CN103638809A - 一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法及系统，所述系统设有锅炉、引风机、除尘器、光学烟道脱汞装置、紫外灯控制器、紫外灯空气冷却装置、湿法烟气脱硫系统以及烟囱。来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光学烟道脱汞装置。紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置尾部的湿法烟气脱硫系统，二价汞在湿法烟气脱硫系统内被洗涤脱除。洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气。该装置及系统能够高效脱除烟气中的单质汞，可以在现有湿法烟气脱硫基础上对前部烟道进行改造，不需要添加任何氧化剂或添加剂，无反应副产物产生，紫外灯管更换和维修方便，具有工艺简单、投资成本低和维护方便等优点，是一种具有良好开发和应用前景的烟气脱汞技术。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧烟气污染物控制领域，具体涉及一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法及系统。
背景技术
汞是一种剧毒性和在生物体内易于沉积的重金属痕量元素，对人体健康和生态环境具有极大的危害。我国是世界第一大煤炭消费国，能源结构中煤炭的比例高达75％，并且这种格局在今后相当长的一段时间内仍不会有大的改变。随着燃煤污染物大气环保标准的日益严格，预计在不久的将来，燃煤烟气汞污染控制标准的出台将是必然趋势。因此，研究和开发有效的燃煤烟气汞污染控制方法是我国环保科技人员面临的重要任务之一。
国内外学者在研究脱汞新理论和新技术领域做了大量卓有成效的工作。目前，在众多脱汞方法中，吸附剂吸附和湿法洗涤被认为是燃煤烟气脱汞领域的两个最有发展潜力的主流脱汞技术。湿法洗涤脱汞技术中研究最多的是应用现有的湿法烟气脱硫系统联合洗涤脱汞。该技术可以实现较高的Hg2+(g)脱除率，但是对难溶的Hg0(g)没有明显的脱除效果，部分氧化态汞还可能被还原为单质汞。不少学者尝试用一些氧化技术在脱硫塔前将烟气中的Hg0(g)先氧化为Hg2+(g)，然后再用湿法烟气脱硫系统洗涤脱除Hg2+(g)。目前研究较多的选择性催化还原(SCR)催化氧化脱汞可实现部分Hg0(g)转化为Hg2+(g)，但脱汞效果受到燃煤组分﹑催化剂类型﹑燃烧方式以及燃烧器结构的明显影响，相关催化氧化机理仍不十分清楚。其它氧化技术，例如等离子体氧化﹑光催化氧化和臭氧氧化等尚处于实验室探索阶段。利用高锰酸钾﹑过硫酸钾和亚氯酸钠等传统氧化剂在吸收塔中氧化吸收Hg0(g)也取得了良好效果，但也存在吸收剂昂贵或产物成分复杂难处理等不足，相关技术还有待于进一步完善。吸附法主要是通过活性炭或者其它吸附剂吸附烟气中的Hg2+(g)和Hg0(g)，先将其转化为颗粒汞，然后利用现有的除尘设备将其捕获而达到脱汞目的。目前研究较多且技术最成熟的活性炭吸附法具有较高的脱汞效率，但应用成本极高，企业难以承受。其它吸附剂，例如贵金属﹑金属氧化物﹑飞灰﹑活性焦﹑钙基材料﹑分子筛以及天然矿物材料等虽然具有潜在的发展前景，但由于在应用成本，脱汞效率，吸附剂稳定性以及吸附机理研究等方面的欠缺与不足，目前还无法获得大规模工业应用。综上所述，目前还没有一种适合于大规模商业化的燃煤烟气脱汞技术。因此，在完善现有脱汞技术的同时，积极开发经济高效的新型燃煤烟气脱汞技术具有重要理论和现实意义。
发明内容
本发明公开了一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法及系统。主要设有锅炉、引风机、除尘器、光学烟道脱汞装置、紫外灯控制器、紫外灯空气冷却装置、湿法烟气脱硫系统以及烟囱。来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光学烟道脱汞装置。紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置尾部的湿法烟气脱硫系统，二价汞在湿法烟气脱硫系统内被洗涤脱除。洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气。该装置及系统能够高效脱除烟气中的单质汞，可以在现有湿法烟气脱硫基础上对前部烟道进行改造，不需要添加任何氧化剂或添加剂，无反应副产物产生，且每支紫外灯管均可方便从双层石英玻璃套管内部自由抽出，故紫外灯管在运行中出现损坏时更换和维修均非常方便，具有工艺简单、投资成本低和维护方便等优点，是一种具有良好开发和应用前景的烟气脱汞技术。
为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下：
