CN101564640A

CN101564640A - 一种燃煤烟气污染物联合脱除方法及其专用净化反应器

Info

Publication number: CN101564640A
Application number: CNA2009100623707A
Authority: CN
Inventors: 邱建荣; 刘豪; 刘子红; 曾汉才; 赵然; 闫志强; 谭增强
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: CN101564640B

Abstract

本发明公开了一种燃煤烟气污染物联合脱除方法及其专用净化反应器，其步骤为：①将燃煤锅炉尾部除尘后的烟气通过热交换器降温；②将降温后的烟气依次通入第一级、第二级净化反应器；③将步骤2排出的烟气经过换热器升温后排入大气；④在线监测步骤3排出的烟气，当污染物排放浓度高于排放标准时，进入第5步，否则循环执行第1步至第3步；⑤采用水喷洒淋入第一、第二级净化反应器中，反复洗涤附着在活性炭纤维表面的脱除产物；⑥将空气加热通入经过第5步水洗后的第一、第二级净化反应器中，干燥反应器内填充的活性炭纤维，然后转入第1步。本发明具有多种污染物去除率高、工艺流程简单、脱除装置一体化集成以及副产物可回收利用等优点。

Description

一种燃煤烟气污染物联合脱除方法及其专用净化反应器

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种同时脱除燃煤烟气中多种污染物包括硫氧化物、氮氧化物、痕量剧毒元素汞及其化合物、挥发性有机污染物等的方法及其专用净化反应器，特别涉及一种利用活性炭纤维作为吸附材料的净化废气方法。

背景技术

煤燃烧除产生大量的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)外，还释放出汞和有机污染物，已对大气环境和人体健康造成极大危害；尤其是汞的排放，由于毒性大又极易挥发难以控制，已成为我国重要的环境难题。

近年来，我国自主开发和引进了许多污染控制技术如烟气湿法脱硫(Flue Gas Desulfurization)(FGD)、选择性催化还原(Selected CatalyticReduction)(SCR)、选择性非催化还原(Selective Noncatalytic Reduction)(SNCR)、活性炭喷射(Activated Carbon Injection)(ACI)等。然而，这些技术基本是单一污染物控制，具有较大的局限性。随着环保法规的日益严格，除了SOx和NOx外，汞等重金属和有机污染物的控制日益受到重视。因此，寻求新的多污染物控制方法以及开发符合我国国情的污染物联合脱除技术具有重要意义。

炭基材料的多孔性质、丰富的表面化学结构和在排烟温度下的高活性使其成为多种污染物同时脱除的优选吸附材料。采用活性焦或活性炭(Activated Carbon)(AC)在工业上已实现高效脱硫脱硝以及硫的资源化回收利用，但还存在碳损、吸附设备庞大、资源化工艺复杂、烟气处理能力低等缺陷；如我国的四川大坝电厂已从国外引进一套活性炭脱硫脱硝装置并在运行中，但是这套方法利用活性炭颗粒同时脱硫脱硝而不能同时除汞，并且需要频繁再生，还需要消耗大量的氨才能达到较高的脱硝效率，而且活性炭磨损大，影响经济性，成本很高。近年来以AC负载不同过渡金属氧化物(如五氧化二矾V₂O₅)来促进脱硫脱硝，引起了广泛关注，但必须解决脱硝时二氧化硫SO₂的毒化问题以及其他痕量污染物的潜在影响。

作为第三代新型碳材料，与第二代颗粒状活性炭(Granular ActivatedCarbon)(GAC)相比，活性炭纤维(Activated Carbon Fiber)(ACF)具有比表面积大(300-1000倍于GAC)、孔隙结构独特(大量小于2nm微孔)、吸附容量大、吸附速度快、脱附与再生性能好、良好的化学稳定性(耐酸/耐碱/耐热)、易于成形等独特优势；而且可以通过表面修饰以改变官能团的种类与数量及分布、消除某些基团或增加活性中心、改变表面的酸碱性，从而提高对污染物的化学吸附脱除能力；被视为可取代AC的优质吸附剂或催化剂载体，广泛用于环保、化工、电子、医用以及食品卫生等领域。

