CN102698598B - 利用飞灰中的磁珠催化氧化烟气中单质汞的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，以实现对烟气中单质汞的脱除，其包括：首先，对除尘器分离捕集的飞灰利用磁选分离机进行磁选分离，获取磁珠颗粒；然后，将磁珠颗粒喷入除尘器前的烟道中，使之与待除尘烟气混合，以与烟气中单质汞发生催化反应，使单质汞氧化为氧化态汞；最后，氧化态汞随烟气进入下游污染物控制设备进行处理，即可实现烟气中单质汞的脱除。本发明还公开了一种利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的设备。本发明的方法和设备通过飞灰中的磁珠对烟气中的单质汞进行催化氧化从而脱除，不需要利用额外合成的催化剂，汞氧化和脱除率高，成本低，而且在催化氧化单质汞的同时不影响飞灰的利用。

Description

利用飞灰中的磁珠催化氧化烟气中单质汞的方法及设备

技术领域

本发明属于燃煤烟气污染物的排放控制领域，具体涉及一种利用廉价的燃煤飞灰中磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，能够有效提高烟气中氧化态汞的比例，增加下游污染物控制装置对汞的捕获效率，并且不影响飞灰的利用。

背景技术

汞是一种神经毒物，而且是一种生物积累物质，大量汞通过干沉降或湿沉降污染水体，生物反应后形成剧毒的甲基汞，在鱼类和其他生物体内富集后又循环进入人体，对人类造成极大地危害。联合国环境规划署2003年初发表的一份调查报告指出，燃煤电厂是最大的人为汞污染源。据统计，我国每年排放到大气中的汞为219.5吨，其中电厂的排放量为77.5吨，约占35.3%。世界范围内煤中汞含量一般在(0.012~33)mg/kg,平均汞含量约为0.13mg/kg,我国煤中汞的平均含量为0.20mg/kg左右，我国燃煤汞的排放控制不容忽视。

目前美国燃煤电站主流的脱汞技术——活性炭颗粒喷射技术要获得高的脱汞效率需要高地C/Hg质量比（5000-100000:1），成本太高。而且炭喷射技术会导致灰中碳含量增加，碳含量1%的微弱变化会对灰的利用产生重大影响。并且我国燃煤电站基本上都没有针对汞控制的装置，如活性炭喷射装置或者碳纤维床等，使得采用活性炭喷射技术的成本过高。

吸附剂法由于吸附剂不能循环使用，往往成本过高，且会改变飞灰成分，可能对飞灰利用带来不利影响。

常规燃煤烟气污染物控制系统包括脱硝装置、静电除尘装置和脱硫装置，烟气在经过这些装置后，烟气中的氮氧化物、颗粒物、硫氧化物会被依次脱除，之后可从烟囱排出。该系统除具有脱硝、脱硫、除尘功能外，对汞也具有一定脱除能力，但其脱汞效率主要取决于烟气中汞的形态（Hg⁰(g),Hg²⁺(g),Hg(p)）。氧化态汞（Hg²⁺(g)）在一定的温度下易吸附于飞灰颗粒或者是其它的吸附剂，且具有较好的水溶性，因此能够被湿法烟气脱硫装置有效脱除。颗粒态汞（Hg(p)）也易被除尘器分离脱除。而单质汞（Hg⁰(g)）不溶于水，几乎不能被常规的吸附剂吸附，因而难以被常规污染物控制系统脱除。

因此一种有潜力的脱汞方式是利用催化剂将烟气中的Hg⁰氧化，提高烟气中Hg²⁺的比例，进而增加下游污染控制装置对汞的捕获效率。但是目前的催化氧化脱汞技术主要集中在利用合成的催化剂来催化氧化汞，合成的催化剂固然可以获得较高的汞氧化和脱除率，但是合成催化剂的成本很高。

