CN202778268U

CN202778268U - 一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置

Info

Publication number: CN202778268U
Application number: CN2012204311379U
Authority: CN
Inventors: 李娜; 陈潞; 周屈兰; 胡斌; 张勇; 常彦
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-08-28

Abstract

一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，包括置于塔体下层的脱硫系统、置于塔体上层的汞和硝联合脱除系统、和脱硫系统底部相连接的离子汞回收系统、和汞和硝联合脱除系统相连接的单质汞回收系统以及和单质汞回收系统相连接的氧化剂再生系统；本实用新型装置具有结构精简、集成度高、运行费用低、物料循环再生利用以及副产品可回收利用的特点。

Description

一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置

技术领域

本实用新型属于烟气净化技术领域，具体涉及一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置。

背景技术

硫、汞、硝是电站锅炉烟气中的主要污染物。硫和硝形成酸雨，汞则是剧毒的重金属元素。这些污染物带来的环境和健康问题正日益影响国民经济的可持续发展和人类自身的健康。

目前主流的脱硫技术是石灰石石膏湿法烟气脱硫（WFGD），其技术成熟、脱除效率高、工艺可靠，是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法；其脱硫剂浆液还能吸收烟气中的Hg²⁺(g)和NO₂，但是不吸收NO和Hg⁰(g)，因此远远达不到NO_x和Hg的控制要求。现阶段的主要脱硝手段是选择性催化还原法（SCR），虽然脱除效率高，但是运行成本也极高。烟气中的汞元素以气态汞单质Hg⁰(g)、气态汞离子Hg²⁺(g)为主，同时含有少量吸附在飞灰颗粒上的固态汞盐Hg(p)；大部分Hg(p)在除尘器中随着飞灰的被捕集而除去，部分Hg⁰(g)在SCR装置中被氧化成Hg²⁺(g)，后者与烟气中原来就有的Hg²⁺(g)一起在WFGD装置中溶于水脱除，但总体看来脱汞效率是不令人满意的，问题主要集中在不溶于水的Hg⁰(g)脱除上；汞的排放之前一直被忽视，所以并没有应用于实际项目中的脱汞案例；随着环保标准日渐严格，最新出台并于2012年1月1日开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》中，对汞排放的浓度进行了限制，因此研发一种高效率低成本的脱汞方案迫在眉睫，而目前这方面的研究尚处在理论阶段，不论是以喷改性活性炭或臭氧等为主的干法，还是以高锰酸钾、亚氯酸钠溶液等洗涤为主的湿法，都不能很好地同时满足高效率低成本的要求。上述几种污染物单独脱除技术，即便效率高，把它们机械地串联在一起并同时运行，势必会造成投资大幅增加，占地面积极大，给电厂带来巨大的经济压力。

申请公布号为CN101708421A的中国发明专利公开了一种石灰石-石膏湿法多种污染物同时脱除装置及方法，其在石灰石浆液中直接添加次氯酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、双氧水等氧化剂，将硫、汞、硝等污染物全部氧化并截留在脱硫塔装置中。但是该技术中，因为氧化剂对于污染物的氧化不具备选择性，导致大量不需要被氧化的SO₂被氧化，消耗了大量的氧化剂，大大提高了运行成本；另外对于污染物脱除的副产品，也没有进行回收利用。

综上所述，迫切需要开发多种污染物同时脱除的装置和技术，在保持高效除污的前提下，简化工艺流程，降低成本，提高经济效益。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，具有结构精简、集成度高、运行费用低、物料循环再生利用以及副产品可回收利用的特点。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，包括置于塔体下层的脱硫系统、置于塔体上层的汞和硝联合脱除系统、和脱硫系统底部相连接的离子汞回收系统、和汞和硝联合脱除系统相连接的单质汞回收系统以及和单质汞回收系统相连接的氧化剂再生系统。

所述脱硫系统包括塔体底端的脱硫剂浆液池2，和脱硫剂浆液池2相连接的第一pH值在线监测反馈调节装置18，在脱硫剂浆液池2上部的塔体侧面开有烟气入口1，在烟气入口1上部的塔体内设置有脱硫剂浆液喷淋管5，脱硫剂浆液池2和脱硫剂浆液喷淋管5间设置有脱硫剂浆液循环泵4-1。

