CN111346605B - 一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃煤电厂锅炉、钢厂烧结机等领域大规模烟气污染治理，具体为一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***及方法。本***包括吸附塔，其内设两组移动吸附层，将吸附塔内分隔为内腔室和两个外腔室；外腔室中部设隔板，内腔室沿隔板位置设氨喷射***，将吸附塔内上下分隔为脱硝段和脱硫段，位于脱硝段的移动吸附层外侧分别设固定吸附层；吸附塔上段外腔室设烟气出口，下段外腔室设烟气入口；移动吸附层上端设活性焦入口，下端设活性焦出口；锅炉烟气出口连接吸附塔烟气入口，吸附塔烟气出口连接烟囱；制焦炉出口连接吸附塔活性焦入口，吸附塔活性焦出口连接再生塔入口，再生塔出口连接吸附塔活性焦入口，再生塔烟气出口连碳热还原塔入口。

Description

一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***及方法
技术领域
本发明涉及燃煤电厂锅炉、钢厂烧结机等领域大规模烟气污染治理，具体为一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***及方法。
背景技术
我国约燃煤电厂大部分已实现超低排放，污染物治理达到世界领先水平，但是污染物治理***路线单一，湿法脱硫导致石灰石资源过度开采，并副产大量劣质石膏导致二次污染。同时，我国是农业大国，硫资源匮乏，2018年度，硫磺消费量达1700万吨，进口硫磺达1100万吨。因此，开发全新的与电力生产过程协同的污染物综合治理技术，进而实现硫的资源化利用，是我国环保技术发展的方向和必然趋势。
另一方面，冶金、焦化、工业锅(窑)炉、生物质电厂、垃圾焚烧电厂等行业污染物治理水平相对落后，是我国下一步环境治理的重点。燃煤电厂现在一般采用石灰石-石膏湿法脱硫+静电除尘+选择性催化还原(SCR)脱硝的方式，工艺复杂，投资和运行成本高，不适于在中小锅炉推广应用。同时，工业锅炉运行工况复杂，受温度窗口限制，现有SCR、SNCR难以满足长期稳定运行需求，生物质电厂、垃圾焚烧厂等烟气成分复杂，含有大量碱金属，造成催化剂中毒，导致SCR脱硝技术无法使用。因此，低温脱硝技术是非电行业烟气治理的迫切需求。
活性焦烟气综合净化技术是一种先进的烟气污染治理技术。其原料来源煤，副产物又可以直接进入锅炉燃烧，可以实现与电力生产过程的高度协同。同时具有脱硫效率高、可实现低温脱硝、实现硫资源高值利用、不存在“烟羽现象”等视觉污染，是目前最具前景的污染控制替代工艺。截止目前，已有30余台(套)运行业绩，最大规模为太原钢铁厂600m2烧结机。
现有活性焦烟气净化技术所采用的均为圆柱形活性焦，制备工艺复杂，不适于原位制备，且成本高、脱硫脱硝性能差，导致整个工艺投资和运行成本高。现有活性焦联合脱硫脱硝工艺中采用的圆柱状活性焦品质差，且多采用移动床吸附，脱硝和除尘性能不稳定，部分工况条件下，不能满足超低排放需求。现有活性焦联合脱硫脱硝工艺一般将SO2通过催化氧化制成浓硫酸，量大质低，不便于储存和运输，进一步限制了活性焦联合脱硫脱硝技术在燃煤电厂的推广应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用原煤一步法制备不定型活性焦，提升活性焦的性能，降低成本，采用移动床+固定床联合吸附塔，进一步提升脱硝和除尘性能，同时采用碳热还原将SO2还原为硫磺，便于储存和运输，并实现硫资源高值化利用，有效解决现有活性焦联合脱硫脱硝技术投资和运行成本高的问题，满足燃煤电厂环保技术升级需求的适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，包括再生塔、制焦炉和碳热还原塔，以及依次连接在锅炉烟道出口的吸附塔和烟囱；
