專利名稱：降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及煤燃燒的技術領域，特別是涉及一種降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置及方法。
背景技術：
我國電力以燃煤發電為主，但煤是一種不可再生且不清潔的能源，燃燒過程會排放有毒污染物Hg，這些Hg排放到大氣中，對環境造成破壞。生物質能源是目前世界上應用最廣泛的可再生能源，是僅次于煤炭、石油、天然氣，的第四大能源，也是唯一可再生的炭源，利用生物質替代盡可能多的煤炭意義重大。但生物質中氯的含量往往比較高，而目前在火電站煤粉鍋爐中混用部分生物質的方法一般是直接在爐膛內燃燒生物質。在燃用生物質的過程中，生物質燃燒產生的煙氣直接與煤粉燃燒產生的高溫煙氣摻混，生物質攜帶的氯直接釋放到高溫煙氣中，易導致鍋爐高溫受熱面產生氯腐蝕。發明內容
基于此，針對上述問題，本發明提出一種不僅可以將高氯生物質與煤粉分級燃燒， 又可避免生物質釋放的氯對受熱面造成高溫氯腐蝕，還可減少單質汞排放量的裝置及方法。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，包括煤粉鍋爐爐膛、低溫過熱器和省煤器，在所述煤粉鍋爐爐膛的排氣通道中沿氣體排放的方向依次設有生物質燃燒室、所述低溫過熱器和所述省煤器，所述生物質燃燒室連接有生物質倉，該生物質倉內設有燃燒時可釋放出氯的生物質。
在優選的實施例中，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛排氣通道中的空氣預熱器，所述生物質燃燒室、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器沿氣體排放的方向依次設置，空氣預熱器上具有冷風進入管道和熱風送出管道，所述生物質倉連接所述熱風送出管道將生物質送入所述生物質燃燒室內。空氣預熱器的設置，可以加熱生物質燃燒所需的空氣，然后將生物質通過熱風送入生物質燃燒室。
在優選的實施例中，所述煤粉鍋爐爐膛連接有煤粉倉，所述煤粉倉連接所述熱風送出管道將煤粉送入所述煤粉鍋爐爐膛內。空氣預熱器可以加熱煤粉燃燒所需的空氣，然后將煤粉通過熱風送入煤粉鍋爐爐膛。
在優選的實施例中，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛排氣通道中的除塵器， 所述生物質燃燒室、低溫過熱器、省煤器、空氣預熱器和除塵器沿氣體排放的方向依次設置。目的是通過除塵器除去飛灰。
本技術方案中，一部分熱風攜帶生物質倉落下的生物質進入生物質燃燒室內燃燒，形成的生物質煙氣與低溫過熱器前煙溫為690°C的煤粉煙氣相互摻混，混合煙氣溫度達到770V，生物質燃燒釋放的氯與燃煤煙氣混合后，與燃煤煙氣中的Hg反應，促進單質Hg轉化為顆粒Hg或二價Hg，相應降低了單質汞的排放，并且可以避免在爐膛直接混燃生物質燃料造成的受熱面的高溫氯腐蝕，摻混后的煙氣流加熱尾部的受熱面，空氣預熱器加熱煤粉和生物質燃燒所需的空氣，通過除塵器除去飛灰。
為解決上述技術問題，本發明還提供了一種降低煤燃燒中單質汞排放量的方法， 包括以下步驟
將煤粉鍋爐爐膛中產生的煤粉煙氣溫度冷卻至650°C—700°C ；
將生物質倉內的生物質送入生物質燃燒室燃燒，生物質燃燒釋放的氯與溫度為 650°C—700°C的煤粉煙氣摻混；
混合后的煙氣依次經過低溫過熱器、省煤器處理后排出。
