一種利用白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤電廠煙氣中有害痕量元素Hg脫除控制方法及系統(tǒng)，具體提出了一種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)：從白泥廢渣廠運來的白泥存放在白泥倉10，白泥倉10中的白泥通過供料調(diào)節(jié)閥9控制白泥給料量并送入到固液分離裝置8中，由干燥器7將水洗后的白泥烘干送入制粉機6磨成一定細度的粉末，再經(jīng)排粉機5送入高溫煙氣中，噴入爐內(nèi)的白泥粉末在高溫煙氣(900℃-1000℃)作用下發(fā)生分解并生成活性吸附物質；洗白泥所得的含Cl澄清液經(jīng)過空氣壓縮機13并通噴頭15在選擇性催化還原裝置(SCR)19前噴入，Hg0將在Cl的作用下發(fā)生氧化并生成Hg2+，Hg2+易被灰顆粒吸附成為顆粒Hg，添加的白泥粉末也增大了汞元素與灰分的碰撞幾率，含有Hg的灰顆粒最終將在引風機17的作用下被除塵器16除去，從而達到脫除燃煤電廠內(nèi)Hg的目的。
【專利說明】
一種利用白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種對煤粉鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]我國是產(chǎn)煤大國，同時也是燃煤大國，在中國的一次能源消費結構中，煤所占比例超過75%，燃煤過程中產(chǎn)生的含硫、氮、氯等污染物已引起廣泛關注?，F(xiàn)在痕量揮發(fā)性金屬元素(如Hg，Pb，As，Se等)的污染問題也正在引起人們的重視。煤中最易揮發(fā)的重金屬污染物是汞，雖然煤中含汞量較低，但是消耗巨大。在世界范圍內(nèi)，由于煤利用過程中而造成的汞排放約占人類活動造成汞排放的45%，而我國的燃煤汞排放量約占世界汞排放量的10%左右。因此，應加強汞排放控制?；痣姀S燃煤過程中，微量的汞在煤燃燒過程中會釋放到煙氣里，燃煤煙氣中汞主存在3種形態(tài):氣態(tài)單質Hg(Hg°)、氧化態(tài)Hg(Hg2+)和顆粒Hg(Hgp)。世界范圍內(nèi)煤中的汞含量一般是0.012-33mg/kg，其平均含汞量約為0.13mg/kg，但我國煤種平均含汞量約為0.22mg/kg，遠超世界平均水平。由于不同形態(tài)的汞其物理化學性質不同，因此其脫除方法也不同。Hgp和Hg2+由于其水溶性和易附于飛灰等特性可被電廠已有的污染控制設備脫除，但取°極易揮發(fā)且難溶于水，所以脫除較為困難，這部分Hg釋放到大氣中對環(huán)境造成了嚴重的破壞。中國2012年I月I日開始實施的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)中明確的規(guī)定了汞及其化合物濃度的限值為0.03mg/m3(2015年I月I日實施)，這勢必給我國火電廠控制汞排放帶來嚴峻考驗。因此，深入研究汞反應機理，不斷開發(fā)促進Hg°氧化和顆?；募夹g將成為發(fā)展的需要。
[0003]白泥是氨堿法制堿廠生產(chǎn)廢渣的俗稱，其成分主要是由CaC03、CaOXaCl等鈣鹽組成，其中約含有10%的Cl。目前，由于產(chǎn)生量較大，處理方式一般是因地制宜:或筑壩存渣，清液溢流；或填海造地，改良土壤；或填充礦井等。若能將其用于燃煤電廠鍋爐的脫汞，則可以實現(xiàn)以廢治污，從而對污染物進行綜合控制，實現(xiàn)企業(yè)間的循環(huán)經(jīng)濟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)，該技術把洗出白泥中所含的Cl的澄清液噴入煙道內(nèi)促進對Hg°進行氧化，同時將洗完后的白泥研磨成粉末，在送入煤粉循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)高溫中心處，從而促進氣態(tài)單質Hg(Hg°)向氣態(tài)氧化Hg(Hg2+)轉化，并提高白泥粉末對未氧化汞的吸附，實現(xiàn)控制燃煤電廠汞排放以及實現(xiàn)廢渣白泥再利用的目的。
[0005]本發(fā)明所稱問題是由以下技術方案解決的:
