循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统和方法，将热解炉中产生的热解气通入锅炉的稀相区，将锅炉中烟气中的氮氧化物还原成氮气，脱除烟气中的大部分氮氧化物；将煅烧炉中产生的氧化钙输送至锅炉中，用于吸收烟气中的大部分二氧化硫；锅炉中经初步脱硫脱硝的烟气排至脱硫脱硝反应器中，脱硫脱硝反应器中的氧化钙吸收剩余的二氧化硫，烟气中剩余的氮氧化物在氧化钙的催化、焦炭的还原作用下还原成氮气，实现烟气的深度脱硫脱硝；深度脱硫脱硝后的烟气在氧化钙的吸附作用下除去二氧化碳；实现了烟气中二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳的协同脱除。

CO removal system and method of flue gas CO2, SO2 and NOx in CFB boiler

The invention discloses a system and a method for simultaneous removal of flue gas circulating fluidized bed boiler of CO2, SO2 and NOx, the pyrolysis gas produced in pyrolysis furnaces pass into the boiler dilute phase zone, the reduction of nitrogen oxides in flue gas in the boiler into nitrogen, most of nitrogen oxides in flue gas will be produced in the calciner; the calcium oxide is transported to the boiler, to absorb most of the sulfur dioxide in the flue gas boiler; preliminary desulfurization denitration row to desulfurization denitration reactor, desulfurization and denitration reactor of calcium oxide in absorbing the residual sulfur dioxide, reduction of NOx in the flue gas residual catalyst, calcium oxide in coke under reduction of nitrogen, deep desulfurization denitration realization of flue gas; desulfurization and flue gas denitration after removal of carbon dioxide in the adsorption of calcium oxide; the sulfur dioxide, nitrogen and oxygen in flue gas The synergistic removal of chemicals and carbon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统和方法
本专利技术涉及循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx协同脱除的系统和方法，属于环境污染物防治与清洁燃烧

技术介绍
目前，对火力发电站进行CO2捕集和封存，被认为是短期内减少碳排放的主要途径。尽管目前已提出了较多针对火力发电站的CO2控制技术，但在工业应用时必须综合考虑技术经济性。近年来，钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化反应捕集锅炉烟气CO2技术受到各国学者的广泛关注，被认为是最具有可行性的火电站大规模捕集CO2技术之一。该技术利用分布广泛、价格低廉的钙基吸收剂如石灰石作为CO2吸收剂。钙基吸收剂首先进入流化床煅烧炉，经过高温煅烧后变成CO2和氧化钙(如(1)式所示)。煅烧炉内采用燃料在O2/CO2气氛下燃烧产生的热量使钙基吸收剂分解，煅烧炉出口CO2浓度可达95％以上，经过冷凝、除水和液化后可以进行储存。