CN102489116A

CN102489116A - 可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法及装置

Info

Publication number: CN102489116A
Application number: CN2011104218295A
Authority: CN
Inventors: 许月阳; 薛建明; 管一明; 王小明; 王宏亮; 王铮
Original assignee: State Power Environmental Protection Research Institute
Current assignee: State Power Environmental Protection Research Institute
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明涉及一种可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法及其装置，以粉末活性炭为吸附剂，通过气流输送至烟气除尘器出口与脱硫塔进口之间的烟气管路中，经喷枪喷射，使粉末活性炭充分分散在烟气中并吸附脱除其中的汞；将混有活性炭的脱汞烟气通过布袋过滤使气固分离，即脱汞烟气透过布袋，进入后续的脱硫工艺，未透过布袋的活性炭被捕集，在氮气保护及130～800℃条件下脱附再生，释放出气态汞，送汞回收系统；再生后的活性炭通过气流输送循环使用。脱汞效率高，吸附剂用量少并可再生循环利用，降低成本，而且吸附剂与飞灰分离，确保粉煤灰的后续利用价值，同时实现汞资源的回收利用。

Description

可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法及装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤烟气吸附脱汞方法及其装置，特别是可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法及其装置，属烟气净化领域。

背景技术

锅炉烟气含有多种有害物质，除含量较高的烟尘、SO₂、NOx外，煤中存在的汞元素在煤燃烧过程中通过烟气排放到大气中，给环境和人类健康带来的危害不可否视，因此，目前汞是继烟尘、SO₂、NOx之后需要严格控制排放的污染物。美国和欧盟等已经立法制定并明确了关于在燃煤电厂限制汞排放的具体要求和时间表，联合国环保署拟于2013年形成全球的约束性控汞法律。随着对环保要求的日益严格，我国对汞污染的控制也已经逐渐提上日程，2011年我国新修订颁布的大气污染物排放标准GB13223也首次将大气汞排放浓度纳入约束性指标要求，明确大气汞含量不得超过0.03mg/m³。燃煤烟气汞含量较高，特别是燃煤电厂每天排放的大量烟气对大气的汞污染影响极大，因此，燃煤电厂的烟气除必须进行传统的烟尘、脱硫、脱硝处理外，还需要增加脱汞工艺。

现有煤电厂烟气净化处理的经典流程多为：燃煤锅炉烟气先进入SCR脱硝装置脱硝，再经空气预热器降温，然后进入除尘器除去粉尘，最后经过脱硫塔脱硫，NOx、粉尘和SO₂均达标后入烟囱排放。现今，随着对汞污染控制要求的日益严厉，国外脱汞的煤电厂采用在现有的上述流程中增加活性炭吸附脱汞工艺，具体方法是：向电除尘器之前的烟道中添加活性炭吸附剂，活性碳进入除尘器，在除尘器中吸附汞，饱和活性碳混入飞灰(即粉煤灰)中被一同捕集。缺点是活性炭不仅吸附汞，对烟尘等也有吸附作用，从而使吸附剂用量增大；混入飞灰中的活性炭不能回收再利用，不仅增加脱汞成本，而且还会对后续的粉煤灰综合利用产生不利影响；例如用混有活性炭的粉煤灰制砖或制备水泥时，其中的活性炭在窑内被烧尽，使成品砖或水泥的品质下降，同时汞二次释放溢出，产生污染。

发明内容

本发明目的是提供一种可回收吸附剂的电厂燃煤烟气吸附脱汞方法，本方法在原有的烟气除尘、脱硫(或包含脱硝)系统中增加吸附脱汞工艺，而且可将吸附剂回收循环使用，减小吸附剂的消耗，脱出的高浓度汞气体可作为汞资源回收，降低烟气脱汞成本。本发明可回收吸附剂的电厂燃煤烟气吸附脱汞方法如下：

以粉末活性炭为吸附剂，通过气流输送至烟气除尘器出口与脱硫塔进口之间的烟气管路中，经喷枪喷射，使粉末活性炭充分分散在烟气中并吸附脱除其中的汞；将混有活性炭的脱汞烟气通过布袋过滤使气固分离，即脱汞烟气透过布袋，进入后续的脱硫工艺，未透过布袋的活性炭被捕集，在氮气保护及130～800℃条件下脱附再生，释放出气态汞，送汞回收系统；再生后的活性炭通过气流输送循环使用。

所述粉末活性碳是将市售活性碳在由NaBr、Na₂SO₄、草酸钠、丁醇和KI组成的混合物水溶液中，25～70℃恒温浸泡2-8小时，再超声波搅拌5-20min，过滤取固相，用低频微波干燥而得；所述NaBr、Na₂SO₄、草酸钠、丁醇和KI的摩尔比为(8～10)∶0.5∶0.5∶1∶2，所述混合物水溶液的重量浓度为25％～45％。

