一種低成本燃煤煙氣多種污染物超低排放系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃煤煙氣污染物控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種低成本燃煤煙氣多種污染物超低排放系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國廣大區(qū)域相繼陷入嚴重并持續(xù)的霧霾和污染天氣，受到新聞媒體和公眾輿論的廣泛關(guān)注。形成霧霾的PM2.5顆粒除污染源直接排放的細微顆粒(一次顆粒)外，還包含污染源排放的S02、NOx等經(jīng)光化學(xué)作用生成的細微顆粒(二次顆粒)。
[0003]燃煤是造成大氣污染的主因之一。2013年我國煤炭消耗總量為36.1億噸，其中火力發(fā)電占50%左右。2012年我國火力發(fā)電消耗煤炭17.9億噸，共排放SO2 883萬噸，NOx948萬噸，顆粒物151萬噸。煤在燃燒過程中產(chǎn)生的大量的煙塵、SO2, Ν0#Ρ汞等多種污染物，大量SCR脫硝裝置運行后，部分SO2轉(zhuǎn)化為SO 3，不但對環(huán)境造成污染，也給電廠的安全運行帶來了很大隱患。
[0004]因此，我國頒布了嚴格的火電廠大氣污染物排放標準(GB 13223-2011)，規(guī)定汞及其化合物0.03mg/Nm3,煙塵30mg/Nm3，二氧化硫200 (現(xiàn)有機組)/100 (新建機組)mg/Nm3,氮氧化物100mg/Nm3的排放標準。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《煤電節(jié)能減排生機與改造行動計劃(2014-2020年)》。行動目標是東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(PM〈10 mg/Nm3、S02<35 mg/Nm3、N0X<50 mg/Nm3),中部地區(qū)新建機組原則上接近或到達燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區(qū)新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值。
[0005]目前，針對燃煤電站煙氣污染物控制主要針對不同污染物采用單一污染物控制技術(shù)，如針對硫氧化物控制主要有石灰石/石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)技術(shù)、海水脫硫和半干法脫硫技術(shù)等，WFGD技術(shù)已成為我國火電行業(yè)脫硫的主流技術(shù)，目前也開發(fā)了新型高效吸收塔，以進一步提高脫硫效率(相關(guān)的專利如US6550751B1，ZL200810003528，ZL200610200285)。但該技術(shù)的水耗量較大，對水資源匱乏地區(qū)則不適用。海水脫硫技術(shù)也可獲得較高的脫硫效率，但是只適用于沿海地區(qū)的電廠，內(nèi)陸電廠則不具備裝備條件。半干法煙氣脫硫技術(shù)相對于濕法脫硫系統(tǒng)來說，成本低、設(shè)備簡單，占地面積小、無污水處理系統(tǒng)等優(yōu)點，也取得了大量的應(yīng)用，但也存在脫硫效率難以滿足最嚴格的污染物排放標準。
[0006]針對氮氧化物控制主要有低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原(SCR)技術(shù)和選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)可從源頭控制氮氧化物生成，可實現(xiàn)氮氧化物排放小于300mg/Nm3。SNCR技術(shù)采用爐內(nèi)噴氨、尿素等作為還原劑還原NOx，可以將NOx排放量降至大約200mg/Nm3，尿素利用率不高會造成氨逃逸。SCR技術(shù)是目前最主流的爐后煙氣脫硝技術(shù)，該技術(shù)脫硝效率可達80%以上。
[0007]針對顆粒物控制主要有靜電除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)及電袋復(fù)合除塵技術(shù)。袋式除塵技術(shù)及電袋復(fù)合除塵技術(shù)可實現(xiàn)對顆粒物排放小于20mg/Nm3，濕式靜電除塵系統(tǒng)可進一步降低粉塵排放濃度，達到5mg/Nm3。