活性炭纤维用于脱硫的研究从20世纪90年代末开始，日本九州大学Mochida首先提出采用ACF代替活性炭GAC连续脱硫的新方法并获得了90％以上的脱硫率。接下来的脱硝试验在没有SO₂和H₂O存在的条件下获得了90％的脱硝率。接着研究者们又发现表面有较多含氧官能团的活性炭纤维有较好的脱硫性能。Mochida在研究活性炭纤维时也发现表面官能团与活性炭纤维脱硫脱硝性能的关系密切；西班牙国立碳材料研究所曾用热处理(600-800℃)和化学法如硝酸处理活性炭纤维，发现能提高活性炭纤维的脱硫性能。近年来中、美、德、日、韩等国在活性炭纤维的制造、活化改性、表面官能团分析检测等方面取得了巨大的改进和突破，同时在采用活性炭纤维联合吸附脱除多种污染物的效率和机理研究方面投入了大量的人力物力，并取得了一些非常有意义的成果。

美国专利文献United States Patent：6103205(公开日为1998年07月07日)“Simultaneous mercury，SO₂，and NOx control by adsorption on activatedcarbon”公开了一种利用活性炭在大约150℃条件下脱除烟气中SO_X、NO_X、汞Hg等污染物的技术。该发明为了保证脱硫效率和脱硝效率，向吸附反应器内喷入氨气，这容易造成泄露，带来污染和危害，还导致设备系统复杂难以操作维护，增加了成本。更进一步的分析发现，该发明脱除NO_X的路线是将其还原为氮气，而在150℃条件下，即使喷氨，其还原为氮气的效率也不理想；该发明利用不经二级除尘的高温烟气(300～600℃)再生活性炭，容易导致活性炭孔隙被粉尘堵塞，缩短活性炭的使用寿命。

中国专利文献CN1491130A(公开日为2004年4月21日)公开了一种烟道气处理设备及脱硫方法，利用活性炭纤维板制成的催化单元，在催化单元顶端均匀分散喷水，将烟气中的SO₂催化转化为硫酸以达到脱硫的目的。该发明在系统架构、运行成本以及管理维护方面较为合理，具有一定的脱硫效果，但没有考虑同时脱除硫氧化物以外的其它污染物，这不符合日益严格的环境要求和排放标准，也不符合多种污染物联合脱除的环护技术发展新趋势，在各种新技术层出不穷的今天，难以体现出强大的竞争力和生命力。另外，活性炭纤维作为一种高效的吸附材料，对多种污染物具有良好的吸附、催化转化特性，该发明在催化单元顶端喷水，尽管少且均匀，但对于亲水性活性炭纤维，其表面容易形成一层液膜，对于疏水性活性炭纤维，毛细和吸附作用同样也会导致大量水分子进入表面孔隙，形成液腔，从而降低活性炭纤维表面官能团对SO₂分子的吸附、催化转化作用，使得活性炭纤维自身具有的高效吸附催化转化的特性难以得到体现，同时也会影响到活性炭纤维在该发明中作为催化剂载体的性能。

中国专利文献CN1499999A(公开日为2004年5月26日)公开了一种排烟脱硫装置和排烟脱硫系统以及排烟脱硫装置的运行方法。以负载催化剂的活性炭纤维作为催化单元，并向催化单元喷水，从而将污染物脱除。该发明认为一氧化氮NO会抑制SO₂的催化脱除，需使用辅助氧化设备将烟气中的NO转化为二氧化氮NO₂，从而削弱NO这种抑制效应。除使用辅助氧化设备氧化NO外，该发明还需将气态或液态的氧化辅助剂送入脱硫塔，液态辅助剂为含水过氧化氢、硝酸水溶液或高锰酸水溶液等。该发明为了使活性炭纤维疏水，采取高温活化改性处理，但是这一方法操作复杂、活化效率低、成本高。此外，该技术中活性炭纤维的填充固定是采用波板和平板活性炭纤维交替叠放的形式，加上供水及支撑装置，结构较为复杂。平板和波板之间的孔隙难以保持均匀，容易导致气流分布不均，从而影响脱除效率。另外，这种平板波板交替叠放再以粘结固定的方式并不十分牢靠，活性炭纤维在工作过程中吸水后容易变形脱落，从而导致气流分布不均，孔隙过小甚至堵死的地方容易形成活性炭纤维死区。

