燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法

文檔序號：4520596閱讀：491來源：國知局

專利名稱：燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法
技術領域：
本發明涉及一種降低燃煤鍋爐燃燒時產生的氣體污染物排放的方法，更具體的說是涉及一種在燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氣氧化物排放的方法。
背景技術：
現今環境污染問題已經成為全世界關注的焦點問題。煤燃燒是造成N0x 和Hg污染的最大污染源。目前電力生產主要依賴于燃煤發電廠，尤其是中國，其比例約占總發電量的75%,可以說燃煤電廠是煤炭消耗和NOx和Hg 污染的集中區域。特別是由于煤的大量燃燒，全世界每年從燃煤中逸出的汞總量達到3000t以上。煤中的汞在煤燃燒過程中，由于高溫而氣化，隨著燃燒氣體的冷卻，與其他燃燒產物相互作用而產生了氧化態汞和顆粒態汞，三種形態稱為總汞，并以氣態汞居多。單質汞易揮發，溶解度低，毒性高，化學性質穩定，不易與其他化學物質發生反應，傳播途徑廣，在環境中停留時間長，不易除去。大量汞通過干濕沉降還有可能污染水體，而生物甲基化反應后形成劇毒的甲基汞，這種有機汞毒性最高，能傷害大腦，而且比較穩定，能在海洋、淡水湖和水生生物中富集，在人體內停留的半壽命長達70天之久，即使劑量很少也可累積致毒，對人體造成極大的危害。
針對燃煤過程汞污染的現狀，研究者們提出了各種各樣的控制方法，包括吸附劑噴射法、固定床過濾法、濕式煙氣脫硫聯合除汞法等，前兩種都需要有高效廉價的吸附劑，通稱為吸附劑吸附法，第三種則需要氧化劑將煙氣中的單質汞氧化為二價汞。由于單質汞形態穩定，從煙氣中直接除去單質汞比較困難，排放到大氣里會引起空氣大范圍的污染，而煙氣中二價汞易吸附在灰渣上被各種除塵器收集下來，其排除工藝比較簡單，所以，燃燒后的單質汞如果能盡量轉化為二價汞，則可有效減少燃煤燃燒對環境
的汞污染。同時，減少燃煤燃燒產生的NOx化合物污染一直以來也是環保
工作者研究的重點之一。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種在燃煤鍋爐分級再燃時把零價汞轉化為較易為飛灰和漿液等吸附的二價汞的方法，從而達到多種污染物同時脫除的目的。
本發明釆用的技術方案燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟
a. 選用CH4氣體為分級再燃氣體，同時選用CH4和NH3的混合氣體為二
級再燃氣體；
b. 再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內，其中再燃噴口 (l)送入CH"再燃燒噴口 (2)送入C仏和NH3混合氣體，在再燃噴口 (1)和(2)之間布置有頂置風噴口，各噴口間距的比例是再燃噴口 ( 1)高度h1:總高度H-O. 01 ~ 0.5，頂置風噴口高度h2:總高度H-0. 01-0. 2，再燃噴口 ( 2 )高度h3:總高度H-O. 01 ~ 0.2，再燃噴口 (1)噴入的再燃CH4量為Q，u、再燃噴口 (2) 噴入的CH4量為Q(國2、再燃噴口(2)噴入的NH，量為Q朗，Q(隨Q,尸O. 01 ~ 0.20, Q(,: Q昍產l: 1;
c. 上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯合應用可達到污染物的聯合脫除效果，降低煙氣中單質汞、氮氧化物的排放，
本發明的有益效果本發明把零價汞轉化為較易為飛灰和漿液等吸附的二價汞，再通過與現有濕法煙氣脫硫方法的聯合應用從而達到多種污染物同時脫除的目的。從原理上講天然氣再燃脫硝機理是已生成NO遇到烴根CHi
和未完全燃燒產物C0，H2 , C， C/7H/Z7時，會發生NO的還原反應.總反應方
