CN103861440B

CN103861440B - 层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺

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Publication number: CN103861440B
Application number: CN201410137998.XA
Authority: CN
Inventors: 张明鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: CN103861440A

Abstract

本发明涉及层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，属于层烧炉脱硫脱氮技术领域。层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，特征在于层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，特征在于锅炉的新煤区或挥发物析出区的煤层上部平铺碳酸钙，所述碳酸钙的用量按质量百分比计为用煤量的1-10%。本发明层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，平均燃烧脱硫效率在85%以上，脱氮率在50%以上。

Description

层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺

技术领域

本发明涉及层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，属于层烧炉脱硫脱氮技术领域。

背景技术

目前，烟气污染物包括硫氧化物和氮氧化物。上述两种污染物的具体危害如下：

1、硫氧化物的危害

硫的氧化物对人体的危害很严重，SO₂浓度达到0.04*10^-6时，对人体健康的影响就比较明显。甚至因而死亡。SO₂与空气中的水蒸汽形成硫酸蒸汽，若与烟尘相结合在一起，就形成为酸雨。酸雨对植物的影响很大，对乔木、灌木、谷物等各种植物的损坏比对人或动物更为严重。

2、氮氧化物的危害

NO及NO₂对动植物，人体以及整个生态造成很大危害。它们都是毒性很大的物质，尤其是NO₂其毒性为NO的4-5倍。其毒性主要表现在能和动物或人体血液中的血色素结合成为变性血色素，变性血色素就不再和氧结合，造成血液缺氧，因而引起中枢神经麻痹和痉挛症。

NO₂还对呼吸器官粘膜有强烈刺激作用，其毒性比SO₂大，能使血色素硝化，伤害肺部，由于肺气肿而致死。一系列动物实验证明，NO₂还对人体的心、肝、肾等器官及造血组织都有不良的影响，支气管哮喘的发病也与它有密切关系。此外，NO₂经太阳照射，在有碳氢化合物同时存在时，能产生有毒的光化学烟雾，不仅降低能见度，还对眼睛和呼吸道有刺激，危害性较大。

山东省做为重点大气污染物排放治理地区，自2013年9月1日山东省颁布了《山东省锅炉大气污染物排放标准》将工业锅炉烟气排放标准调整至SO2<300mg/m3NOX<400mg/m3，粉尘<50mg/m3。层烧炉做为工业锅炉的主要炉型，寻找一种既经济又能够适合现有层烧炉设备的综合性烟气处理方法是一项重要课题。

层烧炉污染物处理设备运行现状分析

1、除尘：

综合烟尘的中三项排放物进行分析，粉尘的控制国内技术实施相对较为成熟。水膜除尘、电除尘、布袋除尘等技术使用效果也比较可靠。粉尘排放大部分企业只要稍加技术改造就能达到标准。

2、脱硫：

脱SO2对电厂和大型重点燃煤锅炉都实现了在线监督，运行也比较稳定。但部分供热企业和小型火力发电企业所采用的脱硫设备均存在着运行成本高、效率较低的问题。由于人员和检测设备的限制，全国的大部分燃煤层烧炉和小型电站锅炉的脱硫系统多数处于半停运状态。

现在普遍采用的湿法脱硫技术为石灰石水膜脱硫和氧化钙脱硫法。个别锅炉采用双碱法脱硫。工作原理为：用少部分氧化钙加氢氧化钠混合进行水膜搅拌脱硫。虽然成本较上述两种方法更适用于层烧炉。但设备投资大运行成本高的问题依然没有解决。

炉内燃烧脱硫（干法脱硫）掺烧石灰石、铁渣、蛋壳等，都存在着脱硫效率低，锅炉的碱性腐蚀大，温度控制难等诸多弊端。

3、脱氮：

由于国家2013年以前对脱氮没有进行严格规定，只是按照全排放量进行收费管理，所以国内各大电厂的脱氮设备也不是很多，主要集中在几个重点城市当中，二段燃烧技术、干法脱氮技术等在层烧炉当中没有设备投入运行。

