烟道和活性炭给进装置等。活性炭给进装置设置在倒U型烟道的顶端。燃料通过筛分器进行筛分，粗燃料直接进主燃室燃烧，部分细燃料输送到干馏管后在400‑600℃热解，产生的热解气固混合物通过活性炭分离器分离，分离后的可燃乏气经乏气管道通过乏气回送口送入主燃室燃烧，分离下来的固体颗粒物进入活性炭分离器下方的活性炭料仓作为活性炭吸附剂，并装入活性炭给进装置，给入到U型烟道内对烟气中的汞等污染物进行吸附脱除。本发明自制吸附剂吸附烟气中的汞等重金属，具有运行成本低、集成度高的优点。

Description

一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉及运行方法

技术领域

本发明涉及一种循环流化床燃烧设备及其运行方法，尤其涉及一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉及运行方法，属于节能环保领域。

背景技术

目前我国国内的煤炭、固体废弃物、污泥、生物质等固体燃料的主要燃烧设备是链条炉、水冷振动炉排锅炉和循环流化床锅炉等，根据不同的燃料选择不同的炉型、不同的炉型具有各自的特点。

循环流化床锅炉是近年来发展起来的高效清洁的燃烧技术，燃料适应性广，可燃用优质煤、劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料。由于其燃烧效率高，能同时进行炉内脱硫、脱硝等污染控制操作，具有低NO_x和SO_x排放等优点，因而在电力市场得到了迅速的发展，正在向大型化方向发展，600MWe的循环流化床锅炉已投入商业运行。同时，在工业锅炉领域，由于工业锅炉的蒸发量小、运行灵活、检修方便，劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料等日益受到青睐，这些燃料非常适合采用循环流化床技术燃烧。中国专利CN1786565A公布了一种卧式循环流化床燃烧设备及其循环燃烧方法，采用外置分离器、将传统立式锅炉的炉膛分为三个部分，从而有效降低了炉膛高度。中国专利CN102537943A公布了一种带有水平旋风分离器的卧式循环流化床锅炉，采用水平布置的旋风分离器，使得结构布置更加紧凑，特别适用于工业锅炉。

CN1786565A和CN102537943A公布的专利在工业锅炉低NOx燃烧和炉内脱硫方面具有一定优势，然而对日益严峻的燃烧汞排放还缺乏有效控制措施。我国在燃煤汞污染控制方面还处于起步阶段，大多数燃煤锅炉都没有配置专门汞污染控制装备。有资料表明，2007年我国燃煤电厂汞排放量占总排放量19%，燃煤工业锅炉汞排放量占33%，民用燃煤占2%，燃煤锅炉汞排放量超过总量的一半，约为52%。煤中以硫化物结合态形式赋存的汞（也有少量单质汞）在煤燃烧过程中被排放出来。煤中汞的含量因煤的产地不同而差异较大，我国煤通常在0.1到0.3mg/kg之间。煤中汞在炉膛内燃烧温度下将蒸发并以单质汞的形态存在于气相之中。随着烟气温度降低，单质汞会与烟气中其他成分（飞灰）发生反应，部分单质汞转化为其他形态的汞。

燃煤锅炉烟气中汞的存在形式通常有三种：气态氧化汞(Hg²⁺ )、气态单质汞(Hg⁰)和颗粒汞(Hg^P)（如飞灰或未燃残碳(UBC)）。氧化汞主要有HgCl₂、HgO和HgSO₄等。颗粒吸附的汞以单质或氧化态形式存在。随着烟气在污染物控制装置内流动，汞形态由炉膛出口纯Hg⁰转化为Hg⁰、Hg²⁺和Hg^p的混合物，这种转化取决于煤中HCl以及飞灰中未燃碳的含量以及是否有SCR装置或其他烟气净化措施。

可通过提高能效、燃烧前洗煤或混煤、充分利用现有的大气污染控制设备等降低燃煤汞排放，在必要时增加专门控汞技术——活性炭喷射脱汞技术（ACI）。粉末活性炭(PAC)是使用最多且研究较成熟的一种吸附剂，在使用吸附剂活性炭喷射技术（ACI）的基础上要进一步控汞时，需在空气预热器器和除尘器之间喷入粉状活性炭，活性炭颗粒吸附汞的过程结束后与飞灰一起被除尘器除去。

