CN103933838B - 煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置及方法，包括锅炉、SCR脱硝装置、空气预热器、除尘器、脱硫塔、烟囱、浆液泵Ⅱ，所述锅炉与SCR脱硝装置连接，SCR脱硝装置与除尘器之间通过空气预热器连接，除尘器与脱硫塔连接，脱硫塔与烟囱连接，还包括脱硫废水储箱、雾化喷嘴、废水调质罐、空压机，雾化喷嘴设于CR脱硝装置与空气预热器之间的连接管道上，雾化喷嘴通过浆液泵Ⅱ与废水调质罐连接，空压机与雾化喷嘴连接，脱硫废水储箱与脱硫塔连接，脱硫废水储箱与废水调质罐连接，废水调质罐内设有强碱。促进烟气中汞的脱除，同时通过调节富氯脱硫废水的PH值，实现脱硫废水的有效利用并提高烟气中SO₃的脱除效率的方法。

Description

煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置及方法

技术领域

本发明涉及石灰石-石膏湿法燃煤锅炉烟气中元素态汞氧化、脱除与深度固定，以及三氧化硫、粉尘等污染物脱除技术领域，尤其涉及一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置及方法。

背景技术

汞是大气中毒性很强的一类污染物，能够对人类的神经***造成伤害。电厂燃煤锅炉烟气排放是大气中汞的主要来源。汞在烟气中主要以元素态汞（Hg⁰）、氧化态汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^P)三种形态存在，其中氧化态汞和颗粒态汞易被常规污染物控制设备脱除，未被氧化的元素态汞由于其较强的稳定性和难溶性很难得到有效控制而排放到大气中造成污染。

研究发现，煤中微量的氯元素有利于气态单质汞向氧化态汞的转化以及飞灰对汞的吸附和固定作用。烟气中氧化态的汞主要以氯化汞（HgCl₂）的形式存在，利用热力学模型^[1]对氧化性气氛下，在2ppmCl，20ppmCl，200ppmCl不同氯元素含量下煤中汞形态随温度的变化进行的模拟结果，如图1所示。结果表明在低温（小于650K）下，汞以氯化物形式存在，在高温（大于650K）下以元素态汞存在；烟气中氯元素含量越大，氯化汞作为稳定相的温度范围越宽。我国煤中氯含量较低，限制了烟气中元素态汞的氧化。因此，在适当的温度区域提高烟气中氯元素的含量有利于提高烟气中汞的脱除效率。

氧化态汞可以存在于气相中，也可以吸附到飞灰表面形成颗粒态汞。氯元素和钙元素有利于氧化态汞在飞灰表面的吸附。吸附在飞灰表面的颗粒态汞具有较高的稳定性，在常温下很难脱附出来，在200℃加热下脱附率也只有20%左右。因此吸附在飞灰表面随除尘设备得到脱除的颗粒态汞得到深度固定，不会造成二次污染。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺（WFGD）是目前应用最为广泛的电厂烟气脱硫技术，在湿法烟气脱硫***运行过程中，氯离子在脱硫循环浆液中具有富集现象，其脱硫废水中氯离子浓度富集到约为20g/L时，须连续排放引出脱硫***。废水中含有大量的钙离子，硫酸根离子和氯离子。另外，脱硫废水具有酸性大，重金属离子以及悬浮物含量高等特点，需要经过复杂的化学处理才能排放。目前脱硫废水处理具有处理成本高，排放造成二次污染等问题。

PM2.5的排放对人类健康造成极大危害，是燃煤电厂污染物控制中的难题。燃煤电厂排放的PM2.5分为可过滤颗粒（一次PM）和可凝结颗粒（二次PM）两类，其中可过滤颗粒与可凝结颗粒的比例为1:3。而可凝结颗粒的主要来源是烟气中SO₂部分氧化形成的SO₃与烟气中水分形成的硫酸气溶胶，另外研究发现，SCR脱硝催化剂的引入也会催化烟气中的SO₂氧化为SO₃。静电除尘和布袋除尘不能脱除这部分硫酸气溶胶颗粒，WFGD对SO₃脱除率较低，造成PM2.5脱除困难，通常需要在WFGD后添加湿式静电除尘（WESP）脱除硫酸气溶胶颗粒。SO₃酸雾对下游烟道及设备造成腐蚀，同时加重了PM2.5可凝结颗粒的排放。研究发现干法烟气脱硫装置能够有效脱除SO₃，除了在WFGD后加WESP实现SO₃的脱除外，在WFGD上游加入干法FGD也是实现脱除烟气中SO₃的有效方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置；促进烟气中汞的脱除，同时通过调节富氯脱硫废水的PH值，实现脱硫废水的有效利用并提高烟气中SO₃的脱除效率的方法。

