CN106492601A - 一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法 - Google Patents

一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法 Download PDF

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Abstract

一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法，涉及脱硫脱硝除汞方法。注入式同时脱硫脱硝除汞装置设有燃煤烟气发生单元、水蒸气发生单元、等离子体发生单元、气体混合单元和检测单元。燃煤烟气发生单元设有O2、NO、SO2和N2气瓶以及Hg0渗透管和恒温水浴锅；水蒸气发生单元由恒温水浴锅、洗气瓶组成；等离子体发生单元设有电源和等离子体反应器；气体混合单元设有气体混合室；检测单元设有烟气分析仪和测汞仪。所述注入式同时脱硫脱硝除汞方法采用注入式同时脱硫脱硝除汞装置。能够方便、快速、稳定产生活性粒子，且由于采用注入式在烟气系统引入活性粒子，可避免烟气组分对等离子体反应器的腐蚀和损耗。

Description

一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法
技术领域
本发明涉及脱硫脱硝除汞方法，尤其是涉及一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法。
背景技术
我国现有的煤电机组水平落后，发电煤耗高，煤炭燃烧产生的烟气中含有烟尘、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和有毒的重金属元素等大气污染物，这些物质不仅会破坏大气的平衡造成环境污染，而且会对人体健康造成危害。
SO2和NOx排入大气后会在物理、化学或生物因素下，与环境中的其他物质形成二次污染物，造成酸雨和光化学烟雾等污染，造成更为严重的危害。目前我国已经成为世界三大酸雨区之首，酸雨对人体健康，建筑物、湖泊和生态环境造成了极大的危害；而光化学烟雾在特定的地理位置，遇到逆温和不利扩散的气象条件，则容易造成区域性的臭氧和颗粒型污染，使得区域空气质量退化。
汞属于痕量元素，具有很强的毒性。虽然汞在煤炭中的含量较低，但是由于中国煤炭消耗大，排放总量很大，而且汞易挥发，在生物累积和放大作用的效应下，汞可在处于食物链较高等级的生物体内富集到较高的浓度，从而对生物和人体健康带来严重危害。
等离子体处理污染物的原理是在外加电场作用下，放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，从而引发一系列复杂的物理和化学反应，使得大分子污染物转变为简单的小分子安全物质，或者使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，最终使污染物得以降解去除。等离子体烟气净化技术已被应用于氮氧化物和二氧化硫的净化过程，并取得了良好的效果。
现阶段由于技术或成本等因素，国内外烟气净化技术中除尘、脱硫、脱硝和脱汞往往是在多个独立的系统分别完成，现有的一体化处理技术由于技术等原因处理效果还不是很理想。为了降低烟气净化的成本，开发多种污染物同时去除的新技术和新工艺成为烟气净化技术领域中新的发展趋势。
谌天兵等(谌天兵，武建军，韩甲业.燃煤污染现状及其治理技术综述.煤,2006,15(2):1～4)报道了燃煤污染现状及其治理技术综述。程轲等(程轲，王艳，薛志钢，田宏，易鹏.《火电厂大气污染物排放标准》实施对燃煤电厂大气汞减排的影响.环境科学研究.2015,28(9)：1369～1374)报道了《火电厂大气污染物排放标准》实施对燃煤电厂大气汞减排的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注入式同时脱硫脱硝除汞装置。
本发明的另一目的在于提供一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法。
本发明采用注入式同时脱硫脱硝除汞装置，所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置设有燃煤烟气发生单元、水蒸气发生单元、等离子体发生单元、气体混合单元和检测单元。