一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法，来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光学烟道脱汞装置；光学烟道脱汞装置中的紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质。所述的活性物质为羟基自由基﹑氧原子和臭氧等强氧化剂将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞；含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置尾部的湿法烟气脱硫系统，二价汞在湿法烟气脱硫系统内被洗涤脱除；洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气；紫外灯控制系统控制紫外灯辐射功率和波长，紫外灯空气冷却装置对烟道气传递和紫外灯产生的热量进行冷却降温，以保证紫外灯能够在低温下高效运行，延长工作寿命
光学烟道脱汞装置入口的烟气温度不高于400℃，光学烟道脱汞装置内的紫外灯有效波长为100nm-350nm，有效辐射强度为10μW/cm2-300μW/cm2；来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-1000μg/m3。
所述系统包括锅炉、引风机、除尘器、光学烟道脱汞装置、紫外灯控制器、紫外灯空气冷却装置、湿法烟气脱硫系统以及烟囱；锅炉通过烟道与除尘器的入口连接，除尘器的出口与光学烟气脱汞装置连接的入口连接，光学烟气脱汞装置的出口与湿法烟气脱硫系统的入口相连通，湿法烟气脱硫系统的出口通过烟道与烟囱连接。光学烟道脱汞装置位于除尘器之后、湿法烟气脱硫系统之前的烟道上，属于烟道的一部分。
所述锅炉与除尘器的烟道上设有第一引风机，所述湿法烟气脱硫系统与烟囱的烟道上设有第二引风机。
所述除尘器是布袋除尘器、静电除尘器或者布袋静电复合除尘器中的一种或两种，除尘后烟气中颗粒粒径不大于0.5微米。
湿法烟气脱硫系统是喷淋塔、鼓泡塔、搅拌釜或填料塔中的一种，采用的吸收剂是水、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、氧化镁、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠、双氧水、氨水、尿素、次氯酸钙、过氧乙酸中的一种或两种以上的混合溶液。
所述吸收剂除水之外，采用其它吸收剂的质量浓度控制在0.01-15%之间。
光学烟道脱汞装置的截面为矩形或正方形，光学烟道脱汞装置内部布置有紫外灯管；多盏紫外灯在光学烟道脱汞装置内部呈顺排布置，且相邻紫外灯灯管中心线的横向和纵向间距均相等；相邻紫外灯管中心线之间的间隔位于10cm-200cm；多个紫外灯发射的紫外光波长和辐射强度保持相同，以防止相互干扰。
紫外灯与烟气之间由两层石英玻璃套管相隔，两层石英玻璃套管之间抽成真空紫外灯管外壁与双层石英玻璃套管内壁之间留有0.5cm-5cm的空气冷却通道，空气冷却通道一端设有冷却空气入口端盖，另一端敞开。然后由空气冷却风机向空气冷却通道中输入循环冷却空气带走空气冷却通道中的热量，降低紫外灯工作区温度，以保证紫外灯高效运行，延长工作寿命。循环冷却空气量的大小主要与空气冷却通道中温度有关，原则上需要保证空气冷却通道中的温度不高于80℃，以此来确定循环冷却空气流量。每支紫外灯管均可方便从双层石英玻璃套管内部自由抽出，故紫外灯管在运行中出现损坏时更换和维修均非常方便。光学烟道脱汞装置的长度位于5cm-200cm之间。
本发明系统的反应过程原理：
1.紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。具体过程可用如下的化学反应(1)-(5)表示：
O+O2→O3 (3)
Hg0+O3→HgO+O2 (4)
Hg0+O→HgO (5)
2.含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置尾部的湿法烟气脱硫系统，二价汞在湿法烟气脱硫系统内被洗涤脱除,进而达到脱汞目的。
本发明的优点及显著效果：
本发明所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞装置及系统，具有设备简单、初投资小、脱除效率高以及可以在现有老旧机组上直接改造等诸多优点。另外，通过在烟道上增设光学烟道脱汞装置脱除单质汞，然后利用现有广泛应用的湿法烟气脱硫系统洗涤脱除二价汞，整个脱除过程无需消耗任何化学试剂，也没有难处理的二次副产物产生，无二次污染。另外，光学烟道脱汞装置中的每支紫外灯管均可方便从双层石英玻璃套管内部自由抽出，故紫外灯管在运行中出现损坏时更换和维修均非常方便，且不存在烟道气泄露问题。因此，相对于现有的燃煤烟气脱汞技术，本发明所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞装置及系统具有广阔的开发和应用前景。