本发明还提供一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，包括锅炉、SCR（SelectiveCatalyticReducation，即选择性催化还原法）脱硝装置、空气预热器、除尘器、脱硫塔、烟囱、浆液泵Ⅱ，所述锅炉与SCR脱硝装置连接，SCR脱硝装置与除尘器之间通过空气预热器连接，除尘器与脱硫塔连接，脱硫塔与烟囱连接，还包括脱硫废水储箱、雾化喷嘴、废水调质罐、空压机，雾化喷嘴设于CR脱硝装置与空气预热器之间的连接管道上，雾化喷嘴通过浆液泵Ⅱ与废水调质罐连接，空压机与雾化喷嘴连接，脱硫废水储箱与脱硫塔连接，脱硫废水储箱与废水调质罐连接，废水调质罐内设有强碱。脱硫塔中的脱硫浆液通过分离措施得到脱硫石膏以及存储在脱硫废水储箱中的脱硫废水。

脱硫塔采用石灰石-石膏湿法脱硫塔。强碱采用消石灰。

脱硫废水储箱与废水调质罐之间的管道上设有浆液泵Ⅰ。

所示废水调质罐内调质后的废水PH值≥8。

一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的方法，包括以下步骤：

1）在废水调质罐内加入消石灰调质，调质后的废水PH值≥8；

2）将调质后的废水通过雾化喷嘴喷射到烟道SCR脱硝装置与空气预热器之间的位置，调节压缩空气和废水流量、控制雾化液滴粒径，保证雾化液滴水分在设定时间内蒸干。

本发明的有益效果：

1.实现了煤中氯元素的循环利用，充分发挥了氯元素在提高燃煤烟气中汞脱除性能中的作用，解决了我国亚烟煤和褐煤中氯元素含量偏低，烟气中元素态汞排放控制困难的问题；

2.提高了尾部烟道烟气中的氯元素含量而没有增加炉膛烟气中的氯元素含量，避免了氯元素对炉膛受热面的腐蚀；

3.提高了SO₃脱除效率，解决了燃煤电厂安装SCR脱硝装置后SO₃排放增高的问题；

4.设备投资少，占用空间小；

5.促进了除尘器对颗粒物的脱除效率，降低了WFGD的耗水量；

6.本方法实现废物资源化利用，以废治废具有较好的经济和环保效益。

附图说明

图1为氯含量对汞形态和分布的影响的示意图；

图2为本发明的工艺流程图；

图中：1.锅炉，2.SCR脱硝装置，3.雾化喷嘴，4.空气预热器，5.除尘器，6.脱硫塔，7.烟囱，8.脱硫废水储箱，9.脱硫石膏，10.浆液泵Ⅰ，11.废水调质罐，12.浆液泵Ⅱ，13.空压机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，结合图2，包括锅炉1，SCR脱硝装置2，空气预热器4，除尘器5，脱硫塔6，烟囱7，浆液泵Ⅱ12，所述锅炉1与SCR脱硝装置2连接，SCR脱硝装置2与除尘器5之间通过空气预热器4连接，除尘器5与脱硫塔6连接，脱硫塔6与烟囱7连接，还包括脱硫废水储箱8、雾化喷嘴3、废水调质罐11、空压机13，雾化喷嘴3设于CR脱硝装置2与空气预热器4之间的连接管道上，雾化喷嘴3通过浆液泵Ⅱ12与废水调质罐11连接，空压机13与雾化喷嘴3连接，脱硫废水储箱8与脱硫塔6连接，脱硫废水储箱8与废水调质罐11连接，废水调质罐11内设有强碱，脱硫塔6采用石灰石-石膏湿法脱硫塔。强碱采用消石灰。脱硫塔6中的脱硫浆液通过分离措施得到脱硫石膏9以及存储在脱硫废水储箱8中的脱硫废水。脱硫废水储箱8与废水调质罐11之间的管道上设有浆液泵Ⅰ10。废水调质罐11内的废水PH值≥8。

一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的方法，包括以下步骤：

1）在废水调质罐11内加入消石灰调质，调质后的废水PH值≥8；

2）将调质后的废水通过雾化喷嘴喷射到烟道SCR脱硝装置与空气预热器之间的位置，调节压缩空气和废水流量、控制雾化液滴粒径，保证雾化液滴水分在设定时间内蒸干。

煤粉经燃烧器喷射进入锅炉1中，在高温下燃烧，煤中的汞元素和氯元素释放到烟气中。在高温下大部分汞以元素态汞形态析出，随着锅炉受热面吸热，烟气温度逐渐降低，以及SCR脱硝装置2催化剂的作用，部分元素态汞被氧化为氧化态汞。在空气预热器4之前，烟气温度大概降到600K-700K之间。在这个位置，将石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺产生的脱硫废水调质浆液通过布置在烟道中的雾化喷嘴3喷射到烟道中，废水微小的液滴溶解烟气中的部分氧化态汞，同时，水分迅速蒸发，大部分氧化态汞在废水中钙离子和氯离子作用下，凝结在废水蒸发析出的细小颗粒上或与细小颗粒同时吸附到燃煤飞灰上。同时，吸附在飞灰上的氯化物对烟气中的元素态汞具有重要的催化氧化作用，促进烟气中的元素态汞转化为氧化态汞。这些氧化态汞有的吸附在燃煤飞灰上，和通过溶解蒸发凝结过程捕捉的氧化态汞一起在除尘器5中与飞灰一同脱除，少部分停留在气相中在石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置6的洗涤作用下进入脱硫废水储罐8中的脱硫废水或石膏9中。部分没有被氧化的元素态汞和极少部分没有通过湿法脱硫装置6脱除的氧化态汞留在烟气中经烟囱7排放到大气中。