[0006]—種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)，其特征是:所述方法先從廢渣白泥中洗出含Cl溶液，把含Cl澄清液通過空氣壓縮機在選擇性催化裝置SCR前噴射，從而促進HgO的氧化；并把洗后的白泥粉末送入煤粉循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)高溫中心處，促進煤粉中Hg的氧化和吸附，所述白泥粉末的添加量按照下式確定:Y = kX，式中k= (2，4)，Y為添加了白泥后折算煤粉中含氯的質量百分比，X是未添加白泥的煤粉中含氯質量百分比。
[0007]上述所述廢渣白泥進行水洗，使白泥中所含的氯離子溶于水中，其步驟如下:1)將白泥和凝固劑加入一級固液分離裝置進行充分脫水；2)將脫水后的白泥渣加入分散混合機中，同時加入水，配制成10-30%質量濃度的白泥漿液，充分混合；3)將白泥漿液送入二級固液分離裝置進行充分脫水，得到洗后含氯的澄清液。同時，將洗完后的白泥研磨成粒徑為200um的粉末。
[0008]—種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進行脫汞的方法及系統(tǒng)，其特征是:它包括煤粉循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐的煙氣出口連通旋風分離器的入口，旋風分離器的上部出口經(jīng)煙道依次連通過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器、引風機，旋風分離器的下部出口連通煤粉循環(huán)流化床鍋爐爐膛，所述系統(tǒng)還設有白泥倉，離心式固液分離裝置、烘干機、白泥倉制粉機、高壓水栗，所述輸送管路上設有送料風機，還有位于SCR反應器之前的噴入裝置。
[0009]上述利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，所述吸附劑噴入設備設有流量調(diào)節(jié)閥。
[0010]本發(fā)明用于解決控制煤粉燃燒煙氣中氣態(tài)Hg排放及廢渣白泥再利用的問題。所述方法利用氨堿法制堿廠生產(chǎn)的廢渣白泥，把經(jīng)水洗后的白泥研磨至一定細度，噴入煤粉循環(huán)流化床鍋爐的爐膛內(nèi)高溫中心，形成了活性吸附物質并增加了飛灰含量，在空氣預熱器后噴入含一定濃度Cl的澄清液，噴入煤粉循環(huán)流化床鍋爐的煙道內(nèi)，利用含Cl澄清液的氯促進單質汞氧化成二價汞，同時通過對煙氣進行噴淋冷卻以提高其吸附效率，從而使燃燒產(chǎn)生的汞更易與飛灰發(fā)生吸附并形成顆粒汞，最終被除塵器除去，達到控制煤粉燃燒煙氣汞排放的目的，與此同時實現(xiàn)了廢料白泥的廢物再利用，達到了經(jīng)濟效益與環(huán)保減排社會效益的完美結合。
[0011]試驗表明，本發(fā)明的有益效果可使灰中顆粒汞比率提高30%以上。本發(fā)明裝置具有結構簡單，成本低廉，容易實現(xiàn)的特點。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；
[0013]圖2是實施例1、例2的實驗系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖3是模擬白泥二次水洗過程的示意圖。
[0015]附圖中標號表示如下:1、燃燒器，2、鍋爐爐膛，3、水平煙道，4、抽氣閥，5、排粉機，
6、制粉機，7、烘干器，8、固液分離器，9、調(diào)節(jié)閥，10、白泥泥倉，11、過熱器，12、省煤器，13、空氣壓縮機，14、空氣預熱器，15、噴頭，16、除塵裝置，17、引風機，18、旋風分離器，19、SCR反應器，20、流量調(diào)節(jié)閥，21、洗前白泥，22、一次洗滌澄清器，23、二次洗滌澄清器，24、澄清液，25、洗后白泥，26、固液分離裝置，27、水洗白泥粉末，28、含氯澄清液，29、給粉系統(tǒng)，30、自動溫控系統(tǒng)，31、灰樣采集器，32、汞分析儀。