所述汞和硝联合脱除系统包括置于塔体上层一侧面内的氧化剂浆液槽6，和氧化剂浆液槽6相连接的第二pH值在线监测反馈调节装置19，氧化剂浆液槽6上部对面一侧安装倾斜的氧化剂浆液回流收集板7，氧化剂浆液回流收集板7向氧化剂浆液槽6一侧倾斜，在氧化剂浆液回流收集板7上部的塔体内设置有氧化剂浆液喷淋管8，在氧化剂浆液喷淋管8上部即塔体顶部为烟气出口10，在烟气出口10的出口处设置有除雾器9。

所述离子汞回收系统包括沉淀分离装置16以及和沉淀分离装置16相连接的汞离子沉淀剂投料装置17。

所述单质汞回收系统包括相互并联的第一电解池13和第二电解池14，第一电解池13和第二电解池14的阴极外部包覆阳离子选择性透过膜15，第一电解池13和第二电解池14一侧面和氧化剂浆液槽6相连通，另一侧面通过氧化剂浆液循环泵4-2和氧化剂浆液喷淋管8相连通。

所述氧化剂再生系统包括第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12，关于氯气输送，第一电解池13和第二电解池14分别与第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12通过氯气输送通道相连通；关于漂白粉输送，第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12分别与第二电解池14和第一电解池13通过漂白粉投放通道相连通，并且在两条漂白粉投放通道上分别设置有和第二电解池14相连接的第一在线余氯监测反馈调节装置20以及和第一电解池13相连接的第二在线余氯监测反馈调节装置21。

和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型装置克服了在脱硫剂浆液中直接添加氧化剂，造成氧化吸收NO和Hg⁰(g)的同时也氧化SO₂，因而增大氧化剂消耗量的不足，通过在同一个塔内上下分层，SO₂的吸收和Hg⁰(g)、NO的氧化吸收分步进行的方式解决了这个问题：下层用脱硫剂浆液吸收SO₂、Hg²⁺(g)和NO₂，上层用氧化剂浆液氧化并吸收Hg⁰(g)和NO，这样节省了氧化剂用量；在理想状况下，硫、汞、硝三种污染物的湿法脱除效率都可达到95%以上；配备的离子汞回收系统、单质汞回收系统和氧化剂再生系统，能够实现副产品汞、氢气和硝酸钙的提取回收以及氧化剂漂白粉的再生利用；横向比较现有其他方案，降低了设备投资成本、土地成本和运行成本，提高了经济性。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构示意图。

图2是本实用新型的烟气流程示意图。

图3是本实用新型的汞原子回收示意图。

图4是本实用新型的氯原子循环示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，包括置于塔体下层的脱硫系统、置于塔体上层的汞和硝联合脱除系统、和脱硫系统底部相连接的离子汞回收系统、和汞和硝联合脱除系统相连接的单质汞回收系统以及和单质汞回收系统相连接的氧化剂再生系统。所述脱硫系统包括塔体底端的脱硫剂浆液池2，和脱硫剂浆液池2相连接的第一pH值在线监测反馈调节装置18，在脱硫剂浆液池2上部的塔体侧面开有烟气入口1，在烟气入口1上部的塔体内设置有脱硫剂浆液喷淋管5，脱硫剂浆液池2和脱硫剂浆液喷淋管5间设置有脱硫剂浆液循环泵4-1；所述汞和硝联合脱除系统包括置于塔体上层一侧面内的氧化剂浆液槽6，和氧化剂浆液槽6相连接的第二pH值在线监测反馈调节装置19，氧化剂浆液槽6上部对面一侧安装倾斜的氧化剂浆液回流收集板7，氧化剂浆液回流收集板7向氧化剂浆液槽6一侧倾斜，在氧化剂浆液回流收集板7上部的塔体内设置有氧化剂浆液喷淋管8，在氧化剂浆液喷淋管8上部即塔体顶部为烟气出口10，在烟气出口10的出口处设置有除雾器9；所述离子汞回收系统包括沉淀分离装置16以及和沉淀分离装置16相连接的汞离子沉淀剂投料装置17；所述单质汞回收系统包括相互并联的第一电解池13和第二电解池14，第一电解池13和第二电解池14的阴极外部包覆阳离子选择性透过膜15，第一电解池13和第二电解池14一侧面和氧化剂浆液槽6相连通引入氧化剂浆液，另一侧面通过氧化剂浆液循环泵4-2和氧化剂浆液喷淋管8相连通，向塔体上层喷入氧化剂浆液，第一电解池13和第二电解池14轮流工作，一台处于工作状态，连续通电富集单质汞、生成氯气并回收氢气，或者先不通电，等待电解池溶液中的Hg²⁺积聚到一定浓度以后再通电，而另一台处于非工作状态，断电提取阴极上的单质汞并处理废液回收副产品硝酸钙；所述氧化剂再生系统包括第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12，关于氯气输送，第一电解池13和第二电解池14分别与第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12通过氯气输送通道相连通，关于漂白粉输送，第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12分别与第二电解池14和第一电解池13通过漂白粉投放通道相连通，并且在两条漂白粉投放通道上分别设置有和第二电解池14相连接的第一在线余氯监测反馈调节装置20以及和第一电解池13相连接的第二在线余氯监测反馈调节装置21，第一电解池13和第二电解池14将生成的氯气通入第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12，第一漂白粉再生池11和第二漂白粉再生池12分别将生成的漂白粉投入第二电解池14和第一电解池13。

