CN101844024B

CN101844024B - 烟气脱汞装置

Info

Publication number: CN101844024B
Application number: CN2010101923453A
Authority: CN
Inventors: 刘清才; 高威; 杨剑; 董凌燕; 鹿存房; 徐敏人; 文娟; 郑慧敏; 刘成伟
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: CN101844024A

Abstract

本发明公开了一种烟气脱汞装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部设置有进气口，上部设置有出气口，其特点在于，所述反应器壳体内腔进气口与出气口之间设置有三层多孔状支撑板，各支撑板上均设置有吸附填料层。相比于现有技术，本发明具备脱汞效率高、实施成本便宜的优点；另外，由于设置了三层支撑板，故检修时不需搭建临时检修平台，运行维护人员可站在烟气整流板上对内部件进行维护和更换，故还具备检修维护方便的优点。

Description

烟气脱汞装置

技术领域

本发明涉及烟气脱汞技术领域，尤其是一种烟气脱汞反应装置。

背景技术

国内烟气脱汞技术研究主要集中在高效吸附剂的开发以及如何有效利用现有污染控制设备以提高汞的脱除效率，走复合式污染控制之路。

烟气脱硫装置和选择性催化还原设备能够很好地捕集汞。利用湿法脱硫装置可以将烟气中80％-95％的氧化态汞除去，但对于不溶于水的气态汞捕捉效果不显著，需要使用氧化剂先对单质汞进行氧化，具有二次污染及生产成本较高等问题。选择性催化还原(SCR)装置在还原NOx的同时，能够将Hg⁰氧化成Hg²⁺，Hg²⁺相对更易被湿式喷淋装置脱除。Hg⁰被SCR装置催化氧化的效率可达80％～90％，氧化效率的高低受催化反应器的空塔速度、反应的温度、氨的浓度、催化剂的寿命、气流中氯的浓度等因素影响。但该技术应用的主要障碍是运行成本相当高，据T.D.Brown等介绍，若要达到90％的处理效率，每处理一磅汞需要25000～70000美元。

目前，最接近生产应用的脱汞技术是向烟气中直接喷入活性炭颗粒脱除单质汞，或者利用活性炭吸附床脱除单质汞。向烟气中喷入粉末状活性炭(PAC)，粉末活性炭吸附汞后由其下游的除尘器(如静电除尘器、布袋除尘器)除去，但是活性炭与飞灰混合在一起，不能够再生。由于存在低容量、混合性差、低热力学稳定性的问题，而且活性炭的利用率低、耗量大，使直接采用活性炭吸附法成本过高。美国能源部估计，要达到脱汞率为90％，脱除0.45kg汞的成本为(2.5-7.0)×10⁴美元，燃煤电厂很难承受。

故如何设计一种脱汞效率高，且成本便宜的脱汞技术，即成为本技术领域有待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种烟气脱汞反应器，使用该烟气脱汞反应器脱汞，具备脱汞效率高，实施成本便宜等特点。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种烟气脱汞装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部设置有进气口，上部设置有出气口，其特点在于，所述反应器壳体内腔进气口与出气口之间设置有三层多孔状支撑板，各支撑板上均设置有吸附填料层。

本技术方案中，烟气从反应器壳体下方进气口进入，在通过第一层吸附填料层后，气体流场得以初步调整，流场分布相对均匀，再经第二层吸附填料层吸附，使得烟气与吸附填料接触更加均匀，通过设置第三层吸附填料层进一步延长烟气与吸附填料层接触时间，从而获得更高的脱汞效率。同时，因为本技术方案中将吸附填料分为了三层，故烟气中的飞灰，在经过第一层时就被吸附填料吸收，上方两层吸附填料均可以回收再生后重新利用，避免了现有技术中，活性炭与飞灰混合在一起，不能够再生的缺陷；大幅度地降低了实施成本。

