CN103446856A - 一种用于烟气除汞剂活化的装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烟气除汞剂活化的装置及其应用，该装置包括除汞剂储罐（1）、流量控制器（2）、除汞剂输送管（3）、除汞剂活化装置（4）、电源连接线（7）、高压电源（8）、接地线（9），所述的除汞剂储罐（1）通过除汞剂输送管（3）连接除汞剂活化装置（4），并在除汞剂输送管（3）管道上设有流量控制器（2），所述的除汞剂活化装置（4）通过电源连接线（7）连接高压电源（8），并通过接地线（9）与地线相连，除汞剂活化装置（4）底部设有烟气入口，顶部设有烟气出口。与现有技术相比，本发明可以显著提高除汞剂的活性及除汞效率，同时减少除汞剂的使用量和可能导致次级污染风险。

Description

一种用于烟气除汞剂活化的装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种环境保护领域的烟气汞排放控制技术，尤其是涉及一种用于烟气除汞剂活化的装置及其应用。

背景技术

随着人们环保意识和对汞危害的认识不断加强，越来越多的国家开始重视重金属汞的污染问题。2013年10月，关于汞的国际公约即将签署。作为全球最大的汞排放国，我国面临严峻的汞减排履约压力。

当前国际主流的烟气除汞技术主要是通过向烟气中喷入活性炭或氧化剂，将燃煤烟气中的零价汞(Hg⁰)吸附转化为颗粒态汞(Hg^p)或氧化转化为二价汞(Hg²⁺)，然后通过后续已有的烟气污染物净化设备，如除尘设备、湿法脱硫设备等，将转化后的颗粒态汞(Hg^p)或二价汞(Hg²⁺)去除。不过，采用活性炭喷射的方法价格比较贵，其对零价汞的吸附性能有限，且过多使用活性炭会影响飞灰品质不利于其综合利用。因此，活性炭喷射技术在我国尚无法大规模推广应用。而美国环保署经过多年试验研究发现，在烟气零价汞氧化过程中，卤单质或卤化物是比较有效的氧化剂，大多数烟气除汞技术都不可避免地要使用到卤单质或卤化物作为氧化剂。如中国专利ZL200610027173.8和ZL200810202641.X分别公开了一种利用硫卤化合物负载改性吸附剂和氯化溴复配液去除烟气零价汞的方法，通过硫卤化合物或氯化溴将烟气中的Hg⁰转化为Hg²⁺，然后通过湿法脱硫装置将Hg²⁺吸收去除。另外，还有向燃煤中直接添加溴化钙，以提高烟气中Hg²⁺比例，从而提高总汞去除效率的烟气除汞方法。然而，燃煤烟气中除了氯气或氯化物以外，基本不含有其他卤化物。氯化物本身对零价汞的氧化效率偏低，不足以满足工业烟气除汞的要求。如果采用单质溴、单质碘，虽然可以比较有效地转化零价汞，但是其活性较高，可能导致二次污染，而如果使用溴化物或碘化物等卤化物，其活性又偏低，为提高其除汞效率势必要加大其使用量，这同样会导致二次污染的产生。因此，如果需要减少卤单质或卤化物的使用量，又要保证烟气除汞的效率，就必须要进一步提高其对零价汞的氧化活性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于烟气除汞剂活化的装置及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，该装置包括除汞剂储罐、流量控制器、除汞剂输送管、除汞剂活化装置、电源连接线、高压电源、接地线，所述的除汞剂储罐通过除汞剂输送管连接除汞剂活化装置，并在除汞剂输送管管道上设有流量控制器，所述的除汞剂活化装置通过电源连接线连接高压电源，并通过接地线与地线相连，除汞剂活化装置底部设有烟气入口，顶部设有烟气出口。

所述的除汞剂活化装置包括金属材质的筒状外壳，置于外壳内部活化电极，以及外壳顶部和底部设置的活化装置封盖。

所述的活化电极由电极外管和电极内管组成；所述的电极外管为金属材质，其形状为内部真空的星型柱状结构；其两端用星型金属片焊接密封，而侧边有四条缝隙，缝隙的宽度范围为0.1-1.0mm；所述的电极内管为一根穿过电极外管的两端，并与其焊接在一起的金属圆管；该金属圆管与电极外管所述四条缝隙对应的位置平行钻有四排小孔；小孔直径为1-2mm，同一排小孔之间的距离为50-200mm。

