CN104197319B - 一种低排放的煤燃烧方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低排放的煤燃烧方法及装置，先将部分煤或全部煤进行高温热解，热解过程中煤中的部分硫以H2S析出，热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中燃烧，煤中剩余的硫元素在燃烧过程中生成SO2，或者将剩余部分煤与热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中一块燃烧生成SO2，生产的SO2与析出的H2S被送入反应器中反应生产单质硫，生成的部分硫单质与烟气中的Hg反应生成HgS，剩余的硫单质通过硫冷凝器生成液态硫，净化后的气体再次通入燃烧装置合适位置进行燃烧。本发明仅通过煤燃烧过程的调整与组织，实现低SO2、NOx、Hg排放的煤燃烧方法，从燃烧过程的源头上降低SO2、NOx、Hg排放浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的低SO2、NOx、Hg排放的煤燃烧方法及装置，特别是通过煤燃烧过程的调整与合理组织实现燃煤污染物燃烧过程中控制的新方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
据统计，目前我国每年煤炭消耗量近四十亿吨，其中近50％用于各种燃烧装置。煤燃烧后生成的SO2、NOx、粉尘等是影响空气中PM2.5浓度的主要污染物。2013年我国这三项污染物排放总量分别约2044万吨、2227万吨和1500万吨，均位居世界第一，同时排放了数百万吨的汞。燃煤锅炉是大气污染主要源头之一，随着国家对环保的日益重视和污染物排放标准的逐步提高，控制燃煤锅炉排放的任务将越来越艰巨，污染物控制成本越来越高。
燃烧后烟气脱硫、脱硝是控制燃煤锅炉SO2、NOx排放的主要途径，目前通常分别设置独立的脱硫、脱硝装置进行控制，不仅投资运行费用巨大，而且消耗了大量石灰石、NH3等资源。而对于燃煤生成的Hg，一般采用活性炭吸附的方法控制其排放。如专利CN101422691A公开了一种燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备。该工艺先用SCR脱硝法脱除烟气中的NOX,其次用除尘器脱除烟气中的粉尘灰粒,然后用湿式钙基脱硫法消除烟气中的SO2,再用MEA脱碳法吸收烟气中的CO2,同时将所生成的醇胺溶液富液加热解析再生,所得醇胺溶液贫液继续循环使用,解析出的高浓度CO2气体则经过冷却、气液分离、干燥、压缩和冷凝处理,制成高纯度工业级液体二氧化碳。就是分别设置独立的脱硫、脱硝装置进行控制，投资运行费用巨大。
环境保护部2011年发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中规定，自2014年7月1日起，所有65t/h以上燃煤发电锅炉执行100mg/m3(新建)/200mg/m3(已有)的SO2排放标准、100mg/m3的NOx排放标准，自2015年1月1日起，执行0.03mg/m3的Hg排放标准。排放标准的提高对现有火力发电厂脱硫、脱硝装置的性能提出了更严格的要求，同时需要采取措施控制烟气中Hg的排放。
发明内容
本发明针对上述不足，提出了一种低排放的煤燃烧方法及装置，不消耗外在资源，仅通过煤燃烧过程的调整与组织，实现低SO2、NOx、Hg排放的煤燃烧方法，从燃烧过程的源头上降低SO2、NOx、Hg排放浓度，进而降低尾部烟气污染物脱除的运行成本。
本发明采取的技术方案为：
一种低排放的煤燃烧方法，先将部分煤或全部煤进行高温热解，热解温度区间为300℃—700℃，热解过程中煤中的部分硫以H2S析出，热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中燃烧，煤中剩余的硫元素在燃烧过程中生成SO2，或者将剩余部分煤与热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中一块燃烧生成SO2，生产的SO2与析出的H2S被送入催化或非催化反应器中反应生产单质硫实现自脱硫，生成的部分硫单质与烟气中的Hg反应生成HgS，实现煤燃烧自脱汞过程，剩余的硫单质通过硫冷凝器生成液态硫，净化后的气体再次通入燃烧装置合适位置进行燃烧，实现热解气的再燃脱硝。
