CN103657408A - 一种脱除烟气中砷、汞的装置及脱砷、汞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱除烟气中砷、汞的装置，包括脱硝系统、除尘器、磁选分离机、机械筛分机和喷射系统，所述脱硝系统和炉膛连接，所述脱硝系统的出口和除尘器的入口连接，所述除尘器和磁选分离机、机械筛分机相连，所述磁选分离机、机械筛分机通过喷射系统和脱硝系统入口前的管道相连接。本发明还公开了一种利用上述装置进行飞灰中的磁珠和富钙灰回收利用同时脱除烟气中砷和汞的方法。本发明提供的方法不仅能有效脱除烟气中的气态砷，同时能催化氧化烟气中的单质汞，提供了一种能同时脱除烟气中两种重金属污染物砷和汞的方法和装置；而且实现了磁珠和富钙灰的再利用。

Description

一种脱除烟气中砷、汞的装置及脱砷、汞的方法

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自有的磁珠和富钙灰同时脱除烟气中两种重金属污染物砷和汞的装置和方法。

背景技术

砷、汞是极具危害的全球性污染物，具有极强的生物累积性和致癌致畸性，是威胁人类健康和生态安全的重大环境问题。世界范围内大量煤炭的消耗，使得燃煤成为砷、汞最主要的人为排放源。2005年联合国环境规划署评估报告指出，中国人为源直接排放大气汞量为825.2吨，其中人为汞排放主要源于燃煤，达70%以上。清华大学郝吉明团队对2000年我国排放数据分析后发现燃煤大气汞排放35%来源于发电，居行业首位（中国燃煤汞排放清单的初步建立.《环境科学》2005,26(2)：34-39）。此外，烟气中重金属砷的排放也不容乐观，例如欧洲50%以上的砷来源于燃煤。因此控制燃煤过程砷、汞排放刻不容缓。

现有研究表明，烟气中高达60%以上的汞以单质形态存在，单质汞不溶于水、易挥发、几乎不能被常规的吸附剂吸附，因此很难通过现有污染控制设备协同脱除或借助吸附剂吸附脱除；利用催化剂将烟气中的单质汞氧化为二价汞，从而增加下游除尘和脱硫装置对汞的捕获效率，是很有潜力的一种脱汞方式。在脱砷方面，CaO、活性炭、金属氧化物等是比较有效的吸附剂，能够通过吸附或化学反应与烟气中的气态砷结合而将它转变为颗粒态，从而增加下游污染物控制装置对砷的捕获效率。

燃煤电站飞灰中含有大量的磁珠和富钙灰，它们分别来源于煤中的含铁矿物和含钙矿物。其中，磁珠富含高纯磁铁矿和赤铁矿，能够显著促进烟气中的单质汞氧化为二价汞、同时能够以化学吸附及反应形式捕获烟气中的气态砷；富钙灰主要含有石灰（CaO）、富钙玻璃体、硬石膏（CaSO₄）等，也能够高效捕获烟气中的气态砷，生成稳定的砷酸盐。磁珠和富钙灰均来源于飞灰，通过磁选方法可获得高铁含量的磁珠，通过机械筛分法可获得适宜粒度范围的高钙含量的富钙灰，因此原料及后续分离成本低廉，而且不改变飞灰原有成分，对飞灰再利用无不利影响。

现有研究成果多集中在对烟气中单一重金属污染物汞的防治上。公开号为CN1665947A的中国发明专利公开了一种用于脱除烟气中汞的吸附剂及相应的脱汞方法，即利用卤素及其化合物改性活性炭，然后喷入烟道进行脱汞的方法；活性炭喷射利用粉状物质输送设备和喷射管路，直接喷入烟道中；专利中强调了溴及其化合物在烟气脱汞方面的高效性；卤素的添加方式为负载在活性炭上，再将活性炭喷入烟道，喷入点在除尘器之前。公开号为201210158244.3的中国发明专利公开了一种利用飞灰中的磁珠颗粒，将它喷入除尘器前的烟道中，使之与烟气中单质汞发生催化氧化反应生成二价汞，从而在除尘器及脱硫装置脱除。然而，对烟气排放物中危害程度最大的两种重金属元素砷和汞的同时防治方法和装置尚无报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用燃煤飞灰中自有的磁珠和富钙灰同时脱除烟气中两种重金属元素砷和汞的装置，通过该装置可以实现磁珠对烟气中的单质汞进行催化氧化从而脱除汞，通过磁珠和富钙灰与烟气中的气态砷发生吸附或化学反应使之转化为颗粒态从而脱除，成本低廉，而且不影响飞灰的再利用。

本发明提供的装置包括脱硝系统2、除尘器3、磁选分离机6、机械筛分机7和喷射系统9，所述脱硝系统2和炉膛连接，所述脱硝系统2的出口和除尘器3的入口连接，所述除尘器3和磁选分离机6、机械筛分机7相连，所述磁选分离6、机械筛分机7通过喷射系统和脱硝系统2入口前的管道相连接；除尘器3排出的一部分飞灰经磁选分离机6进行磁选得到磁珠，另一部分飞灰经机械筛分机7进行筛选得到富钙灰，所述磁珠和富钙灰通过喷射系统9进入脱硝系统2入口前的管道中。