所述燃煤烟气发生单元设有O2气瓶、NO气瓶、SO2气瓶、N2气瓶、Hg0渗透管和烟气发生恒温水浴锅；
所述水蒸气发生单元由水蒸气发生恒温水浴锅、洗气瓶和连接管路组成；
所述等离子体发生单元设有高压电源和等离子体反应器；
所述气体混合单元由气体混合室(可采用柱状玻璃容器)和连接管路组成，外围缠有加热带；
所述检测单元设有烟气分析单元(烟气分析仪)和Hg0分析单元(测汞仪)；
水蒸气由放置于水蒸气发生恒温水浴锅内的装有水的洗气瓶产生，洗气瓶内通有恒定流量的吹脱载气O2；
所述O2气瓶出口分别设有第一O2气质量流量控制器和第二O2气质量流量控制器，所述NO气瓶出口设有NO气质量流量控制器，所述SO2气瓶出口设有SO2气质量流量控制器，所述N2气瓶出口设有第一N2气质量流量控制器和第二N2气质量流量控制器；
第一O2气质量流量控制器输出端和洗气瓶接等离子体反应器，第二O2气质量流量控制器输出端接洗气瓶，洗气瓶设在水蒸气发生恒温水浴锅内，NO气质量流量控制器输出端、SO2气质量流量控制器输出端、第一N2气质量流量控制器输出端和Hg0渗透管输出端分别接气体混合室，第二N2气质量流量控制器输出端接Hg0渗透管，Hg0渗透管设在烟气发生恒温水浴锅内，气体混合室的输出端分别接烟气分析仪、测汞仪和尾气处理装置。
在测汞仪的进口可依次设有KCl瓶和管式炉。
本发明所述注入式同时脱硫脱硝除汞方法采用所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置，具体步骤如下：
1)将质量流量控制器的流量分别设置为O2 400 1#、O2 100 2#、SO2 80、NO 66、N2854，单位为mL/min；
2)开启烟气发生恒温水浴锅，开通N2气瓶，使Hg0渗透管处于恒定的水浴温度57.5℃，在恒定流量0.2L/min载气吹脱下稳定2h，获得稳定的汞释放率；
3)开启水蒸气发生器，使其产生稳定浓度的含水O2，开启温控箱并设定其温度为140℃，使加热带稳定保持在140℃；
4)开通O2气瓶和质量流量控制器及阀门，O2和水蒸气进入等离子体反应器(等离子体反应器关闭)，由泵控制进入气体混合室的流量，与模拟烟气组分在气体混合室内混合均匀，由烟气分析单元(烟气分析仪)和Hg0分析单元(测汞仪)检测系统中烟气组分浓度(NO、SO2)和Hg0浓度，若所测Hg0浓度为50μg/m3，则可进行步骤5)，否则等待Hg0渗透管稳定；
5)打开高压电源，调节电压至5kV，使O2与水蒸气经过等离子体放电反应后所产生的活性颗粒由与模拟烟气组分在气体混合室内反应，由烟气分析仪和测汞仪检测系统内NO、SO2和Hg0浓度，所测结果对比后，即可得到离子体反应生成的活性氧化粒子对于NO、SO2和Hg0的氧化效率；
6)烟气经过KCl溶液和NaOH碱液分别吸收Hg2+和酸性气体后，由烟气分析仪和测汞仪检查系统出口的污染物浓度，得出系统脱硫脱硝除汞的效率。
本发明的有益效果是：能够方便、快速、稳定的产生活性粒子，且由于采用注入式在烟气系统引入活性粒子，可避免烟气组分对等离子体反应器的腐蚀和损耗。本发明在放电系统内引入O2和水蒸气，放电氛围纯净，有利于放电进行，且产生的活性粒子组成和浓度可控，主要产生OH、O、O3等具有较强氧化性的活性粒子，有利于混合烟气的氧化。
放电系统产生的活性粒子经由注入方式与全组分模拟燃煤烟气在气体混合单元混合，并通过烟气分析仪和测汞仪等设备实现对NO、SO2和Hg0的实时监测。系统设计方便实用，管路采用耐酸、耐高温(<200℃)材料。
附图说明
图1为本发明所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置实施例的结构组成示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明采用注入式同时脱硫脱硝除汞装置，所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置设有燃煤烟气发生单元、水蒸气发生单元2、等离子体发生单元、气体混合单元和检测单元。
所述燃煤烟气发生单元设有O2气瓶11、NO气瓶12、SO2气瓶13、N2气瓶14、Hg0渗透管16和烟气发生恒温水浴锅17；
所述水蒸气发生单元由水蒸气发生恒温水浴锅21、洗气瓶22和连接管路组成；
所述等离子体发生单元设有高压电源31和等离子体反应器32；
所述气体混合单元由气体混合室4(可采用柱状玻璃容器)和连接管路组成，外围缠有加热带；
