阅读说明：本技术 一种用于锅炉的脱硫系统和脱硫方法 (Desulfurization system and desulfurization method for boiler ) 是由 王忠山 魏巍 于 2020-03-06 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种用于锅炉的脱硫系统和脱硫方法。根据本发明实施例的脱硫系统包括锅炉,用于燃烧生物质以产生热量,所述锅炉产生待脱硫气体；第一脱硫装置,与所述锅炉相连接,用于向所述锅炉提供第一脱硫剂；以及第二脱硫装置,与所述锅炉的输出管道相连接,用于向所述输出管道提供第二脱硫剂,其中,在所述锅炉中,所述待脱硫气体和所述第一脱硫剂反应,得到第一中间气体,所述第一中间气体通过所述输出管道输出；在所述输出管道中,所述第一中间气体和所述第二脱硫剂反应,得到第二中间气体。根据本发明实施例的脱硫系统和脱硫方法,具有较低的投资和运行成本,且操作简单、维护方便,具有较高的脱硫效率。(The embodiment of the invention discloses a desulfurization system and a desulfurization method for a boiler. A desulfurization system according to an embodiment of the present invention includes a boiler for combusting biomass to generate heat, the boiler generating a gas to be desulfurized; the first desulfurization device is connected with the boiler and is used for providing a first desulfurizer for the boiler; the second desulfurization device is connected with the output pipeline of the boiler and is used for providing a second desulfurizer for the output pipeline, wherein in the boiler, the gas to be desulfurized reacts with the first desulfurizer to obtain a first intermediate gas, and the first intermediate gas is output through the output pipeline; and in the output pipeline, the first intermediate gas reacts with the second desulfurizing agent to obtain a second intermediate gas. The desulfurization system and the desulfurization method provided by the embodiment of the invention have the advantages of low investment and operation cost, simple operation, convenience in maintenance and high desulfurization efficiency.)

一种用于锅炉的脱硫系统和脱硫方法

技术领域

本发明涉及气体处理技术领域，特别涉及一种用于锅炉的脱硫系统和脱硫方法。

背景技术

生物质原料丰富，可以大量用于发电工业等。生物质燃烧后产生大量的氮、硫氧化物等，会严重影响环境和人类健康。

传统的脱硫方式多为半干法脱硫或湿法脱硫。半干法脱硫的反应速度慢、脱硫率低。湿法脱硫存在着投资和运行成本高、处理后产生液体或淤渣，需要后续处理等问题。

因此，希望有一种新的脱硫系统和脱硫方法，能够克服上述问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于锅炉的脱硫系统和脱硫方法，从而降低投资和运行成本、简化处理步骤。

根据本发明的一方面，提供一种用于锅炉的脱硫系统，包括：锅炉，用于燃烧生物质以产生热量，所述锅炉产生待脱硫气体；第一脱硫装置，与所述锅炉相连接，用于向所述锅炉提供第一脱硫剂；以及第二脱硫装置，与所述锅炉的输出管道相连接，用于向所述输出管道提供第二脱硫剂，其中，在所述锅炉中，所述待脱硫气体和所述第一脱硫剂反应，得到第一中间气体，所述第一中间气体通过所述输出管道输出；在所述输出管道中，所述第一中间气体和所述第二脱硫剂反应，得到第二中间气体。

优选地，所述脱硫系统还包括：热量回收装置，分别与所述锅炉和所述输出管道相连接，用于对所述第一中间气体进行热量回收，其中，经过所述热量回收的所述第一中间气体，在所述输出管道中与所述第二脱硫剂反应，得到所述第二中间气体。

优选地，所述脱硫系统还包括：除尘器，与所述输出管道相连接，用于接收所述第二中间气体，并对所述第二中间气体进行除尘处理，得到排放气体，以及烟囱，与所述除尘器相连接，用于接收并排放所述排放气体。

优选地，所述脱硫系统还包括：烟气检测装置，与所述烟囱相连接，用于检测所述排放气体的组分；以及控制装置，与所述烟气检测装置相连接以接收检测结果，并与所述第一脱硫装置和/或第二脱硫装置相连接以控制所述第一脱硫剂和/或所述第二脱硫剂的添加，其中，所述控制装置根据所述排放气体的组分控制所述第一脱硫剂和/或所述第二脱硫剂的添加。

