CN102078757B - 一种用于烟气脱汞的卤素喷加装置及其喷加方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于烟气脱汞的卤素喷加装置，包括空气干燥管、空气加热装置、卤素蒸发装置、卤素储存自动加料装置和喷射管，所述的空气加热装置包括空气加热管和空气油浴罐，所述的卤素蒸发装置包括卤素蒸发釜和卤素油浴罐，所述的卤素蒸发釜内设有多孔板，所述的空气油浴罐和卤素油浴罐的底部通过油管连通。本发明还公开了利用上述卤素喷加装置进行卤素喷加的方法，利用少量的热干燥空气，通过热的卤素床层或者鼓泡的方式制备出富含卤素的气体，通入电除尘装置前的烟道中。本装置可用于制备含特定浓度的卤素蒸气并通入烟道当中，气态分散的卤素与飞灰、汞的结合迅速且利用率高，卤素与烟气的粉尘相结合起到脱汞的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气脱汞装置，尤其涉及一种通过卤素喷加脱除烟气中汞的装置及其卤素喷加方法。
背景技术
我国是世界上最大的汞排放国，属于全球范围大气汞污染最为严重的区域之一，其中由于煤的大量燃烧造成全世界每年从燃煤中逸出的汞占人类活动所释放汞的较大部分。而我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，每年通过燃煤向大气中排放了大量的汞，严重威胁着人们的身体健康，因此如何控制燃煤烟气中的汞的排放成为迫在眉睫的问题。国内外专家就烟气脱汞的问题已经做了许多研究：发现卤素及其化合物在烟气脱汞方面有着得天独厚的优势，但是如何将卤素加入到烟道中，以什么形式加入才能起到预期的目的成为一大难题。
公开号为CN1665947A的中国发明专利公开了一种利用卤素及其化合物改性活性炭，然后喷入烟道进行脱汞的方法。活性炭喷射利用粉状物质输送设备和喷射管路，直接喷入烟道中。专利中还强调了溴及其化合物在烟气脱汞方面的高效性。卤素的添加方式为负载在活性炭上，再将活性炭喷入烟道，喷入点在除尘器之前。
公开号为CN101053738A的中国发明专利公开了一种利用紫外线和卤素类氧化剂对烟气中的单质汞进行氧化，氧化后的烟气通过改进的石灰石-石膏湿法脱硫系统脱除烟气中的汞，但并未详细提及卤素的添加方式及装置，并且喷入点在除尘装置之后。
燃煤产生的飞灰也有一定的脱汞效果。不少学者对利用飞灰脱汞进行了研究。Hassett D J等在“燃煤飞灰对汞的脱除研究”（Mercury captureon coal combustion fly ash[J].Fuel，《燃料》1999,78:243-248）一文中提到一些飞灰吸附汞的能力要大于许多其它吸附剂，包括活性碳，飞灰捕获汞的能力是由于飞灰中的碳。因此在某些烟气飞灰含碳量高的电厂，采用直接往烟道中喷入卤素，在烟道中改性飞灰，提高飞灰的吸汞效果，也能起到很好的脱汞效果。
发明内容
本发明主要解决将卤素均匀喷入烟道的问题，从而达到除汞的目的。
一种卤素喷加装置，包括空气干燥管、空气加热装置、卤素蒸发装置、卤素储存自动加料装置和喷射管，所述的空气干燥管、空气加热装置、卤素蒸发装置和卤素储存自动加料装置依次连接。所述的空气干燥管前还可加装计量气泵和阀门，对空气流量进行控制。
所述的空气加热装置包括空气加热管和空气油浴罐，空气加热管浸在空气油浴罐内的导热油中，空气加热管中可填入铁块或陶瓷片，增大换热面积，提升换热效果。