中国专利文献CN1155852A(公开日为1997年07月30日)公开了一种用于脱硫脱硝的活性炭纤维及其用途和废气处理系统，它是将得自聚丙烯腈或沥青等的原料活性炭纤维、或是颗粒状原料活性炭于非氧化性气氛中进行热处理后用以废气脱硫脱硝，脱硫时炭材料适宜的热处理温度范围为600至1200℃，脱硝时适宜热处理温度介于600至1000℃之间。将热处理后得到的活性炭、活性炭纤维用于脱硫时，废气中硫氧化物的浓度可降至5ppm或更低；将热处理后得到的活性炭、活性炭纤维与常规选择性催化还原脱硝联用，废气中氮氧化物的浓度可降至1ppm或更低。该方法虽然可以深度净化硫氧化物和氮氧化物，但是所用的吸附材料活性炭、活性炭纤维事先必须在氮气气氛下高温处理，这种处理方法成本较高，同时容易造成原材料的损耗。此外，在采用该方法脱硫时，是在石灰石膏法脱硫装置的下游处接入热处理活性炭纤维脱硫单元来实现的；在采用该方法脱硝时，是在选择性催化还原法(SCR)脱硝处理的下游处采用热处理后的活性炭纤维进行吸附氧化来实现的；由此可知，该脱硫脱硝的方法主要是提供一种辅助和深度净化的途径，适用于在已建有常规脱硫装置如FGD以及脱硝装置如SCR后烟气中二氧化硫SO₂和一氧化氮NO的进一步控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有燃煤烟气污染物控制技术的不足之处，提供一种燃煤烟气污染物联合脱除方法，该方法可以有效的实现燃煤烟气中硫氧化物、氮氧化物、剧毒汞及其化合物甚至包括可挥发性有机物等的联合脱除，还能够将污染物脱除过程中产生的副产物加以回收并实现资源化利用；本发明还提供了该方法所使用的一种专用净化反应器，该反应器具有活性炭纤维填充均匀牢固、烟气流动阻力小、污染物吸附脱除效率高等优点。

本发明提供的燃煤烟气污染物联合脱除方法，其步骤包括：

第1步将燃煤锅炉尾部经过除尘装置后的烟气通过热交换器降温至150-30℃；

第2步将降温后的烟气通入填充有活性炭纤维的第一级净化反应器，脱除烟气中的二氧化硫和三氧化硫、汞及其化合物；第一级净化反应器的工作温度范围为30-90℃；烟气中水蒸气的体积含量为6-12％；烟气中氧气的体积含量为5-10％；

第3步将第一级净化反应器后排出的烟气通入填充有活性炭纤维的第二级净化反应器中，脱除烟气中包括一氧化氮、二氧化氮、重金属以及挥发性有机物污染物在内的污染物；第二级净化反应器的工作温度范围为50-90℃，烟气中水蒸气的体积含量为2-8％，烟气中氧气的体积含量为3-10％；

第4步将第二级净化反应器后排出的烟气经过换热器升温至40-150℃排入大气；

第5步对第4步净化后排出的烟气进行在线监测，当净化后烟气污染物排放浓度高于排放标准时，进入第6步，否则转入第1步；

第6步采用水喷洒淋入第一、第二级净化反应器中，反复循环洗涤附着在活性炭纤维表面的脱除产物，得到稀酸废液；

第7步将空气加热到100-120℃通入经过第6步水洗后的第一、第二级净化反应器中，干燥反应器内填充的活性炭纤维，然后转入第1步。

作为本发明的改进，将第6步得到的稀酸废液分别经过滤膜过滤以及活性炭吸附后，得到含有稀硫酸和稀硝酸的混酸产品。

作为本发明的进一步改进，第一级净化反应器的工作温度范围为50-60℃；烟气中水蒸气的体积含量为8-9％；烟气中氧气的体积含量为7-8％；第二级净化反应器的工作温度范围为65-75℃；烟气中水蒸气的体积含量为4-5％；烟气中氧气的体积含量为5-6％。