所述的吸附塔内设置两组上下贯通且平行设置的移动吸附层，将吸附塔内水平分隔为内腔室和两个外腔室；外腔室中部设置隔板，内腔室沿隔板位置设置氨喷射***，将吸附塔内上下分隔为上段的脱硝段和下段的脱硫段，位于脱硝段的移动吸附层外侧分别设置有固定吸附层；吸附塔上段的外腔室设置烟气出口，下段的外腔室设置烟气入口；移动吸附层的上端设置活性焦入口，下端设置活性焦出口；
锅炉的烟气出口连接吸附塔的烟气入口，吸附塔的烟气出口连接烟囱；
制焦炉的出口连接吸附塔的活性焦入口，吸附塔的活性焦出口连接再生塔的入口，再生塔的出口连接吸附塔的活性焦入口，再生塔的烟气出口连接碳热还原塔的入口。
进一步的，所述的移动吸附层采用制焦炉制备的和/或再生塔再生的不定型活性焦，用于一次脱硝和脱硫；固定吸附层采用改性活性焦，用于二次脱硝。
进一步的，所述的吸附塔的活性焦出口和再生塔的入口设置第一链斗机，吸附塔的活性焦入口和再生塔的出口设置第二链斗机。
进一步的，所述的氨喷射***的输入端依次连接设置有蒸发器和氨罐；所述的锅炉的烟气出口与吸附塔的烟气入口之间还依次连接设置有除尘器和引风机。
进一步的，所述的制焦炉内部自上而下分为碳化段和活化段，顶部设置有与碳化段连通设置的料仓段，底部设置有与活化段连通设置的冷却段；冷却段底部设置卸料口；
所述的碳化段的顶部设置有原料入口和煤气出口；原料入口通过溜料管与料仓段的出料口连接；
所述的活化段内部设置有多层喷射***，活化段的炉壁上设置有与多层喷射***连接的高温蒸汽入口；高温蒸汽入口上还连通设置有补燃空气管；所述的多层喷射***包括若干个自上而下间隔设置在活化段内的喷射单元。
更进一步的，所述的溜料管上设置给料阀；所述的冷却段内部设置循环冷却水管，冷却段的卸料口呈锥形，底端设置有卸料阀。
一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，包括：
原煤利用；煤场中存储的一部分原煤送入锅炉燃烧发电产生烟气，另一部分原煤被破碎后送入制焦炉制成不定型活性焦；
烟气脱硫脱硝；锅炉燃烧产生的烟气送入吸附塔，由下段的外腔室经脱硫段的移动吸附层脱硫后水平进入内腔室，在内腔室中上升经氨喷射***喷氨催化，然后依次经脱硝段的移动吸附层和固定吸附层脱硝后水平进入上段外腔室，汇集后经由烟囱排出；
不定型活性焦再生；吸附饱和的不定型活性焦进入再生塔，将活性焦加热至400℃左右，实现再生并产生浓度为10％～20％的高浓度SO2气体；
硫的固化；再生产生的高浓度SO2气体进入碳热还原塔将SO2还原为硫磺。
进一步的，所述的制焦炉中制备不定型活性焦的步骤如下，
步骤1，将制焦所采用的原料送入料仓段，再经溜料管进入制焦炉碳化段，在制焦炉碳化段产生煤气，产生的煤气经煤气出口引出，其余物料自上而下进入活化段；
步骤2，高温蒸汽与补燃空气混合进入多层喷射***，形成自上而下的高温蒸汽流，并与自上而下进入活化段的物料直接接触，物料加热碳化形成活性焦；
步骤3，活性焦进入冷却段，与冷却段内的循环冷却水管间接接触，将得到的不定型活性焦冷却。
进一步的，制焦所采用的原料为原煤，粒径4～15mm，硫含量＜1％，灰含量＜8％；活化段中的活化过程采用高温蒸汽活化，蒸汽进入活化段之前被加热至800～900℃。
进一步的，将吸附塔移动吸附层中脱硫脱硝时产生的乏焦作为碳热还原塔中的还原剂，将SO2还原为硫磺。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过采用碳化、活化一体化设备制备不定型活性焦，即在制焦炉内进一步碳化、活化制备不定型活性焦，整个制备工艺简单，投资成本低，可实现活性焦原位制备，制焦成本仅为原来的三分之一，从而大大降低活性焦联合脱硫脱硝工艺运行成本。
本发明采用以不定型原煤为原料，制备出的活性焦保留了原煤的中大孔结构，与活化过程制备出微孔结构结合形成树枝状孔结构，适合SO2、NOx等气体分子的扩散和吸附，脱除效果明显优于现有活性焦；同时，与现有活性焦联合脱硫脱硝工艺相比，反应时间减小，活性焦装填量降低，从而降低设备投资成本。