在優選的實施例中，還包括以下步驟經過省煤器處理后的煙氣依次經過空氣預熱器、除塵器除灰后排出。
本發明的有益效果是將高氯生物質與煤粉進行分級燃燒，將生物質燃料在低溫過熱器前的生物質燃燒室內燃燒，避免了煤粉鍋爐爐膛直接混燃生物質造成的高溫氯腐蝕受熱面的現象，而且利用生物質中的氯減少了煙氣中的單質汞，從而減少單質汞的排放量。
圖I是本發明實施例所述降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置的結構示意圖2是本發明的試驗裝置附圖標記說明
I-煤粉鍋爐爐膛，2-煤粉倉，3-生物質倉，4-生物質燃燒室，5-冷風進入管道， 6-熱風送出管道，7-低溫過熱器，8-省煤器，9-空氣預熱器，10-除塵器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
實施例
如圖I所示，一種降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，包括煤粉鍋爐爐膛I、低溫過熱器和省煤器8。在所述煤粉鍋爐爐膛I的排氣通道中沿氣體排放的方向依次設有生物質燃燒室4、所述低溫過熱器和所述省煤器8。所述生物質燃燒室4連接有生物質倉3，該生物質倉3內設有燃燒時可釋放出氯的生物質。
本實施例中，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛I排氣通道中的空氣預熱器9， 所述生物質燃燒室4、低溫過熱器、省煤器8和空氣預熱器9沿氣體排放的方向依次設置，空氣預熱器9上具有冷風進入管道5和熱風送出管道6，所述生物質倉3連接所述熱風送出管道6將生物質送入所述生物質燃燒室4內。空氣預熱器9的設置，可以加熱生物質燃燒所需的空氣，然后將生物質通過熱風送入生物質燃燒室4。
本實施例中，所述煤粉鍋爐爐膛I連接有煤粉倉2，所述煤粉倉2連接所述熱風送出管道6將煤粉送入所述煤粉鍋爐爐膛I內。空氣預熱器9可以加熱煤粉燃燒所需的空氣， 然后將煤粉通過熱風送入煤粉鍋爐爐膛I。
本實施例中，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛I排氣通道中的除塵器10，所述生物質燃燒室4、低溫過熱器、省煤器8、空氣預熱器9和除塵器10沿氣體排放的方向依次設置。目的是通過除塵器10除去飛灰。
本實施例所述裝置的工作原理如下
一部分熱風攜帶生物質倉3落下的生物質進入生物質燃燒室4內燃燒，形成的生物質煙氣與低溫過熱器7前煙溫為690°C的煤粉煙氣相互摻混，混合煙氣溫度達到770V, 生物質燃燒釋放的氯與燃煤煙氣混合后，與燃煤煙氣中的Hg反應，促進單質Hg轉化為顆粒 Hg或二價Hg，相應降低了單質汞的排放，并且可以避免在爐膛直接混燃生物質燃料造成的受熱面的高溫氯腐蝕，摻混后的煙氣流加熱尾部的受熱面，空氣預熱器9加熱煤粉和生物質燃燒所需的空氣，通過除塵器10除去飛灰。
煤粉在煤粉鍋爐爐膛I內燃燒，生物質在低溫過熱器7前的生物質燃燒室4內燃燒，生物質輸入熱量占總燃料輸入熱量(生物質和煤粉燃料)的15% — 20%，生物質燃燒時過量空氣系數為I. 8—2. 0，鍋爐100%負荷下低溫過熱器7進口煙溫在650°C—700°C，負荷低于100%負荷時煙溫更低，生物質燃燒產生的煙氣溫度可達到950°C -1000°C，在鍋爐100% 負荷下與低溫過熱器7進口煙氣摻混之后混合煙氣溫度在780V以下，在此溫度下受熱面不會發生氯腐蝕，并且這些氯摻混到燃煤煙氣中后可與燃煤煙氣中的Hg反應，促進單質Hg 向二價Hg與顆粒Hg轉化,相應降低了單質萊的排放。