附图说明
图1是本发明系统的光学烟道脱汞装置水平布置的工艺流程图。
图2是本发明系统的光学烟道脱汞装置垂直布置的工艺流程图。
图3是光学烟道脱汞装置的主视图。
图4是光学烟道脱汞装置的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，来自锅炉1中含有单质汞的烟气由第一引风机2牵引进入除尘器3进行除尘。除尘后的烟气进入光学烟道脱汞装置6。布置在光学烟道脱汞装置6中的紫外灯管5透过双层石英玻璃套管7发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生活性物质将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞。所述的活性物质为羟基自由基﹑氧原子和臭氧等强氧化剂。含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置6尾部的湿法烟气脱硫系统10，二价汞在湿法烟气脱硫系统10内被洗涤脱除。洁净的烟气由第二引风机11牵引进入烟囱12排入大气。紫外灯的开启、辐射功率和波长大小的调节均由紫外灯控制器4控制，紫外灯和烟道产生的热量由紫外灯空气冷却装置9将冷空气由冷却空气入口端盖8通入紫外灯5与双层石英玻璃套管7之间的空气冷却通道进行冷却降温，以保证紫外灯在低温环境下高效运行，延长紫外灯的工作寿命。另外，光学烟道脱汞装置6中的每支紫外灯管5均可方便从双层石英玻璃套管7内部自由抽出，故紫外灯管5在运行中出现损坏时更换和维修均非常方便，且不存在烟道气泄露问题。图1所示的光学烟道脱汞装置6水平布置。
如图2所示的光学烟道脱汞装置6垂直布置。
如图3所示，光学烟道脱汞装置的主视图，紫外灯管5与烟气之间由两层石英玻璃套管7相隔，两层石英玻璃套管7之间抽成真空，形成真空夹层13，紫外灯管5的外壁与双层石英玻璃套管7的内壁之间留有0.5cm-5cm的空气冷却通道14，空气冷却通道14一端设有冷却空气入口端盖8，另一端敞开。然后由空气冷却风机9-1向空气冷却通道14中输入循环冷却空气带走空气冷却通道中的热量，降低紫外灯工作区温度，以保证紫外灯5高效运行，延长工作寿命。每支紫外灯管5均可方便从双层石英玻璃套管7内部自由抽出，故紫外灯管5在运行中出现损坏时更换和维修均非常方便。
如图4所示，光学烟道脱汞装置的左视图，a为紫外灯管的间距。
实施例1.烟气中汞的浓度为40μg/m3，烟气温度为120℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为120μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到96.8%。
实施例2.烟气中汞的浓度为30μg/m3，烟气温度为100℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为160μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到99.7%。
实施例3.烟气中汞的浓度为60μg/m3，烟气温度为250℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到90.6%。
实施例4.烟气中汞的浓度为150μg/m3，烟气温度为250℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为80μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到84.3%。
实施例5.烟气中汞的浓度为50μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为20μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到72.5%。
实施例6.烟气中汞的浓度为60μg/m3，烟气温度为250℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为100μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到93.7%。
实施例7.烟气中汞的浓度为100μg/m3，烟气温度为200℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为150μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到95.3%。