优选地，所述第一脱硫装置连接在所述锅炉的上部。

优选地，所述锅炉的下部设置有进料口，所述进料口用于所述生物质的输入。

优选地，所述第二脱硫装置包括：第二脱硫剂仓，用于放置所述第二脱硫剂；以及风机，与所述第二脱硫剂仓相连接，并通过管道连接至所述输出管道，其中，所述风机提供的气流将所述第二脱硫剂吹送至所述输出管道。

优选地，所述第一脱硫剂包括选自石灰石或白云石中的至少一种。

优选地，所述第二脱硫剂包括选自碳酸氢钠、倍半碳酸钠、碳酸氢钙、碳酸氢镁中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供一种脱硫方法，包括以下步骤：向待脱硫气体添加第一脱硫剂，进行第一脱硫反应，得到第一中间气体；对第一中间气体进行热量回收；向热量回收后的第一中间气体添加第二脱硫剂，进行第二脱硫反应，得到第二中间气体。

优选地，所述第一脱硫反应发生处的环境温度为760℃-820℃。

优选地，所述第二脱硫反应发生处的环境温度为160℃-220℃。

根据本发明实施例的脱硫系统和脱硫方法，配合使用两种不同的脱硫剂进行纯干法脱硫处理，具有较低的投资和运行成本，具有良好、适宜的调节特性。

根据本发明实施例的脱硫系统和脱硫方法，在锅炉内进行第一脱硫反应，在锅炉之后的管道内进行第二脱硫反应；脱硫装置运行及停运不影响锅炉的连续运行；并且两步的脱硫处理能够满足较高的排放标准。

根据本发明实施例的脱硫系统和脱硫方法，使用烟气检测装置对排放气体进行检测，并根据检测结果对脱硫装置进行控制，保证了脱硫系统的负荷范围与锅炉的负荷范围相协调，保证了脱硫系统可靠和稳定地连续运行，并且具有较强的灵活性。

根据本发明实施例的脱硫系统和脱硫方法，脱硫剂直接喷入锅炉和管道，无需在管道上新建设备，也无需脱硫塔等复杂设备；系统的投资和运行成本低，并且操作简单、维护方便。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的脱硫系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明第二实施例的脱硫系统的装置示意图；

图3示出了根据本发明第三实施例的脱硫系统的结构示意图；

图4示出了根据本发明第四实施例的脱硫系统的装置示意图；

图5示出了根据本发明实施例的脱硫方法的方法流程图。

图6示出了根据本发明第二实施例的第二脱硫剂热分解前SEM扫描图片；

图7示出了根据本发明第二实施例的第二脱硫剂热分解后SEM扫描图片。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1示出了根据本发明第一实施例的脱硫系统的结构示意图。如图 1所示，根据本发明第一实施例的脱硫系统包括第一脱硫装置100、锅炉 200和第二脱硫装置300。

锅炉200用于燃烧生物质以产生热量。锅炉200燃烧生物质会产生待脱硫气体。第一脱硫装置100与锅炉200相连接。第一脱硫装置100 用于向锅炉200内输送第一脱硫剂。待脱硫气体与第一脱硫剂在锅炉200 中发生化学反应。反应后的气体例如通过管道从锅炉200中输出。第二脱硫装置300连接在反应后的气体的输出管道上。第二脱硫装置300用于向管道内提供第二脱硫剂。反应后的气体与第二脱硫剂在管道中发生进一步地反应。

可选地，第一脱硫剂包括选自石灰石和白云石中的至少一种。

可选地，第二脱硫剂包括选自碳酸氢钠、倍半碳酸钠、碳酸氢钙、碳酸氢镁中的至少一种。

可选地，脱硫系统还包括空气预热器。空气预热器连接在第二脱硫装置之后。经第二脱硫剂脱硫处理后的气体输送至空气预热器进行换热。

在上述实施例中，脱硫剂直接喷入锅炉和管道，无需在管道上新建设备，没有脱硫塔，不需要大量固体循环灰在塔内循环，也不需要喷入浆液，因此脱硫系统非常简单，不增加系统阻力，操作维护更加方便。

在上述实施例中，脱硫系统不需要复杂的脱硫塔及其附属设备，因此一次性投资少，占地面积很小。

图2示出了根据本发明第二实施例的脱硫系统的装置示意图。如图 2所示，根据本发明第二实施例的脱硫系统包括第一脱硫装置100、锅炉 200、省煤器500和第三脱硫装置300。