本发明将活性炭吸附剂以喷射方式加入除尘器出口烟道中，活性炭在除尘后的烟气中充分分散，可有效吸附脱除烟气中的汞，活性炭用量仅为常规工艺的1/3～1/2。由于烟气近乎无尘(含尘浓度小于100mg/NM³)，活性炭受烟尘干扰屏蔽小，并且捕集后的活性炭经过再生后可以循环使用，补充新鲜活性炭的消耗量仅为常规工艺的3-8％，且不影响飞灰品质，脱附释出的高浓度含汞气体可通过进一步提纯副产汞，实现资源化利用。活性炭在封闭系统中通过压缩空气的气流以管道输送，可实现自动化控制。此外，本发明用特殊配方的溶液对市售的普通活性碳进行活化处理，使它提高抗硫和吸附汞的性能，具有更高的活性和稳定性，溶液中的NaBr对汞选择性吸附作用显著，KI可进一步提高汞的吸附能力，丁醇对活性炭起到活化作用，Na₂SO₄有抗硫作用，草酸钠可提高处理后活性炭的稳定性。

综上所述，本方法脱汞效率高，吸附剂用量少并可再生循环利用，降低成本，而且吸附剂与飞灰分离，确保粉煤灰的后续利用价值，同时实现汞资源的回收利用。

本发明提供实现上述可回收吸附剂的吸附脱汞方法的装置，包括吸附剂贮仓、喷射器、分散器、袋式捕集器、饱和仓、再生塔和空气压缩机；所述分散器和袋式捕集器依次串接在烟气除尘器与烟气脱硫塔之间的烟道上；所述分散器内设有至少一个装有多个喷枪的喷管，活性炭贮仓的出料管与喷管之间连有吸附剂输送管；所述袋式捕集器的底部出口与吸附剂贮仓的进料口，饱和仓底部出料管与再生塔的进料管相连；再生塔底部出料口与吸附剂贮仓进料口之间连有再生吸附剂输送管；所述再生塔底部设有热风进口，上部设有与汞收集系统相连的含汞气体出口；所述空气压缩机的出口与所述的吸附剂输送管、再生吸附剂输送管及饱和仓进料管分别连有输气管路。

所述吸附剂贮仓的出料管连有一个射流器，射流器的两端分别连接所述的吸附剂输送管和来自压缩机输气管路。所述吸附剂贮仓下部设有流化风进风口，仓顶设有布袋除尘器。

所述吸附剂贮仓的出料管设有插板式阀门和计量给料机。

所述饱和仓出料管装有计量输送装置。

所述空气压缩机与吸附剂输送管、再生吸附剂输送管及饱和仓进料管分别相连的各输气管路上均设有开关阀和止回阀。

所述空气压缩机的出口通过储气罐与各输气管路相连。

所述喷枪端部的喷口设有旋转叶片，叶片的转轴通过支架固定。

附图说明

图1是本发明可回收的吸附剂的吸附脱汞装置的系统示意图。

图2是分散器结构示意图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是喷枪的喷口结构示意图。

图中，1-贮仓，2-袋式除尘器，3-插板门，4-计量给料机，5-射流器，6-分散器，6-1-分散器壳体，6-2-喷枪，6-21-叶片，6-22-支架、6-23-转轴，6-3-喷管，7-袋式捕集器，8-饱和仓，9计量输送装置，10-流化再生塔，11、12、13-止回阀，14、15、16-开关阀，17-储气罐，18-除油水器，19-空气压缩机，20-流化风进口，21-吸附剂输送管，22-再生吸附剂输送管，23-饱和仓进料管，24、25、26-输气管路。

具体实施方式

实施例1 活性炭吸附脱汞及脱附回收系统的工作过程

图1是包含选择性催经还原脱硝(SCR脱硝)、除尘、吸附脱汞和脱硫的烟气净化处理系统流程，其中吸附脱汞系统的工作过程如下：

开启空气压缩机19、压缩空气经除油水器18除去油、水、尘后进入储气罐17，压缩空气系统投自动，储气备用。开启流化风系统，使气流从吸附剂贮仓1底部的流化风进口20向上吹送，同时开启仓顶布袋除尘器2；流化风可使下料口附近的活性炭呈流化(即悬浮)态，以防止活性炭在下料口附近因板结而堵塞，确保下料流畅；开启开关阀14，储气罐17向吸附剂输送管21送压缩空气；开启计量给料器4，打开插板门3，贮仓1内活性炭即以高速气流为载体经射流器5通过吸附剂输送管21输入分散器6。参见图1、图2和图3，分散器6的一端与自除尘器的出口相通，另一端与袋式捕集器7相通。输入分散器6的活性炭通过各喷管6-3上各喷枪6-2的喷射，均匀分散在除尘器后的烟道中，与烟气充分混合，吸附脱除烟气中的汞；饱和活性炭随烟气进入布袋捕集器7并被捕集，脱汞烟气则进入脱硫塔进行后续的脱硫处理。开启天关阀16，使饱和仓8的进料管23与输气管路26相通，被捕集的饱和活性炭被气力输送至饱和仓8，再由计量输送装置9送入流化再生塔10，由洁净热风系统输入热风，使再生塔10内温度达到130～800℃，汞被脱附，从再生塔10排出高浓度含汞气体，收集后去汞回收系统回收汞资源。开启开关阀15，输气管路25通入再生活性炭输送管22，通过气力输送将再生后的活性炭送至活性炭贮仓1循环使用。用于再生的洁净热风的用量很少，可由专门的加热装置供给。如图1，补充的新鲜活性炭，由运输罐车向贮仓1进料，同时开启仓顶袋式除尘器2，气力输送至活性炭贮仓1储存。

