CN110772931A - 脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统及其方法 - Google Patents

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陈晓斌
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Abstract

本发明公开了脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统及其方法。所述喷射系统包括改性单元和喷射单元，改性单元包括混合器、给料器、干燥器、引风机、旋风分离器和振动料斗，混合器的一侧设置高岭土和腐殖酸入口，混合器的另一侧通过给料器连接至干燥器；干燥器连接至旋风分离器的入口，旋风分离器顶部的气体出口连接引风机，旋风分离器的底端出口连接至振动料斗；喷射单元包括进料器、气固混合加速器、罗茨风机和具有喷口的喷射管道，振动料斗与气固混合加速器之间设置进料器，罗茨风机和喷射管道连接至气固混合加速器的两端，罗茨风机将气固混合加速器中的物料吹入喷射管道。改性单元以及喷射单元配合运行，保证整个过程的封闭、连续、安全。

Description

脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统及其方法
技术领域
本发明属于烟气重金属污染物脱除技术领域，具体涉及脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统及其方法。
背景技术
煤作为一种具有复杂元素构成的物质，燃烧后会生成大量的有毒有害物质，其中就包括汞、砷、铅、镉、铬等重金属。生活垃圾同样因为其复杂的成分，焚烧过程中除了会产生SOX、NOX、CO、HCl等常规污染物，还会产生毒性很强的二噁英和重金属。这些生成的重金属主要富集在亚微米颗粒（PM1，即空气动力学直径≤1μm）上，难以被常规的大气污染物处理设施有效捕获。烟气中的重金属主要以气溶胶的形式在大气中停留，很难被降解，并会在自然环境和生物有机体中不断积累，有可能造成严重的环境污染和疾病威胁。燃煤过程所释放的汞主要以气态形式随烟气排入大气。目前学者普遍认为尾部烟气吸附剂喷射技术是最有前景的重金属排放控制技术。该技术利用吸附剂对烟气中重金属元素的吸附性，使重金属在吸附剂中聚集成颗粒，以便被后续除尘设备捕获。所使用的吸附剂主要包括活性炭、飞灰和钙基吸附剂等一系列无机吸附剂，其中，活性炭吸附剂虽脱除重金属的效率较高，但成本也较高；其他矿物类吸附剂虽成本较低，但对重金属的吸附效果又不甚理想。因此，可以选用一些廉价的吸附剂，对其进行改性，以提高其脱除重金属的能力。
目前，被人所发现的吸附剂种类繁多，各有优劣，很难选出一种既吸附能力强又价格低廉的吸附剂材料，因此，单一材料吸附剂的应用具有很强的局限性。复合吸附剂很好地克服了单一吸附剂的缺陷，将不同吸附剂材料的优点集中起来，以满足工业要求。复合吸附剂从材料类型上大致分为无机/有机吸附剂、无机/无机吸附剂、有机/有机吸附剂，其中，无机/有机吸附剂结合了无机和有机材料优点，在提高吸附能力的同时，又降低了吸附剂的制备成本。高岭土是自然界中广泛存在的天然黏土矿物资源，通过有效改性后可对烟气中的重金属进行吸附脱除，是物美价廉的替代性吸附剂。腐殖酸是一种广泛存在于土壤中的高分子聚合物，羟基和羧基的含量丰富，对重金属离子具有较强的吸附性和络合性。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统及其方法，该系统可以在对高岭土进行大规模腐殖酸改性的同时，将已完成改性的高岭土喷射到高温烟道中，以达到缩短运行周期，提高吸附效率的目的。另外，系统中的各个环节实现电控装置实时监控，整个烟气处理过程操作简单，安全可靠，较大地提高了工人的工作效率。
本发明至少采用以下之一的技术方案实现。
脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统，所述喷射系统包括改性单元和喷射单元，改性单元包括混合器、给料器、干燥器、引风机、旋风分离器和振动料斗，混合器的一侧设置高岭土和腐殖酸入口，混合器的另一侧通过给料器连接至干燥器；干燥器连接至旋风分离器的入口，旋风分离器顶部的气体出口连接引风机，从而干燥器中的物料通过引风机被吸入至旋风分离器，旋风分离器的底端出口连接至振动料斗；喷射单元包括进料器、气固混合加速器、罗茨风机和具有喷口的喷射管道，振动料斗与气固混合加速器之间设置用来控制进入气固混合加速器的物料量的进料器，罗茨风机和喷射管道连接至气固混合加速器的两端，罗茨风机将气固混合加速器中的物料吹入喷射管道，所述喷射管道具有喷口。