程式為
4NO + CH4 — 2N2 + C02 + H20
2NO + 2C1 + ( 2/ + m/2 - 1) 02 — N2 + 2nC02 + mH20
2N0 + 2C0 — N2 + 2C02 2N0 + 2C — N2 + 2C0 2N0 + 2H2 — N2 + 2H20 NH3的再燃脫硝機理為高溫下冊3可與煙氣中N0x進行SNCR反應，生成N2，有利于除氮，反應為4NH3 + 4N0 + 02 = 4N2 + 6H20 天然氣再燃過程對Hg的作用機理可以從以下幾個方面來分析天然氣再燃過程中，在有氧情況下與CH,和NH3進行化學反應，會產生 HCN等物質:2CH4+302+2N^=2HCN+6H20
HCN不是很穩定，在氧氣存在的情況下會轉化為別的物質(如HCNO等)，但在爐膛出口后部煙道依然會有少量HCN或CN—，它們會與汞發生反應，氧
化單質汞或固定二價汞，使其向著有利于捕捉固定的方向轉化
2Hg+8CN-+2H20+02 — 2Hg (CN) ,+40H—
Hg 2CN—=Hg ( CN ) 2
Hg ( CN ) 2+2CN、Hg ( CN ),
HgO+4CN_+H20=Hg ( CN ) 42—+20H— 而HCNO對Hg也有氧化作用。與此同時，CH,燃燒過程中生成的H"也有利于煙氣中的Ch、 HCl等物質對Hg的氧化與捕捉過程，從而有利于汞的形態向著便于吸附脫除的方向轉化。

圖i是分階再燃示意圖；圖2是試驗爐系統示意圖。
圖3單節爐體結構示意圖
圖4爐膛本體和取樣位置簡圖
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例對本發明進一步詳細描述燃煤鍋爐分級再燃
時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟，如圖l所示-.
a. 選用CH4氣體為分級再燃氣體，同時選用CH,和NH3的混合氣體為二級再燃氣體；
b. 再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內，其中再燃噴口 (1)送入CH4，再燃燒噴口 (2)送入CH4和NH3混合氣體，在再燃噴口 (1)和(2)之間布置有頂置風噴口，各噴口間距的比例是再燃噴口 ( 1 )高度h1:總高度H=0. 01 ~ 0.5，頂置風噴口高度h2:總高度H-0. 01-0. 2,再燃噴口 ( 2 )高度h3:總高度H-O. 01-0.2，再燃噴口 (l)噴入的再燃CH,量為Q(ohm、再燃噴口 (2) 噴入的CH,量為Q(c、再燃噴口(2)噴入的仰3量為Q,，Q(訓Q一產O. 01 ~ 0.20, Q圃"Q州產l: 1;
c. 上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯合應用可達到污染物的聯合脫除效果，降低煙氣中單質汞、氮氧化物的排放。
實施例1
試驗研究是在一維煤粉燃燒試驗系統上進行的，整個試驗系統由一維試驗爐爐膛本體、熱風系統、給料系統、燃燒系統、加熱系統、冷卻系統、除塵系統和監控系統等部分組成，燃煤煙氣中痕量重金屬元素汞的取樣和分析，采用安大略方法(Ontario Hydro Method),煙氣中N(X和S02的測量釆用電化學法進行煙氣分析。爐膛本體為積木式結構，總高5m，內徑300mm, 可分為底座和5個結構相同的分段爐體。爐體用槽鋼支架支撐，各段之間用螺栓固定，并釆取密封措施。爐體整體結構如圖2所示。l.鼓風機2.預熱器3.給料裝置4.燃燒器5.取樣孔6.煙氣冷卻器7.布袋除塵器8.引風機9.煙囪10.溫度計ll.壓力表12.閥門13.流量計14.爐體，整個爐體從上至下依次為一段、二段、三段、四段、五段和底座，每一段爐體高度為800mm，五段均有分階風口。每一段爐體由內到外分為四層最里面一層為碳化硅套，可承受高溫；第二層為加熱層，中間通有電阻絲，用于加