如图2所示，为本实用新型的烟气流程示意图，含有SO₂、NO、NO₂、Hg²⁺(g)、Hg(p)、Hg⁰(g)的烟气，经过除尘器除去颗粒态汞元素Hg(p)；含有SO₂、NO、NO₂、Hg²⁺(g)、Hg⁰(g)的烟气，经过塔体下层的脱硫剂浆液循环洗气，除去SO₂、Hg²⁺(g)、NO₂，其中SO₂和脱硫剂浆液反应，Hg²⁺(g)溶解于脱硫剂浆液，NO₂和NO相比含量极少，与脱硫剂浆液中的水反应生成硝酸和NO，生成的NO随着烟气进入塔体上层；含有NO、Hg⁰(g)的烟气，经过塔体上层的氧化剂浆液循环洗气，除去NO、Hg⁰(g)，其中NO被氧化成NO₃ ^-溶解于氧化剂浆液，Hg⁰(g)被氧化成Hg²⁺(l)溶解于氧化剂浆液。最后干净的烟气经过除雾器除去液滴，离开塔体。

如图3所示，为本实用新型的汞原子回收示意图，汞原子分成三类：颗粒态Hg(p)，气相离子态Hg²⁺(g)，气相单质态Hg⁰(g)。颗粒态Hg(p)经过除尘器直接被除去，暂时无法回收利用；气相离子态Hg²⁺(g)在塔体下层溶解于脱硫剂浆液，变成液相离子态Hg²⁺(l)，之后进入离子汞回收系统中被汞离子沉淀剂沉淀为不溶性汞盐，并根据汞盐沉淀和石膏沉淀的密度不同，利用沉淀分离装置16将两者分离，分别回收；气相单质态Hg⁰(g)在塔体上层被氧化成Hg²⁺(l)溶解于氧化剂浆液，之后进入第一电解池13或第二电解池14，通过电解的方式使Hg²⁺(l)变成Hg⁰(l)在阴极析出，并在停止电解后对其进行回收。

如图4所示，为本实用新型的氯原子循环示意图，是氯原子的循环利用情况，循环利用的根本目的是降低氧化剂漂白粉的用量，降低运行成本。塔体上层氧化剂浆液槽6中溶质是漂白粉，有效成分是次氯酸钙Ca(ClO)₂，在塔体上层空间氧化NO、Hg⁰(g)的过程中，ClO^-被还原为Cl^-；含有Cl^-的氧化剂浆液进入第一电解池13或第二电解池14，通过电解的方式使Cl^-变成Cl₂在阳极溢出；将溢出的Cl₂通入到第一漂白粉再生池11或第二漂白粉再生池12中，生成漂白粉，实质是Cl₂变成ClO^-；将漂白粉投入到氧化剂浆液中，在塔体上层空间氧化NO、Hg⁰(g)的过程中，ClO^-被还原为Cl^-，如此开始氯原子的下一轮的循环利用。