进一步的，所述改性单元还包括提取器和离心泵，提取器包括旋进挤压单元、储存室和废料室，旋进挤压单元位于储存室的上方，旋进挤压单元侧壁上设置孔，旋进挤压单元与废料室通过管道相连，碱液和腐殖土连接至旋进挤压单元上方，酸液连接至储存室，储存室出口通过离心泵连接至混合器从而将腐殖酸引入混合器中。
进一步的，混合器中设置三个可旋转的滚轮，上下错位分布，滚轮上带有叶片。
进一步的，喷射单元还包括备用空气压缩机，当气固混合物输送管道两端的压力损失超过限定值，即罗茨风机的风速超过系统所需时，将罗茨风机20更换为风量更小的备用空气压缩机。
进一步的，喷射单元还包括止回阀和空气压缩机，止回阀设置在气固混合加速器与喷射管道之间，以及空气压缩机与喷射管道之间；所述喷射系统还包括电控系统，所述电控系统与喷射单元和改进单元的用电单元电连接。所述空气压缩机属于系统保护装置，还用于喷射管道发生堵塞时的吹堵工作，吹堵开始前，电控系统会自动暂停喷射系统的运行。所述止回阀属于系统保护装置，防止气体和吸附剂回流现象的发生，确保罗茨风机和空气压缩机的安全运行。
进一步的，喷射单元还包括放空阀，放空阀设置在罗茨风机与气固混合加速器之间；引风机还和气固混合加速器与喷射管道之间的管道连接，即接入到改性高岭土输送管道上，防止改性高岭土在输送过程中出现质量损失。
进一步的，所述喷射管道具有多个喷口，采取多处同时进料的进料方式，确保管道内部颗粒和压力的均匀分布，以使改性高岭土在烟道中尽可能分散均匀，防止管道堵塞。
进一步的，离心泵、提取器、混合器、干燥器和输送管道均采用不锈钢材料，提高设备的耐腐蚀和耐磨损能力。提取器和混合器均设置有加热单元并包裹有保温材料，以应对寒冷天气，保护系统的安全运行。另外，输液管道外同样包裹有保温材料，防止冻裂情况的发生。
进一步的，改性单元还包括储水罐，干燥器的液体出口连接至储水罐。
进一步的，干燥器中设置有旋进搅拌单元，使物料干燥均匀。
进一步的，振动料斗设置有振动单元，防止改性高岭土的结块。
所述喷射系统脱除烟气重金属污染物的方法，腐殖酸与高岭土在混合器中充分混合，得到改性高岭土，引风机使所述喷射系统产生负压，将干燥器中被干燥后的改性高岭土吸入旋风分离器中，经分离后再进入振动料斗中；进料器控制振动料斗中的改性高岭土定量进入到气固混合加速器中；罗茨风机将改性高岭土吹入烟气管道中的喷射管道内，喷射管道再将改性高岭土均匀地喷射到烟道中。
进一步的，储水罐中水被烟气管道中烟气加热后进入干燥器中，对改性高岭土进行干燥，防止烟气直接进入干燥器管道而造成堵塞，进而增加维修成本，节约水资源，从而提高能源利用率，降低排烟温度。
进一步的，干燥器温度控制在110℃到120℃之间，物料的干燥时间不少于12h。
进一步的，腐殖土与碱液在旋进挤压单元中混合，旋进挤压单元将物料旋进挤压，且溶解的腐殖酸通过旋进挤压单元侧壁上的小孔被挤压到储存室中，旋进挤压单元中剩余的腐殖土通过管道输送至废料室，酸液调节储存室中的pH，然后通过离心泵将腐殖酸送入混合器中，且混合器中腐殖酸溶液与高岭土的质量比为1:10~1:30。
所述的进料器控制着料斗中的腐殖酸改性高岭土按照一定的比例进入到气固混合加速器中，进料器进料速度与高岭土的给料器进料速度保持一致，以使整个喷射系统连续且可靠地运行。
改性单元涉及了腐殖酸的制备、高岭土的给料、改性以及集料；喷射单元涉及改性高岭土与空气的混合及在烟道中的喷射。
与现有技术相比，本发明的有益之处主要体现在以下：所述系统主要针对的是燃煤电厂及垃圾焚烧电厂的烟气中汞、砷、铅、镉、铬等重金属污染物的脱除。改性单元以及喷射单元配合运行，保证整个过程的封闭、连续、安全。干燥过程中使用高温烟气提供热量，提高了能源利用率，降低了排烟温度；且干燥过程中使用干燥得到的水作为循环加热介质，节约水资源。整个系统由电控系统完成监控，响应迅速，控制精度高，操作简便，工作效率高。储存改性高岭土的料斗为振动料斗，防止改性高岭土储存过程中发生结块。对于接触腐蚀性物质的设备采用耐腐蚀不锈钢，提高设备的寿命以及安全性。多处同时进料的进料方式保证了喷射管道的长时间稳定运行，确保了吸附剂在烟道中均匀性。
附图说明
图1为本发明的脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统的工艺流程图。