发明内容

本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足之处，提供一种既经济又能够适合现有层烧炉设备的层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，特殊之处在于锅炉的新煤区或挥发物析出区（层烧炉燃烧阶段分为新煤区、挥发物析出区、燃烧区、焦炭燃烧氧化区、焦炭燃烧还原区和灰渣形成区）的煤层上部平铺碳酸钙，所述碳酸钙的用量按质量百分比计为用煤量的1-10%；在炉膛内的碳酸钙经过干燥、预热、燃烧、燃尽几个阶段，转换为氧化钙和硫酸钙，吸收了硫份的碳酸钙转化为硫酸钙，较细的经过煅烧生产的硫酸钙转化为氧化钙后随风机进入脱硫塔；燃烧过程中根据煤中的硫分含量、脱硫效果、风机出力、煤的焦渣特性，对碳酸钙的添加量进行逐步调整。

更优化的方案，本发明在脱硫水池中加入氢氧化钠，使脱硫水池中的pH值保持在6以上；从而使氧化钙合成氢氧化钠又与烟气中的硫分发生反应；

所述碳酸钙采用的是禽蛋皮、贝壳、石灰石中的一种或几种；

所述禽蛋皮的制备方法如下：

将禽蛋皮通风干燥至手捻时蛋皮与内膜能基本分离的程度后，破碎并通过重力原理用振动网筛将内膜与外壳分离，得到作为碳酸钙的外壳备用；

所述贝壳的制备方法如下：

取牡蛎壳、扇贝壳，经过通风烘干后在破碎机中打碎，形成脱硫用碳酸钙。

本发明层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，平均燃烧脱硫效率在85%以上，脱氮率在50%以上。

附图说明

图1：为现有的层烧炉烟气及脱硫系统结构示意图；

图2：实施例中的物理法蛋皮脱膜工艺流程图；

图3：未来中型锅炉处理烟气的流程设计理念。

具体实施方式

以下参照附图，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。

实施例1

层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，在锅炉的新煤区的煤层上部平铺碳酸钙，所述碳酸钙的用量按质量百分比计为用煤量的1%；在炉膛内的碳酸钙经过干燥、预热、燃烧、燃尽几个阶段，转换为氧化钙和硫酸钙，吸收了硫份的碳酸钙转化为硫酸钙，较细的经过煅烧生产的硫酸钙转化为氧化钙后随风机进入脱硫塔；所述碳酸钙采用的是禽蛋皮。在本实施例中的实验煤质中测得当添加1%时，含硫量由832mg/m³降低至360mg/m³。

实施例2

层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，在锅炉的挥发物析出区的煤层上部平铺碳酸钙，所述碳酸钙的用量按质量百分比计为用煤量的10%；在炉膛内的碳酸钙经过干燥、预热、燃烧、燃尽几个阶段，转换为氧化钙和硫酸钙，吸收了硫份的碳酸钙转化为硫酸钙，较细的经过煅烧生产的硫酸钙转化为氧化钙后随风机进入脱硫塔；燃烧过程中根据煤中的硫分含量、脱硫效果、风机出力、煤的焦渣特性，对碳酸钙的添加量进行逐步调整。同时，本实施例在脱硫水池中加入氢氧化钠，使脱硫水池中的pH值保持在9；从而使氧化钙合成氢氧化钠又与烟气中的硫分发生反应；所述碳酸钙采用的是禽蛋皮和贝壳的混合物。在本实施例中，当添加至10%时，含硫量由854mg/m³降低至25mg/m³。

实施例3

现有层烧锅炉工艺流程送风量根据锅炉负荷情况进行调整。在炉膛中空气与燃料接触，从而使燃料完成燃烧过程并对炉水进行加热。燃烧后产生的烟气，由锅炉尾部烟道排出锅炉，经相关的烟道进入烟气除尘器，在除尘器中烟气被初步除尘。经初步除尘的烟气经除尘器与引风机之间的烟道及风门进入引风机，引风机升压后经引风机与脱硫塔之间的烟道进入脱硫塔。在脱硫塔中，烟气被再次除尘并脱硫之后，经脱硫塔之后的烟道排入烟气总营，最终排入钢烟囱。锅炉烟风及脱疏系统主要设备包括:送风机、引风机、脱硫塔等。如图1所示。