燃煤电站飞灰中含有大量的磁珠，其主要来源于煤中含铁矿物。磁珠能很好地促进汞的氧化，其良好的催化性能主要源于其特殊的铁尖晶石结构。磁珠中铁尖晶石相占到约70~90%，赤铁矿5~20%，少量莫来石，石英以及含铁硅酸盐相；另外磁珠中富集的大量过渡金属元素（Mn、Cr、Ni、Co、V等）也是其具备优异催化性能的重要因素。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用飞灰中磁珠催化氧化烟气中单质汞的方法，通过飞灰中的磁珠对烟气中的单质汞进行催化氧化从而脱除，不需要利用额外合成的催化剂，汞氧化和脱除率高，成本低，而且在催化氧化单质汞的同时不影响飞灰的利用。

一种利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，以实现对烟气中单质汞的脱除，其包括如下步骤：首先，对除尘器分离、捕集的飞灰利用磁选分离机进行磁选分离，获取足够量磁珠颗粒。然后，对磁珠进行活化，并将活化后的磁珠颗粒喷入除尘器前的烟道中，以与待除尘烟气充分混合，和烟气中单质汞发生催化反应，使其氧化为氧化态汞Hg²⁺(g)，最后氧化态汞随烟气进入下游污染物控制设备例如脱硫装置进行处理，即可实现烟气中单质汞的脱除。

磁珠颗粒随着烟气进入静电除尘器后会被静电除尘器从烟气中捕获、分离，便于下一次使用。

整个过程形成一个循环系统，磁珠颗粒能够循环使用。

本发明的另一目的在于提供一种利用飞灰中磁珠催化氧化烟气中单质汞的设备，包括：

脱硝装置，从炉膛中排出的待处理烟气进入该脱硝装置中进行脱硝处理；

除尘器，布置在脱硝装置下游，脱硝处理后的烟气通过该静电除尘器脱除烟气中的飞灰；

磁选机，脱除的飞灰经该磁选机磁选分离，得到磁珠，该磁珠喷入除尘器前的烟道中与待除尘烟气充分混合，以与烟气中单质汞发生催化反应，使单质汞氧化为氧化态Hg²⁺(g)；

脱硫装置，设置在除尘器下游，所述单质汞氧化为氧化态汞Hg²⁺(g)后的烟气经该脱硫装置进行处理后排出，即可实现对燃煤烟气中的单质汞的脱除。

其中，进入除尘器中的磁珠在催化氧化完成后随飞灰被除尘器分离捕集，并经该磁选机再次磁选分离，得到的磁珠重新喷入除尘器前的烟道中重复利用。

另外，该设备还包括活化室，磁选分离得到的磁珠在喷入除尘器前的烟道中前，可先经该活化室进行活化，以增强其催化性能。

本发明的技术效果体现在：

本发明提供的方法不仅能有效催化氧化烟气中单质汞，实现烟气中汞有效脱除，而且还有以下优点：磁珠来自于飞灰，喷入烟道中后不会对飞灰性质产生影响，不影响飞灰的利用；磁珠来自于飞灰，且能循环利用，而飞灰是燃煤电厂自身废弃产物，几无成本。

本发明提供的设备充分利用电厂现有污染物控制系统，只需在原有电厂的基础上简单改造即可实现，性能优异，经济性好，且无二次污染。

附图说明

图1是本发明用于燃煤电厂烟气处理流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1，电厂常规烟气污染物控制系统包括脱硝装置2、除尘装置3、脱硫装置4等。电厂烟气通过该系统时烟气中的氮氧化物、硫氧化物、颗粒物会被依次脱除。本发明在已有污染物控制系统的基础上，增设了磁选机7、活化室6等装置，形成了一个包括磁珠分离、活化、喷射、催化氧化等环节的循环系统。

首先结合电厂实际情况，包括煤种及成分、燃烧方式及燃烧器类型、锅炉运行条件和除尘系统的布置等，确定合适的磁珠喷射位置、喷射速度、喷射方向、喷射量等。然后利用磁珠颗粒有磁性这一特性，通过磁选机7对除尘器3分离、捕集的飞灰进行磁选分离，分离足够量的磁珠颗粒后，多余的灰进入贮灰仓。分离出来的磁珠颗粒可在活化室6内进行简单活化后，通过喷嘴以一定速度、一定角度喷入除尘器3前的烟道中，使之与烟气充分混合、催化氧化烟气中单质汞，从而脱除烟气中的单质汞。喷入烟道的磁珠颗粒随烟气进入除尘器3后会随烟气中飞灰又被除尘器3捕获、分离，便于循环使用。

