CN110339701A - 一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统与方法，该系统可利用现有的传统的烟气脱硫塔或洗涤塔，塔内从下到上依次设置了浆液池、入口烟道、浆液喷淋层、下洗涤层、复合吸附催化剂层、上洗涤层、除雾器、出口烟道。本发明在浆液喷淋层上方增添复合吸附催化剂层和洗涤层，复合吸附催化剂吸附烟气中汞的同时，将烟气中二氧化硫催化氧化成硫酸液滴，然后通过喷淋洗涤方式将生成的硫酸液滴从复合吸附催化剂层排出。本发明与其他传统烟气脱汞方法如吸附剂喷射技术或活性焦/活性炭干法一体化技术相比，系统结构简单，安装容易，占地面积小，运行成本低，同时又具有进一步提高二氧化硫脱除率的功能。
Description
技术领域
本发明涉及了一种协同脱除烟气中汞与二氧化硫的系统与方法，针对火电厂烟气中的汞及二氧化硫有很好的协同脱除功能。属于大气污染烟气治理环保领域。
背景技术
燃煤发电、工业锅炉燃烧、垃圾焚烧、金属冶炼、钢铁制造等行业会产生大量的工业废气，这些废气含有众多大气污染物，如硫氧化物(SO2、SO3)、氮氧化物(NOx)、汞(Hg)和颗粒物(PM)。国内已经相继发布了重点行业大气污染物排放标准，严格限制硫氧化物、氮氧化物、汞、粉尘等污染物的排放。
目前国内外协同脱除汞、硫氧化物等多组分污染物的方法可分为湿法一体化技术和干法一体化技术。其中湿法一体化为串联使用选择性催化还原脱硝(SCR)、除尘装置(ESP或FF)、湿法脱硫装置(WFGD)等单元污染物净化设备达到多污染物协同脱除的效果。湿法一体化流程中，通常在煤中加入卤素盐或是将活性炭粉末喷入除尘器上游烟气中，吸附后经后续的除尘和脱硫装置协同脱除汞等重金属。湿法技术运行稳定、技术成熟且污染物脱除效率较高，但存在着系统结构庞大、所需设备众多、运行维护复杂，总体投资大等缺点。与此同时汞的脱除方法存在一些问题，如燃料中加入卤素盐的情况下，会导致设备腐蚀加剧。在粉末状活性炭喷射中，需喷入大量活性炭，当这些喷入的活性炭与飞灰一起被捕获时，粉煤灰中高的含碳量会影响粉煤灰用于混凝土。
干法一体化脱除技术是利用活性炭/活性焦等吸附剂实现脱硫、脱硝、脱汞的效果。干法一体化技术的装置紧凑、运行成本低，可以分区协同净化脱除多种污染物。但是，活性炭/焦的吸附容量有限，同时活性炭/焦易受到硫酸的腐蚀而分解或变性，当喷入NH3进行脱硝时，就可能产生硫酸氢铵、硫酸铵等物质。为了保持活性炭/焦的活性，需大量能量去脱附再生、能耗较大，而高温再生对活性炭/焦的物理化学结构有着不同程度上的破坏，需不断补充新鲜活性炭/焦。
湿法一体化与干法一体化等协同脱除汞、硫氧化物等多组分污染物的方法都存在着一定的局限性。开发一种更具经济性、污染小的协同脱除方法具有重大意义。
发明内容
为了解决现有协同脱除多种污染物方法的局限性，本发明提供了一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统与方法。其系统结构简单，安装容易，占地面积小，运行成本低，在高效率脱汞的同时，具有进一步提高二氧化硫脱除率的功能。
为了达成上述的效果，本发明采取的技术方案为：
一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，包括脱硫塔，所述脱硫塔内部自下而上包括浆液池、入口烟道、浆液喷淋层、下洗涤层、复合吸附催化剂层、上洗涤层、除雾器、出口烟道，以及布置在脱硫塔外部的浆液循环泵及浆液循环管。所述复合吸附催化剂层内固定有复合吸附催化剂，所述的复合吸附催化剂层和上下洗涤层布置所述浆液喷淋层与所述除雾器之间，所述的复合吸附催化剂层布置在下洗涤层与上洗涤层之间。
所述的浆液循环泵将浆液池内的浆液经浆液循环管送至浆液喷淋层。
所述的复合吸附催化剂由炭基吸附材料、高分子有机材料和改性添加剂组成，其主要作用是吸附烟气中的汞，同时将烟气中的二氧化硫催化氧化成硫酸液滴。