作为上述技术方案的进一步优化，所述出气口处设置有抽风机。抽风机可使得反应器壳体内形成负压，增强反应器壳体内烟气流动性。

作为上述技术方案的进一步优化，所述吸附填料层内的吸附填料为活性炭颗粒组成，具备吸附性好的特点。当然，具体实施时，也可以采用本领域技术人员公知的其他吸附剂颗粒。

另外，申请人还优化设计了一种新型的吸附填料颗粒，该吸附填料颗粒采用72％的粉煤灰、7％的氧化钙、3％的溴化钠、12％的湖南粘土、3％的聚乙烯、3％的稻壳混合，混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30-50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结成型。其中所述百分比为重量百分比，所述粉煤灰是指从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其自身颗粒具备多孔型性。所述湖南粘土是指产至湖南的一种粘土产品，具备粘结性好的特点；当然，具体实施时也可替换为其他粘结性好的粘土。为了充分利用资源，实现工业废物的重复利用，该新型填料以电厂粉煤灰为原料，添加其它活性成分，在混匀成型后经过高温焙烧，生成疏松多孔，吸附能力很强的粉煤灰基吸附剂。由于电厂粉煤灰经过精选后，粘结性较差，在挤压成型过程中成型效果不好，所以我们考虑加入粘土(可购买的商业用粘土)改善其粘结性。加入氧化钙后，再加适量水成型中会发生水化反应激活粉煤灰的活性。在粉煤灰中加入3％的聚乙烯与3％的稻壳，在烧结过程中经高温炭化后，在吸附剂表面与内部形成大量对吸附能力起重要作用的中孔与微孔，经过对得到的吸附剂进行检测：碘吸附质≥800mg/g；强度≥95％；BET Surface Area(BET比表面积)296m²/g。粉煤灰中加入的溴化钠等添加物质，在高温烧结中能产生一系列的活性点位，特别是卤族元素溴与烟气中的单质汞结合能力很强，能把单质汞氧化从而吸附于吸附剂表面以及内部的孔隙中，达到提高吸附剂对汞的吸附净化能力的目的。

作为上述新型吸附填料颗粒的进一步优化，所述颗粒体粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为(指从升温到1100℃后)4h。在高温条件下，随保温时间延长，炉膛内部温度均匀性更好，从而进一步促进粉煤灰内部材料以及添加物质结晶析出，使其内部分布更加均匀，制得的吸附剂颗粒孔隙结构更发达。当烧结保温时间达到4小时后，可使其得到的吸附剂孔隙结构达到一定程度，提高吸附性能。如果不考虑烧结成本，还可尽量延长烧结时间。

采用申请人设计的这种新型吸附剂填料颗粒，因为其主要原料为粉煤灰，其余配料也仅仅是简单的常规原料，制备方法也为造粒和烧结等常规方法。故制造成本相比于常规吸附剂极为低廉。故可以大大降低脱汞成本。同时，该吸附剂填料主体原料为粉煤灰，粉煤灰原本为电厂产生的废弃污染物，故本发明还具有变废为宝，有利于环保的优点。另外，经过试验验证，该填料的吸附效果，与常规吸附剂中吸附性能较好的活性炭吸附填料也基本接近，具备脱汞吸附效果较好的优点。同时，值得指出的是，由于本新型吸附剂填料颗粒，不仅仅适用于本发明的烟气脱汞装置中，还可以在现有的普通结构的烟气脱汞装置中应用，故申请人还单独就本新型吸附剂填料申请了专利对其单独保护。

另外，作为本发明技术方案的另一优化，所述每层吸附填料层高度为500mm，吸附填料的颗粒直径为40mm。经大量实验数据证明，各参数取该值的组合时，不但能够保证吸附效果较高，同时还可以最大限度控制空气流动阻力损失，提高烟气的通行速度。空气流动阻力降低后，故无需额外设置多余风机为烟气后续处理提供动力。故保证了吸附效果的同时，降低了实施成本。

综上所述，相比于现有技术，本发明具备脱汞效率高、实施成本便宜等优点；另外，由于设置了三层支撑板，故检修时不需搭建临时检修平台，运行维护人员可站在烟气整流板上对内部件进行维护和更换，故还具备检修维护方便的优点。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例和附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式一：如图1所示，一种烟气脱汞装置，包括反应器壳体1，反应器壳体1下部设置有进气口2，上部设置有出气口3，其中，所述反应器壳体1内腔进气口2与出气口3之间设置有三层多孔状支撑板4，各支撑板4上均设置有吸附填料层5。实施时，所述出气口3处设置有抽风机6，具体实施时，所述抽风机6也可以设置在与出气口连通的管道中；所述吸附填料层5内的吸附填料为活性炭颗粒组成。

为了验证本实施方式技术方案以及优化具体参数设置，申请人以上述装置结构为基础，将多孔状支撑板改为一层或两层或三层，同时结合不同粒径的吸附填料和不同高度的吸附填料层，进行了实验验证，实验结果表格如下：实验1，使用重庆永川新胜煤矿煤样，吸附填料粒径40mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	20	0.15	10.4	15.1	4.1	73.3％
800mm×2层	12	0.25	6.2	15.1	5.5	63.6％
							500mm×3层	6	0.50	2.2	15.1	2.4	84.1％