第一脱硫装置100通过管道连接至锅炉200的上部。优选地，第一脱硫装置100连接在锅炉200上部温度为760℃至820℃的区域。

第一脱硫装置100包括第一脱硫剂仓101和第一风机102。第一脱硫剂仓101用于存放第一脱硫剂，第一脱硫剂例如为石灰石粉(CaCO₃)。第一风机102连接至第一脱硫剂仓101的下部，并通过管道连接至锅炉 200。第一风机102用于提供气流。

锅炉200的下部例如设置有进料口，用于生物质的输入。生物质在锅炉200的下部燃烧，产生待脱硫气体。石灰石粉从第一脱硫剂仓101 的底部进入管道中，并随着第一风机102提供的气流吹送至锅炉200中。在锅炉200中，位于上部的石灰石粉会发生分解，并与从下部吹送上来的待脱硫气体发生化学反应。具体的化学反应包括：

CaCO₃＝CaO+CO₂

2CaO+2SO₂+O₂＝2CaSO₄

CaO+SO₃＝CaSO₄

锅炉200通过管道与省煤器500相连接。在锅炉200中反应后的气体从锅炉200的顶端输出，通过管道进入省煤器500中。省煤器500用于回收气体中的热量。经过热量回收的气体通过管道输出省煤器500。

第二脱硫装置300连接至省煤器500的输出管道上。优选地，第二脱硫装置300通过管道连接在省煤器500中温度为160℃至280℃的区域。

第二脱硫装置300包括第二脱硫剂仓301和第二风机302。第二脱硫剂仓301用于存放第二脱硫剂，第二脱硫剂例如为碳酸氢钠，优选地，第二脱硫剂为碳酸氢钠粉末。第二风机302连接至第二脱硫剂仓301的下部，并通过管道连接至省煤器500的输出管道上。第二风机302用于提供气流。

经过热量回收的气体通过省煤器500的输出管道输出。碳酸氢钠粉末从第二脱硫剂仓301的底部进入管道中，并随着第二风机302提供的气流吹送至省煤器500的输出管道中。碳酸氢钠粉末均匀地喷射在输出管道内。碳酸氢钠粉末在输出管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应。具体的化学反应包括：

4NaHCO₃+2SO₂+O₂＝2Na₂SO₄+4CO₂+2H₂O

2NaHCO₃+SO₃＝Na₂SO₄+2CO₂+H₂O

NaHCO₃+HCI＝NaCI+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF＝NaF+CO₂+H₂O

在上述实施例中，炉内喷钙可以除去75-80％的SO₂，锅炉出口烟气 SO₂含量低于200mg/Nm³,在后续的SDS干法脱硫中仅需要很少量的脱硫剂就很容易达到超低排放标准。

图3示出了根据本发明第三实施例的脱硫系统的结构示意图。如图 3所示，根据本发明第三实施例的脱硫系统包括第一脱硫装置100、锅炉 200、第二脱硫装置300、省煤器500和除尘器400。

锅炉200用于燃烧生物质以产生热量，并产生待脱硫气体。第一脱硫装置100与锅炉200相连接。第一脱硫装置100用于向锅炉200内输入第一脱硫剂。待脱硫气体与第一脱硫剂在锅炉200中发生化学反应。

锅炉200通过管道与省煤器500相连接。在锅炉200中反应后的气体从锅炉200输出，通过管道进入省煤器500中。省煤器500用于回收气体中的热量。省煤器500通过管道与除尘器400相连接。经过热量回收的气体通过管道输送至除尘器400。第二脱硫装置300与省煤器500 和除尘器400之间的管道相连接，用于向管道内输送第二脱硫剂。在锅炉200中反应后的气体经过省煤器500的热量回收后，与第二脱硫剂在管道中发生进一步地化学反应。

图4示出了根据本发明第四实施例的脱硫系统的装置示意图。如图 4所示，根据本发明第四实施例的脱硫系统包括第一脱硫装置100、锅炉 200、第二脱硫装置300、除尘器400、烟囱600、烟气检测装置700和控制装置800。