优选的，所述装置还包括高温再生炉8，所述磁选分离机6、机械筛分机7和高温再生炉8相连接，所述高温再生炉8与脱硝系统2入口前的管道通过喷射系统9相连接。通过高温再生炉8对磁珠和富钙灰进行活化再生，使之恢复活性，从而更好地脱汞脱硫。所述高温再生炉，用于磁珠和富钙灰颗粒的活化再生，活化温度范围为100-800℃，以除去其表面以物理吸附、化学吸附及化学反应形式结合的部分汞、砷杂质，增强其吸附砷及催化氧化汞的性能。喷入烟道的磁珠和富钙灰颗粒在吸附砷及催化氧化汞后随飞灰一起被除尘器捕获和分离，再经磁选、筛分和高温再生后得到高活性的磁珠和富钙灰颗粒循环使用。当不进行活化步骤时，其较活化后的磁珠和富钙灰的反应性较差，脱汞和砷的效率不如前者。

优选的，所述装置还包括贮灰仓，所述贮灰仓和除尘器3连接，贮灰仓用于贮存未被利用的飞灰以及磁选和筛分剩余的飞灰。

优选的，所述装置还包括脱硫系统4，所述脱硫系统和除尘器连接。

优选的，所述机械筛分机筛分得到的富钙灰的适宜粒径范围为5-30μm。

使用该装置进行除重金属的脱除过程包括：从炉膛排出的待处理烟气进入脱硝系统进行脱硝处理；脱硝处理后的烟气通过除尘器脱除烟气中的飞灰颗粒；脱除的部分飞灰颗粒通过磁选分离机进行磁选得到磁珠，另一部分飞灰颗粒通过机械筛分机进行筛分得到富钙灰；所得到的磁珠和富钙灰颗粒以适宜比例进入高温再生炉进行活化再生；再生后的高活性磁珠和富钙灰通过喷射系统喷入脱硝系统前的烟道中，与烟道中的烟气进行充分混合，和烟气中的气态砷发生吸附及化学反应，使其转化为颗粒态砷，与烟气中的单质汞发生催化反应，使其氧化为氧化态汞；颗粒态砷随烟气经过除尘器时被捕获脱除，氧化态汞分别在除尘器和脱硫系统被显著脱除。

利用上述装置，可以通过对对除尘器3分离出的部分飞灰进行磁选获得定量的磁珠颗粒，同时对部分飞灰通过机械筛分机7进行筛分，获得适宜粒度范围的定量的富钙灰；所得磁珠和富钙灰颗粒以合适比例进入高温再生炉8，在高温条件下对磁珠和富钙灰颗粒进行活化再生；再生后的高活性磁珠和富钙灰通过喷射系统9喷入脱硝系统2前的烟道中，与烟道中的烟气进行充分混合，和烟气中的气态砷和汞发生吸附及化学反应。

本发明还提供了一种利用燃煤飞灰中的磁珠和富钙灰同时脱除烟气中砷、汞的方法，包括如下步骤：

脱硝系统排出的烟气经除尘器收集得到飞灰，部分飞灰进行磁选，获得足量的磁珠，同时部分飞灰通过机械筛分机进行筛分，获得足量的富钙灰；所得磁珠和富钙灰通过喷射系统返回至脱硝系统前的烟道中与烟道中的烟气进行充分混合。

优选的，所述方法还包括将所得磁珠和富钙灰在高温条件下进行活化再生，得到再生后的高活性磁珠和富钙灰之后，再返回至脱硝系统前的烟道中与烟道中的烟气进行充分混合。磁珠和富钙灰在喷入烟道前，先经高温再生炉进行再生，以除去其表面以物理吸附、化学吸附及化学反应形式结合的部分汞、砷杂质，进而可以增强其吸附砷及催化氧化汞的性能。

磁珠和富钙灰喷入烟道和烟气混合后，可以与烟气中的气态砷发生吸附及化学反应，使其转化为颗粒态砷，与烟气中的单质汞发生催化反应，使其氧化为氧化态汞；最后氧化态汞和颗粒态砷随烟气进入下游污染物控制设备，其中颗粒态砷在除尘器被显著脱除，氧化态汞分别在除尘器和脱硫系统被显著脱除。磁珠和富钙灰颗粒喷入烟道后，随烟气经过脱硝系统，最后被除尘器随飞灰颗粒一起捕获和分离，再经磁选、筛分、高温再生后投入下一个使用周期。

优选的，所述富钙灰的粒径范围为5-30μm。

优选的，所述活化再生温度为100-800℃。

本发明提供的方法不仅能有效脱除烟气中的气态砷，同时能催化氧化烟气中的单质汞，提供了一种能同时脱除烟气中两种重金属污染物砷和汞的方法和装置；而且还有以下优点：磁珠和富钙灰均来自于飞灰，通过简便分离方法而得，且飞灰是燃煤电厂自身的废弃产物，因此成本低廉，且不影响飞灰的再利用。