作为本发明再进一步改进，活性炭纤维的比表面积不低于1000m²/g。其改性方法为：先采用浓度为3-6％的稀硫酸浸泡活性炭纤维20-60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20-40℃的条件下干燥，接着采用浓度为4-10％的氨水浸泡活性炭纤维20-60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20-40℃的条件下干燥获得改性活性炭纤维。

实现上述燃煤烟气污染物联合脱除方法中的专用净化反应器，其特征在于：壳体的顶部设置有废气入口，其底部设置有排气口，壳体自上而下划分为导流段、净化段和集气段，导流段内安装有带孔的整流板，整流板上方安装有导流板；净化段内填充有活性炭纤维填充单元；导流段和净化段之间布置有均匀分布的雾化喷嘴和进水口；

活性炭纤维填充单元的结构为：固定框架的上、下两端各有两根相互平行的梳板，两根梳板上的梳齿和梳口都呈均匀分布，并且间隙大小一致，上、下两根梳板的各梳口内分别插有上、下夹板，上、下夹板之间均固定有片状的活性炭纤维，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为0.5到10毫米。

与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

1)本发明所提供的方法不需要消耗大量的硫氧化物吸收剂和氮氧化物还原剂，不要求现已建设有大型脱硫设备和脱硝设备，同时可以实现多种污染物的有效控制，并能够将污染物脱除过程中产生的副产物加以回收同时得到可资源化利用的稀酸产品；具有显著的技术、经济及社会效益以及广阔的应用前景和市场。

2)本发明所提供的方法不仅适用于大中型燃煤电厂、小型火电厂以及各类工业窑炉燃煤烟气的净化；还可以用于脱除垃圾焚烧炉、燃油炉以及冶金窑炉尾部烟气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机污染物、汞及其它重金属等多种污染物。

3)本发明所提供的方法能够实现多种污染物的低温协同脱除，甚至包括超细颗粒物等；在适宜条件下污染物去除率高，废气处理工艺流程简单，污染物脱除装置一体化集成，结构紧凑、占地面积小，同时作为吸附材料的活性炭纤维可以再生循环利用，有利于降低设备费和运行维护成本。

4)本发明采用高效低成本的活性炭纤维改性处理方法，同时采用分级脱除硫氧化物和氮氧化物的工艺路线，先脱硫再脱硝，在实际脱除过程中消除了二氧化硫对一氧化氮脱除时的不利影响，同时避免了以往脱硝时氨的消耗以及潜在的氨泄露危险，以较低成本获得更高的脱硝效率。

附图说明

图1为二氧化硫的脱除反应路径；

图2为一氧化氮的脱除反应路径；

图3为汞的脱除反应路径；

图4为本发明的工艺流程示意图；

图5为填充活性炭纤维的净化反应器装置示意图；

图6是多段填充活性炭纤维的净化反应器装置示意图；

图7是活性炭纤维填充单元的结构示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明的反应原理，将本发明所涉及的改性活性炭纤维脱除二氧化硫、一氧化氮以及剧毒物质汞的反应途径和机理表述如下：