多流程卧式循环流化床锅炉的热效率很高，提高能效空间有限；主要用于工业锅炉，煤炭供应来源多样，很难保证质量；配套的大气污染控制设备中缺乏SCR、FGD等有效协同脱汞的设施，其唯一可以利用的烟气净化设施是除尘器（一般为布袋除尘器）；活性炭喷射脱汞技术（ACI）需要使用价格昂贵的粉末活性炭（PAC），导致运行成本增加。可见，多流程卧式循环流化床等工业锅炉在脱汞方面面临巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明基于现有的卧式循环流化床工业锅炉技术，提出一种自制活性炭粉喷射脱汞技术，在结构布置紧凑的同时，充分利用了卧式循环流化床锅炉燃尽室温度在400~600℃之间可作为干馏室的特点，采用自制的活性炭粉喷射到除尘器前，可以降低汞等重金属的排放。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风室、一次风机、燃料分级供给装置、主燃室、副燃室、燃尽室、分离器、回料器、连接烟道、尾部烟道和除尘器，除尘器布置在所述尾部烟道后，所述一次风室通过一次风管道与一次风机相连，其特征在于：

所述锅炉还包括倒U型烟道和活性炭给进装置；倒U型烟道连接在所述尾部烟道和所述除尘器之间；所述活性炭给进装置设置在倒U型烟道的顶端；所述燃尽室内设置有干馏管；

所述燃料分级供给装置设置有筛分器、煤粉输送出口和煤粉输送风入口，所述煤粉输送出口通过筛下细煤粉管道与所述干馏管的干馏管入口相连，煤粉输送风入口通过分选风管与一次风管道相连。

上述技术方案中，所述锅炉还包括活性炭分离器，所述活性炭分离器下部设置有活性炭料仓；所述干馏管倾斜设置在所述燃尽室内，所述干馏管与水平方向夹角α为5~20°，干馏管位于燃尽室400~600℃的温度区间内；所述干馏管的出口与所述活性炭分离器相连；所述主燃室的侧面设置有乏气回送口；所述活性炭分离器通过乏气管道与所述乏气回送口相连。

上述技术方案中，所述活性炭给进装置设置有活性炭送风管道，所述活性炭送风管道与所述一次风管道连通。

一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其采用上述技术方案所述的锅炉，所述方法包括：

燃料通过燃料分级供给装置的筛分器分为粗燃料和细燃料，所述粗燃料进入主燃室燃烧；所述细燃料由煤粉输送风入口供入的空气携带，经煤粉输送出口、筛下细煤粉管道送入到布置在燃尽室内的干馏管中；

进入干馏管内的细燃料在干馏管内热解，热解产生的气固混合物通过活性炭分离器分离；分离后的气体产物可燃乏气经乏气管道通过乏气回送口送入到主燃室内，在主燃室内燃烧；分离下来的固体颗粒物进入活性炭分离器下方的活性炭料仓作为吸附剂；

所述粗燃料和可燃乏气相继在主燃室、副燃室和燃尽室燃烧，产生的燃烧混合物经过分离器分离，分离后的烟气通过连接烟道进入尾部烟道与尾部烟道内设置的换热面换热，然后进入倒U型烟道内；分离下来的固体物料通过回料器返回主燃室；

将活性炭料仓存储的吸附剂装入到活性炭给进装置；所述吸附剂给入到与活性炭给进装置相连的倒U型烟道内，所述吸附剂在所述烟气中扩散并吸附烟气中的汞等污染物，然后吸附了污染物的吸附剂在除尘器内被捕集。

上述方法中，干馏管位于燃尽室400~600℃的温度区间内，进入干馏管内的细燃料在400~600℃的条件下热解。

上述方法中，将活性炭料仓存储的吸附剂装入到活性炭给进装置；活性炭给进装置的输送风来自一次风，所述输送风由活性炭送风管道进入活性炭给进装置，然后携带着所述吸附剂喷入到与活性炭给进装置相连的倒U型烟道内，所述吸附剂在所述烟气中扩散并吸附烟气中的汞等污染物，然后吸附了污染物的吸附剂在除尘器内被捕集。

上述方法中，所述倒U型烟道内的吸附剂浓度为50~250mg/m³。

上述方法中，所述燃料选用含炭燃料，如煤等，生成活性炭吸附剂。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明采用自制活性炭粉喷射脱汞，汞排放低于≤0.02mg/Nm³，并且运行成本较低。② 活性炭粉制备机构集成到锅炉设备上，集成度高，利于维护，占地面积小。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉示意图。