本发明采用移动吸附层作为移动床+固定吸附层作为固定床联合的吸附塔***，脱硝固定段采用改性活性焦，提升了脱硝性能，同时固定段起到拦截二次粉尘的作用，提升了***的脱硝和除尘能力，满足超低排放需求。
本发明采用廉价的乏焦作为还原剂，将SO2还原为硫磺，实现SO2高值化利用，降低了硫磺回收成本，便于储存和运输。
附图说明
图1为本发明治理***的结构示意图；
图2为本发明中制焦炉的结构示意图。
图中：煤场1，锅炉2，除尘器3，引风机4，吸附塔5，移动吸附层51，内腔室52，外腔室53，氨喷射***54，固定吸附层55，再生塔6，制焦炉7，料仓段71，溜料管72，给料阀73，碳化段74，活化段75，多层喷射***76，冷却段77，循环冷却水管78，卸料阀79，煤气出口710，碳热还原塔8，烟囱9，第一链斗机10，第二链斗机11，氨罐12，蒸发器13。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
如图1所示，一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，包括煤场1，煤场1中存储的原煤主要用于锅炉2燃烧发电，少部分原煤被破碎后进入制焦炉7制成不定型活性焦，活性焦装入吸附塔5；
锅炉2燃烧产生的烟气，经设置在锅炉2的烟气出口与吸附塔5的烟气入口之间的除尘器3除尘后，经引风机4送入吸附塔5；吸附塔5采用分段式，下段为脱硫段，上段为脱硝段，两段之间设置氨喷射***54，依次与蒸发器13和氨罐12连接，通过活性焦的吸附和催化作用，实现SO2、NOx、Hg等多种污染物的一体化脱除，进入烟囱9排放；
吸附饱和的活性焦进入再生塔6，将活性焦加热至400℃左右，实现再生，吸附塔5和再生塔6之间设置第一链斗机10和第二链斗机11，用于活性焦的转运。再生产生的高浓度(10％～20％)SO2气体进入碳热还原塔8，与联合脱硫脱硝过程中产生的乏焦反应，将SO2还原为硫磺。
作为本发明优选的实施方式，制焦过程为一步法制备不定型活性焦，即采用固定大小的原煤颗粒，在制焦炉7内一步碳化、活化制备活性焦，活性焦为不定型焦，粒径4～15mm。其中，如图2所示，制焦炉7内部自上而下分为碳化段74和活化段75，顶部设置有与碳化段74连通设置的料仓段71，底部设置有与活化段75连通设置的冷却段77；冷却段77底部设置卸料口；碳化段74的顶部设置有原料入口和煤气出口710；原料入口通过溜料管72与料仓段71的出料口连接；活化段75内部设置有多层喷射***76，活化段75的炉壁上设置有与多层喷射***76连接的高温蒸汽入口；高温蒸汽入口上还连通设置有补燃空气管；所述的多层喷射***76包括若干个自上而下间隔设置在活化段75内的喷射单元。
其中，溜料管72上设置给料阀73；所述的冷却段77内部设置循环冷却水管78，冷却段77的卸料口呈锥形，底端设置有卸料阀79。
作为本发明优选的实施方式，吸附塔5采用移动吸附层51作为移动床+固定吸附层55作为固定床吸附工艺，吸附塔5分为上下两段，下段为脱硫段，上段为脱硝段，脱硫和脱硝段中间设置氨喷射***54，具体为，如图1所示，吸附塔5内设置两组上下贯通且平行设置的移动吸附层51，将吸附塔5内水平分隔为内腔室52和两个外腔室53；外腔室53中部设置隔板，内腔室52沿隔板位置设置氨喷射***54，将吸附塔5内上下分隔为上段的脱硝段和下段的脱硫段，位于脱硝段的移动吸附层51外侧分别设置有固定吸附层55；吸附塔5上段的外腔室设置烟气出口，下段的外腔室设置烟气入口；移动吸附层51的上端设置活性焦入口，下端设置活性焦出口；脱硝段分为以移动吸附层51为基础的移动式和以固定吸附层55为基础的固定式两部分，移动脱硝段与脱硫段连通，采用普通不定型活性焦，固定脱硝段采用改性活性焦，用于深度脱硝和除尘。