所述的卤素蒸发装置包括卤素蒸发釜和卤素油浴罐，卤素蒸发釜浸在卤素油浴罐内的导热油中，所述的卤素蒸发釜内装有卤素单质、卤素化合物或二者的混合物，优选为工业级固态或液态的溴、碘或一氯化碘。卤素蒸发釜内还设有多孔板，卤素蒸发釜的顶端出口与喷射管连接；喷射管的出口伸入烟道中；卤素蒸发釜和多孔板的材料优选为聚四氟乙烯或玻璃。
喷射管的材料优选为不锈钢。
所述的空气油浴罐和卤素油浴罐的底部通过油管连通，空气油浴罐和卤素油浴罐的上部通过一个磁力泵使罐内导热油在两个油浴槽之间循环，让油浴的温度分布均匀。
所述的空气油浴罐内还设有温控仪，用于检测油温。
所述的卤素油浴罐底还设有电加热管，用于加热导热油。
整个喷射卤素装置的外部及通气管路皆做保温措施，以减小气温的影响。
一种利用上述卤素喷加装置进行卤素喷加的方法：
空气经空气进口由计量气泵打入装置，空气的流量可通过计量气泵和阀门调节，流量数值由锅炉烟气性质和脱汞要求综合分析经调试确定范围。空气先经过空气干燥管干燥，空气干燥管中内设有块状的硅胶干燥剂，用于吸收空气中的水分，因为含水的溴蒸气可能会对烟道产生较大的腐蚀作用，并影响脱汞效果。
干燥后的空气进空气加热装置被油浴加热，油浴槽内的导热油通过磁力泵在两罐体之间循环，保证均匀加热，导热油通过电加热管加热并由温控仪控制温度，导热油可通过油浴加油口添加，由油浴排油阀排空。
然后热的干空气通入卤素蒸发罐的底部，通过多孔板，以鼓泡或通过卤素固定床层的方式，带出蒸发的卤素，形成富卤素气体。卤素蒸发釜及孔板由聚四氟乙烯或玻璃制成。卤素则由卤素储存自动加料装置自动添加。由于卤素的消耗较慢，也可每隔一段时间人工加入。
富卤素气体从卤素蒸发罐上端出口经阀门，通过喷射管喷加入烟道中。所述的喷射管采用不锈钢制作，前端出口弯曲，出口置于烟道中间，出口处管路与烟气流向平行，且卤素的喷射方向顺着烟气流向。
作为优选，所述的喷射管根据烟道的不同形状而定，如是圆形烟道，则喷射管为一根，上开4个喷气支管；如是方形烟道，则设两根喷射管，每根管上开两个喷气支管。
安装喷射管的喷射入口位置宜选用有拐弯、变径之前的烟道，有利于富卤素气体和烟气的混合。其次烟道必须有一定长度，提供改性飞灰吸收烟气中的汞的时间。本发明装置适用的烟气为锅炉出口，除尘设备之前的高含尘量烟气，烟尘含碳量较高，且烟气温度不高于250℃。
本发明的有益效果是：用循环油浴加热空气和卤素，以空气为载气，制备出富含卤素的气体，喷加入烟道中，气态分散的卤素与飞灰的结合迅速且利用率高。卤素与烟气的粉尘相结合，起到脱汞的效果。加入卤素的量可以通过调节空气流量和油浴温度进行调控。
附图说明
图1为本发明卤素喷加装置的结构示意图。
图2为本发明卤素喷加装置用于圆形烟道时喷射管的布置图。
图3为本发明卤素喷加装置用于圆形烟道时喷射管的结构图。
图4为本发明卤素喷加装置用于方形烟道时喷射管的布置图。
图5为本发明卤素喷加装置用于方形烟道时喷射管的结构图。
附图标记说明：
具体实施方式
实施例1
如图1所示的卤素喷加装置，计量气泵2、阀门3、空气干燥管4、空气加热装置、卤素蒸发装置、卤素储存自动加料装置14依次连接，空气加热装置包括空气加热管5和空气油浴罐8，卤素蒸发装置包括卤素蒸发釜11和卤素油浴罐20，喷射管15与卤素蒸发釜11的出口连接，喷射管的出口伸入烟道中；喷射管的材料选用不锈钢。
空气加热管5浸在空气油浴罐8内的导热油中，空气加热管5中填入铁块，增大换热面积，提升换热效果。空气油浴罐8的上部和下部还分别设有油浴加油口17和油浴排油阀7.