图2为本发明所涉及的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉的燃尽室B-B剖视图。

图中：1－一次风室；2－煤粉输送出口；3－煤粉输送风入口； 4－燃料分级供给装置；5－筛下细煤粉管道；6－主燃室；7－副燃室；8－干馏管入口；9－燃尽室；10－分离器；11－连接烟道；12－尾部烟道；13－活性炭给进装置；14－除尘器；15－引风机；16－排烟道；17－烟囱；19－一次风机；20－活性炭送风管道；21－回料器；22－一次风管道；30－乏气回送口；31－乏气管道；32－活性炭分离器；33－活性炭料仓；34－干馏管；35－分选风管；36－倒U型烟道；41－筛分器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风室1、一次风机19、燃料分级供给装置4、主燃室6、副燃室7、燃尽室9、分离器10、回料器21、连接烟道11、尾部烟道12和除尘器14。主燃室6、副燃室7和燃尽室9为水平并列布置的三个燃烧室。以燃料和烟气流向为前后方向，主燃室6在前，燃尽室9在后。主燃室6、副燃室7和燃尽室9彼此间不接触的炉墙为燃烧室的侧面，燃烧室两个侧面之间的方向为纵深方向。一次风室1设置在主燃室6底部，一次风由一次风机19供给。一次风室1通过一次风管道22与一次风机19相连。分离器10设置在燃尽室9的出口，分离器10与尾部烟道12之间通过连接烟道11相连，尾部烟道12内设置有受热面，如过热器、省煤器、预热器等。回料器21分别连接主燃,室6和惯性分离器及分离器10。惯性分离器由副燃室7和燃尽室9底部折返式物料通道形成。

锅炉还包括倒U型烟道36和活性炭给进装置13。倒U型烟道36连接在尾部烟道12和除尘器14之间。除尘器14之后还设有烟囱17，除尘器14通过引风机15、排烟道16与烟囱17相连。活性炭给进装置13设置在倒U型烟道36的顶端，活性炭给进装置13设置有活性炭送风管道20，活性炭送风管道20与所述一次风管道22连通。

如图2所示，燃尽室9内设置有干馏管34，干馏管34沿着燃尽室9的纵深方向倾斜设置在所述燃尽室9内，干馏管34中心线与水平方向夹角α为5~20°。干馏管34布置在燃尽室400~600℃的温度区间内。所述锅炉还包括活性炭分离器32，活性炭分离器32下部设置有活性炭料仓33。干馏管34的出口与所述活性炭分离器32相连，通过活性炭分离器32对干馏（热解）产物进行气固分离。主燃室9的侧面设置有乏气回送口30，活性炭分离器32通过乏气管道31与乏气回送口30相连。

燃料分级供给装置4设置有筛分器41、煤粉输送出口2和煤粉输送风入口3，煤粉输送出口2与干馏管34的干馏管入口8之间设置有筛下细煤粉管道5相连，煤粉输送风入口3通过分选风管35与一次风管道22相连。

一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其采用上述技术方案所述的锅炉，所述方法包括：

燃料通过燃料供给装置4的筛分器41分为粗燃料和细燃料，粗燃料进入主燃室9燃烧；细燃料由煤粉输送风入口3供入的空气携带，经煤粉输送出口2、筛下细煤粉管道5送入到布置在燃尽室9内的干馏管34中；

干馏管34倾斜布置在燃尽室9的400~600℃的温度区间内，进入干馏管34内的细燃料在400~600℃的条件下热解，热解产生的气固混合物进入活性炭分离器32进行气固分离；分离后的气体产物可燃乏气经乏气管道31通过乏气回送口30送入到主燃室6内，在主燃室6内燃烧；分离下来的固体颗粒物进入活性炭分离器32下方的活性炭料仓33作为吸附剂储存；

粗燃料和可燃乏气相继在主燃室6、副燃室7和燃尽室9燃烧，产生的燃烧混合物经过分离器10分离，分离后的烟气通过连接烟道11进入尾部烟道12与尾部烟道12内设置的换热面换热，然后进入倒U型烟道36内；分离器10分离下来的固体物料通过回料器21返回主燃室6；

将活性炭料仓33中存储的吸附剂手工或者自动装入到活性炭给进装置13；活性炭给进装置13的输送风来自一次风，输送风由活性炭送风管道20进入活性炭给进装置13，然后携带着所述吸附剂喷入到与活性炭给进装置13相连的倒U型烟道36内，所述吸附剂在烟气中扩散并吸附烟气中的汞等污染物，然后吸附了污染物的吸附剂在除尘器14内被捕集。

根据污染物的浓度和吸附效果，倒U型烟道36内的吸附剂浓度为50~250mg/m³。燃料选用如煤等含炭燃料时，所生成吸附剂为活性炭吸附剂。对于常用的煤炭，1kg煤炭燃烧产生5-7Nm³烟气，烟气中若要达到250mg/Nm³的活性炭浓度，则最多需要约1.75g活性炭，按照活性炭产率50%计算，则需要约3.5g煤，也就是需要入炉燃料的约0.35%的燃料去自制备活性炭。当提高活性炭的喷射均匀度，提高混合，烟气中活性炭浓度需求降低到50mg/Nm3时，只需要不到0.1%的燃料去制备活性炭，通过这种“自给自足”的模式吸附汞的重金属，效果非常可观。