所述检测单元设有烟气分析单元(烟气分析仪51)和Hg0分析单元(测汞仪52)；
水蒸气由放置于水蒸气发生恒温水浴锅21内的装有水的洗气瓶22产生，洗气瓶22内通有恒定流量的吹脱载气O2；
所述O2气瓶11出口分别设有第一O2气质量流量控制器111和第二O2气质量流量控制器112，所述NO气瓶12出口设有NO气质量流量控制器121，所述SO2气瓶13出口设有SO2气质量流量控制器131，所述N2气瓶14出口设有第一N2气质量流量控制器141和第二N2气质量流量控制器142；
第一O2气质量流量控制器111输出端和洗气瓶22接等离子体反应器32，第二O2气质量流量控制器112输出端接洗气瓶22，洗气瓶22设在水蒸气发生恒温水浴锅21内，NO气质量流量控制器121输出端、SO2气质量流量控制器131输出端、第一N2气质量流量控制器141输出端和Hg0渗透管16输出端分别接气体混合室4，第二N2气质量流量控制器142输出端接Hg0渗透管16，Hg0渗透管16设在烟气发生恒温水浴锅17内，气体混合室4的输出端分别接烟气分析仪51、测汞仪52和尾气处理装置55。
在测汞仪52的进口可依次设有KCl瓶53和管式炉54。
本发明所述注入式同时脱硫脱硝除汞方法采用所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置，具体步骤如下：
1)将质量流量控制器的流量分别设置为O2 400 1#、O2 100 2#、SO2 80、NO 66、N2854，单位为mL/min；
2)开启烟气发生恒温水浴锅，开通N2气瓶，使Hg0渗透管处于恒定的水浴温度57.5℃，在恒定流量0.2L/min载气吹脱下稳定2h，获得稳定的汞释放率；
3)开启水蒸气发生器，使其产生稳定浓度的含水O2，开启温控箱并设定其温度为140℃，使加热带稳定保持在140℃；
4)开通O2气瓶和质量流量控制器及阀门，O2和水蒸气进入等离子体反应器(等离子体反应器关闭)，由泵(见图1中的标记A)控制进入气体混合室的流量，与模拟烟气组分在气体混合室内混合均匀，由烟气分析单元(烟气分析仪51)和Hg0分析单元(测汞仪52)检测系统中烟气组分浓度(NO、SO2)和Hg0浓度，若所测Hg0浓度为50μg/m3，则可进行步骤5)，否则等待Hg0渗透管稳定；
5)打开高压电源，调节电压至5kV，使O2与水蒸气经过等离子体放电反应后所产生的活性颗粒由与模拟烟气组分在气体混合室内反应，由烟气分析仪和测汞仪检测系统内NO、SO2和Hg0浓度，所测结果对比后，即可得到离子体反应生成的活性氧化粒子对于NO、SO2和Hg0的氧化效率；
6)烟气经过KCl溶液和NaOH碱液分别吸收Hg2+和酸性气体后，由烟气分析仪和测汞仪检查系统出口的污染物浓度，得出系统脱硫脱硝除汞的效率。
1.按图1将各部件组装成为完整的注入式同时脱硫脱硝除汞的装置，该系统中用到的溶液均为现用现配。
2.以产生含典型浓度组分的模拟燃煤烟气(140℃下50μg/m3Hg0、9％水分、300ppmNO、300ppm SO2)为例，操作如下：
3将图1所示质量流量控制器的流量分别设置为(单位：mL/min)O2 400 1#、O2 1002#、SO2 80、NO 66、N2 854。
4.开启水浴锅，开通N2，使汞渗透管处于恒定的水浴温度57.5℃，在恒定流量0.2L/min载气吹脱下稳定2h获得稳定的汞释放率。开启水蒸气发生器，使其产生稳定浓度的含水O2。开启温控箱并设定其温度为140℃，使加热带稳定保持在140℃。
5.开通O2气瓶和质量流量控制器及阀门，O2和水蒸气进入等离子体反应器(等离子体反应器关闭)，由泵控制进入路线1的流量，抽出450mL/min，余下50mL/min经过路线1与模拟烟气组分(1L/min)在混合室内混合均匀，检测系统中烟气组分浓度(NO和SO2)和Hg0浓度。若所测Hg0浓度为50μg/m3，则可进行下一步，反之等待汞管稳定。
6.打开电源，缓慢调节电压至5kV，使O2与水蒸气经过等离子体放电反应后所产生的活性颗粒由路线1与模拟烟气组分(1L/min)在混合室内充分反应，由烟气分析仪和测汞仪检测系统内NO、SO2和Hg0浓度。通过与2.3中所测结果进行对比，即可得到离子体反应生成的活性氧化粒子对于NO、SO2和Hg0的氧化效率。
7.系统内烟气经过KCl溶液和NaOH碱液分别吸收Hg2+和酸性气体后，由烟气分析仪和测汞仪检查系统出口的污染物浓度，得出系统脱硫脱硝除汞的效率。