其中，1-旋进挤压单元；2-储存室；3-废料室；4-离心泵；5-混合器；6-给料器；7-干燥器；8-引风机；9-旋风分离器；10-振动料斗；11-进料器；12-气固混合加速器；13-罗茨风机；14-排空阀；15-喷射管道；16-空气压缩机； 17-电控系统；18-离心水泵；19-储水罐；20-烟气管道。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
如附图1所示，本发明提供的是一种脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统，所述系统主要由改性单元和喷射单元这两大部分组成，两个单元配合运行，保证了整个过程的封闭、连续、安全。
改性单元包括提取器、离心泵4、混合器5、给料器6、干燥器7、引风机8、旋风分离器9和振动料斗10，提取器包括旋进挤压单元1、储存室2和废料室3，旋进挤压单元1位于储存室2的上方，旋进挤压单元1侧壁上设置孔，旋进挤压单元1与废料室3通过管道相连，碱液和腐殖土连接至旋进挤压单元1上方，酸液连接至储存室2，储存室2出口通过离心泵4连接至混合器5一侧从而将腐殖酸引入混合器5中，且混合器5同侧还设置高岭土入口，混合器5中设置三个可旋转的滚轮，上下错位分布，滚轮上带有叶片。混合器5的另一侧通过给料器6连接至干燥器7；干燥器7中的物料通过引风机8被吸入至旋风分离器9，旋风分离器9的底端出口连接至振动料斗10；喷射单元包括进料器11、气固混合加速器12、罗茨风机13和具有喷口的喷射管道15，振动料斗10与气固混合加速器12之间设置用来控制进入气固混合加速器12的物料量的进料器11，罗茨风机13和喷射管道15连接至气固混合加速器12的两端，罗茨风机13将气固混合加速器12中的物料吹入喷射管道15，所述喷射管道15具有喷口。所述喷射管道15设置在烟道管道20中。
所述空气压缩机16同属于系统保护装置，用于喷射管道发生堵塞时的吹堵工作，吹堵开始前，电控系统会自动暂停喷射系统的运行。
喷射单元还包括放空阀14和止回阀，止回阀设置在气固混合加速器12与喷射管道15之间，以及空气压缩机16与喷射管道14之间；放空阀14设置在罗茨风机13与气固混合加速器12之间，调节输送管路所需风量；引风机8还和气固混合加速器12与喷射管道15之间的管道连接，即接入到改性吸附剂输送管道上；所述喷射管道15具有多个喷口，采取多处同时进料的进料方式，干燥器9中设置有旋进搅拌单元，振动料斗10设置有振动单元，改性单元还包括储水罐19，干燥器9的液体出口连接至储水罐19。
离心泵4、提取器、混合器5和干燥器7以及相应的输送管道均采用不锈钢材料，耐腐蚀、耐磨损。提取器、混合器5均装有加热装置并包裹有保温材料，以应对寒冷天气，保护系统的安全运行。另外，输液管道外同样包裹有保温材料，防止冻裂情况的发生。
所述喷射系统开始运行时，首先腐殖土与碱液NaOH在旋进挤压单元1中边混合边输送，旋进挤压单元1将物料旋进挤压，溶解的腐殖酸通过旋进挤压单元1侧壁上的小孔被挤压到储存室2中，旋进挤压单元1中剩余的物料通过管道输送至废料室3，酸液连接至储存室2从而调节溶液pH，然后电控系统17控制离心泵4将储存室2中的腐殖酸送入混合器5的一端，同时高岭土引入混合器5中，且电控系统17控制混合器5中腐殖酸溶液与高岭土以质量比为1:20的比例在混合器5中发生高速碰撞，使其充分混合，得到潮湿的改性高岭土，然后在干燥器7中被干燥，电控系统打开引风机8，在引风机8的作用下，改性高岭土通过旋风分离器9进入振动料斗10中储存备用。振动料斗10设置有振动装置，防止改性高岭土的结块。进料器11控制着振动料斗10中的改性高岭土进入到气固混合加速器12中；在罗茨风机13的工作下，改性高岭土与空气在气固混合加速器12中充分混合，通过输送管道进入喷射管道15中，电控系统控制喷射管道15再将改性高岭土均匀地喷射到烟道18中。
当气固混合物输送管道两端的压力损失超过限定值时，即罗茨风机的风速远超过系统所需的话，电控系统控制罗茨风机13停止运行，更换为备用的空气压缩机输送改性高岭土与空气进入喷射管道15。
干燥器7由高温烟气提供热量，干燥改性高岭土，干燥温度控制在110℃到120℃之间，物料的干燥时间不少于12h。干燥过程中产生的水输送至水罐19，且所述水经过烟气管道20中烟气的加热后循环用于干燥器内。