前期试验过程失败方法总结：

1、在煤中掺烧氢氧化钠，脱硫效率为零。事实证明煤中的硫分在燃烧后才会产生。单纯依靠物质掺烧很难获得较好的脱硫效果。送青岛市技术监督局进行煤质分析，结果同样无脱硫效果。

2、在脱硫塔中添加石灰水和部分氢氧化钠，由于钙质无法良好混合脱硫效果只有40%左右。

3、单独在煤中掺烧石灰石，脱硫效率为40%，但燃烧效率急速下降。大部分煤未燃尽直接进入除渣机中。

经过多次失败并查阅相关资料：能够进行脱硫的容易获取含有钙的物质有石灰石、生石灰、禽蛋皮、贝壳。

掺烧蛋皮的综合脱硫效率45—60%，贝壳的脱硫效率为45—50%，生石灰的脱硫效率为45—55%（但在1000度下脱硫效率降为零）。由于生石灰为再生物成本较高，采用鸡蛋皮、海贝壳、石灰石做为实验物料。

最终实施方案：

1、工艺方法

干法脱硫技术+湿法脱硫技术综合脱硫法

采用分层燃烧技术+氧化钙合成氢氧化钠脱硫法

2、材料准备：

物理法蛋皮脱膜：取孵化场抛弃鸡蛋皮1吨，进行通风干燥后的鸡蛋全皮在破碎机中打碎并将内膜与外壳分开，再利用重力原理用振动网筛进行分类，分出内膜和外壳。利用外壳做为脱硫用碳酸钙，内膜可以做为饲料添加剂另用。形成[z1]碳酸钙700公斤，内膜200公斤。

贝壳破碎：取海产品加工场遗弃的牡蛎壳、扇贝壳500公斤，经过通风烘干后在破碎机中打碎。形成试验用[z2]碳酸钙460公斤。

石灰石（200目）200公斤。

试验用煤：低位发热量5000cal/g挥发分28.32%全硫0.6%全水13.25%；

浓度30%氢氧化钠：300kg；

锅炉型号：链条炉排快装热水锅炉（DZL4.2-1.0/110/70-AII）；

除尘器：HSCL脱硫水膜除尘器（HSCL1-365T/H）；

检验仪器：WJ-60B型皮托管平行自动烟尘、油样采样器（青岛市崂山区电子仪器有限公司）海阳市环保局已标定。

3、掺烧工作流程：

按图1工作流程所示，链条锅炉配置煤层为90-160mm，炉排转速保持在500—700转，在燃烧初期即新煤区的煤层上部平铺1-5mm的鸡蛋皮或海贝壳或石灰石，为了有利于通风，颗粒度不做均匀规定。整个干燥、预热、燃烧、燃尽保持在30-40分钟使鸡蛋皮或海贝壳在燃烧至800-1000度时全部转换为氧化钙。此时脱硫效率测得约为50-80%。（由于煤燃烧后经过碳酸钙时已经形成烟气，所以脱硫效率已经明显高于常用的掺烧脱硫法）

再原有利用引风机形成的负压，将通过燃烧形成的氢氧化钙粉末携带到脱硫塔中，部分氧化钙又被脱硫塔中的水膜所吸收。

在脱硫水中加入氢氧化钠。使PH值等于7。从而氧化钙合成氢氧化钠又与烟气中的硫分发生了反应。对[z3]碳酸钙添加量的逐步调整，排放SO2在18mg/m3——260mg/m3中徘徊。NOX排放在21mg/m3——79mg/m3。