Claims (9)

1.一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风室（1）、一次风机（19）、燃料分级供给装置（4）、主燃室（6）、副燃室（7）、燃尽室（9）、分离器（10）、回料器（21）、连接烟道（11）、尾部烟道（12）和除尘器（14），除尘器（14）布置在所述尾部烟道（12）后所述一次风室（1）通过一次风管道（22）与一次风机（19）相连，其特征在于：

所述锅炉还包括倒U型烟道（36）和活性炭给进装置（13）；倒U型烟道（36）连接在所述尾部烟道（12）和所述除尘器（14）之间；所述活性炭给进装置（13）设置在倒U型烟道（36）的顶端；所述燃尽室（9）内设置有干馏管（34）；

所述燃料分级供给装置（4）设置有筛分器（41）、煤粉输送出口（2）和煤粉输送风入口（3），所述煤粉输送出口（2）通过筛下细煤粉管道（5）与所述干馏管（34）的干馏管入口（8）相连，煤粉输送风入口（3）通过分选风管（35）与一次风管道（22）相连。

2.按照权利要求1所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述锅炉还包括活性炭分离器（32），所述活性炭分离器（32）下部设置有活性炭料仓（33）；所述干馏管（34）的出口与所述活性炭分离器（32）相连；所述主燃室（6）的侧面设置有乏气回送口（30）；所述活性炭分离器（32）通过乏气管道（31）与所述乏气回送口（30）相连。

3.按照权利要求1或2所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述干馏管（34）倾斜设置在所述燃尽室（9）内，所述干馏管（34）与水平方向夹角为5~20°。

4.按照权利要求1或2或3所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述干馏管（34）位于燃尽室（9）400~600℃的温度区间内。

5.按照权利要求1所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述活性炭给进装置（13）设置有活性炭送风管道（20），所述活性炭送风管道（20）与所述一次风管道（22）连通。

6.一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其采用如权利要求1至3任一项所述的锅炉，其特征在于：所述方法包括

燃料通过燃料分级供给装置（4）的筛分器（41）分为粗燃料和细燃料，所述粗燃料进入主燃室（6）燃烧；所述细燃料由煤粉输送风入口（3）供入的空气携带，经煤粉输送出口（2）、筛下细煤粉管道（5）送入到布置在燃尽室（9）内的干馏管（34）中；

进入干馏管（34）内的细燃料在干馏管（34）内热解，热解产生的气固混合物通过活性炭分离器（32）分离；分离后的气体产物可燃乏气经乏气管道（31）通过乏气回送口（30）送入到主燃室（6）内，在主燃室（6）内燃烧；分离下来的固体颗粒物进入活性炭分离器（32）下方的活性炭料仓（33）作为吸附剂存储；

所述粗燃料和可燃乏气相继在主燃室（6）、副燃室（7）和燃尽室（9）燃烧，产生的燃烧混合物经过分离器（10）分离，分离后的烟气通过连接烟道（11）进入尾部烟道（12）与尾部烟道内设置的换热面换热，然后进入倒U型烟道（36）内；分离下来的固体物料通过回料器（21）返回主燃室（6）；

将活性炭料仓（33）存储的吸附剂装入到活性炭给进装置（13），所述吸附剂给入到与活性炭给进装置（13）相连的倒U型烟道（36）内，所述吸附剂在所述烟气中扩散并吸附烟气中的污染物，然后吸附了污染物的吸附剂在除尘器（14）内被捕集。

7.按照权利要求6所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其进一步使用如权利要求4所述的锅炉，其特征在于：干馏管（34）位于燃尽室（9）400~600℃的温度区间内，进入干馏管（34）内的细燃料在400~600℃的条件下热解。

8.按照权利要求6所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其进一步使用如权利要求5所述的锅炉，其特征在于：将活性炭料仓（33）存储的吸附剂装入到活性炭给进装置（13）；活性炭给进装置（13）的输送风来自一次风，所述输送风由活性炭送风管道（20）进入活性炭给进装置（13），然后携带着所述吸附剂喷入到与活性炭给进装置（13）相连的倒U型烟道（36）内，所述吸附剂在所述烟气中扩散并吸附烟气中的污染物，然后吸附了污染物的吸附剂在除尘器（14）内被捕集。

9.按照权利要求6所述的一种低汞排放的多流程卧式循环流化床锅炉运行方法，其特征在于：所述倒U型烟道（36）内的吸附剂浓度为50~250mg/m³。