本发明***，适于燃煤电厂或钢厂烧结机等大规模烟气污染物处理，生产的活性焦具备中大孔通达、微孔发达的特点，脱硫脱硝性能明显优于商业活性焦，且大大降低脱硫脱硝活性焦生产成本；移动床+固定床联合的吸附***，提升了***的脱硝和除尘性能，满足超低排放需求；本发明采用碳热还原制硫磺，降低了硫磺回收成本，实现硫资源高值化利用，便于储存和运输；为活性焦联合脱硫脱硝技术的大规模应用奠定了基础。
实施例2
一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，包括：
原煤利用；煤场1中存储的一部分原煤送入锅炉2燃烧发电产生烟气，另一部分原煤被破碎后送入制焦炉7制成不定型活性焦；
烟气脱硫脱硝；锅炉2燃烧产生的烟气送入吸附塔5，由下段的外腔室53经脱硫段的移动吸附层51脱硫后水平进入内腔室52，在内腔室52中上升经氨喷射***54喷氨催化，然后依次经脱硝段的移动吸附层51和固定吸附层55脱硝后水平进入上段外腔室53，汇集后经由烟囱9排出；
不定型活性焦再生；吸附饱和的不定型活性焦进入再生塔6，将活性焦加热至400℃左右，实现再生并产生浓度为10％～20％的高浓度SO2气体；
硫的固化；再生产生的高浓度SO2气体进入碳热还原塔8将SO2还原为硫磺。
其中，制焦炉7中制备不定型活性焦的步骤如下，
步骤1，将制焦所采用的原料送入料仓段71，再经溜料管72进入制焦炉碳化段74，在制焦炉碳化段74产生煤气，产生的煤气经煤气出口710引出，其余物料自上而下进入活化段75；
步骤2，高温蒸汽与补燃空气混合进入多层喷射***76，形成自上而下的高温蒸汽流，并与自上而下进入活化段75的物料直接接触，物料加热碳化形成活性焦；
步骤3，活性焦进入冷却段77，与冷却段77内的循环冷却水管78间接接触，将得到的不定型活性焦冷却。
其中，制焦所采用的原料为原煤，粒径4～15mm，硫含量＜1％，灰含量＜8％；活化段75中的活化过程采用高温蒸汽活化，蒸汽进入活化段75之前被加热至800～900℃。
其中，将吸附塔5移动吸附层51中脱硫脱硝时产生的乏焦作为碳热还原塔8中的还原剂，将SO2还原为硫磺。

Claims (10)

1.一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，包括再生塔(6)、制焦炉(7)和碳热还原塔(8)，以及依次连接在锅炉(2)烟道出口的吸附塔(5)和烟囱(9)；
所述的吸附塔(5)内设置两组上下贯通且平行设置的移动吸附层(51)，将吸附塔(5)内水平分隔为内腔室(52)和两个外腔室(53)；外腔室(53)中部设置隔板，内腔室(52)沿隔板位置设置氨喷射***(54)，将吸附塔(5)内上下分隔为上段的脱硝段和下段的脱硫段，位于脱硝段的移动吸附层(51)外侧分别设置有固定吸附层(55)；吸附塔(5)上段的外腔室设置烟气出口，下段的外腔室设置烟气入口；移动吸附层(51)的上端设置活性焦入口，下端设置活性焦出口；
锅炉(2)的烟气出口连接吸附塔(5)的烟气入口，吸附塔(5)的烟气出口连接烟囱(9)；
制焦炉(7)的出口连接吸附塔(5)的活性焦入口，吸附塔(5)的活性焦出口连接再生塔(6)的入口，再生塔(6)的出口连接吸附塔(5)的活性焦入口，再生塔(6)的烟气出口连接碳热还原塔(8)的入口；
所述的制焦炉(7)内部自上而下分为碳化段(74)和活化段(75)，所述的碳化段(74)的顶部设置有原料入口和煤气出口(710)，所述的活化段(75)内部设置有多层喷射***(76)，活化段(75)的炉壁上设置有与多层喷射***(76)连接的高温蒸汽入口；高温蒸汽入口上还连通设置有补燃空气管；
所述的制焦炉(7)制备不定型活性焦的原料为原煤，粒径4～15mm，硫含量＜1％，灰含量＜8％；
所述移动吸附层(51)产生的乏焦用作碳热还原塔(8)中的还原剂。
2.根据权利要求1所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，所述的移动吸附层(51)采用制焦炉(7)制备的和/或再生塔(6)再生的不定型活性焦，用于一次脱硝和脱硫；固定吸附层(55)采用改性活性焦，用于二次脱硝。