所述的复合吸附催化剂形式可以是蜂窝式、平板式、波纹式的一种或几种组合。
所述的上洗涤层和下洗涤层布置在除雾器的下方，其作用为定期喷淋洗涤将复合吸附催化剂表面的硫酸液滴洗涤排净。
所述的上下洗涤层可用水洗涤，也可用NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3等常规可溶性碱的一种或几种组合溶液洗涤。
所述的除雾器可以是管束式除雾器、屋脊式除雾器、折流板除雾器中的一种或几种组合。
一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的方法，包括，
步骤一、脱硫，烟气进入脱硫塔，经石灰石浆液喷淋脱硫，
步骤二、脱汞，脱硫后的烟气在脱硫塔内上行至复合吸附催化剂层，通过复合吸附催化剂层内的复合吸附催化剂，将烟气内的汞吸附，
步骤三、二次脱硫，复合吸附催化剂层内的复合吸附催化剂同时催化氧化烟气内剩余未被除尽的二氧化硫，
步骤四、除雾，吸附后含有液滴的湿烟气，上行至除雾器，经除雾器脱除液滴后排出脱硫塔。
进一步，所述方法还包括，定期使用上下洗涤层喷淋洗涤复合吸附催化剂层，将所述催化剂表面的硫酸液滴洗出。
本发明的有益效果是：本发明的结构简单，设备安装方便，占地面积小，不仅适合新项目的建设安装，也适合对老项目的改造增效。洗涤装置占用空间很小，不需要烟气调质，同时压力降较低，无需额外风机。本发明的脱硫塔脱除汞无需喷射吸附剂，对颗粒物排放没有影响，相比向装置内喷射活性炭，固体废弃物生成量显著减少。与此同时烟气内汞含量很少，复合吸附催化剂层可长时间吸附汞不需频繁再生、更换，寿命较长，运行成本低。本发明的系统脱除汞、二氧化硫等污染物不会造成空气预热器的腐蚀，没有废水含汞的处理及石膏污染等二次污染问题，装置的适应性强，不易受到煤变化或负荷变化影响，具有脱除汞及二氧化硫的协同处理功能。
附图说明
图1为本发明的协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统示意图；
附图中，各标号所代表的部件：1—脱硫塔、2—浆液池、3—入口烟道、4—浆液喷淋层、5—下洗涤层、6—复合吸附催化剂层、7—上洗涤层、8—除雾器、9—浆液循环泵、10—浆液循环管、11—出口烟道；
图2a为本发明的蜂窝式复合吸附催化剂层示意图；
图2b为本发明的平板式复合吸附催化剂层示意图；
图2c为本发明的波纹式复合吸附催化剂层示意图；
图3为本发明的上下洗涤层示意图。
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说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
如图1所示为本发明的协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统示意图，本发明的新型脱硫脱汞系统，是在原有湿法脱硫塔或洗涤塔内浆液喷淋层上方增加一处复合吸附催化剂层及上下洗涤层，通过制备的复合吸附催化剂材料，吸附脱硫塔内烟气中的金属汞，与此同时在复合吸附催化剂层表面催化氧化烟气内剩余的部分二氧化硫生成硫酸液滴，通过定期的喷淋洗涤，洗掉表面的硫酸液滴，最终达到协同脱除烟气内汞及二氧化硫的功能。
本发明所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，系统包括脱硫塔(1)，所述脱硫塔内部自下而上包括浆液池(2)、入口烟道(3)、浆液喷淋层(4)、下洗涤层(5)、复合吸附催化剂层(6)、上洗涤层(7)、除雾器(8)、出口烟道(11)，还包括布置在脱硫塔外部的浆液循环泵(9)及浆液循环管(10)。所述复合吸附催化剂层(6)内固定有复合吸附催化剂，所述的下洗涤层(5)、复合吸附催化剂层(6)和上洗涤层(7)布置在所述浆液喷淋层(4)与所述除雾器(8)之间，所述的复合吸附催化剂层(6)布置在下洗涤层(5)与上洗涤层(7)之间。