测试结果分析：

烟气硫含量和氮氧化物含量均符合山东省排放标准。

1、脱硫效果：脱硫除尘器的设计效率一般为70-80%，实际使用中生石灰法的脱硫率由于小锅炉的自动化程度不够，效率往往达不到50%。根据相关资料介绍，氧化钙的反应速度比碳酸钙快很多。在烟气中携带非常均匀。最终测得平均燃烧脱硫效率在85%以上。

2、脱氮效果：使用氧化钙脱硫过程中能形成一定的脱氮效果，。另外当燃烧初期添加物由于燃点较煤的燃点滞后，形成了缺氧燃烧和过氧燃烧阶段，形成二段燃烧脱氮效应。最终测定脱氮率在50%以上。

成本分析：

鸡蛋皮和贝克均属于环境垃圾，加工成本按300元/吨。

石灰石市场采购成本300-500元，但风机出力有所上升。投入成本高于鸡蛋皮和贝克粉。

氢氧化钠市场价2000元/吨。

按照每天17小时满负荷运行6吨锅炉计算：

由于PH值由原来的10-12下降至7左右，氢氧化钠最大投入约200公斤，运行稳定后可以不投入。蛋皮、贝克粉和石灰石的投入量约为0.5吨。每天物料投入成本约为500元左右。吨煤40元左右。

社会效应：

1、在沿海城市上述两种物料随地取用，减少了大量城市生活垃圾。

2、现有大部分层烧炉通过简单技改均能达到现山东省排放标准。

十、工艺适用范围：

往复炉、链条炉等各类层烧炉、循环流化床锅炉脱硫、脱氮。

技术要点：

1、将炉内脱硫技术由掺烧变更为层烧方式，分为2层（煤层在下、碳酸钙层在上），有效解决了炉内脱硫碳酸钙分布不均利用率不高的问题。将碳酸钙无水分燃烧，使原来转化为氢氧化钙的物质只转化为氧化钙，在保证脱硫效率的同时大大减少了干法脱硫对锅炉管壁的苛性腐蚀。

2、根据锅炉负压运行特点，利用的炉内空气动力场携带氧化钙进入水膜二次利用，使干法脱硫与湿法脱硫相结合，在达到脱硫效果的同时、脱氮效果也达到了排放标准。改变了现主流湿法石灰石（碳酸钙）脱硫法。形成二次脱硫脱氮。将水的PH值由原来脱硫设施要求的10-12，降低至6-7，节约碱性药剂投入，避免了碱性水与空气氧化后散失损失。（此工作原理同样适应悬浮燃烧锅炉）

3、利用粉尘中含有的氧化钙再过滤烟气，颠覆了现有燃煤锅炉先除尘后处理硫份和氮氧化物的工作原理，形成了先初步除尘、脱氮、脱硫后精处理烟气粉尘的理念。（如图3所示）

4、通过干燥、破碎、筛分将禽蛋内膜与外壳剥离，利用外壳作为脱硫吸收剂，利用内膜中高蛋白的特点做为饲料配料。

Claims

1.层烧炉脱硫脱氮烟气处理工艺，特征在于将链条锅炉内脱硫脱氮技术由掺烧方式变更为层烧方式，分为两层，在新煤区的煤层上部平铺1-5mm的碳酸钙，所述碳酸钙采用的是禽蛋皮、贝壳、200目石灰石中的一种或几种；所述碳酸钙的用量按质量百分比计为用煤量的1-10％；将碳酸钙无水燃烧，使碳酸钙只转化为氧化钙，降低对链条锅炉管壁的腐蚀；利用引风机形成负压，将燃烧形成的氧化钙携带到脱硫塔中，部分氧化钙又被脱硫塔中的水膜吸收，在脱硫水池中加入氢氧化钠，使脱硫水池中的pH值保持在6～7；采用的禽蛋皮的制备方法为，将禽蛋皮通风干燥至手捻时蛋皮与内膜能基本分离的程度后，破碎并通过重力原理用振动网筛将内膜与外壳分离；采用的贝壳制备方法为，取牡蛎壳、扇贝壳，经过通风烘干后在破碎机中打碎。