CN103084038B - 一种燃煤电站的烟气脱汞方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤电站的烟气脱汞方法及装置，其中燃煤电站中锅炉炉膛产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器、空气预热器、静电除尘器和湿法脱硫塔后从烟囱排出，静电除尘器通过多级电场捕集所述烟气中不同粒径的粉煤灰，其特征在于所述的脱汞方法包括以下步骤：（S1）收集所述静电除尘器捕集的粉煤灰；（S2）将步骤（S1）所述的粉煤灰从静电除尘器上游位置重新投入到尾部烟道中，并且投入位置与静电除尘器之间具有足够长的距离，使所述的粉煤灰在再次被静电除尘器捕获前得以吸附烟气中的烟气汞；（S3）重复上述步骤（S1）和步骤（S2）。本发明具有脱汞效率高、实施成本低的优点。

Description

一种燃煤电站的烟气脱汞方法及装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤电站的烟气脱汞方法，本发明还涉及应用该方法的烟气脱汞装置。 

背景技术

燃煤电站中，锅炉炉膛产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器、空气预热器、静电除尘器和湿法脱硫塔后从烟囱排出。其中，烟气进入省煤器前的温度高达400℃，省煤器和空气预热器分别吸收通过的烟气中的热量加以循环利用，使得烟气温度逐步降低；静电除尘器一般具有4至5级电场，烟气通过静电除尘器时，烟气中的粉煤灰被各电场捕集脱除下来并储存在各电场的存灰仓中，不同电场所捕获的粉煤灰粒径不同，其规律为从第一电场到第四电场逐渐减小，一般来说，第一电场飞灰粒径大部分在10μm以上，第二电场飞灰粒径范围是5-10μm，以后的电场均在5μm以下。 

原煤中含有微量的汞(Hg)，这些汞在煤炭燃烧时排放出来而成为烟气汞，对环境造成严重破坏。煤炭燃烧已成为一个主要的人为汞排放源。我国的一次能源以煤为主，我国每年所生产原煤的80％以上用于直接燃烧，其中燃煤电站燃烧约占原煤总量的30％，而且燃煤量每年都在持续增加。控制燃煤电站锅炉汞排放意义重大。烟气汞一旦进入环境，经沉降和水溶后，最终转变成剧毒的甲基汞，如果甲基汞通过食物链进入人体，会对人的神经系统和发育系统产生严重危害。Hg污染问题已经成为全球关注的焦点，也是我国需要迫切解决的问题。 

烟气汞包括单质汞(Hg⁰)、气态二价汞(Hg²⁺)和固态颗粒汞(Hg_p)三种，它们的去除难度依次降低。为了解决汞的污染问题，从源头上防治汞对大气的污染，目前国内外研究大部分集中在两个方面。一是研制高效、经济的吸附剂；二是利用添加剂将烟气中的单质汞氧化为气态二价汞，由于气态二价汞具有更易被飞灰吸附且易溶于水的特点，一部分气态二价汞能被飞灰吸附转化为固态颗粒汞，进而在静电除尘器脱除；还有一部分被湿法烟气脱硫装置脱除。 

脱汞吸附剂的开发主要包括：活性炭基、钙基和飞灰基吸收剂以及一些新型吸附剂等。现有技术中，去除单质汞时最有效和最广泛使用的技术是活性炭喷入 技术，虽然该技术效果显著—可去除99%的单质汞，但该技术的运行费用，主要是活性炭的成本较高，因而不能大范围推广使用。而钙基吸附剂对气态二价汞的吸附效率较高，对单质汞的脱除效率却很低。研究结果表明，钙基类物质如Ca(OH)₂，对HgCl₂的吸附效率可达到85%；碱性吸附剂如CaO，同样也能达到很好地吸附HgCl₂的效果，但是这些钙基类物质对单质汞的吸附效率却很低。 

因此，燃煤电站中亟需一种经济高效的烟气脱汞方法。 

发明内容

本发明的第一目的是提供一种经济高效的燃煤电站的烟气脱汞方法。 

本发明的第二个目的是提供实现上述方法的燃煤电站的烟气脱汞装置。 

本发明的第一个目的是通过以下的技术措施来实现的： 

一种燃煤电站的烟气脱汞方法，其中燃煤电站中锅炉炉膛产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器、空气预热器、静电除尘器和湿法脱硫塔后从烟囱排出，静电除尘器通过多级电场捕集所述烟气中不同粒径的粉煤灰，其特征在于所述的脱汞方法包括以下步骤： 

（S1）收集所述静电除尘器捕集的粉煤灰； 

（S2）将步骤（S1）所述的粉煤灰从静电除尘器上游位置重新投入到尾部烟道中，并且投入位置与静电除尘器之间具有足够长的距离，使所述的粉煤灰在再次被静电除尘器捕获前得以吸附烟气中的烟气汞； 