所述的浆液循环泵(9)及浆液循环管(10)布置在脱硫塔外部，浆液循环泵(9)将浆液池(2)内的浆液经浆液循环管(10)送至浆液喷淋层(4)，烟气经入口烟道(3)进入脱硫塔内(1)，与浆液喷淋层(4)喷出的浆液逆流接触后脱除烟气中大部分的二氧化硫。
所述的复合吸附催化剂层(6)与脱硝催化剂层结构类似，布置在下洗涤层(5)与上洗涤层(7)之间。
所述的复合吸附催化剂固定在复合吸附催化剂层内，由炭基吸附材料、高分子有机材料和改性添加剂组成。其主要作用是吸附烟气中的汞，同时将烟气中的二氧化硫催化氧化成硫酸液滴。经浆液喷淋脱硫后的湿烟气通过复合吸附催化剂层(6)，复合吸附催化剂吸附烟气内汞的同时催化氧化烟气内剩余的二氧化硫。
如图2a-2c所示，所述的复合吸附催化剂形式可以是蜂窝式、平板式、波纹式的一种或几种组合。
所述的上洗涤层(7)和下洗涤层(5)布置在除雾器(8)的下方，其结构如图3所示，其作用为定期喷淋洗涤将复合吸附催化剂上下表面的硫酸液滴洗涤排净。
所述的上下洗涤层(5、7)与喷淋层的结构大致相同，不过上洗涤层(7)的喷嘴的喷液方向向下，下洗涤层(5)的喷嘴的喷液方向向上；洗涤液单独存放在洗水仓内，通过循环泵将洗涤液运至洗涤层，对催化剂材料进行清洗。洗涤液可用水洗涤，也可用NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3等常规可溶性碱的一种或几种组合溶液洗涤。
所述的除雾器(8)可以是管束式除雾器、屋脊式除雾器、折流板除雾器中的一种或几种组合。经过复合吸附催化剂层后的湿烟气进入除雾器(8)，烟气中的液滴被除雾器(8)捕集，净化后的烟气通过出口烟道(11)而排出。
该设备在原有的湿法脱硫吸收塔内增加了复合吸附催化剂层(6)以及上下洗涤层(5、7)，复合吸附催化剂层的吸附目标是经石灰石浆液喷淋脱硫后的烟气，故将其安装在浆液喷淋层(4)的上方。通过复合吸附催化剂层内的催化剂将脱硫塔内经过浆液喷淋除硫后的烟气内的汞吸附，与此同时催化氧化烟气内剩余未被除尽的二氧化硫，定期使用上下洗涤层(5、7)喷淋洗涤，将催化剂表面的硫酸液滴洗出。吸附后的湿烟气含有液滴，需经除雾器脱除液滴后再排出脱硫塔。
实施例1
参照图1，处理烟气量为3m3/h，烟气净化前SO2浓度为2500～3000mg/m3，NOx浓度为40～50mg/m3，零价汞浓度为19.7μg/m3。采用石灰石浆液作为吸收液。
首先在没有复合吸附催化剂下处理烟气，系统出口烟气中SO2浓度为20～30mg/m3，脱硫效率约为99％，汞排放浓度与进出口汞浓度保持一致。
当系统中装设复合吸附催化剂时，系统出口烟气中SO2约为4mg/m3，进一步脱除约84％的SO2，复合吸附催化剂层的装设将本系统的总脱硫率由原来的99％提升至99.8％；同时本系统出口汞浓度为3.8μg/m3，脱汞率达到80％。
实施例2
参照图1，在一台600MW燃煤机组烟气中抽出9000Nm3/h烟气，其烟气组分为SO2浓度为4500～5200mg/m3，NOx浓度为18～35mg/m3，总汞浓度为10～20μg/m3，CO2浓度约为11.7％，氧气浓度约为5.6％。
与实施例1相似，首先在没有复合吸附催化剂下处理原烟气，系统出口烟气中SO2浓度为20～30mg/m3，脱硫效率约99.4％，汞排放浓度约7～14μg/m3，脱汞效率为约30％
当系统中装设复合吸附催化剂时，系统出口烟气中SO2约6～10mg/m3，进一步脱除约68％的SO2，复合吸附催化剂层的装设将本系统总脱硫率由原先的99.4％提升至约99.8％；同时系统出口汞排放浓度为2～5μg/m3，脱汞率约达到75％。
以下是本发明各实施例的烟气处理效果比较：