喷枪6-2采用轻质的碳钢衬耐磨陶瓷或耐磨合金材质，喷枪6-2端部的喷口设有轻质旋转叶片6-21(见图4)，在喷枪6-2喷出的烟气气流作用下，叶片6-21绕中心转轴6-23旋转，使载有活性炭的气流旋流喷出，通过涡流搅动，可快速充分与烟气均匀混合，吸附剂分散覆盖面大，进一步提高对烟气中的汞吸附效率。转轴6-23通过支架6-23固定。

市售的粉末活性炭经如下活化处理：将NaBr、Na₂5O₄、草酸钠、丁醇、KI以摩尔比依次为9.5∶0.5∶0.5∶1∶2的比例配制成混合物，加水溶解成重量浓度为25～45％的水溶液。25～70℃恒温下，将活性碳粉末在该混合物水溶液中浸泡2-8小时后，在超声波作用下搅拌5-20min，固液分离后采用低频微波干燥。将活化处理后的粉末活性炭可投入贮仓1使用。

实施例2 不同含尘量烟气吸附剂脱汞效率试验

本试验中，活性碳的喷射位置包括锅炉烟气的除尘器之后及除尘器之前两种方案，其中除尘器之后喷射的方案又包括投用电场数分别为4、3、1的三种除尘情况，即出口烟气的烟尘浓度随除尘器投用电场数量减少而增大；除尘器之前喷射的方案又包括高尘(21270mg/Nm³)和低尘(12370Nm³)两种浓度，不同条件下活性碳脱汞效率的比较如表1，

表1

从表1可见，吸附剂脱汞效率与烟气中烟尘浓度有很大关系，本发明将活性碳喷射至烟气除尘器之后、几乎不含尘(烟尘浓度小于100mg/Nm³)的清洁烟气(即表1中投用四个电场除尘的情况)中，在较低的吸附剂用量(31kg/h时)下，脱汞效率在95％以上，远大于将活性碳喷射至烟气除尘器之前(即未除尘的烟气)的方案。

Claims

1.可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法，其特征是以粉末活性炭为吸附剂，通过气流输送至烟气除尘器出口与脱硫塔进口之间的烟气管路中，经喷枪喷射，使粉末活性炭充分分散在烟气中并吸附脱除其中的汞；将混有活性炭的脱汞烟气通过布袋过滤使气固分离，即脱汞烟气透过布袋，进入后续的脱硫工艺，未透过布袋的活性炭被捕集，在氮气保护及130～800℃条件下脱附再生，释放出气态汞，送汞回收系统；再生后的活性炭通过气流输送循环使用。

2.根据权利要求1所述的可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法，其特征是所述粉末活性碳是将市售活性碳在由NaBr、Na₂SO₄、草酸钠、丁醇和KI组成的混合物水溶液中，25～70℃恒温浸泡2-8小时，再超声波搅拌5-20min，过滤取固相，用低频微波干燥而得；所述NaBr、Na₂SO₄、草酸钠、丁醇和KI的摩尔比为(8～10)∶0.5∶0.5∶1∶2，所述混合物水溶液的重量浓度为25％～45％。

3.一种用于权利要求1的可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法的装置，其特征是包括吸附剂贮仓、喷射器、分散器、袋式捕集器、饱和仓、再生塔和空气压缩机；所述分散器和袋式捕集器依次串接在烟气除尘器与烟气脱硫塔之间的烟道上；所述分散器内设有至少一个装有多个喷枪的喷管，活性炭贮仓的出料管与喷管之间连有吸附剂输送管；所述袋式捕集器的底部出口与吸附剂贮仓的进料口相连，饱和仓底部出料管与再生塔的进料管相连；再生塔底部出料口与吸附剂贮仓进料口之间连有再生吸附剂输送管；所述再生塔底部设有热风进口，上部设有与汞收集系统相连的含汞气体出口；所述空气压缩机的出口与所述的吸附剂输送管、再生吸附剂输送管及饱和仓进料管分别连有输气管路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是所述吸附剂贮仓的出料管连有一个射流器，射流器的两端分别连接所述的吸附剂输送管和来自压缩机输气管路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是吸附剂贮仓下部设有流化风进风口，仓顶设有布袋除尘器。

6.根据权利要求5所述的所述装置，其特征是所述吸附剂贮仓的出料管设有插板式阀门和计量给料机。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是所述饱和仓出料管装有计量输送装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征是所述空气压缩机与吸附剂输送管、再生吸附剂输送管及饱和仓进料管分别相连的各输气管路上均设有开关阀和止回阀。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征是所述空气压缩机的出口通过储气罐与各输气管路相连。

10.根据权利要求3～9中任意一项所述的装置，其特征是所述喷枪端部的喷口设有旋转叶片，叶片的转轴通过支架固定。