煅烧产生的氧化钙进入到流化床碳酸化炉，该炉采用锅炉烟气作为流化介质，氧化钙与烟气中的CO2发生碳酸化反应生成碳酸钙(如(2)式所示)，从而实现CO2的捕集，生成的碳酸钙进入流化床煅烧炉进行煅烧，钙基吸收剂的煅烧反应和碳酸化反应如此循环进行，排出失活吸收剂同时补充钙基吸收剂，这就形成了钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化捕集CO2技术。该技术仍然存在几个不利因素：(1)一方面，锅炉烟气中存在较高浓度SO2时，进入碳酸化炉会与氧化钙发生硫酸化反应，生成CaSO4，如(3)式所示，该反应为不可逆反应，从而造成氧化钙损失。另外，更为严重的是，生成的致密产物层CaSO4包围着氧化钙，在碳酸化反应器内烟气中的CO2难以通过该产物层与氧化钙进行碳酸化反应，这样就大大降低了钙基吸收剂的CO2捕集性能，为了保证火力发电站较高的CO2脱除效率，不得不加大钙基吸收剂的投入量，这样煅烧反应器所需燃料量和O2量也相应增加，因此火力发电站捕集CO2的经济代价和能量消耗都相应增大。另一方面，锅炉烟气可以在进入碳酸化炉前先进行脱硫，一般采用石灰石-石膏湿法脱硫，但会造成烟气温度过低，导致碳酸化炉达不到最佳吸收CO2温度。(2)由于钙基吸收剂对于NOx的脱除没有影响，因此钙循环技术不能实现NOx脱除，需要额外设置成熟烟气脱硝技术。锅炉烟气的NOx脱除技术种类繁多，成熟的技术主要包括选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。SNCR利用NH3等还原剂进行还原脱硝，所需温度较高，但效率较低(50％左右)。SCR利用NH3等作为还原剂在催化剂(例如钒钛催化剂等)作用下还原脱硝，温度较低，脱硝效率较高(可达90％以上)，但存在催化剂成本较高，SO2的存在导致催化剂易中毒、失活，易发生空预器堵塞等问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统和方法。在钙循环捕集CO2过程中，利用氧化钙对焦炭还原NOx的催化作用，在一个反应器内实现SO2和NOx的同时高效脱除，这样就解决了钙循环技术中不能脱除NOx的问题，同时该方法能有效缓解SO2对氧化钙捕集CO2造成的活性降低问题，大大降低了石灰石添加量，节约了成本。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统，包括锅炉、热解炉、脱硫脱硝反应器、碳酸化炉和煅烧炉；其中，热解炉包括气体出口和固体出口，气体出口与锅炉的热解气进口连接，热解气进口位于锅炉的稀相区，将热解气通入该区，用于还原烟气中的氮氧化物；固体出口与锅炉的底部连通，用于将部分热解产物焦炭输送至锅炉中提供燃料；脱硫脱硝反应器包括烟气进口、第一固体进口和气体出口，烟气进口与锅炉的烟气出口连通，固体进口也与热解炉的固体进口连通，用于将剩余焦炭输送至脱硫脱硝反应器中；气体出口与碳酸化炉连通；碳酸化炉中盛装有氧化钙，用于脱除烟气中的二氧化碳，碳酸化炉与煅烧炉连接，将生成的碳酸钙输送至煅烧炉中煅烧；煅烧炉的第二固体出口分别与锅炉和脱硫脱硝反应器连通，分别向锅炉和脱硫脱硝反应器提供氧化钙。下面对各个装置的作用进行说明：热解炉是对含碳燃料进行高温热解，产生热解气和焦炭的装置，产生的焦炭可作为燃料使用，也可以作为还原剂使用。热解气具有还原性，可作为还原剂使用。煅烧炉是用于对碳酸化炉中产生的碳酸钙进行高温煅烧，产生氧化钙和较为纯净的二氧化碳。锅炉是利用燃料或其他能源把水加热成为热水或蒸汽的机械设备，在本专利技术中是烟气的来源，锅炉中产生的烟气中含有大量的二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳，正是本专利技术需要去除的物质。热解炉向锅炉中提供的焦炭作为燃料使用，向锅炉的稀相区通入热解气，用于还原烟气中的氮氧化物。煅烧炉中产生的氧化钙一部分通入锅炉中，与锅炉内的烟气中的二氧化硫反应，脱除大部分二氧化硫(原理见化学方程式(3))。所以实现了烟气中大部分氮氧化物和二氧化硫的脱除。脱硫脱硝反应器是用于对锅炉中排出的烟气进一步的脱硫脱硝，热解炉中产生的部分焦炭和煅烧炉中产生的氧化钙均通入脱硫脱硝反应器中，氧化钙可以吸收烟气中的剩余二氧化硫；烟气中的二氧化碳与焦炭反应生成一氧化碳(见反应(4))，氧化钙对一氧化碳和焦炭还原氮氧化物起到催化作用(见反应(5)和(6))，将氮氧化物催化还原成氮气，催化剂成本较低，而且不易中毒、失活。