[0008]國內(nèi)外對脫硫脫硝除塵技術(shù)集成專利也有述及，采用的技術(shù)路線主要為低氮燃燒+選擇性催化還原+靜電除塵器+濕法脫硫+濕式靜電除塵器，該技術(shù)路線可達到超低排放的效果，但投資、成本較高，針對目前采用半干法煙氣脫硫系統(tǒng)存在改造難題，且該路線的水耗量較大，改造成本高，對于水資源匱乏的區(qū)域不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種低成本的燃煤煙氣多種污染物超低排放系統(tǒng)及方法，本發(fā)明包含氮氧化物梯級控制系統(tǒng)、半干法煙氣凈化系統(tǒng)和濕式靜電深度凈化系統(tǒng)，通過氮氧化物、硫氧化物、粉塵、酸性氣體及汞的梯級協(xié)同控制，實現(xiàn)燃煤煙氣污染物的超低排放及廢水的近零排放，在國內(nèi)外尚屬首創(chuàng)。
[0010]一種低成本燃煤煙氣多種污染物超低排放系統(tǒng)，所述排放系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的氮氧化物梯級控制系統(tǒng)、半干法煙氣凈化系統(tǒng)和濕式靜電深度凈化系統(tǒng)，
所述氮氧化物梯級控制系統(tǒng)包括順次相連的低氮燃燒器、選擇性非催化還原脫硝裝置和選擇性催化還原脫硝裝置，所述低氮燃燒器設(shè)置在鍋爐內(nèi)，選擇性非催化還原脫硝裝置設(shè)置在鍋爐頂部；
所述半干法煙氣凈化系統(tǒng)包括吸收塔、布袋除塵器、返料裝置和石灰消化裝置，所述布袋除塵器通過返料裝置與吸收塔相連通，石灰消化裝置與吸收塔相連通；所述吸收塔內(nèi)設(shè)有若干個增濕噴嘴；所述選擇性催化還原脫硝裝置與吸收塔之間設(shè)有空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器同時還將選擇性催化還原脫硝裝置與鍋爐相連通；
所述濕式靜電煙氣深度凈化系統(tǒng)包括噴淋降溫增濕裝置、濕式靜電除塵器和廢水循環(huán)利用裝置；所述噴淋降溫增濕裝置設(shè)置在濕式靜電除塵器之前，布袋除塵器之后；所述濕式靜電除塵器內(nèi)設(shè)有煙氣增濕裝置，所述廢水循環(huán)利用裝置包括相互連通的廢水箱和循環(huán)水箱，所述濕式靜電除塵器與廢水箱相連通，廢水箱通過廢水泵與增濕噴嘴相連通，循環(huán)水箱通過循環(huán)水泵與濕式靜電除塵器相連通，所述循環(huán)水箱還分別與石灰消化裝置、噴淋降溫增濕裝置相連通。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述排放系統(tǒng)還包括換熱器，所述換熱器包括降溫段和升溫段，所述降溫段設(shè)置在布袋除塵器與噴淋降溫增濕裝置之間，升溫段設(shè)置在濕式靜電除塵器與煙囪之間。實現(xiàn)煙囪煙氣溫度提升，減少白煙，降低煙氣增濕過程中煙氣溫度，減少增濕水量。
[0012]作為優(yōu)選，所述吸收塔上設(shè)有若干個脫硫劑注入口。
[0013]作為優(yōu)選，所述煙氣增濕裝置設(shè)置在濕式靜電除塵器的入口處。在濕式靜電除塵器入口段進行噴淋，對高溫?zé)煔膺M行降溫增濕，使煙氣達到飽和甚至過飽和狀態(tài)，使可凝結(jié)顆粒物發(fā)生凝結(jié)長大，進一步被脫除，同時可實現(xiàn)SO2的協(xié)同脫除。
[0014]一種低成本燃煤煙氣多種污染物超低排放方法，包括下述步驟:
(1)空氣及煤粉進入低氮燃燒器進行氮氧化物濃度的初步控制，然后進入選擇性非催化還原脫硝裝置進行氮氧化物濃度依次降低，最后由選擇性催化還原脫硝裝置將煙氣中氮氧化物濃度控制在一定范圍以內(nèi)；
(2)經(jīng)選擇性催化還原脫硝裝置后的煙氣進入空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器一方面將預(yù)熱后的空氣送入鍋爐，一方面將煙氣溫度降低后進入吸收塔進行脫硫，吸收塔內(nèi)的濕式脫硫劑在煙氣的加熱下蒸發(fā)并吸收煙氣中的酸性氣體，形成干粉狀產(chǎn)物；脫硫后的煙氣進入布袋除塵器，煙氣中粉塵及半干法脫硫產(chǎn)生的產(chǎn)物被有效脫除，部分酸性氣體被布袋除塵器進一步吸收脫除；
(3)步驟(2)后的煙氣經(jīng)噴淋降溫增濕裝置處理后進入濕式靜電除塵器中，經(jīng)濕式靜電除塵器處理后由煙囪排放。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(I)中，低氮燃燒器處理后爐膛出口煙氣中氮氧化物濃度低于200mg/m3;選擇性非催化還原脫硝裝置在爐膛溫度為850?1100°C的區(qū)域噴入還原劑，與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成N2和水，多余的氨參與選擇性催化還原脫硝裝置的脫硝反應(yīng)；選擇性催化還原脫硝裝置用于協(xié)同控制煙氣中氮氧化物和氧化零價汞，使煙氣中的氮氧化物濃度降低到50mg/m3以下。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(2)中，空氣預(yù)熱器利用