实验2，使用贵州纳雍煤矿煤样，吸附填料粒径30mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	28	0.11	18.4	24.6	7.9	67.9％
800mm×2层	16	0.19	9.5	24.6	9.9	59.8％
							500mm×3层	9	0.33	3.4	24.6	7.0	71.5％

实验3，使用贵州以那煤矿煤样，吸附填料粒径50mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	14	0.21	7.3	16.5	5.5	66.7％
800mm×2层	8	0.38	2.8	16.5	6.6	60.0％
							500mm×3层	4	0.75	1.4	16.5	5.2	68.5％

上述实验过程中，对具体实施方式一中，反应器壳体里面的支撑板和吸附填料层分别设置一层、二层和三层的情况、以及吸附填料层中的为活性炭颗粒取不同粒径、吸附填料层取不同高度等情况进行验证。其中，所述烟气停留时间是指烟气从反应器壳体1的进气口2至出气口3的时间，气流速度是指烟气从反应器壳体1的进气口2至出气口3的平均速度。压力损失为检测进气口2气压和出气口3气压相减计算得到。验证时，每层吸附填料层上表面到上一层多孔状支撑板之间预留约100mm作为烟气通行之用，多孔状支撑板上的孔径设置为30mm左右以防止吸附剂掉下来，通过塞曼效应汞分析仪在线检测反应器壳体进气烟气和出气烟气中的汞浓度，计算得出脱汞效率。根据实验结果可知：当支撑板和吸附填料层设置为三层；每层吸附填料层高度为500mm；吸附填料的颗粒直径为40mm时；烟气停留时间最短、气流速度最快、压力损失最小、脱汞效率最高。故可知该组参数时取得的效果为最好。不但可以保证吸附脱汞效果在80％以上，还可以最大限度地降低空气流动阻力损失，提高烟气的通行速度。

具体实施方式二：本具体实施方式二为在具体实施方式一的基础上，将所采用的吸附填料替换为申请人自主研发的一种新型吸附填料，其余实施条件不变。该新型吸附填料包括如下制备步骤：采用72％的粉煤灰、7％的氧化钙、3％的溴化钠、12％的湖南粘土、3％的聚乙烯、3％的稻壳混合，混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30-50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结成型而得到。

首先，为了验证和优化该新型吸附填料的吸汞效果，申请人进行了大量的试验，对上述新型吸附填料的制备过程中的成型粒径、烧结温度、烧结时保温时间等参数进行了优化。实验时，在上述新型吸附填料制备方法中，在其余条件相同情况下分别取不同的成型粒径、烧结温度和烧结保温时间，得到不同的序号的新型吸附填料。再对所述不同序号的新型吸附填料采用相同模拟条件下进行脱汞实验验证。所述模拟条件为：首先采用汞蒸汽渗透管(渗透率175ng/min，美国VICI Metronics公司)产生汞蒸气，并用16.8L/min N₂作为载气，再混合0.6L/min SO₂、0.2L/min HCl、2.4L/min CO₂、在气体混合室形成模拟实际成分的模拟含汞烟气，气体混合室内设置有加热装置使烟气温度加热到实际烟气温度范围。再控制该模拟烟气以稳定流速20L/min，进入到一常规结构的脱汞器入口内，该脱汞器结构为一带入口和出口的容置体，容置体内腔中具有一直径150mm的吸附床，吸附床上装入厚度150mm吸附剂填料，模拟烟气从脱汞器入口进入后穿过吸附床并从出口涌出，检测该脱汞器出口处烟气中汞含量除以脱汞器入口处烟气汞含量，即计算出汞去除率。

这样，申请人采用不同序号的新型吸附填料经上述模拟试验得到的部分数据表格如下：

序号	成型粒径(mm)	烧结温度(℃)	保温时间(h)	汞去除率(％)
					1	30	900	2	56.3
2	30	900	3	60.5
					3	30	1100	4	69.4
4	35	900	2	54.8
					5	35	900	3	61.7
6	35	1000	4	73.4
					7	35	1100	4	77.2
8	40	900	2	58.7
					9	40	900	3	62.4
10	40	950	4	70.5
					11	40	1000	2	61.4
12	40	1000	3	68.9
					13	40	1100	4	85.5
14	45	900	2	57.9
					15	45	900	3	60.8
16	45	950	4	71.7
					17	45	1050	3	67.9
18	45	1050	2	59.6
					19	50	1000	4	65.1
20	50	1000	3	63.5
					21	50	1100	4	72.8