3.根据权利要求1所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，所述的吸附塔(5)的活性焦出口和再生塔(6)的入口设置第一链斗机(10)，吸附塔(5)的活性焦入口和再生塔(6)的出口设置第二链斗机(11)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，所述的氨喷射***(54)的输入端依次连接设置有蒸发器(13)和氨罐(12)；所述的锅炉(2)的烟气出口与吸附塔(5)的烟气入口之间还依次连接设置有除尘器(3)和引风机(4)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，所述的制焦炉(7)顶部设置有与碳化段(74)连通设置的料仓段(71)，底部设置有与活化段(75)连通设置的冷却段(77)；冷却段(77)底部设置卸料口；
原料入口通过溜料管(72)与料仓段(71)的出料口连接；
所述的多层喷射***(76)包括若干个自上而下间隔设置在活化段(75)内的喷射单元。
6.根据权利要求5所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理***，其特征在于，所述的溜料管(72)上设置给料阀(73)；所述的冷却段(77)内部设置循环冷却水管(78)，冷却段(77)的卸料口呈锥形，底端设置有卸料阀(79)。
7.一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，基于权利要求1-6任一项所述的***，其特征在于，包括：
原煤利用；煤场(1)中存储的一部分原煤送入锅炉(2)燃烧发电产生烟气，另一部分原煤被破碎后送入制焦炉(7)制成不定型活性焦；
烟气脱硫脱硝；锅炉(2)燃烧产生的烟气送入吸附塔(5)，由下段的外腔室(53)经脱硫段的移动吸附层(51)脱硫后水平进入内腔室(52)，在内腔室(52)中上升经氨喷射***(54)喷氨催化，然后依次经脱硝段的移动吸附层(51)和固定吸附层(55)脱硝后水平进入上段外腔室(53)，汇集后经由烟囱(9)排出；
不定型活性焦再生；吸附饱和的不定型活性焦进入再生塔(6)，将活性焦加热至400℃左右，实现再生并产生浓度为10％～20％的高浓度SO2气体；
硫的固化；再生产生的高浓度SO2气体进入碳热还原塔(8)将SO2还原为硫磺。
8.根据权利要求7所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，其特征在于，所述的制焦炉(7)中制备不定型活性焦的步骤如下，
步骤1，将制焦所采用的原料送入料仓段(71)，再经溜料管(72)进入制焦炉碳化段(74)，在制焦炉碳化段(74)产生煤气，产生的煤气经煤气出口(710)引出，其余物料自上而下进入活化段(75)；
步骤2，高温蒸汽与补燃空气混合进入多层喷射***(76)，形成自上而下的高温蒸汽流，并与自上而下进入活化段(75)的物料直接接触，物料加热碳化形成活性焦；
步骤3，活性焦进入冷却段(77)，与冷却段(77)内的循环冷却水管(78)间接接触，将得到的不定型活性焦冷却。
9.根据权利要求7所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，其特征在于，制焦所采用的原料为原煤，粒径4～15mm，硫含量＜1％，灰含量＜8％；活化段(75)中的活化过程采用高温蒸汽活化，蒸汽进入活化段(75)之前被加热至800～900℃。
10.根据权利要求7所述的一种适用于大型燃煤电厂的污染物综合治理方法，其特征在于，将吸附塔(5)移动吸附层(51)中脱硫脱硝时产生的乏焦作为碳热还原塔(8)中的还原剂，将SO2还原为硫磺。
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