本裝置將高氯生物質與煤粉進行分級燃燒，將生物質燃料在低溫過熱器7前的生物質燃燒室4內燃燒，避免了煤粉鍋爐爐膛I直接混燃生物質造成的高溫氯腐蝕受熱面的現象，而且利用生物質中的氯減少了煙氣中的單質汞，從而減少單質汞的排放量。
針對上述裝置，本實施例還提供一種通過上述裝置實現的降低煤燃燒中單質汞排放量的方法，包括以下步驟
第一步，將研磨成超過200目的大豆桿粉末送入煤粉鍋爐爐膛I中，然后通入煤粉；煤粉通過熱風送入煤粉鍋爐爐膛I中。
第二步，將煤粉鍋爐爐膛I中產生的煤粉煙氣溫度冷卻至650°C—700°C ；
第三步，將生物質倉內的生物質送入生物質燃燒室4燃燒，生物質燃燒釋放的氯與溫度為650°C — 700°C的煤粉煙氣摻混，送入低溫過熱器7 ;生物質通過熱風送入煤粉鍋爐爐膛I中。
第四步，經過低溫過熱器7處理后的煙氣送入省煤器8處理，將經過省煤器8后的煙氣冷卻，并經除塵器收集飛灰，再排入大氣中。
發明人為了驗證生物質燃燒產生的含氯煙氣有助于減少煙氣Hg排放，減少環境污染，作出了以下兩個試驗。
實驗I :
如圖2所示，圖2為本發明試驗裝置圖。在煤粉鍋爐爐膛I出口，通過冷卻段的作用使煤粉煙氣溫度冷卻至與鍋爐低溫過熱器7進口煙溫范圍，在冷卻段后布置生物質噴口，生物質的粉末在助燃氣的攜帶下進入冷卻段進行燃燒，之后與煙溫為650°C—700°C冷卻段煙氣混合通過摻混段，通過布置三個熱電偶測點來讀取煙氣溫，進而調節冷卻器，最后通過汞分析儀、灰樣收集器(100°C — 130°C進行采集)，在引風機的作用下排入大氣中。實驗I使用的煤樣I以及生物質的元素分析和工業分析見表I。實驗前，煤粉鍋爐爐膛I由溫控系統加熱到1100°C，并將大豆桿研磨成過200目篩的粉末。對于煤粉鍋爐爐膛1，打開煤粉給粉器，空氣攜帶煤粉進入爐內燃燒，煤樣I的含汞量為165ppb，給粉量為500g/min，過量空氣系數為I. 2，助燃空氣量為3. 9m3/min。持續運行3分鐘，使摻混段煙氣通過冷卻器冷卻，灰樣捕集器收集得到飛灰，采集煙氣汞并利用煙氣測汞儀器測量煙氣中的Hgtl分別為 13. 4μ g/m3，占單位原煤樣I汞量的比例為65. 7%。
打開生物質給粉器，助燃的空氣攜帶生物質粉通過噴口進入冷卻段后燃燒，給粉量為150g/min，生物質燃料發熱量占總發熱量(生物質和煤粉)的17. 8 %，過量空氣系數為1. 8，助燃空氣量為1. 4m3/min，生物質煙氣和煤粉煙氣通過摻混段混合后，調節冷卻器冷卻混合煙氣，在100°C — 130°C煙溫下灰樣捕集器收集得到飛灰，采集煙氣汞并利用煙氣測汞儀器測量煙氣中的Hg°分別為5. 6μ g/m3，占單位原煤樣I汞量的比例為38. 1%，煙氣最后通過引風機的作用排入大氣。通過計算可知，煙氣中的單質汞占煤樣總汞的量減小了 27. 6%，說明通過混合生物質煙氣對于燃煤煙氣單質Hg的氧化并且顆粒化有顯著的促進作用，降低了單質汞的排放。
實驗2的實驗方法與實驗過程與實驗I相同，所用的生物質成分相同，不同的是實驗2選用了煤樣2，煤樣2的工業分析和元素分析見表2。煤樣2的含汞量為212ppb，給粉量為600g/min，過量空氣系數為1. 2，配氣系統提供的助燃空氣量為5. 4m3/min，采集煙氣汞并利用煙氣測汞儀器測量煙氣中的Hg°分別為15. 8μ g/m3，占單位原煤樣I汞量的比例為70. 6%。生物質給粉量為220g/min，生物質燃料發熱量占總發熱量(生物質和煤粉)的 19.0%，過量空氣系數為1. 8，配氣系統提供的助燃空氣量為2. lm3/min，采集煙氣汞并利用煙氣測汞儀器測量混合煙氣中的Hg°為5. 6μ g/m3，占單位原煤樣I汞量的比例為42. 2%。 通過計算可知，煙氣中的單質汞占煤樣總汞的量減小了 28. 5%，說明高Cl生物質燃燒產生含Cl煙氣對于不同種煤樣之間的煙氣單質Hg的氧化并且顆粒化有顯著的促進作用，降低了單質汞向大氣中的排放。