从上述试验表格中可看出，序号为13的新型吸附填料，即粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为4h条件下制得的新型吸附填料，吸附效果最好，汞去除率可达到85.5％。

同时，为了进一步验证本新型吸附填料的脱汞效果，申请人在上述相同实验条件的基础上，采用现有技术中脱汞效果优良的活性炭，作为吸附剂置于吸附床上形成厚度150mm吸附剂填料层，在相同条件下进行验证，得到结果如下表。

实验对象	汞去除率
		活性炭	95.0％
序号13的新型吸附填料	85.5％

从上述表格可看出，本发明中优化参数后得到的新型吸附填料，虽然成本极为便宜，但其吸附效果已经接近或者基本达到了活性炭的吸附水平。

另外，为了验证该新型吸附填料与本发明的烟气脱汞装置结合，特别是本烟气脱汞装置的结构参数优化后再结合使用新型吸附填料的脱汞效果。申请人在具体实施方式一中实验1、2、3的基础上，将吸附填料由活性炭颗粒替换为上述新型吸附填料，维持其余实验条件不变，重新进行了实验4、5、6。实验结果如下：

实验4，使用重庆永川新胜煤矿煤样，吸附填料粒径40mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	20	0.15	10.4	15.1	4.8	68.2％
800mm×2层	12	0.25	6.2	15.1	6.2	58.9％
							500mm×3层	6	0.50	2.2	15.1	2.9	80.8％

实验5，使用贵州纳雍煤矿煤样，吸附填料直径30mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	28	0.11	18.4	24.6	8.6	65.0％
800mm×2层	16	0.19	9.5	24.6	10.6	56.9％
							500mm×3层	9	0.33	3.4	24.6	7.6	69.1％

实验6，使用贵州以那煤矿煤样，吸附填料直径50mm

吸附填料层高度	烟气停留时间，(S)	气流速度(m/s)	压力损失，kPa	进口烟气汞浓度，ug/m³	出口烟气汞浓度，ug/m³	脱除率
							1500mm×1层	14	0.21	7.3	16.5	6.1	63.0％
800mm×2层	8	0.38	2.8	16.5	7.2	56.4％
							500mm×3层	4	0.75	1.4	16.5	5.8	64.8％

通过上述实验4、5、6，与实验1、2、3的实验结果对照，可知当其余条件完全相同时，采用新型吸附填料与活性炭吸附填料相比，仅仅是对烟气中汞的脱除率稍低，可知气流速度大小以及压力损失大小仅仅与多孔状支撑板层数，每层吸附填料层高度以及吸附填料颗粒大小有关。同时，可知采用新型吸附填料再与本烟气脱汞装置结合后，在当支撑板和吸附填料层设置为三层；每层吸附填料层高度为500mm；吸附填料的颗粒直径为40mm时；也是烟气停留时间最短、气流速度最快、压力损失最小、脱汞效率最高；且脱汞效果基本可以和活性炭吸附填料相比。故采用新型吸附填料，在可以保持吸附效果基本不变的情况下，可达到大大降低吸附剂成本的目的。

更加具体地说，本发明用于实际生产应用中脱汞时，可将所述反应器壳体做为柱形吸收塔的形状，支撑板采用多孔的不锈钢板，宜于实际应用。同时值得指出的是，本发明的结构不仅仅适宜于具体实施应用，还可以用于烟气脱汞实验模拟研究。

Claims

1.一种烟气脱汞装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部设置有进气口，上部设置有出气口，其特征在于，所述反应器壳体内腔进气口与出气口之间设置有三层多孔状支撑板，各支撑板上均设置有吸附填料层，所述出气口处设置有抽风机，所述吸附填料层内的吸附填料为采用如下步骤制得：采用72%的粉煤灰、7%的氧化钙、3%的溴化钠、12%的粘土、3%的聚乙烯、3%的稻壳混合，混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30—50mm的颗粒体，再在高温下烧结成型。

2.如权利要求1所述的烟气脱汞装置，其特征在于，所述颗粒体粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为4小时。

3.如权利要求1所述的烟气脱汞装置，其特征在于，所述每层吸附填料层高度为500mm，吸附填料的颗粒直径为40mm。

4.一种烟气脱汞装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部设置有进气口，上部设置有出气口，其特征在于，所述反应器壳体内腔进气口与出气口之间设置有三层多孔状支撑板，各支撑板上均设置有吸附填料层，所述出气口处设置有抽风机，所述吸附填料层内的吸附填料为活性炭颗粒组成，所述每层吸附填料层高度为500mm，吸附填料的颗粒直径为40mm。