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明是將從制堿廠運送來的廢渣白泥存放在白泥倉中，白泥倉中的白泥通過固液分離裝置把脫Cl之后的白泥送到烘干器中烘干，然后研磨至粒徑200um的粉末，再送入煤粉循環(huán)流化床鍋爐的爐膛內(nèi)高溫中心處，在促進Hg°氧化的同時克服燃煤電廠燃燒產(chǎn)生的灰分較少無法吸附Hg形成顆粒Hg的缺點，把含Cl澄清液通過空氣壓縮機傳送至選擇性催化裝置SCR前，由于澄清液中含有氯，噴射到煙氣中后增加鍋爐煙氣中的整體氯含量，從而促進1^°的氧化。此外將水洗后白泥磨成粉末可以避免白泥與煤粉燃料直接摻混對燃燒造成擾動以及確保白泥的脫汞效果達到最好。白泥粉末的添加量按照下式確定:Y = kX，式中k = (2，4)，Y為添加了水洗白泥后折算煤粉含氯的質量百分比，X是未添加水洗白泥的煤粉含氯質量百分比。
[0017]水洗后的白泥被從水平煙道抽吸來的900°C -1000°C高溫煙氣加熱，并送入烘干器烘干，0&0)3在此高溫下將發(fā)生部分分解并生成成CaO和C02，生成的CaO與白泥中的CaO、MgO以及未發(fā)生分解的CaCO3共同形成活性吸附物質。即白泥的加入增加了煙氣中的飛灰含量，為Hg的吸附提供了有利條件。白泥的分解機理為:CaC03— Ca0+C0 2。
[0018]隨著煙氣向尾部煙道流動，煙氣不斷向鍋爐各受熱面如省煤器、空氣預熱器等放熱降溫。煙氣中的Hg將不斷被氧化成為二價Hg(Hg2+)，部分Hg°、Hg2+被灰顆粒吸附成為顆粒Hg，而噴射的含Cl澄清液可以有效促進煙氣Hg氧化為Hg2+，Hg2+更易被灰顆粒吸收，Cl還可以吸附在灰顆粒上再與煙氣中的Hg反應使煙氣Hg成為顆粒Hg，顆粒Hg在除塵器中隨灰顆粒最終被捕集沉積下來，從而達到控制燃煤電廠汞排放的目的。
[0019]Cl氧化Hg及氧化態(tài)Hg在灰顆粒上的吸附機理為:
[0020]2C1 -+H2O — 2HC1+0
[0021]HCl — C1+H
[0022]Hg°+2C1 — HgCl2
[0023]Hg°+2HC1 — HgCl2+H2
[0024]Hg0 (g) 一 Hg0 (ads)
[0025]Cl (g) — Cl(ads)
[0026]Hg°(g)+2Cl(g) — HgCl2
[0027]HgCl2^ HgCl 2 (ads)
[0028]Hg0 (ads) +2C1 (ads) 一 HgCl2 (ads)
[0029]Hg0 (g) +2C1 (ads) 一 HgCl2 (ads)
[0030]以上反應式中(ads)表示該物質是吸附在灰顆粒上的。
[0031]參看圖1，本發(fā)明系統(tǒng)的工作過程如下:從白泥廢渣廠運來的白泥存放在白泥倉10，白泥倉10中的白泥通過供料調(diào)節(jié)閥9控制白泥給料量并送入到固液分離裝置8中，由干燥器7將水洗后的白泥烘干送入制粉機6磨成一定細度的粉末，再經(jīng)排粉機5送入高溫煙氣中，噴入爐內(nèi)的白泥粉末在高溫煙氣(900°C?10(TC)作用下發(fā)生分解并生成活性吸附物質。煙氣經(jīng)過旋風分離器18，煙氣中的床料以及大顆粒被送回爐膛2內(nèi)，而白泥粉末將會隨著煙氣一起向尾部煙道移動。隨著煙氣的流動，煙氣將依次與尾部受熱面的過熱器
11、省煤器12以及空氣預熱器14接觸并放熱降溫。洗白泥所得的含Cl澄清液經(jīng)過空氣壓縮機13并通噴頭15在選擇性催化還原裝置(SCR) 19前噴入，！^°將在Cl的作用下發(fā)生氧化并生成Hg2+，Hg2+易被灰顆粒吸附成為顆粒Hg，添加的白泥粉末也增大了汞元素與灰分的碰撞幾率。含有Hg的灰顆粒最終將在引風機17的作用下被除塵器16除去，從而達到脫除燃煤電廠內(nèi)Hg的目的。
[0032]實驗例I所用的試驗系統(tǒng)圖如圖2所示。
[0033]實驗例I 使用的煤樣工業(yè)分析為 MadL 84%, Aad34.82%, Vad9.81%, Cad53.52%，元素分析成分為 Cad53.86%，Had2.41%, Nad0.72，SadL 37%，0ad3.33%，Clad0.019%,微量元素Hgl89.9ng/go 白泥的成分為 CaC0380.36%，CaO 4.53%,MgO 5.11 %，鹽酸不溶物 2.36%，鐵鋁氧化物3.81%，Cl為7.26%。實驗前，一維爐內(nèi)中心由溫控系統(tǒng)加熱到1350°C。