所述活化室可以实现对磁珠的多项活化功能：对磁珠颗粒进行筛选，获取合适粒径的磁珠颗粒；对磁珠颗粒表面进行吹扫，清除表面覆盖的灰尘；在磁珠催化活性下降时，还可利用余热装置对磁珠加热，清除并回收其表面吸附的汞；如果烟气中单质汞含量过高，仅凭磁珠无法满足脱汞要求时，还可以在磁珠颗粒中添加汞吸附剂，例如溴基吸附剂等，进一步提高系统脱汞效率，达到环保要求。

Claims (6)

1.一种利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，以实现对烟气中单质汞的脱除，其包括如下步骤：

首先，对除尘器分离捕集的飞灰利用磁选分离机进行磁选分离，获取磁珠颗粒；

然后，将分离出来的磁珠颗粒在活化室内进行简单活化后，通过喷嘴以一定速度、一定角度喷入除尘器前的烟道中，与待进入除尘器进行除尘的烟气混合，使之与烟气中单质汞发生催化反应，使单质汞氧化为氧化态汞；

其中，所述活化室可实现对磁珠的活化功能，包括：对磁珠颗粒进行筛选，获取合适粒径的磁珠颗粒；对磁珠颗粒表面进行吹扫，清除表面覆盖的灰尘；在磁珠催化活性下降时利用余热装置对磁珠加热，清除并回收其表面吸附的汞；以及在烟气中单质汞含量过高仅凭磁珠无法满足脱汞要求时，在磁珠颗粒中添加汞吸附剂；

最后，氧化态汞随烟气依次进入除尘器以及除尘器下游的污染物控制设备，即可实现烟气中单质汞的脱除。

2.根据权利要求1所述的利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，其特征在于，所述的磁珠颗粒随着烟气进入除尘器后被除尘器从烟气中捕获分离，以用于再次喷入烟道中循环利用。

3.根据权利要求1或2所述的利用飞灰中的磁珠催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法，其特征在于，所述磁珠在喷入烟道中前，先对其进行活化，以增强其催化性能。

4.一种利用飞灰中磁珠催化氧化烟气中单质汞的设备，包括：

脱硝装置(2)，从炉膛(1)中排出的待处理烟气进入该脱硝装置(1)中进行脱硝处理；

除尘器(3)，其布置在脱硝装置(2)下游，与脱硝装置(2)通过烟道连通，脱硝处理后的烟气通过该除尘器(3)脱除烟气中的飞灰；

磁选机(7)，脱除的飞灰经该磁选机(7)进行磁选分离，得到磁珠，该磁珠用于先在活化室内进行简单活化后，再通过喷嘴以一定速度、一定角度喷入除尘器(3)前的烟道中与待除尘烟气混合，以与烟气中单质汞发生催化反应，使单质汞氧化为氧化态汞；其中，所述活化室可实现对磁珠的活化功能，包括：对磁珠颗粒进行筛选，获取合适粒径的磁珠颗粒；对磁珠颗粒表面进行吹扫，清除表面覆盖的灰尘；在磁珠催化活性下降时利用余热装置对磁珠加热，清除并回收其表面吸附的汞；以及在烟气中单质汞含量过高仅凭磁珠无法满足脱汞要求时，在磁珠颗粒中添加汞吸附剂；

脱硫装置(4)，设置在除尘器(3)下游，所述含氧化态汞的烟气经该脱硫装置(4)进行处理，即可实现对燃煤烟气中的单质汞的脱除。

5.根据权利要求4所述的利利用飞灰中磁珠催化氧化烟气中单质汞的设备，其特征在于，进入除尘器(3)中的磁珠在催化氧化后随飞灰被除尘器(3)分离捕集，并经磁选机(7)再次磁选分离，得到的磁珠可重新喷入除尘器(3)前的烟道中重复利用。

6.根据权利要求4或5所述的利用飞灰中磁珠催化氧化烟气中单质汞的设备，其特征在于，该设备还包括活化室(6)，磁选分离得到的磁珠在喷入烟道中前，先经该活化室(6)进行活化，以增强磁珠的催化性能。