如图1所示，二氧化硫的脱除反应路径，在二氧化硫脱除过程中所发生的一系列物理化学过程可以概括为吸附-氧化-水合-脱附。烟气中的二氧化硫首先在反应器内被活性炭纤维吸附，在烟气中有二氧化硫SO₂、水蒸汽H₂O和氧气O₂共存条件下，水蒸汽H₂O和氧气O₂也同时被活性炭纤维吸附，被活性炭纤维吸附的O₂形成了活性氧O^*以及强氧化剂过氧化氢H₂O₂，吸附在活性炭纤维上的SO₂被活性氧、过氧化氢氧化为三氧化硫SO₃，SO₃与水蒸汽或活性炭纤维表面吸附水形成硫酸；在另一方面，吸附在活性炭纤维上的SO₂也可与活性炭纤维表面吸附水发生反应形成亚硫酸，随后被活性氧、过氧化氢氧化为硫酸。形成的硫酸液滴在重力作用下从活性炭表面的吸附位脱附从而使得SO₂的吸附脱除过程得以不断进行。

如图2所示，一氧化氮的脱除反应路径，与二氧化硫类似，所发生的一系列物理化学过程可以概括为吸附-氧化-水合-脱附。烟气中的NO被活性炭纤维表面吸附，少部分被活性炭纤维表面含氮官能团还原为氮气，其余被吸附的NO在表面活性氧以及含氧官能团等的氧化作用下，形成二氧化氮NO₂，NO₂再与水蒸气或活性炭纤维表面的吸附水化合形成硝酸HNO₃，形成的HNO₃液滴在重力作用下从活性炭表面的吸附位脱附从而使得NO的吸附脱除过程得以不断进行。

值得注意的是，当烟气中存在SO₂、H₂O时，因NO的极性很弱，导致SO₂、H₂O抢先占据吸附位使得NO的吸附脱除受到抑制。因此，在本发明中提出采用分级脱除的方法，即设置两级净化反应器，前者主要脱硫除汞，后者主要脱硝。

如图3所示的汞的脱除反应路径，活性炭纤维表面可以通过物理吸附来脱除单质汞，被吸附的汞单质与活性氧反应形成氧化汞HgO，同时活性炭纤维表面的内脂基、羰基可以提供活性位发生化学吸附，进而对所吸附的单质汞具有一定的氧化作用。此外，活性炭纤维表面吸附的水会发生水解反应，使表面具有一定的PH值，而且水解反应的电子转移过程也促进了单质汞向二价汞的转变。氧化态的汞因能够溶于水和酸液，因此，可以一起随着液滴因自重从活性炭纤维表面脱附。

烟气中氧气的浓度增加，有利于单质汞的氧化；烟气中的SO₂可以通过反应式(1)来促进单质汞的氧化并生成易溶于水的硫酸汞。因此，在本发明的第一级净化反应器中同时实现高效脱硫除汞是完全可行的。在第一级净化反应器除去SO₂之后，消除了SO₂对NO脱除的影响，随后在第二级净化反应器中可以实现高效脱硝。

2SO₂+2HgO+O₂→2HgSO₄ (1)

对于可挥发性有机污染物，通过活性炭纤维的吸附以及活性炭纤维表面活性氧的氧化作用，将其最终降解为无害的CO₂和H₂O，反应式表述如下：

CxHy+(x+1/4y)O₂→xCO₂+1/2yH₂O (2)

对于烟气中其他痕量重金属污染物，在烟气流经活性炭纤维表面时，原存在烟气中气态和细微固体颗粒态痕量重金属组分冷却富集吸附于活性炭纤维表面，并溶解于表面由SO₂、NO形成的硫酸和硝酸液滴中，从而被捕获下来。

下面结合实施例对本发明作进一步地描述，但不构成对本发明的任何限制。

如图4所示的本发明的工艺流程示意图，本发明提供了一种燃煤烟气污染物联合脱除方法及其专用净化反应器，将除尘后的燃煤烟气经过热交换器降温后依次通过第一级净化反应器以脱除硫氧化物和汞及其化合物、第二级净化反应器以脱除氮氧化物以及其他的污染物如挥发性有机物、痕量重金属等；此外，还能够将污染物脱除过程中产生的副产物-稀酸废液加以回收并实现资源化利用。下面的实施例给出具体的工艺过程。