實驗分兩步進行，第一步關閉白泥處理系統(tǒng)，打開給粉系統(tǒng)，給粉量為500g/min，過量空氣系數(shù)為1.2。煤粉送入爐內(nèi)燃燒后，產(chǎn)生的飛灰將隨著煙氣在引風機的抽吸作用下經(jīng)過爐體外的冷卻段，冷卻器將使煙氣冷卻至200°C -300°C，最后由汞分析儀測定煙氣中單質汞的比例，灰樣收集得到的飛灰，測得其顆粒汞比率。顆粒汞比率定義為:單位質量煤粉產(chǎn)生的灰中所含汞量占單位質量煤粉攜帶汞量的百分比?；抑械墓繛?7.35ppb，即顆粒汞比率為14.41%，單質萊的比例為70.23%，氧化形成萊為21.12%。第二步，重復進行試驗，為了便于實驗進行，打開白泥處理系統(tǒng)，先將白泥進行水洗，把水洗后的白泥經(jīng)過烘干器烘干，然后研磨成200目篩的粉末，并抽取運行的煤粉循環(huán)流化床鍋爐中的高溫煙氣加熱水洗后的白泥粉末，保持煤粉給粉量和過量空氣系數(shù)不變。把加熱后的水洗白泥粉末直接送入爐體尾部低溫處(700°C?800°C )。兩者的給料量由未洗白泥中的氯組成百分比確定(白泥的給料量為5g/min)。實施例1中在添加了白泥之后，同時把含氯澄清液是通過空氣壓縮機攜帶至冷卻段，燃燒后收集得到的飛灰，測得灰中的汞含量為42.12ppb，顆粒汞比率為22.18%，而單質萊比例為44.63%，氧化形式萊為41.42%。由此可見，在添加了白泥粉末和含氯澄清液后，顆粒汞比率提高了 8.04%，單質汞比例下降了 25.60%，氧化形式汞提高了 20.30%，達到了較好的降低單質汞比例的效果。
[0034]實驗例2的試驗方法與實驗過程與實驗例I基本相同，所采用的煤樣和白粉成分均相同，不同的是添加白泥的比例，實驗例2在添加白泥后煤樣折算含氯分數(shù)提高四倍，此時白泥給料量10g/min，燃燒后收集得到的飛灰，測得灰中的汞含量為57.21ppb，顆粒汞比率為30.13%，而單質萊比例為38.33%，氧化形式萊為32.20%。由此可見，在添加了白泥粉末和含氯澄清液后，顆粒汞比率提高了 16.74%，單質汞比例下降了 31.90%，氧化形式汞提高了 29.52%，達到了較好的降低單質汞比例的效果。
【主權項】
1.一種利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法先將水洗后廢渣白泥研磨成200um粉末，經(jīng)水平煙道送入煤粉循環(huán)流化床鍋爐煙道高溫煙氣處，然后把水洗得到含Cl的澄清液噴射入煤粉循環(huán)流化床鍋爐的煙道內(nèi)，降低煙氣溫度促進煤粉中Hg的氧化，所述白泥粉末的添加量按照下式確定:Y = kX，式中k = (2,4)，Y為噴入澄清液后折算煤粉含氯的質量百分比，X是未噴入澄清液的煤粉中含氯質量百分比。2.根據(jù)權利要求1所述的利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述廢渣白泥添加凝固劑進行一級固液分離，隨后再進行二級固液分離得到含氯澄清液。3.根據(jù)權利要求1所述的利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的鍋爐水平煙道(3)內(nèi)設有抽氣閥(4)，連接至烘干機(7)干燥白泥粉末。4.根據(jù)權利要求2所述的利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的水洗白泥得到的含氯澄清液經(jīng)過空氣壓縮機(13)通過噴頭(15)噴入到空氣預熱器(14)之后，SCR反應器(19)之前。5.根據(jù)權利要求3所述的利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的水洗后白泥粉末送入點設置在水平煙道(3)高溫抽氣點之后和過熱器(11)之、廣.刖。6.根據(jù)權利要求4所述的利用水洗白泥對循環(huán)流化床燃煤鍋爐脫汞的系統(tǒng)，其特征在于:所述的噴射含氯澄清液管道上設有流量調(diào)節(jié)閥。
【文檔編號】B01D53/81GK105879632SQ201410771419
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】高正陽, 呂少昆, 楊朋飛, 高舒慈, 吉碩, 陳嵩濤
【申請人】華北電力大學（保定）