卤素蒸发釜11浸在卤素油浴罐20内的导热油中，所述的卤素蒸发釜11内装工业级固态单质碘，固态碘床层下装有多孔板12，卤素蒸发釜11和多孔板12的材料选用聚四氟乙烯。
空气油浴罐8和卤素油浴罐20的底部通过油管连通，二者的上部之间设有磁力泵9和高温阀10，使罐内导热油在两个油浴罐之间循环，让油浴的温度分布均匀。
空气油浴罐8内还设有用于检测油温的温控仪6，卤素油浴罐20底部还设有电加热管13，用于加热导热油。
整个喷射卤素装置的外部及通气管路皆做保温措施，以减小气温的影响。
空气从空气进口1进入，由计量气泵2打入装置，空气流量可由计量气泵2和阀门3调节，数值由锅炉烟气性质和脱汞要求综合分析经调试确定范围；空气先经过空气干燥器4干燥，空气干燥器4中内放块状的硅胶干燥剂，用于吸收空气中的水分，含水的溴蒸气可能会对烟道产生较大的腐蚀作用，并影响脱汞效果。
干燥后的空气经过空气加热管5进行油浴加热，导热油通过磁力泵9在两罐体之间循环，保证均匀加热，导热油通过电加热管13加热并由温控仪6控制温度，导热油可通过油浴加油口17添加，由油浴排油阀7排空。
然后热的干空气通入卤素蒸发罐11的底部，再依次通过多孔板12、固态溴床层，带出蒸发的溴，形成富溴气体。卤素蒸发罐11及孔板12由聚四氟乙烯或玻璃制成。卤素则由卤素储存自动加料装置14自动添加。由于卤素的消耗较慢，也可每隔一段时间人工加入。
富溴气体从卤素蒸发罐11上端出口经阀门，通过喷射管15喷射入烟道中。
将上述装置在小型锅炉烧制所得烟气系统中进行脱汞测试，该系统烟道为圆形烟道18，喷入口选在锅炉烟气出口处。
喷射管15采用不锈钢制作，前端弯曲，出口置于烟道中间，出口处管路与烟气流向平行，且顺着烟气流向。
喷射管15在圆形烟道18中的布置如图2所示，设一根喷射管，上设4个喷气支管21，喷射管位于圆形烟道18直径处，水平设置。
喷射管15的结构如图3所示，喷气支管在喷射管上的布置方法为：以圆形烟道18直径D为计算基准，四个喷气支管设在喷射管上的位置为：距喷射管伸入口所在侧的烟道壁分别为0.93D、0.75D、0.25D、0.067D。
使用0.5t小锅炉烧制烟气，除尘设备选用旋风除尘器，锅炉与除尘设备之间烟道长4m。烟气流量1000m3/h，含尘量10g/Nm3，烟气温度180℃。除尘器出口烟气中气态汞的含量约为20μg/m3。
调节油浴温度为80度，鼓入空气流量定为0.06m3/h.。实际每小时耗碘量5.6g。测量喷碘后，除尘器出口烟气中气态汞含量约为5μg/m3。即除汞效率可达到75%。
实施例2
卤素喷加装置的布置基本同实施例1，不同点在于使用单质溴作为脱汞卤素，将上述装置在电厂烟气系统中引出10000m3/h实际含尘烟气进行的实际脱汞测试，如图4所示，该系统烟道为方形烟道19，设两根喷射管，每根管上设两个喷气支管，图5为喷射管15的结构示意图，两根喷射管水平地伸入烟道，距烟道底部位置分别为0.75C和0.25C；每根喷射管上的两个喷气支管的设置位置为：距离喷射管伸入口所在烟道侧壁0.25K和0.75K（K为烟道宽度，C为烟道高度），上述设置方法使喷出的气体能够均匀分布于烟道中。