第一脱硫装置100包括相互连接的第一脱硫剂仓101和第一风机 102。第一脱硫剂仓101中的第一脱硫剂随着第一风机102提供的气流，通过管道输送至锅炉200。优选地，第一脱硫装置100连接在锅炉200 上部温度为760℃至820℃的区域。可选地，第一风机102为罗茨机机。可选地，第一脱硫剂仓101与压缩空气源连接。压缩空气导入第一脱硫剂仓101中，使石灰石粉呈现流化状态，以防止第一脱硫剂仓101底部板结。

第一脱硫剂例如为石灰石粉(CaCO₃)。石灰石粉存储系统中存储的石灰石粉通过石灰石粉输送系统以气力运输的方式输送至第一脱硫剂仓 101中。第一脱硫装置100还包括喷射装置，设置在与锅炉200的连接处，用于将石灰石粉喷射至锅炉200中。第一脱硫装置100还包括仪表控制装置、电气装置。仪表控制装置用于控制石灰石粉的输送和/或喷射。电气装置用于实现石灰石粉的输送和/或喷射。

锅炉200用于燃烧生物质，并产生待脱硫气体。磨细的石灰石粉(目数例如为220目左右)喷射到锅炉200上部温度为760℃至820℃的区域。在锅炉200中，位于上部的石灰石粉发生分解，并与从下部吹送上来的烟气(待脱硫气体)中的SO₂和少量的SO₃反应生成CaSO₄。具体的化学反应包括：

CaCO₃＝CaO+CO₂

2CaO+2SO₂+O₂＝2CaSO₄

CaO+SO₃＝CaSO₄

锅炉200通过管道与除尘器400相连接。在锅炉200中反应后的气体从锅炉200向除尘器400输送。在锅炉200和除尘器400之间的管道上，连接有第二脱硫装置300。

采用炉外SDS干法脱硫对待脱硫气体进行进一步处理。第二脱硫装置300包括第二脱硫剂仓301、第二风机302和第二脱硫剂输送系统303。

第二脱硫剂仓301用于存放第二脱硫剂。第二脱硫剂通过第二脱硫剂输送系统303输送至第二脱硫剂仓301。第二脱硫剂例如为碳酸氢钠。优选地，第二脱硫剂为粒径20-25μm的碳酸氢钠颗粒。第二风机302连接至第二脱硫剂仓301的下部，并通过管道连接至锅炉200和除尘器400 之间的管道上。可选地，第二风机302为罗茨机机。

第二脱硫剂从第二脱硫剂仓301的底部进入管道中，并随着第二风机302提供的气流吹送至锅炉200和除尘器400之间的管道中。第二脱硫剂均匀地喷射在管道内。第二脱硫剂在管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气(待脱硫气体)充分接触，并发生物理、化学反应，烟气中的SO₂等酸性物质被吸收净化。具体的化学反应包括：

4NaHCO₃+2SO₂+O₂＝2Na₂SO₄+4CO₂+2H₂O

2NaHCO₃+SO₃＝Na₂SO₄+2CO₂+H₂O

NaHCO₃+HCI＝NaCI+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF＝NaF+CO₂+H₂O

在上述实施例中，第二脱硫剂(20～25μm)在管道内被热烟气激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气充分接触，发生物理、化学反应，因此过喷量很少，可达到无法监测的排放量；第二脱硫剂激活之后，还具有非常高的反应效率。

脱硫后的气体输送至除尘器400进行除尘处理。除尘器400例如为布袋除尘器，烟气中含有的重金属颗粒等杂质在布袋除尘器中脱除。优选地，除尘器400为高温布袋除尘器，高温布袋除尘器在160-220℃长期运行。

除尘器400与烟囱600相连接。经除尘处理后得到的排放气体通过烟囱600排放。

烟囱600上设置有烟气检测装置700，用于检测排放气体的组分和/ 或含量。

控制装置800与烟气检测装置700相连接，并接收烟气检测装置700 传来的有关排放气体的检测信息。

控制装置800分别与第一脱硫剂仓101和第一风机102相连接。根据排放气体的检测信息(例如排放气体中的SO₂的含量等)，通过调节第一脱硫剂的添加量，调节脱硫处理过程。例如通过增大第一脱硫剂仓101 输出第一脱硫剂的速度和/或增大第一风机102提供的气流量，可以增加第一脱硫剂的添加量，从而实现对脱硫处理过程的调节。

在本发明的一个可选实施例中，控制装置800分别与第二脱硫剂仓 301和第二风机302相连接。根据排放气体的检测信息，通过调节第二脱硫剂的添加量，调节脱硫处理过程。