權利要求
1.一種降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，包括煤粉鍋爐爐膛、低溫過熱器和省煤器，其特征在于，在所述煤粉鍋爐爐膛的排氣通道中沿氣體排放的方向依次設有生物質燃燒室、所述低溫過熱器和所述省煤器，所述生物質燃燒室連接有生物質倉，該生物質倉內設有燃燒時可釋放出氯的生物質。
2.根據權利要求I所述的降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，其特征在于，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛排氣通道中的空氣預熱器，所述生物質燃燒室、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器沿氣體排放的方向依次設置，空氣預熱器上具有冷風進入管道和熱風送出管道，所述生物質倉連接所述熱風送出管道將生物質送入所述生物質燃燒室內。
3.根據權利要求2所述的降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，其特征在于，所述煤粉鍋爐爐膛連接有煤粉倉，所述煤粉倉連接所述熱風送出管道將煤粉送入所述煤粉鍋爐爐膛內。
4.根據權利要求I或2或3所述的降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，其特征在于，該裝置還包括設于所述煤粉鍋爐爐膛排氣通道中的除塵器，所述生物質燃燒室、低溫過熱器、省煤器、空氣預熱器和除塵器沿氣體排放的方向依次設置。
5.一種如權利要求I所述裝置降低煤燃燒中單質汞排放量的方法，其特征在于，包括以下步驟 將煤粉鍋爐爐膛中產生的煤粉煙氣溫度冷卻至650°C—700°C ； 將生物質倉內的生物質送入生物質燃燒室燃燒，生物質燃燒釋放的氯與溫度為650°C—700°C的煤粉煙氣摻混； 混合后的煙氣依次經過低溫過熱器、省煤器處理后排出。
6.根據權利要求5所述的降低煤燃燒中單質汞排放量的方法，其特征在于，還包括以下步驟 經過省煤器處理后的煙氣依次經過空氣預熱器、除塵器除灰后排出。
全文摘要
本發明公開了一種降低煤燃燒中單質汞排放量的裝置，包括煤粉鍋爐爐膛、低溫過熱器和省煤器，在所述煤粉鍋爐爐膛的排氣通道中沿氣體排放的方向依次設有生物質燃燒室、所述低溫過熱器和所述省煤器，所述生物質燃燒室連接有生物質倉，該生物質倉內設有燃燒時可釋放出氯的生物質。本發明還公開了一種降低煤燃燒中單質汞排放量的方法。本發明將高氯生物質與煤粉進行分級燃燒，將生物質燃料在低溫過熱器前的生物質燃燒室內燃燒，避免了煤粉鍋爐爐膛直接混燃生物質造成的高溫氯腐蝕受熱面的現象，而且利用生物質中的氯減少了煙氣中的單質汞，從而減少單質汞的排放量。
文檔編號F23C6/04GK102980175SQ20121050088
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者殷立寶, 高正陽, 鄭雙清, 徐齊勝 申請人:廣東電網公司電力科學研究院