实施例8.烟气中汞的浓度为30μg/m3，烟气温度为120℃，光化学反应器内的紫外灯波长为254nm，辐射强度为200μW/cm2，尾部采用以石灰石为吸收剂的鼓泡塔湿法烟气脱硫系统。在小型实验系统上的试验结果为：烟气中汞的脱除效率达到100%。
经过以上实施例的综合对比可知，实施例8具有最佳的脱汞效果，脱除效率高达100%，可作为最佳实施例参照使用。
Claims (10)
1.一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法，其特征在于：来自锅炉排放的烟气经过除尘后进入光学烟道脱汞装置；光学烟道脱汞装置中的紫外灯发射紫外光激发烟气中的氧气和水蒸气产生羟基自由基﹑氧原子和臭氧等强氧化剂，所述氧化剂将难溶的单质汞氧化为易溶的二价汞；含有二价汞的烟气进入光学烟道脱汞装置尾部的湿法烟气脱硫系统，二价汞在湿法烟气脱硫系统内被洗涤脱除；洁净的烟气由引风机牵引进入烟囱排入大气；紫外灯控制系统控制紫外灯辐射功率和波长，紫外灯空气冷却装置对烟道气传递和紫外灯产生的热量进行冷却降温。
2.根据权利要求1所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞方法，其特征在于：光学烟道脱汞装置入口的烟气温度不高于400℃，光学烟道脱汞装置内的紫外灯有效波长为100nm-350nm，有效辐射强度为10μW/cm2-300μW/cm2；来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-1000μg/m3。
3.一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：所述系统包括锅炉、引风机、除尘器、光学烟道脱汞装置、紫外灯控制器、紫外灯空气冷却装置、湿法烟气脱硫系统以及烟囱；锅炉通过烟道与除尘器的入口连接，除尘器的出口与光学烟气脱汞装置连接的入口连接，光学烟气脱汞装置的出口与湿法烟气脱硫系统的入口相连通，湿法烟气脱硫系统的出口通过烟道与烟囱连接。
4.根据权利要求3所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：所述锅炉与除尘器的烟道上设有第一引风机，所述湿法烟气脱硫系统与烟囱的烟道上设有第二引风机。
5.根据权利要求3所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：所述除尘器是布袋除尘器、静电除尘器或者布袋静电复合除尘器中的一种或两种，除尘后烟气中颗粒粒径不大于0.5微米。
6.根据权利要求3所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，，其特征在于：湿法烟气脱硫系统是喷淋塔、鼓泡塔、搅拌釜或填料塔中的一种，采用的吸收剂是水、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、氧化镁、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠、双氧水、氨水、尿素、次氯酸钙、过氧乙酸中的一种或两种以上的混合溶液。
7.根据权利要求6所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：所述吸收剂除水之外，采用其它吸收剂的质量浓度控制在0.01-15%之间。
8.根据权利要求3所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：光学烟道脱汞装置的截面为矩形或正方形，光学烟道脱汞装置内部布置有紫外灯管；多盏紫外灯在光学烟道脱汞装置内部呈顺排布置，且相邻紫外灯灯管中心线的横向和纵向间距均相等；相邻紫外灯管中心线之间的间隔位于10cm-200cm；多个紫外灯发射的紫外光波长和辐射强度保持相同。
9.根据权利要求3所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：紫外灯与烟气之间由两层石英玻璃套管相隔，两层石英玻璃套管之间抽成真空。紫外灯管外壁与双层石英玻璃套管内壁之间留有0.5cm-5cm的空气冷却通道，空气冷却通道一端设有冷却空气入口端盖，另一端敞开。紫外灯空气冷却装置与各冷却空气入口端盖连接，空气冷却风机向空气冷却通道中输入循环冷却空气。空气冷却通道中的温度不高于80℃，每支紫外灯管可从双层石英玻璃套管内部自由抽出，便于维修更换。
10.根据权利要求3至9任一项所述的一种带有空气冷却装置的光学烟道脱汞的系统，其特征在于：光学烟道脱汞装置的长度位于5cm-200cm之间。
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