（S3）重复上述步骤（S1）和步骤（S2）。 

为了提高对烟气汞的吸附效率，作为本发明的一种改进，所述的脱汞方法还包括以下步骤： 

在步骤（S1）中，将所述收集到的粉煤灰与苦卤混合，并将该混合物干燥后粉碎成粉煤灰和苦卤结晶的混合粉末； 

并且在步骤（S2）中，所述苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起被投入到尾部烟道中，使苦卤结晶将烟气汞中的单质汞氧化成气态二价汞。 

由于苦卤在高温环境下对金属管道有较强的腐蚀效果，为了使粉煤灰被空气预热器重新捕获前有足够的时间吸附烟气汞，并且避免苦卤对尾部烟道的腐蚀，作为本发明的一种改进，步骤（S2）中，所述的粉煤灰和苦卤结晶混合粉末从尾部烟道位于省煤器与空气预热器之间的管段位置投入到尾部烟道中。 

作为本发明的一种改进，步骤（S1）中，所述的苦卤与收集到的粉煤灰的质量比在1：10至1：15之间。苦卤与粉煤灰按此质量比进行投入，即能避免苦卤量过少而导致烟气中的单质汞未能全部氧化成气态二价汞，同时避免苦卤量过多而导致苦卤对尾部烟道造成严重腐蚀。 

为了兼顾粉煤灰对烟气汞的吸附效率和实施本脱汞方法的成本，步骤（S1）收集的所述粉煤灰为静电除尘器第二电场所捕集的粉煤灰。实验表明，静电除尘器的各个电场的灰量占比分别为：第一电场占60%左右，第二电场占25%左右，第三电场占12%左右，第四电场占3%左右，各个电场所捕集的粉煤灰的吸附效果分别为：第二电场的吸附效果是第一电场的1.4倍以上，第三电场的吸附效果是第一电场的2倍以上；因此，选用静电除尘器第二电场所捕集的粉煤灰作为烟气汞的吸附剂，即能满足烟气脱汞对粉煤灰量的需求，并且作为吸附剂的第二电场的粉煤灰也具有较好的吸附效果。 

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（S1）中，以持续方式对静电除尘器第二电场捕集的粉煤灰进行收集，并且收集量接近静电除尘器第二电场的存灰仓中粉煤灰的动态存量的一半。 

本发明的第二个目的是通过以下的技术措施来实现的： 

一种应用权利要求1所述方法的燃煤电站的烟气脱汞装置，其中燃煤电站中锅炉炉膛产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器、空气预热器、静电除尘器和湿法脱硫塔后从烟囱排出，静电除尘器通过多级电场捕集所述烟气中不同粒径的粉煤灰，其特征在于：所述的脱汞装置包括循环管道；所述循环管道连通在静电除尘器的存灰仓与尾部烟道位于静电除尘器上游位置的管段之间，并且所述上游位置的管段与静电除尘器之间具有足够长的距离，循环管道将静电除尘器捕集的粉煤灰抽吸到尾部烟道中，使所述粉煤灰在再次被静电除尘器捕获前吸附烟气中的烟气汞。 

为了提高对烟气汞的吸附效率，作为本发明的一种改进，所述的脱汞装置还包括苦卤喷液装置、干燥烟道和破碎装置；所述苦卤喷液装置和破碎装置均安装在循环管道上，其中苦卤喷液装置设置在破碎装置的上游位置，所述干燥烟道连通尾部烟道位于省煤器上游位置的管段与循环管道位于苦卤喷液装置和破碎装置之间的管段，所述苦卤喷液装置将苦卤以雾气方式喷入循环管道中与循环管道 中的粉煤灰充分混合，所述干燥烟道引入高温的烟气将该混合物干燥后，由所述破碎装置粉碎成粉煤灰和苦卤结晶的混合粉末，使苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起通过循环管道抽吸到尾部烟道中。 

由于苦卤在高温环境下对金属管道有较强的腐蚀效果，为了使粉煤灰被静电除尘器重新捕获前有足够的时间吸附烟气汞，并且避免苦卤对尾部烟道的腐蚀，作为本发明的一种改进，所述循环管道的出口与尾部烟道位于省煤器与空气预热器之间的管段相连通。 

为了兼顾粉煤灰对烟气汞的吸附效率和实施本脱汞装置的成本，所述循环管道的进口与静电除尘器第二电场的存灰仓相连通。由于作为吸附剂的第二电场的粉煤灰也具有较好的吸附效果，能够满足烟气脱汞对粉煤灰的要求，使得烟气脱汞装置的建设成本最低，避免建设连通第一电场或第三电场存灰仓的循环管道造成烟气脱汞装置的成本升高，并且还使得投入尾部烟道中的灰量过大而加重对尾部烟道的磨损。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