上述电厂烟气系统中，烟气含尘量约为20～25g/Nm3,烟气气态含汞量为10μg/m3，烟气流速14m/s,烟气温度120℃，喷入口选择在烟道拐角之前，距除尘设备21m。调节油浴温度40度，鼓入空气流量为0.12m3/h，此时每小时耗溴量为25.5g，即加Br2量约为0.742ppm。在距喷入口后14m的烟道处测量，实测烟气气态含汞量约为500ng/m3，在电除尘设备后测量，实测烟气气态含汞量低于500ng/m3。即总的脱汞效率可达95%以上。
本装置使用的卤素的用量是微量的，即便是全部转化成蒸气体积对于整个烟气来说是微乎其微的。如何能保证卤素均匀分散到烟气中，再与粉尘结合吸收汞是关键问题。使用本装置，利用空气作为载气，先将卤素蒸气稀释分散，再与烟气混合。与直接喷卤素相比，卤素分散的更加迅速，更加均匀，利用率更高。
Claims (8)
1.一种用于烟气脱汞的卤素喷加装置，包括空气干燥管、空气加热装置、卤素蒸发装置、卤素储存自动加料装置和喷射管，其特征在于：
所述的空气干燥管、空气加热装置、卤素蒸发装置和卤素储存自动加料装置依次连接；
所述的空气干燥管内装有硅胶干燥剂；
所述的空气加热装置包括空气加热管和空气油浴罐；
所述的卤素蒸发装置包括卤素蒸发釜和卤素油浴罐，所述的卤素蒸发釜内设有多孔板，所述的卤素蒸发釜内装有卤素单质、卤素化合物或二者的混合物；卤素蒸发釜的出口与喷射管连接；喷射管的出口伸入烟道中；
所述的空气油浴罐和卤素油浴罐的底部通过油管连通，所述的空气油浴罐和卤素油浴罐的上部之间设有磁力泵；
所述的空气油浴罐内设有温控仪，所述的卤素油浴罐的内设有电加热管。
2.根据权利要求1所述的用于烟气脱汞的卤素喷加装置，其特征在于：所述的卤素单质、卤素化合物或二者的混合物为工业级固态或液态的溴、碘或一氯化碘。
3.根据权利要求1所述的用于烟气脱汞的卤素喷加装置，其特征在于：所述的烟道为圆形时，所述的喷射管为一根，喷射管上开有4个喷气口；所述的烟道为方形时，所述的喷射管为两根，每根管上各开两个喷气口。
4.根据权利要求1所述的用于烟气脱汞的卤素喷加装置，其特征在于：所述的空气加热管中填充铁块或陶瓷片。
5.根据权利要求1所述的用于烟气脱汞的卤素喷加装置，其特征在于：所述的卤素蒸发釜和多孔板的材料为聚四氟乙烯或玻璃。
6.根据权利要求1所述的用于烟气脱汞的卤素喷加装置，其特征在于：所述的喷射管的材料为不锈钢。
7.一种利用权利要求1所述的卤素喷加装置进行卤素喷加的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将空气通入空气干燥管进行干燥；干燥后的空气进入空气加热装置，经空气油浴罐油浴加热；加热后热的干空气通入卤素蒸发釜的底部，在卤素油浴罐的油浴加热下，热的干空气穿过卤素蒸发釜内的多孔板以鼓泡或通过卤素固定床层的方式，带出蒸发的卤素，形成富卤素气体；富卤素气体从卤素蒸发釜上端出口排出，通过喷射管喷射入烟道中，卤素的喷射方向与烟气流向一致。
8.根据权利要求7所述的卤素喷加方法，其特征在于：油浴加热温度在40～200度，空气流量0.1～5m3/h。
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