在脱硫脱硝反应器中同时实现了二氧化硫和氮氧化物的去除。2CaO+2SO2+O2→2CaSO4(3)2C+O2→2CO(4)煅烧炉中产生的部分氧化钙通入碳酸化炉中，便于对烟气中的二氧化碳进行吸附脱除。由于进入碳酸化炉中的烟气已经进行脱硫脱硝，此时烟气的温度较高，保证了二氧化碳的脱除效率，而且烟气中没有与氧化钙反应的二氧化硫，提高了二氧化碳的脱除效率，且降低了氧化钙的使用量，进而降低了煅烧炉所需的燃料量和氧气量，降低了烟气二氧化碳捕集的经济成本和能源消耗。优选的，所述锅炉还包括第一风进口和第二风进口，第一风进口的位置高于所述热解气进口，第二风进口低于所述热解气进口。分别在热解气进口的上下两个位置向锅炉中通入二次风，便于将与锅炉中的氮氧化物反应剩余的热解气反应完全，避免对环境造成二次污染。优选的，所述锅炉为循环流化床锅炉。优选的，所述脱硫脱硝反应器的稀相区设置有空气进口，空气进口与空气源连接。通过空气进口向脱硫脱硝反应器的稀相区内通入空气，便于将脱硫脱硝反应器中生成的一氧化碳氧化成二氧化碳，二氧化碳在后续的碳酸化器中被吸附除去，避免了一氧化碳对环境造成污染，见反应(7)。2CO+O2→2CO2(7)优选的，所述脱硫脱硝反应器的底部设置有排渣口。用于将失活的氧化钙排出。优选的，所述煅烧炉上还设置有氧气进口、石灰石补充口和生物质补充口。氧气和生物质反应，提供煅烧石灰石的热量。石灰石补充口是用于补充石灰石，以保证氧化钙的充分供给。一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除方法，包括如下步骤：将热解炉中产生的热解气通入锅炉的稀相区，将锅炉中烟气中的氮氧化物还原成氮气，脱除烟气中的大部分氮氧化物；将煅烧炉中产生的氧化钙输送至锅炉中，用于吸收烟气中的大部分二氧化硫；锅炉中经初步脱硫脱硝的烟气排至脱硫脱硝反应器中，脱硫脱硝反应器中的氧化钙吸收剩余的二氧化硫，烟气中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统，其特征在于：包括锅炉、热解炉、脱硫脱硝反应器、碳酸化炉和煅烧炉；其中，热解炉包括气体出口和固体出口，气体出口与锅炉的热解气进口连接，热解气进口位于锅炉的稀相区，将热解气通入该区，用于还原烟气中的氮氧化物；固体出口与锅炉的底部连通，用于将部分热解产物焦炭输送至锅炉中提供燃料；脱硫脱硝反应器包括烟气进口、第一固体进口和气体出口，烟气进口与锅炉的烟气出口连通，固体进口也与热解炉的固体进口连通，用于将剩余焦炭输送至脱硫脱硝反应器中；气体出口与碳酸化炉连通；碳酸化炉中盛装有氧化钙，用于脱除烟气中的二氧化碳，碳酸化炉与煅烧炉连接，将生成的碳酸钙输送至煅烧炉中煅烧；煅烧炉的第二固体出口分别与锅炉和脱硫脱硝反应器连通，分别向锅炉和脱硫脱硝反应器提供氧化钙。

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床锅炉烟气CO2、SO2和NOx的协同脱除系统，其特征在于：包括锅炉、热解炉、脱硫脱硝反应器、碳酸化炉和煅烧炉；其中，热解炉包括气体出口和固体出口，气体出口与锅炉的热解气进口连接，热解气进口位于锅炉的稀相区，将热解气通入该区，用于还原烟气中的氮氧化物；固体出口与锅炉的底部连通，用于将部分热解产物焦炭输送至锅炉中提供燃料；脱硫脱硝反应器包括烟气进口、第一固体进口和气体出口，烟气进口与锅炉的烟气出口连通，固体进口也与热解炉的固体进口连通，用于将剩余焦炭输送至脱硫脱硝反应器中；气体出口与碳酸化炉连通；碳酸化炉中盛装有氧化钙，用于脱除烟气中的二氧化碳，碳酸化炉与煅烧炉连接，将生成的碳酸钙输送至煅烧炉中煅烧；煅烧炉的第二固体出口分别与锅炉和脱硫脱硝反应器连通，分别向锅炉和脱硫脱硝反应器提供氧化钙。2.根据权利要求1所述的协同脱除系统，其特征在于：所述锅炉还包括第一风进口和第二风进口，第一风进口的位置高于所述热解气进口，第二风进口低于所述热解气进口。3.根据权利要求1所述的协同脱除系统，其特征在于：所述脱硫脱硝反应器的稀相区设置有空气进口，空气进口与空气源连接。4.根据权利要求1所述的协同脱除系统，其特征在于：所述脱硫脱硝反应器的底部设置有排渣口。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英杰，张婉，史杰文，赵建立，陈娟，韩奎华，牛胜利，路春美，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37