所述的催化反应器中的反应温度区间为170℃-350℃，所述的非催化反应器中温度范围为0℃-300℃。
反应器中通过反应2H2S+SO2＝3S+2H2O生成单质S，因此应严格控制烟气流量使H2S与SO2的摩尔比为2:1。
一种低排放的煤燃烧装置，包括热解装置，热解装置的底部通过输送管与燃烧装置相连，热解装置的上部与反应器的一个进气口相连，反应器的另一进气口与燃烧装置的出气口相通，反应器的出气口与燃烧装置进气口相通，反应器的固体出口与硫冷凝器相连。
本发明的有益效果是：在不损失煤中可燃成分的条件下，通过煤燃烧过程中SO2、NOx、Hg有效控制，实现煤燃烧低SO2、低NOx和低Hg排放。本发明可通过对现有燃煤装置加以改进实现煤燃烧的低SO2、NOx、Hg排放，无需额外吸收剂或添加剂，具有成本低、经济、环保等优点，与传统脱硫脱硝脱汞方式相比，具有很高的经济性。本发明适用于燃煤锅炉、炉窑等燃煤装置。
附图说明
图1为本发明部分煤热解时低排放的煤燃烧装置；
图2为本发明全部煤热解时低排放的煤燃烧装置。
其中，1.热解装置，2.燃烧装置，3.反应器，4.硫冷凝器，5.煤。
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。
一种低排放的煤燃烧装置，包括热解装置1，热解装置1的底部通过输送管与燃烧装置2相连，热解装置1的上部与反应器3的一个进气口相连，反应器3的另一进气口与燃烧装置2的出气口相通，反应器3的出气口与燃烧装置2进气口相通，反应器3的固体出口与硫冷凝器4相连。
实施例1
一种低排放的煤燃烧方法(燃煤部分热解)：装置如图1所示，燃煤在通入燃烧装置之前，有一部分煤先通入热解反应器进行高温热解，温度区间为300℃—700℃，具体温度由煤种以及含硫量决定。在热解反应器内发生煤的热解，热解后的煤渣和煤焦油直接通入燃烧装置，热解气通入催化反应器。同时，燃烧装置内煤燃烧后的烟气也有一部分通入催化反应器，催化反应器内发生反应2H2S+SO2＝3S+2H2O，生成单质S，控制H2S及SO2的摩尔比为2:1，同时生成的S与烟气中的Hg发生反应Hg+S＝HgS，生成HgS，剩余的S通过硫冷凝器生成液态硫。净化后的气体再次通入炉膛合适位置进行燃烧，实现热解气的再燃脱硝，再燃脱硝后烟气进入下游烟道。
实施例2
一种低排放的煤燃烧方法(燃煤全部热解)：装置如图2所示，燃煤全部通入热解反应器进行高温热解，温度区间为300℃—700℃，具体温度由煤种以及含硫量决定。在热解反应器内发生煤的热解，热解后的煤渣和煤焦油直接通入燃烧装置，热解气通入反应器。同时，燃烧装置内煤燃烧后的烟气也有一部分通入反应器，反应器内发生反应2H2S+SO2＝3S+2H2O，生成单质S，控制H2S及SO2的摩尔比为2:1，同时生成的S与烟气中少量的Hg发生反应Hg+S＝HgS，生成HgS，剩余的S通过硫冷凝器生成液态硫。反应器后的尾气再次通入燃烧装置合适位置进行分级燃烧，实现热解气的分级再燃脱硝，燃烧后的烟气最后通入其它烟气净化装置。
Claims (4)
1.一种低排放的煤燃烧方法，其特征是，先将部分煤或全部煤进行高温热解，热解温度区间为300℃—700℃，热解过程中煤中的部分硫以H2S析出，热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中燃烧，煤中剩余的硫元素在燃烧过程中生成SO2，或者将剩余部分煤与热解后的煤以及煤焦油送入燃烧装置中一块燃烧生成SO2，生产的SO2与析出的H2S被送入催化或非催化反应器中反应生产单质硫实现自脱硫，生成的部分硫单质与烟气中的Hg反应生成HgS，实现煤燃烧自脱汞过程，剩余的硫单质通过硫冷凝器生成液态硫，净化后的气体再次通入燃烧装置合适位置进行燃烧，实现热解气的再燃脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种低排放的煤燃烧方法，其特征是，所述的催化反应器中的反应温度区间为170℃-350℃。
3.根据权利要求1所述的一种低排放的煤燃烧方法，其特征是，所述的非催化反应器中温度范围为0℃-300℃。
4.根据权利要求1所述的一种低排放的煤燃烧方法，其特征是，控制烟气流量使H2S与SO2的摩尔比为2:1。
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