附图说明

图1是本发明用于燃煤电厂烟气处理流程图。

附图标记说明：

1、炉膛；2、脱硝系统；3、除尘器；4、脱硫系统；5、烟囱；6、磁选分离机；7、机械筛分机；8、高温再生炉；9、喷射系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方法及装置进行详细的说明。

参见图1，一种利用飞灰中的磁珠和富钙灰同时脱除烟气中砷、汞的装置，包括：炉膛1、脱硝系统2、除尘器3、脱硫系统4、烟囱5、磁选分离机6、机械筛分机7、高温再生炉8、喷射系统9。在电厂常规烟气污染物控制装置上，本发明增设了磁选分离机6、机械筛分机7、高温再生炉8、喷射系统9四套系统，形成了包括磁珠分离、富钙灰分离、磁珠和富钙灰活化再生、喷射、吸附脱砷和催化氧化脱汞等环节的循环装置。

该装置的高温再生炉8也可以去除，但是去除高温再生炉8后的装置对于重金属的去除效率相对于含有高温再生炉8的效率有所降低。

首先，根据电厂煤种及成分、重金属砷和汞的含量、锅炉运行负荷等参数，确定磁珠和富钙灰颗粒的喷射用量、喷射速度等；结合电厂飞灰中磁珠和富钙灰的含量，以及磁选分离机和机械筛分机的分离效率，进一步确定进入磁选分离机和机械筛分机的飞灰的处理量，本领域技术人员可以根据上述设备参数以及实际需要分别确定磁选和筛分的飞灰的处理量。然后，对除尘器3分离出的飞灰利用磁选分离机6进行磁选，获得足量的磁珠颗粒，同时对除尘器3分离出的飞灰利用机械筛分机7进行筛分，获得适宜粒度范围的足量的富钙灰；除尘器3捕获的未被利用的飞灰以及磁选和筛分剩余的飞灰一起进入贮灰仓。所得磁珠和富钙灰颗粒以合适比例进入高温再生炉8对其进行活化再生，通过加热、吹扫等方式清除并回收其表面以吸附和弱化学反应形式结合的部分汞、砷杂质，增强其吸附砷及催化氧化汞的性能；对于键合力较强的汞、砷杂质，因其较难除去，采用定期卸除部分磁珠和富钙灰颗粒，补充新鲜的高活性的汞、砷吸附剂如含溴活性炭等，以保证最终烟气中砷、汞的高脱除效率；清除出的汞、砷杂质通过活性炭吸附剂实现富集和固化。再生后的高活性磁珠和富钙灰通过喷射系统9喷入脱硝系统2前的烟道中，与烟道中的烟气进行充分混合，和烟气中的气态砷发生吸附及化学反应，使其转化为颗粒态砷，与烟气中的单质汞发生催化反应，使其氧化为氧化态汞。最后，氧化态汞和颗粒态砷随烟气进入下游污染物控制设备包括除尘器3和脱硫系统4，其中颗粒态砷在除尘器3被显著脱除，氧化态汞分别在除尘器3和脱硫系统4被显著脱除，从而实现烟气中砷和汞两种重金属污染物的同时脱除。喷入烟道的磁珠和富钙灰颗粒随烟气进入除尘器时，被除尘器捕获和分离，再经磁选、筛分和高温再生后得到高活性的磁珠和富钙灰颗粒循环使用。

Claims (9)

1.一种脱除烟气中砷、汞的装置，其特征在于，包括脱硝系统(2)、除尘器(3)、磁选分离机(6)、机械筛分机(7)和喷射系统(9)，所述脱硝系统(2)和炉膛连接，所述脱硝系统(2)的出口和除尘器(3)的入口连接，所述除尘器(3)和磁选分离机(6)、机械筛分机(7)相连，所述磁选分离(6)、机械筛分机(7)通过喷射系统(9)和脱硝系统(2)入口前的管道相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温再生炉(8)，所述磁选分离(6)、机械筛分机(7)和高温再生炉(8)相连接，所述高温再生炉(8)与脱硝系统(2)入口前的管道通过喷射系统(9)相连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括贮灰仓，所述贮灰仓和除尘器(3)连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括脱硫系统(4)，所述脱硫系统和除尘器连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械筛分机筛分得到的富钙灰的适宜粒径范围为5-30μm。

6.一种脱除烟气中砷、汞的方法，包括：

脱硝系统排出的烟气经除尘器收集得到飞灰，部分飞灰进行磁选，获得定量的磁珠，同时对除尘器收集的部分飞灰利用机械筛分机进行筛分，获得富钙灰；所得磁珠和富钙灰通过喷射系统返回至脱硝系统前的烟道中与烟道中的烟气进行充分混合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所得磁珠和富钙灰在高温条件下进行活化再生，得到的再生后的高活性磁珠和富钙灰之后，再返回至脱硝系统前的烟道中与烟道中的烟气进行充分混合。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述富钙灰的粒径范围为5-30μm。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述活化再生温度为100-800℃。

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