实施例1：

将燃煤锅炉尾部经过高效除尘后的烟气通过热交换器降温至145℃，通入装载有改性活性炭纤维的第一级净化反应器中，调节水蒸汽发生器的供气量和反应器内雾化水的喷射量，保持反应器内的工作温度为90℃，烟气中水蒸气的体积含量为12％，烟气中氧气的体积含量为10％，脱除烟气中的二氧化硫和三氧化硫、单质汞及其化合物，烟气中挥发性有机污染物被氧化分解为二氧化碳和水，其他重金属物质溶解于SO₂氧化后形成的硫酸液滴中。

将第一级净化反应器后排出的烟气经过管道引入装载有改性活性炭纤维的第二级净化反应器中，调节布置在第一级与第二级净化反应器之间的管道内加热器的加热功率，保持第二级净化反应器的工作温度为90℃，烟气中水蒸气的体积含量为8％，烟气中氧气的体积含量为10％，脱除烟气中的一氧化氮，同时进一步脱除其他污染物。第二级净化反应器后排出的洁净烟气经过换热器升温到110℃，排入大气。

对第二级净化反应器后排出的洁净烟气进行在线监测，当烟气中污染物排放浓度高于国家规定的排放标准时，开启烟道旁路，让烟气流经备用净化系统，以保证烟气中各种污染物的脱除连续进行。同时停运第一级、第二级净化反应器，进行水洗脱附和改性活性炭纤维的再生过程。采用水雾喷洒分别淋入两级净化反应器中，反复循环洗涤附着在活性炭纤维表面的脱除产物，其中，第一级净化反应器内的脱除产物主要是硫酸、少量的硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脱除过程中附带脱除并进入洗液的其他重金属离子；第二级净化反应器内产物主要是硝酸、少量的硫酸，也可能含有包括汞等进入洗液的重金属离子。将空气加热到100℃后通入经过水洗脱附后的第一级、第二级净化反应器中，用来干燥反应器中填充的活性炭纤维，然后继续用于污染物的脱除。

将两级净化反应器内水洗后得到的含硫酸、硝酸、汞及其他重金属离子化合物的稀酸废液储存于储液箱中静置12小时，然后采用滤膜过滤除去回收酸液中含有的颗粒物；接着采用活性炭吸附除去酸液中含有的重金属离子，最后得到有工业应用价值的含稀硫酸和稀硝酸的混酸产品。

将比面积为1800m²/g的沥青基活性炭纤维先采用浓度为3％的稀硫酸浸泡60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20℃的条件下干燥，接着采用浓度为4％的氨水浸泡活性炭纤维60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20℃的条件下干燥获得改性活性炭纤维。

实施例2：

将燃煤锅炉尾部经过高效除尘后的烟气通过热交换器降温至120℃，通入装载有改性活性炭纤维的第一级净化反应器中，调节水蒸汽发生器的供气量和反应器内雾化水的喷射量，保持反应器内的工作温度为55℃，烟气中水蒸气的体积含量为8％，烟气中氧气的体积含量为7％，脱除烟气中的二氧化硫和三氧化硫、单质汞及其化合物，烟气中挥发性有机污染物被氧化分解为二氧化碳和水，其他重金属物质溶解于SO₂氧化后形成的硫酸液滴中。

将第一级净化反应器后排出的烟气经过管道引入装载有改性活性炭纤维的第二级净化反应器中，调节布置在第一级与第二级净化反应器之间的管道内加热器的加热功率，保持第二级净化反应器的工作温度为70℃，烟气中水蒸气的体积含量为5％，烟气中氧气的体积含量为7％，脱除烟气中的一氧化氮，同时进一步脱除其他污染物。第二级净化反应器后排出的洁净烟气经过换热器升温到90℃，排入大气。