烟气中的SO₂经过SCR脱硝装置2催化剂的催化氧化部分氧化成SO₃，在脱硫废水调质浆液喷雾处，大部分SO₃和部分少SO₂吸附到浆液中，随着浆液的蒸发以硫酸钙的形式固定在飞灰上经除尘器脱除。

煤燃烧产生氯化氢和脱硫废水喷雾后挥发到烟气中的氯元素随烟气进入石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置6中，烟气中的酸性气体SO₂，HCl等在洗涤过程中进入脱硫废水中，SO₂通过反应产生硫酸钙不断析出形成石膏得到脱除，而氯离子则在废水中不断富集。废水中氯元素含量过高会对脱硫塔造成腐蚀同时影响脱硫石膏的品质，有关技术规范都以脱硫废水中氯元素含量超过20000mg/L作为脱硫废水排放的判断标准。这部分脱硫废水经浆液泵10输送到废水调质罐11中，通过向废水中添加消石灰调整废水PH值至8.0。经过调质的废水经浆液泵12输送到布置在烟道中的雾化喷嘴3，在空压机13产生的压缩空气的作用下雾化成液滴喷射到烟气中。通过空压机13和浆液泵12控制进入雾化喷嘴3的压缩空气和废水浆液压力来控制雾化液滴的粒径，保证液滴能在烟气中迅速被蒸干。

整个工艺中从炉膛1一直到SCR脱硝装置2，烟气中的氯元素含量没有发生变化，只有雾化喷嘴3到石灰石-石膏湿法脱硫装置5入口处一段烟气中的氯元素浓度提高，而这部分烟气温度正好是烟气中汞元素吸附和催化氧化的最佳温度，烟气中氯元素的提高极大地促进了烟气中汞污染物在飞灰表面的吸附和催化氧化，改善了燃煤电厂常规污染物控制装置5和6对汞污染物的控制。煤燃烧析出到烟气中的氯元素不断补充与吸附在飞灰上得到脱除的氯元素在循环过程中形成一种动态平衡。煤中少量的氯元素在不对设备造成影响的情况下极大限度地发挥了脱除烟气中汞污染物的作用。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，包括锅炉、SCR脱硝装置、空气预热器、除尘器、脱硫塔、烟囱、浆液泵Ⅱ，所述锅炉与SCR脱硝装置连接，SCR脱硝装置与除尘器之间通过空气预热器连接，除尘器与脱硫塔连接，脱硫塔与烟囱连接，其特征是，还包括脱硫废水储箱、雾化喷嘴、废水调质罐、空压机，雾化喷嘴设于SCR脱硝装置与空气预热器之间的连接管道上，雾化喷嘴通过浆液泵Ⅱ与废水调质罐连接，空压机与雾化喷嘴连接，脱硫废水储箱与脱硫塔连接，脱硫废水储箱与废水调质罐连接，废水调质罐内设有强碱，废水调质罐内调质后的废水PH值≥8；

在空气预热器之前，烟气温度降到600K-700K之间；在这个位置，将石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺产生的脱硫废水调质浆液通过布置在烟道中的雾化喷嘴喷射到烟道中，废水微小的液滴溶解烟气中的部分氧化态汞，同时，水分迅速蒸发，大部分氧化态汞在废水中钙离子和氯离子作用下，凝结在废水蒸发析出的细小颗粒上或与细小颗粒同时吸附到燃煤飞灰上，同时，吸附在飞灰上的氯化物对烟气中的元素态汞，促进烟气中的元素态汞转化为氧化态汞，这些氧化态汞有的吸附在燃煤飞灰上，和通过溶解蒸发凝结过程捕捉的氧化态汞一起在除尘器中与飞灰一同脱除，少部分停留在气相中在石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置的洗涤作用下进入脱硫废水储罐中的脱硫废水或石膏中。

2.如权利要求1所述的煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，其特征是，所述脱硫塔采用石灰石-石膏湿法脱硫塔。

3.如权利要求1所述煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，其特征是，所述强碱采用消石灰。

4.如权利要求1所述的煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置，其特征是，所述脱硫废水储箱与废水调质罐之间的管道上设有浆液泵Ⅰ。

5.采用如权利要求1所述的一种煤中氯元素循环利用实现污染物联合脱除的装置的方法，其特征是，包括以下步骤：

1）在废水调质罐内加入消石灰调质，调质后的废水PH值≥8；

2）将调质后的废水通过雾化喷嘴喷射到烟道SCR脱硝装置与空气预热器之间的位置，调节压缩空气和废水流量、控制雾化液滴粒径，保证雾化液滴水分在设定时间内蒸干。