所述的活化装置封盖由绝缘材料制成，活化装置封盖上插有电极内管；所述的绝缘材料包括聚四氟乙烯。

所述的电极外管外侧的压力比内侧的压力低0-3000Pa，即电极外管与除汞剂活化装置外壳间的压力比电极外管与电极内管间的压力低0-3000Pa。

所述的高压电源为直流电源或交频电源。

一种用于烟气除汞剂活化的装置的应用，其特征在于，该应用包括以下几个步骤：

第一步，将燃煤烟气从烟气入口引入除汞剂活化装置；

第二步，将除汞剂气体从除汞剂储罐经过除汞剂输送管通入活化电极内管；

第三步，进入电极内管的除汞剂通过其壁面上的小孔输送到电极外管的内部空腔中；

第四步，进入电极外管内部空腔的除汞剂经过其侧边的缝隙通入到除汞剂活化装置的内部通道中与燃煤烟气混合；

第五步，将高压电源调节至一定电压，使得除汞剂经过电极外管的缝隙时在电晕作用下活化，生成大量的活性物质；

第六步，活性物质与烟气中的零价汞进行反应，并将其转化为二价汞；

第七步，利用后续的湿法脱硫装置将烟气中的二价汞去除。

所述的除汞剂储罐内的除汞剂主要为氯化氢、溴化氢或碘化氢气体的一种或多种混合物，除汞剂的喷入量通过流量控制器调节，其在烟气中的浓度范围为0.1ppm-20ppm之间。

所述的活化电极的放电形式为电晕放电或脉冲放电，放电电压范围在5-60kV，放电频率为50-300000Hz。

所述的烟气的温度为100-300℃范围内；烟气在除汞剂活化装置中的流速为1-5m/s，停留时间为1-20秒。

与现有技术相比，本发明具有以下一些优点：

1、本发明使用的除汞剂通过新型电极的缝隙混入到烟气中，可以极大地提高电晕放电的能量，激发生成更多的活性物质，并利用这些活性物质迅速将烟气中的零价汞高效氧化；

2、本发明使用的除汞剂用量非常少，成本较低；

3、本发明可以用于静电除尘器的改造，将本发明设计的新型电极与静电除尘器最后一个电场中的部分电极进行替换，这样在不影响除尘效果的同时又能提升静电除尘器对零价汞的去除效果，同时节约了设备成本。

4、本发明不仅可以应用于燃煤烟气，还可以应用于垃圾焚烧烟气、有色冶炼烟气等其他行业的烟气汞排放控制过程中。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明活化电极主视图；

图3为本发明活化电极俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例采用一个内径为150mm的圆形不锈钢筒作为除汞剂活化装置的主体，其长度为2100mm，新型活化电极外筒长度为1800mm，内筒长度为2400mm，活化电极外筒的横截面对角距离为51mm，其尖端与除汞剂活化装置内壁面的距离为49.5mm。在除汞活化装置上游装有一个空气加热装置，利用引风机将现场配置热模拟烟气([NO]＝200ppm，[Hg⁰]＝20μg/m³，[SO₂]＝1000ppm，其余为电炉加热的150℃的热空气)以40m³/h的流量连续通入烟道。除汞剂采用气体氯化氢，喷入浓度为10ppmv。首先不开启高压电源，通过检测通入氯化氢前后，尾气中的零价汞浓度，可以计算出零价汞的去除效率约为5％左右；当将电压调节至8.0kV时，零价汞的去除效率达到了60％左右；进一步将电压调节至10kV，零价汞的去除效率达到了80％左右。

实施例2

装置及方法与实例1相同，只是将除汞剂改为气体溴化氢，向烟气中喷入溴化氢后，在模拟烟气中的浓度为2ppmv。在不施加电压的时候，烟气中零价汞的去除效率为10％；逐步将电压调至8.0kV，零价汞的去除效率达到了80％左右；进一步将电压调节至9.0kV，零价汞的去除效率达到了95％左右。

实施例3

如图1～3所示，一种用于烟气除汞剂活化的装置，该装置包括除汞剂储罐1、流量控制器2、除汞剂输送管3、除汞剂活化装置4、电源连接线7、高压电源8、接地线9，所述的除汞剂储罐1通过除汞剂输送管3连接除汞剂活化装置4，并在除汞剂输送管管道上设有流量控制器2，

所述的除汞剂活化装置4包括金属材质的筒状外壳，置于外壳内部活化电极5，以及外壳顶部和底部设置的活化装置封盖6。所述的活化电极5由电极外管10和电极内管11组成；所述的电极外管10为金属材质，其形状为内部真空的星型柱状结构；其两端用星型金属片焊接密封，而侧边有四条缝隙，缝隙的宽度范围为0.1-1.0mm，以便于除汞剂通过缝隙进入到除汞剂活化装置4内部通道与燃煤烟气混合；所述的电极内管11为一根穿过电极外管的两端，并与其焊接在一起的金属圆管；该金属圆管与电极外管所述四条缝隙对应的位置平行钻有四排小孔，以便于除汞剂从电极内管11流动到电极外管10的内部空腔中，并沿着外管10的缝隙进入到除汞剂活化装置4内；小孔直径为1-2mm，同一排小孔之间的距离为50-200mm。所述的活化装置封盖6由绝缘材料制成，活化装置封盖6上插有电极内管11；所述的绝缘材料包括聚四氟乙烯。

所述的除汞剂活化装置4电极内管11穿过活化装置封盖6，并通过电源连接线7连接高压电源8，除汞剂活化装置4外壳通过接地线9与地线相连，除汞剂活化装置4底部设有烟气入口，顶部设有烟气出口。