在本发明的一个可选实施例中，脱硫系统还包括省煤器500。省煤器500连接在锅炉200和除尘器400之间。锅炉200通过管道与省煤器 500相连接。在锅炉200中反应后的气体从锅炉200输出，通过管道输送至省煤器500中。省煤器500用于回收气体中的热量。经过热量回收的气体通过管道输出省煤器500。

第二脱硫装置300连接至省煤器500的输出管道上。第二脱硫剂从第二脱硫剂仓301的底部进入管道中，并随着第二风机302提供的气流吹送至省煤器500的输出管道内。第二脱硫剂均匀地喷射在管道内。第二脱硫剂在管道内被热激活，比表面积迅速增大，与酸性烟气(待脱硫气体)充分接触，并发生物理、化学反应，烟气中的SO₂等酸性物质被吸收净化。具体的化学反应包括：

4NaHCO₃+2SO₂+O₂＝2Na₂SO₄+4CO₂+2H₂O

2NaHCO₃+SO₃＝Na₂SO₄+2CO₂+H₂O

NaHCO₃+HCI＝NaCI+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF＝NaF+CO₂+H₂O

经过上述反应的气体通过管道输送至除尘器400中，进行除尘处理。

优选地，第二脱硫装置300通过管道连接在省煤器500中温度为160℃至280℃的区域。

在上述实施例中，脱硫剂直接喷入炉内和烟道，不给脱硫系统增加阻力，与其他脱硫方法相比，脱硫系统运行成本很低，具有很强的市场竞争力。直接喷射脱硫剂的方法，可根据烟气中二氧化硫的含量随时调节脱硫剂的注入量，完全不受其他因素影响，因此，该技术灵活性很高，可以随时适合最严格的排放指标。

图5示出了根据本发明实施例的脱硫方法的方法流程图。根据本发明实施例的脱硫方法包括：

在步骤S101中，向待脱硫气体添加第一脱硫剂，进行第一脱硫反应，得到第一中间气体；

向待脱硫气体中添加第一脱硫剂。第一脱硫剂与待脱硫气体中的 SO_x等酸性气体反应，反应后得到第一中间气体。

可选地，第一脱硫剂为石灰石。具体的化学反应包括：

4NaHCO₃+2SO₂+O₂＝2Na₂SO₄+4CO₂+2H₂O

2NaHCO₃+SO₃＝Na₂SO₄+2CO₂+H₂O

NaHCO₃+HCI＝NaCI+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF＝NaF+CO₂+H₂O

可选地，第一脱硫剂与待脱硫气体接触反应处的温度为760℃至 820℃。

在步骤S102中，对第一中间气体进行热量回收；

对温度较高的第一中间气体进行热量回收，得到温度较低的第一中间气体。

可选地，使用省煤器或换热器对第一中间气体进行热量回收，得到温度为160℃至220℃的第一中间气体。

在步骤S103中，向热量回收后的第一中间气体添加第二脱硫剂，进行第二脱硫反应，得到第二中间气体。

向热量回收后的第一中间气体添加第二脱硫剂。第二脱硫剂与热量回收后的第一中间气体中的酸性气体反应，反应后得到第二中间气体。

可选地，第二脱硫剂为碳酸氢钠。具体的化学反应包括：

4NaHCO₃+2SO₂+O₂＝2Na₂SO₄+4CO₂+2H₂O

2NaHCO₃+SO₃＝Na₂SO₄+2CO₂+H₂O

NaHCO₃+HCI＝NaCI+CO₂+H₂O

NaHCO₃+HF＝NaF+CO₂+H₂O

在本发明的一个可选实施例中，脱硫方法还包括步骤S104。

在步骤S104中，对第二中间气体进行除尘处理，得到清洁的排放气体。

对第二中间气体进行除尘处理，去除其中的重金属颗粒等，得到清洁的排放气体。

以第二实施例所述的脱硫系统为例，第二脱硫剂例如为碳酸氢钠粉末。图6示出了根据本发明第二实施例的第二脱硫剂热分解前SEM扫描图片；图7示出了根据本发明第二实施例的第二脱硫剂热分解后SEM 扫描图片。第二脱硫反应的反应温度控制在160℃至260℃之间，在此温度区间下，第二脱硫剂能够迅速膨化(热分解)。碳酸氢钠热分解前后的SEM扫描图片分别如图6和图7所示。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。