熱爐膛內空氣到設定的溫度；第三層是保溫套，可減少散熱損失；最外一層是耐火纖維制的外殼。圖3是單節爐體結構示意圖。其中第二段到第五
段上開有取樣孔。在爐體上方開有直徑為60mm的孔，作為燃料入口。在底座的側面開有煙氣出口。爐膛本體和煙氣取樣孔的位置如圖4所示。其中一段送風口中送入的是CH4;三段送風口中送入的是CH4+ NH3; 二段送風口為頂置風噴口，送入適量空氣。實驗所用煤粉來自燃煤電廠，是一種混煤，試驗前都已經過機械碾磨和振篩。試驗工況為，煤粉給煤量8kg/h，過量空氣系數為1. 2，一次風量15. 18NmVh，二次風量35. 42 NmVh，排煙溫度70 'C。本例中汞在燃煤產物中的形態分布為氣態二價汞約占60%，氣態單質汞約占20%，飛灰汞含量為15%,爐渣汞含量為5%。折算到6%的氧量，煙氣中N0的濃度時為300mg/m3， S02的含量為560 mg/m3
實施例2
試驗設備，試驗工況基本條件與實施例l相同，只是燃燒過程中作了一定的修改以鈣硫比為2的比例摻入石灰石粉脫硫，且在爐膛第二段噴入天然氣，第五段噴入燃盡風，考察爐內石灰石脫硫的同時天然氣脫硝的效果，及其綜合影響。本例中汞在燃煤產物中的形態分布為氣態二價汞仍約占60%;但氣態單質汞含量幾乎為零，可忽略；飛灰汞含量相應提高為 30%,爐渣汞含量也提高到了 10%。折算到6%的氧量，煙氣中NO的濃度時為310mg/m3， S02的含量為450 mg/m3。由以上兩個實例可以看出，通過天然氣再燃、限定天然氣噴入口的量和噴口間的高度比例及加入石灰石脫硫，燃煤產物中的零價汞顯著減少，灰渣及飛灰中的汞大量增加，汞的減排效果顯著；煙氣中NO， SO,的含量也減少了 1/3左右，脫除效果顯著。
以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟a.選用CH4氣體為分級再燃氣體，同時選用CH4和NH3的混合氣體為二級再燃氣體；b.再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內，其中再燃噴口(1)送入CH4，再燃燒噴口(2)送入CH4和NH3混合氣體，在再燃噴口(1)和(2)之間布置有頂置風噴口，各噴口間距的比例是再燃噴口(1)高度h1∶總高度H＝0.01～0.5，頂置風噴口高度h2∶總高度H＝0.01～0.2，再燃噴口(2)高度h3∶總高度H＝0.01～0.2，再燃噴口(1)噴入的再燃CH4量為Q(CH4)1、再燃噴口(2)噴入的CH4量為Q(CH4)2、再燃噴口(2)噴入的NH3量為QNH3，Q(CH4)1∶Q(CH4)2＝0.01～0.20，Q(CH4)2∶QNH3＝1∶1；c.上述分級再燃與濕法煙氣脫硫方法聯合應用可達到污染物的聯合脫除效果，降低煙氣中單質汞、氮氧化物的排放。
全文摘要
本發明公布了一種燃煤鍋爐分級再燃時降低煙氣中單質汞、氮氧化物排放的方法，包括下列步驟a.選用CH4氣體為分級再燃氣體，同時選用CH4和NH3的混合氣體為二級再燃氣體；b.再燃燃料分兩級送入燃煤鍋爐內，其中再燃噴口(1)送入CH4，再燃燒噴口(2)送入CH4和NH3混合氣體，在再燃噴口(1)和(2)之間布置有頂置風噴口，Q(CH#-[4)1]∶Q(CH#-[4)2]＝0.01～0.20，Q(CH4)#-[2]∶QNH#-[3]＝1∶1；c.與濕法煙氣脫硫方法聯合應用。本發明把零價汞轉化為較易為飛灰和漿液等吸附的二價汞，再通過與現有濕法煙氣脫硫方法的聯合應用從而達到多種污染物同時脫除的目的。
文檔編號F23J15/02GK101187475SQ20071017348
公開日2008年5月28日申請日期2007年12月28日優先權日2007年12月28日
發明者仇中柱, 江吳, 張贏丹, 潘衛國, 王文歡申請人:上海電力學院

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