上述装置的应用包括以下几个步骤：

第一步，将燃煤烟气从烟气入口引入除汞剂活化装置4；烟气的温度为100-300℃范围内；烟气在除汞剂活化装置中的流速为1-5m/s，停留时间为1-20秒。

第二步，将除汞剂气体从除汞剂储罐1经过除汞剂输送管3通入活化电极内管11；所述的除汞剂储罐内的除汞剂主要为氯化氢、溴化氢或碘化氢气体的一种或多种混合物，除汞剂的喷入量通过流量控制器调节，其在烟气中的浓度范围为0.1ppm-20ppm之间。

第三步，进入电极内管11的除汞剂通过其壁面上的小孔输送到电极外管10的内部空腔中；

第四步，进入电极外管10内部空腔的除汞剂经过其侧边的缝隙通入到除汞剂活化装置4的内部通道中与燃煤烟气混合；所述的电极外管10外侧的压力比内侧的压力低0-3000Pa，即电极外管10与除汞剂活化装置4外壳间的压力比电极外管10与电极内管11间的压力低0-3000Pa。

第五步，将高压电源8调节至一定电压，使得除汞剂经过电极外管的缝隙时在电晕作用下活化，生成大量的活性物质；所述的高压电源8为直流电源或交频电源。所述的活化电极5的放电形式为电晕放电或脉冲放电，放电电压范围在5-60kV，放电频率为50-300000Hz。

第六步，活性物质与烟气中的零价汞进行反应，并将其转化为二价汞；

第七步，利用后续的湿法脱硫装置将烟气中的二价汞去除。

Claims (10)

1.一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，该装置包括除汞剂储罐(1)、流量控制器(2)、除汞剂输送管(3)、除汞剂活化装置(4)、电源连接线(7)、高压电源(8)、接地线(9)，所述的除汞剂储罐(1)通过除汞剂输送管(3)连接除汞剂活化装置(4)，并在除汞剂输送管(3)管道上设有流量控制器(2)，所述的除汞剂活化装置(4)通过电源连接线(7)连接高压电源(8)，并通过接地线(9)与地线相连，除汞剂活化装置(4)底部设有烟气入口，顶部设有烟气出口。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，所述的除汞剂活化装置(4)包括金属材质的筒状外壳，置于外壳内部活化电极(5)，以及外壳顶部和底部设置的活化装置封盖(6)。

3.根据权利要求2所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，所述的活化电极(5)由电极外管(10)和电极内管(11)组成；所述的电极外管(10)为金属材质，其形状为内部真空的星型柱状结构；其两端用星型金属片焊接密封，而侧边有四条缝隙，缝隙的宽度范围为0.1-1.0mm；所述的电极内管(11)为一根穿过电极外管(10)的两端，并与其焊接在一起的金属圆管；该金属圆管与电极外管(10)所述四条缝隙对应的位置平行钻有四排小孔；小孔直径为1-2mm，同一排小孔之间的距离为50-200mm。

4.根据权利要求3所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，所述的活化装置封盖(6)由绝缘材料制成，活化装置封盖(6)上插有电极内管(11)；所述的绝缘材料包括聚四氟乙烯。

5.根据权利要求3所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，所述的电极外管(10)外侧的压力比内侧的压力低0-3000Pa，即电极外管(10)与除汞剂活化装置(4)外壳间的压力比电极外管(10)与电极内管(11)间的压力低0-3000Pa。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置，其特征在于，所述的高压电源(8)为直流电源或交频电源。

7.一种如权利要求1～6任一所述的用于烟气除汞剂活化的装置的应用，其特征在于，该应用包括以下几个步骤：

第一步，将燃煤烟气从烟气入口引入除汞剂活化装置(4)；

第二步，将除汞剂气体从除汞剂储罐(1)经过除汞剂输送管(3)通入活化电极内管(11)；

第三步，进入电极内管(11)的除汞剂通过其壁面上的小孔输送到电极外管(10)的内部空腔中；

第四步，进入电极外管(10)内部空腔的除汞剂经过其侧边的缝隙通入到除汞剂活化装置(4)的内部通道中与燃煤烟气混合；

第五步，将高压电源(8)调节至一定电压，使得除汞剂经过电极外管的缝隙时在电晕作用下活化，生成大量的活性物质；

第六步，活性物质与烟气中的零价汞进行反应，并将其转化为二价汞；

第七步，利用后续的湿法脱硫装置将烟气中的二价汞去除。

8.根据权利要求1所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置的应用，其特征在于，所述的除汞剂储罐(1)内的除汞剂主要为氯化氢、溴化氢或碘化氢气体的一种或多种混合物，除汞剂的喷入量通过流量控制器(2)调节，其在烟气中的浓度范围为0.1ppm-20ppm之间。

9.根据权利要求1所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置的应用，其特征在于，所述的活化电极(5)的放电形式为电晕放电或脉冲放电，放电电压范围在5-60kV，放电频率为50-300000Hz。

10.根据权利要求1所述的一种用于烟气除汞剂活化的装置的应用，其特征在于，所述的烟气的温度为100-300℃范围内；烟气在除汞剂活化装置(4)中的流速为1-5m/s，停留时间为1-20秒。

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