对第二级净化反应器后排出的洁净烟气进行在线监测，当烟气中污染物排放浓度高于国家规定的排放标准时，开启烟道旁路，让烟气流经备用净化系统，以保证烟气中各种污染物的脱除连续进行。同时停运第一级、第二级净化反应器，进行水洗脱附和改性活性炭纤维的再生过程。采用水雾喷洒分别淋入两级净化反应器中，反复循环洗涤附着在活性炭纤维表面的脱除产物，其中，第一级净化反应器内的脱除产物主要是硫酸、少量的硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脱除过程中附带脱除并进入洗液的其他重金属离子；第二级净化反应器内产物主要是硝酸、少量的硫酸，也可能含有包括汞等进入洗液的重金属离子。将空气加热到110℃后通入经过水洗脱附后的第一级、第二级净化反应器中，用来干燥反应器中填充的活性炭纤维，然后继续用于污染物的脱除。

将比面积为1400m²/g的粘胶基活性炭纤维先采用浓度为5％的稀硫酸浸泡48小时，然后用去离子水洗涤至中性，在30℃的条件下干燥，接着采用浓度为8％的氨水浸泡活性炭纤维48小时，然后用去离子水洗涤至中性，在30℃的条件下干燥获得改性活性炭纤维。

实施例3：

将燃煤锅炉尾部经过高效除尘后的烟气通过热交换器降温至80℃，通入装载有改性活性炭纤维的第一级净化反应器中，调节水蒸汽发生器的供气量和反应器内雾化水的喷射量，保持反应器内的工作温度为30℃，烟气中水蒸气的体积含量为6％，烟气中氧气的体积含量为5％，脱除烟气中的二氧化硫和三氧化硫、单质汞及其化合物，烟气中挥发性有机污染物被氧化分解为二氧化碳和水，其他重金属物质溶解于SO₂氧化后形成的硫酸液滴中。

将第一级净化反应器后排出的烟气经过管道引入装载有改性活性炭纤维的第二级净化反应器中，调节布置在第一级与第二级净化反应器之间的管道内加热器的加热功率，保持第二级净化反应器的工作温度为50℃，烟气中水蒸气的体积含量为4％，烟气中氧气的体积含量为5％，脱除烟气中的一氧化氮，同时进一步脱除其他污染物。第二级净化反应器后排出的洁净烟气经过换热器升温到70℃，排入大气。

对第二级净化反应器后排出的洁净烟气进行在线监测，当烟气中污染物排放浓度高于国家规定的排放标准时，开启烟道旁路，让烟气流经备用净化系统，以保证烟气中各种污染物的脱除连续进行。同时停运第一级、第二级净化反应器，进行水洗脱附和改性活性炭纤维的再生过程。采用水雾喷洒分别淋入两级净化反应器中，反复循环洗涤附着在活性炭纤维表面的脱除产物，其中，第一级净化反应器内的脱除产物主要是硫酸、少量的硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脱除过程中附带脱除并进入洗液的其他重金属离子；第二级净化反应器内产物主要是硝酸、少量的硫酸，也可能含有包括汞等进入洗液的重金属离子。将空气加热到120℃后通入经过水洗脱附后的第一级、第二级净化反应器中，用来干燥反应器中填充的活性炭纤维，然后继续用于污染物的脱除。

将比面积为1100m²/g的聚丙烯腈活性炭纤维先采用浓度为6％的稀硫酸浸泡20小时，然后用去离子水洗涤至中性，在40℃的条件下干燥，接着采用浓度为10％的氨水浸泡活性炭纤维20小时，然后用去离子水洗涤至中性，在40℃的条件下干燥获得改性活性炭纤维。

我国燃煤电厂污染严重，大部分未加装污染控制装置，特别是低成本高效率污染物联合脱除技术缺乏、市场需求量大。目前，电站锅炉燃煤烟气污染物联合控制技术主要有烟气脱硫FGD与SCR/SNCR脱硝、活性焦脱硫脱硝、臭氧氧化脱硫脱硝脱汞、电子束法脱硫脱硝、铵法脱硫脱硝等，在诸多技术中，最为成熟高效的脱硫脱硝方法仍然是石灰石-石膏法FGD和SCR，其他技术因成本、二次污染等问题尚未有大规模的应用。