本发明省去了传统湿法流程中煤在进入锅炉前加入除汞添加剂如溴化钙，以及将吸附剂活性炭喷入脱硝后烟气中的喷射的步骤，烟气除尘后进入吸收塔内脱汞脱硫，因而克服了现有系统结构庞大、所需设备众多、运行维护复杂，总体投资大，以及导致设备腐蚀加剧、粉煤灰中含碳量高等缺点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则以内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，包括脱硫塔(1)，所述脱硫塔(1)内部自下而上包括浆液池(2)、入口烟道(3)、浆液喷淋层(4)、除雾器(8)、出口烟道(11)，其特征在于，所述脱硫塔(1)内部还包括下洗涤层(5)、复合吸附催化剂层(6)、上洗涤层(7)，所述复合吸附催化剂层(6)内固定有复合吸附催化剂，所述的下洗涤层(5)、复合吸附催化剂层(6)和上洗涤层(7)布置在所述浆液喷淋层(4)与所述除雾器(8)之间，所述的复合吸附催化剂层(6)布置在下洗涤层(5)与上洗涤层(7)之间。
2.如权利要求1所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，还包括布置在脱硫塔外部的浆液循环泵(9)及浆液循环管(10)，所述浆液循环泵(9)将浆液池(2)内的浆液经浆液循环管(10)送至浆液喷淋层(4)。
3.如权利要求1所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述复合吸附催化剂的作用是吸附烟气中的汞，同时将烟气中的二氧化硫催化氧化成硫酸液滴。
4.如权利要求1或3所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述复合吸附催化剂由炭基吸附材料、高分子有机材料和改性添加剂组成。
5.如权利要求3或4所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述的复合吸附催化剂的形式，可以是蜂窝式、平板式、波纹式的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述的上洗涤层(7)和下洗涤层(5)布置在除雾器(8)的下方，其作用为定期喷淋洗涤将复合吸附催化剂表面的硫酸液滴洗涤排净。
7.如权利要求1所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述的上下洗涤层(5、7)可用水洗涤，或者用NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3常规可溶性碱的一种或几种组合溶液洗涤。
8.如权利要求1所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的系统，其特征在于，所述的除雾器(8)为管束式除雾器、屋脊式除雾器、折流板除雾器中的一种或几种组合。
9.一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的方法，其特征在于，包括，
步骤一、脱硫，烟气进入脱硫塔(1)，经石灰石浆液喷淋脱硫，
步骤二、脱汞，脱硫后的烟气在脱硫塔内上行至复合吸附催化剂层(6)，通过复合吸附催化剂层内的复合吸附催化剂，将烟气内的汞吸附，
步骤三、二次脱硫，复合吸附催化剂层内的复合吸附催化剂同时催化氧化烟气内剩余未被除尽的二氧化硫，
步骤四、除雾，吸附后含有液滴的湿烟气，上行至除雾器(8)，经除雾器脱除液滴后排出脱硫塔。
10.如权利要求9所述的一种协同脱除烟气中汞及二氧化硫的方法，其特征在于，还包括，定期使用上下洗涤层(5、7)喷淋洗涤复合吸附催化剂层(6)，将所述催化剂表面的硫酸液滴洗出。
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