止回阀和空气压缩机16均为喷射系统的保护装置，以保证系统的安全运行。其中，止回阀保护引风机8、空气压缩机16；空气压缩机16进行喷射管道15的吹堵工作，具体是在喷射管道15发生堵塞时，电控系统17会自动暂停喷射系统的运行，空气压缩机16开始进行吹堵。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.脱除烟气重金属污染物的改性高岭土喷射系统，其特征在于，所述喷射系统包括改性单元和喷射单元，改性单元包括混合器（5）、给料器（6）、干燥器（7）、引风机（8）、旋风分离器（9）和振动料斗（10），混合器（5）的一侧设置高岭土和腐殖酸入口，混合器（5）的另一侧通过给料器（6）连接至干燥器（7）；干燥器（7）连接至旋风分离器（9）的入口，旋风分离器顶部的气体出口连接引风机（8），从而干燥器（7）中的物料通过引风机（8）被吸入至旋风分离器（9），旋风分离器（9）的底端出口连接至振动料斗（10）；喷射单元包括进料器（11）、气固混合加速器（12）、罗茨风机（13）和具有喷口的喷射管道（15），振动料斗（10）与气固混合加速器（12）之间设置用来控制进入气固混合加速器（12）的物料量的进料器（11），罗茨风机（13）和喷射管道（15）连接至气固混合加速器（12）的两端，罗茨风机（13）将气固混合加速器（12）中的物料吹入喷射管道（15）。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述改性单元还包括提取器和离心泵（4），提取器包括旋进挤压单元（1）、储存室（2）和废料室（3），旋进挤压单元（1）位于储存室（2）的上方，旋进挤压单元（1）侧壁上设置孔，旋进挤压单元（1）与废料室（3）通过管道相连，碱液和腐殖土连接至旋进挤压单元（1）上方，酸液连接至储存室（2），储存室（2）出口通过离心泵（4）连接至混合器（5）从而将腐殖酸引入混合器（5）中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，混合器（5）中设置三个可旋转的滚轮，上下错位分布，滚轮上带有叶片。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，喷射单元还包括止回阀和空气压缩机（16），止回阀设置在气固混合加速器（12）与喷射管道（15）之间，以及空气压缩机（16）与喷射管道（15）之间；所述喷射系统还包括电控系统（17），所述电控系统（17）与喷射单元和改进单元的用电单元电连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，喷射单元还包括放空阀（14），放空阀（14）设置在罗茨风机（13）与气固混合加速器（12）之间；引风机（8）还和气固混合加速器（12）与喷射管道（15）之间的管道连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，离心泵（4）、提取器、混合器（5）、干燥器（7）和输送管道均采用不锈钢材料；提取器和混合器（5）均设置有加热单元并包裹有保温材料。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，改性单元还包括储水罐（19），干燥器（7）的液体出口连接至储水罐（19）；干燥器（7）中设置有旋进搅拌单元；振动料斗（10）设置有振动单元。
8.权利要求1-7任一项所述喷射系统脱除烟气重金属污染物的方法，其特征在于，腐殖酸与高岭土在混合器（5）中充分混合，得到改性高岭土，引风机（8）使所述喷射系统产生负压，将干燥器（7）中被干燥后的改性高岭土吸入旋风分离器（9）中，经分离后再进入振动料斗（10）中；进料器（11）控制振动料斗（10）中的改性高岭土定量进入到气固混合加速器（12）中；罗茨风机（13）将改性高岭土吹入烟气管道（20）中的喷射管道（15）内，喷射管道（15）再将改性高岭土均匀地喷射到烟气管道（20）中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，储水罐（19）中水被烟气管道（20）中烟气加热后进入干燥器（7）中，对改性高岭土进行干燥；干燥器（7）温度控制在110℃到120℃之间，物料的干燥时间不少于12h。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，腐殖土与碱液在旋进挤压单元（1）中混合，旋进挤压单元（1）将物料旋进挤压，且溶解的腐殖酸通过旋进挤压单元（1）侧壁上的小孔被挤压到储存室（2）中，旋进挤压单元（1）中剩余的腐殖土通过管道输送至废料室（3），酸液调节储存室（2）中的pH，然后通过离心泵（4）将腐殖酸送入混合器（5）中，且混合器（5）中腐殖酸溶液与高岭土的质量比为1:10~1:30。
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