Claims (4)

1.注入式同时脱硫脱硝除汞装置，其特征在于设有燃煤烟气发生单元、水蒸气发生单元、等离子体发生单元、气体混合单元和检测单元；
所述燃煤烟气发生单元设有O2气瓶、NO气瓶、SO2气瓶、N2气瓶、Hg0渗透管和烟气发生恒温水浴锅；
所述水蒸气发生单元由水蒸气发生恒温水浴锅、洗气瓶和连接管路组成；
所述等离子体发生单元设有高压电源和等离子体反应器；
所述气体混合单元由气体混合室和连接管路组成，外围缠有加热带；
所述检测单元设有烟气分析仪和测汞仪；
水蒸气由放置于水蒸气发生恒温水浴锅内的装有水的洗气瓶产生，洗气瓶内通有恒定流量的吹脱载气O2；
所述O2气瓶出口分别设有第一O2气质量流量控制器和第二O2气质量流量控制器，所述NO气瓶出口设有NO气质量流量控制器，所述SO2气瓶出口设有SO2气质量流量控制器，所述N2气瓶出口设有第一N2气质量流量控制器和第二N2气质量流量控制器；第一O2气质量流量控制器输出端和洗气瓶接等离子体反应器，第二O2气质量流量控制器输出端接洗气瓶，洗气瓶设在水蒸气发生恒温水浴锅内，NO气质量流量控制器输出端、SO2气质量流量控制器输出端、第一N2气质量流量控制器输出端和Hg0渗透管输出端分别接气体混合室，第二N2气质量流量控制器输出端接Hg0渗透管，Hg0渗透管设在烟气发生恒温水浴锅内，气体混合室的输出端分别接烟气分析仪、测汞仪和尾气处理装置。
2.如权利要求1所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置，其特征在于在测汞仪的进口依次设有KCl瓶和管式炉。
3.如权利要求1所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置，其特征在于所述气体混合室外围缠有加热带。
4.一种注入式同时脱硫脱硝除汞方法，其特征在于采用如权利要求1～3所述注入式同时脱硫脱硝除汞装置，所述方法的具体步骤如下：
1)将质量流量控制器的流量分别设置为O2 400 1#、O2 100 2#、SO2 80、NO 66、N2 854，单位为mL/min；
2)开启烟气发生恒温水浴锅，开通N2气瓶，使Hg0渗透管处于恒定的水浴温度57.5℃，在恒定流量0.2L/min载气吹脱下稳定2h，获得稳定的汞释放率；
3)开启水蒸气发生器，使其产生稳定浓度的含水O2，开启温控箱并设定其温度为140℃，使加热带稳定保持在140℃；
4)开通O2气瓶和质量流量控制器及阀门，O2和水蒸气进入等离子体反应器，由泵控制进入气体混合室的流量，与模拟烟气组分在气体混合室内混合均匀，由烟气分析仪和测汞仪检测系统中烟气组分NO、SO2浓度以及Hg0浓度，若所测Hg0浓度为50μg/m3，则进行步骤5)，否则等待Hg0渗透管稳定；
5)打开高压电源，调节电压至5kV，使O2与水蒸气经过等离子体放电反应后所产生的活性颗粒由与模拟烟气组分在气体混合室内反应，由烟气分析仪和测汞仪检测系统内NO、SO2和Hg0浓度，所测结果对比后，即可得到离子体反应生成的活性氧化粒子对于NO、SO2和Hg0的氧化效率；
6)烟气经过KCl溶液和NaOH碱液分别吸收Hg2+和酸性气体后，由烟气分析仪和测汞仪检查系统出口的污染物浓度，得出系统脱硫脱硝除汞的效率。
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