第一，本发明将静电除尘器从尾部烟道捕集的粉煤灰循环投入到尾部烟道中，使粉煤灰在投入点与静电除尘器之间的尾部烟道中得以维持在一定浓度以上，以粉煤灰循环方式实现了对烟气汞的低成本吸附，并且较高浓度的粉煤灰对烟气汞的整体吸附效率也较高，因此，本发明对烟气具有较高的脱汞效率和极低实施成本； 

第二，本发明用苦卤作为添加剂，将烟气汞中的单质汞氧化成气态二价汞以降低粉煤灰对烟气汞的吸附难度，烟气汞的吸附效率得以获得提高，并且苦卤以结晶形式吸附在粉煤灰上一并投入尾部烟道中，单质汞被苦卤结晶氧化成气态二价汞后即快速被与苦卤结晶结合的粉煤灰所吸附，进一步提高了烟气汞的吸附效率，因此，本发明对烟气的脱汞效率得以进一步提高，另外，苦卤为海水制盐工业的副产物，其成本低并且对其回收利用有益环保； 

第三，本发明的脱汞装置主要投入成本为循环管道和干燥烟道两条气体管道，并且优选将循环管道的进口连通到静电除尘器第二电场的存灰仓，在满足烟气脱汞对粉煤灰吸附能力和数量的前提下，循环管道设置达到最为简单，成本最低。 

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明： 

图1为本发明优选实施例的烟气脱汞装置的结构示意图； 

图中，1-锅炉炉膛，2-省煤器，3-干燥烟道，4-破碎装置，5-循环管道，6-湿法脱硫塔，7-烟囱，8-苦卤喷液装置，9-第二电场存灰仓，10-静电除尘器，11-空气预热器。 

具体实施方式

如图1所示，本发明优选实施例的燃煤电站的烟气脱汞装置包括循环管道5、苦卤喷液装置8、干燥烟道3和破碎装置4。在燃煤电站中，锅炉炉膛1产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器2、空气预热器11、静电除尘器10和湿法脱硫塔6后从烟囱7排出，静电除尘器10通过多级电场捕集烟气中不同粒径的粉煤灰。 

本优选实施例的循环管道5的进口与静电除尘器10第二电场的存灰仓9相连通；循环管道5的出口与尾部烟道位于省煤器2与空气预热器11之间的管段相连通，以使得粉煤灰的投入位置与静电除尘器10之间具有足够长的距离，粉煤灰得以有足够的时间吸附烟气中的烟气汞。循环管道5将静电除尘器10第二电场捕集的粉煤灰持续抽吸到尾部烟道中，并且抽吸量接近静电除尘器10第二电场存灰仓9中粉煤灰的动态存量的一半，使粉煤灰在再次被静电除尘器10捕获前吸附烟气中的烟气汞。 

本优选实施例的苦卤喷液装置8和破碎装置4均安装在循环管道5上，其中苦卤喷液装置8设置在破碎装置4的上游位置，干燥烟道3连通尾部烟道位于省煤器2上游位置的管段与循环管道5位于苦卤喷液装置8和破碎装置4之间的管段，苦卤喷液装置8将苦卤以雾气方式沿循环管道5四周喷入循环管道5中与循环管道5中的粉煤灰充分混合，由于添加剂苦卤为液体，该混合物为潮湿块状物，干燥烟道3从尾部烟道引入400℃左右的烟气将该混合物加热干燥后，由破碎装置4粉碎成粉煤灰和苦卤结晶的混合粉末，使苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起通过循环管道5抽吸到尾部烟道中。 

锅炉炉膛1不断产生产生烟气，其通过尾部烟道进入静电除尘器10时，其中大部分的粉煤灰被静电除尘器10的各级电场所捕获，循环管道5将静电除尘 器10第二电场捕集的粉煤灰抽吸重新投入到尾部烟道中，使得粉煤灰在投入点与静电除尘器之间的尾部烟道中得以维持在一定浓度以上，由于粉煤灰具有良好的吸附性能，能够对烟气中的烟气汞进行吸附，而本发明的实验表明粉煤灰粒径越小，吸附能力越强，静电除尘器10从第一电场起到后续电场所捕集的粉煤灰吸附能力逐级增强，但第三电场以后所捕集的粉煤灰虽然粒径小，但是其中的灰量也小，不能满足烟气脱汞对粉煤灰灰量的需求，因此根据实验选用静电除尘器10第二电场捕集的粉煤灰对烟气中的烟气汞进行吸附，使尾部烟道中的粉煤灰达到一定浓度以上，因此而具有较高的脱汞效率和极低的实施成本。而本优选实施例中还通过苦卤喷液装置8对循环管道5中的粉煤灰添加苦卤，并由干燥烟道3引入烟气干燥以及由破碎装置4将混合物破碎成粉末，使得苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起通过循环管道5抽吸到尾部烟道中，由于苦卤是海水制盐工业的副产物，其主要成分是MgCl₂、NaCl，其次是MgSO₄，含量较少的是KCl。由于氯化物可以大大促进单质汞向气态二价汞的转化，所以向粉煤灰中加入苦卤可以有效提高烟气中气态二价汞比例，进而促进了粉煤灰对烟气汞的吸附，降低粉煤灰对烟气汞的吸附难度并使副产物苦卤得到了有效利用。 