对各脱除技术从技术经济特征方面来进行分析发现，在现场安装上述燃煤烟气污染物联合脱除系统，较其他方法而言，具有较好的经济特性、环境特性和技术特性，单位造价只需约300元/千瓦，脱硫成本约1220元/吨，其脱硝、除汞及其他重金属以及挥发性有机污染物等的成本均已包含在脱硫成本中，这是其它方法所无法比拟的。系统中所采用的吸附材料-活性炭纤维的类型没有限制，可以是沥青基活性炭纤维、粘胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维和聚丙烯腈活性炭纤维以及其它类型的活性炭纤维，在污染物脱除过程中可以再生循环利用。当然，该方法也有不足之处，譬如阻力相对较大，需要脱附过程，需定期(一般可使用一年)更换活性炭纤维等。尽管如此，本发明可以实现多种污染物的低温协同脱除，在适宜条件下污染物去除率高、工艺流程简单、脱除装置一体化集成，能够将污染物脱除过程中产生的副产物加以回收并得到可资源化利用的稀酸产品。综合考虑各种因素，基于上述方法的多污染物脱除成本仍然较其它方法要低。确实是环境友好，经济性较好的新技术。

以上所述为本发明的几个实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种燃煤烟气污染物联合脱除方法，其步骤包括：

第2步将降温后的烟气通入第一级净化反应器，脱除烟气中的二氧化硫和三氧化硫、汞及其化合物；第一级净化反应器的工作温度范围为30-90℃；烟气中水蒸气的体积含量为6-12％；烟气中氧气的体积含量为5-10％；

第3步将第一级净化反应器后排出的烟气通入第二级净化反应器中，脱除烟气中包括一氧化氮、二氧化氮、重金属以及挥发性有机物污染物在内的污染物；第二级净化反应器的工作温度范围为50-90℃，烟气中水蒸气的体积含量为2-8％，烟气中氧气的体积含量为3-10％；

2、根据权利要求1所述的燃煤烟气污染物联合脱除方法，其特征在于：将第6步得到的稀酸废液分别经过滤膜过滤以及活性炭吸附后，得到含有稀硫酸和稀硝酸的混酸产品。

3、根据权利要求1所述的燃煤烟气污染物联合脱除方法，其特征在于：第一级净化反应器的工作温度范围为50-60℃；烟气中水蒸气的体积含量为8-9％；烟气中氧气的体积含量为7-8％；第二级净化反应器的工作温度范围为65-75℃；烟气中水蒸气的体积含量为4-5％；烟气中氧气的体积含量为5-6％。

4、根据权利要求1所述的燃煤烟气污染物联合脱除方法，其特征在于：活性炭纤维的比表面积不低于1000m²/g。其改性方法为：先采用浓度为3-6％的稀硫酸浸泡活性炭纤维20-60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20-40℃的条件下干燥，接着采用浓度为4-10％的氨水浸泡活性炭纤维20-60小时，然后用去离子水洗涤至中性，在20-40℃的条件下干燥获得改性活性炭纤维。

5、一种实现权利要求1所述燃煤烟气污染物联合脱除方法中的专用净化反应器，其特征在于：壳体(10)的顶部设置有废气入口(11)，其底部设置有排气口(17)，壳体(10)自上而下划分为导流段(12)、净化段(15)和集气段(16)，导流段(12)内安装有带孔的整流板(14)，整流板(14)上方安装有导流板(13)；净化段(15)内填充有活性炭纤维填充单元(9)；导流段(13)和净化段(15)之间布置有均匀分布的雾化喷嘴(18)和进水口(19)；

活性炭纤维填充单元(9)的结构为：固定框架(7)的上、下两端各有两根相互平行的梳板(3)，两根梳板(3)上的梳齿(4)和梳口(5)都呈均匀分布，并且间隙大小一致，上、下两根梳板(3)的各梳口(5)内分别插有上、下夹板(2)，上、下夹板(2)之间均固定有片状的活性炭纤维(1)，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为0.5到10毫米。

6、根据权利要求5所述的专用净化反应器，其特征在于：该装置包括有至少两个净化段，相邻净化段之间安装有栅格(21)。