本发明的燃煤电站的烟气脱汞方法，包括以下步骤： 

（S1）以持续方式对静电除尘器10第二电场捕集的粉煤灰进行收集，并且收集量接近静电除尘器10第二电场的存灰仓9中粉煤灰的动态存量的一半，以保证尾部烟道中粉煤灰的更新速度；将收集到的粉煤灰与苦卤混合，并将该混合物干燥后粉碎成粉煤灰和苦卤结晶的混合粉末，其中苦卤与收集到的粉煤灰的质量比在1:10至1：15之间； 

（S2）将步骤（S1）得到的粉煤灰和苦卤结晶混合粉末从尾部烟道位于省煤器2与空气预热器11之间的管段位置重新投入到尾部烟道中，苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起被投入到尾部烟道中，使苦卤结晶将烟气汞中的单质汞氧化成气态二价汞，粉煤灰在再次被静电除尘器10捕获前得以吸附烟气中的烟气汞； 

（S3）重复上述步骤（S1）和步骤（S2）。 

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出 其它多种形式的等效修改、替换或变更，例如，除对静电除尘器10第二电场捕获的粉煤灰进行收集，同时也至少对静电除尘器10其他电场的一个或者多个所捕获的粉煤灰进行收集，又如仅将静电除尘器10中的粉煤灰循环投入到尾部烟道中，再如，选用现有的其它现有的添加剂代替苦卤对单质汞进行氧化，均落在本发明的保护范围之中。 

Claims (6)

1.一种燃煤电站的烟气脱汞方法，其中燃煤电站中锅炉炉膛(1)产生的烟气经由尾部烟道，依次通过省煤器(2)、空气预热器(11)、静电除尘器(10)和湿法脱硫塔(6)后从烟囱(7)排出，静电除尘器(10)通过多级电场捕集所述烟气中不同粒径的粉煤灰，其特征在于：所述的脱汞方法包括以下步骤：

(S1)收集所述静电除尘器(10)捕集的粉煤灰；

(S2)将步骤(S1)所述的粉煤灰从静电除尘器(10)上游位置重新投入到尾部烟道中，并且投入位置与静电除尘器(10)之间具有足够长的距离，使所述的粉煤灰在再次被静电除尘器(10)捕获前得以吸附烟气中的烟气汞；

(S3)重复上述步骤(S1)和步骤(S2)。

2.根据权利要求1所述的燃煤电站的烟气脱汞方法，其特征在于：所述的脱汞方法还包括以下步骤：

在步骤(S1)中，将所述收集到的粉煤灰与苦卤混合，并将该混合物干燥后粉碎成粉煤灰和苦卤结晶的混合粉末；

并且在步骤(S2)中，所述苦卤结晶吸附在粉煤灰上随粉煤灰一起被投入到尾部烟道中，使苦卤结晶将烟气汞中的单质汞氧化成气态二价汞。

3.根据权利要求2所述的燃煤电站的烟气脱汞方法，其特征在于：步骤(S2)中，所述的粉煤灰和苦卤结晶混合粉末从尾部烟道位于省煤器(2)与空气预热器(11)之间的管段位置投入到尾部烟道中。

4.根据权利要求3所述的燃煤电站的烟气脱汞方法，其特征在于：步骤(S1)中，所述的苦卤与收集到的粉煤灰的质量比在1：10至1：15之间。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃煤电站的烟气脱汞方法，其特征在于：步骤(S1)收集的所述粉煤灰为静电除尘器(10)第二电场所捕集的粉煤灰。

6.根据权利要求5所述的燃煤电站的烟气脱汞方法，其特征在于：所述的步骤(S1)中，以持续方式对静电除尘器(10)第二电场捕集的粉煤灰进行收集，并且收集量接近静电除尘器(10)第二电场的存灰仓(9)中粉煤灰的动态存量的一半。