下面结合图1和实施例，对本实用新型提供的一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，从塔体、离子汞回收系统、单质汞回收系统和氧化剂再生系统三个部分进行说明。

实施例1：

塔体部分：该部分分两层脱除烟气中的污染物。除尘器出来的含有SO₂、NO、NO₂、Hg²⁺(g)和Hg⁰(g)的烟气从烟气入口1进入塔体下层，而脱硫剂浆液池2中的脱硫剂浆液由第一pH值在线监测反馈调节装置18将pH控制在5.8-6.2之间，脱硫剂浆液经过流量控制阀3的调节，由脱硫剂浆液循环泵4-1输送到脱硫剂浆液喷淋管5，由脱硫剂浆液喷淋管5向上喷淋形成液幕，烟气与液幕接触产生传质与反应，脱除烟气中的SO₂、NO₂和Hg²⁺(g)。此时含有NO和Hg⁰(g)的烟气继续往上，在氧化剂浆液槽6和氧化剂浆液回流收集板7之间的空间转了一个弯，进入塔体上层，而氧化剂浆液槽6中的氧化剂浆液由第二pH值在线监测反馈调节装置19将pH控制在5-6之间，氧化剂浆液流经塔体外的第一电解池13或第二电解池14，经过流量控制阀3的调节，由氧化剂浆液循环泵4-2输送到氧化剂浆液喷淋管8，并由氧化剂浆液喷淋管8向上喷淋形成液幕，烟气与液幕接触产生传质与反应，脱除烟气中的NO和Hg⁰(g)。干净的烟气继续往上，在塔体顶端经过除雾器9，从烟气出口10离开。

离子汞回收系统部分：该部分分离离子汞和石膏，对两者进行分别回收。脱硫剂浆液池2的底部和离子汞回收系统连通，脱硫剂浆液池2底部含有Hg²⁺(l)的石膏浆液被输送到离子汞回收系统的沉淀分离装置16，离子汞回收系统设有汞离子沉淀剂投料装置17，此实施例中投放Na₂S，将汞离子沉淀为HgS，并根据汞盐沉淀HgS和石膏沉淀CaSO₄的密度不同（相对密度：HgS 8.1，CaSO₄ 2.3），利用沉淀分离装置16将两者分离，分别回收利用。

单质汞回收系统和氧化剂再生系统部分：该部分回收副产品，包括单质汞、氢气、硝酸钙，对氧化剂漂白粉进行再生并将其投放到电解池浆液中弥补有效氯的损耗。氧化剂浆液槽6中含有Hg²⁺、H⁺、Ca²⁺、Cl^-、ClO^-、NO₃ ^-等离子的浆液通过管道，经过流量控制阀3的调节，由氧化剂浆液循环泵4-2输送到第一电解池13，第一电解池13开始持续通电电解；阴极有Hg⁰(l)析出并留在电极表面上，同时有H₂放出，对H₂进行实时收集；阳极有Cl₂放出，将其通入第一漂白粉再生池11，Cl₂和石灰乳反应生成漂白粉；与此同时，第二漂白粉再生池12中库存的漂白粉接受第二在线余氯监测反馈调节装置21的控制，按照一定速率投放到第一电解池13的浆液中弥补有效氯的损耗。当第一电解池13的浆液中NO₃ ^-积聚到一定浓度时，第一漂白粉再生池11中的再生漂白粉数量也有了一定的库存，此时调节流量控制阀3，氧化剂浆液槽6中的浆液输送到第二电解池14，此时第一电解池13断电停止电解，取出阴极回收已经析出的Hg⁰(l)，并对电解池废液进行处理，回收Ca(NO₃)₂；第二电解池14开始持续通电电解；阴极有Hg⁰(l)析出并留在电极表面上，同时有H₂放出，对H₂进行实时收集；阳极有Cl₂放出，将其通入第二漂白粉再生池12，Cl₂和石灰乳反应生成漂白粉；与此同时，第一漂白粉再生池11中库存的漂白粉接受第一在线余氯监测反馈调节装置20的控制，按照一定速率投放到第二电解池14的浆液中弥补有效氯的损耗。当第二电解池14的浆液中NO₃ ^-积聚到一定浓度时，调节流量控制阀3，第一电解池13开始持续通电电解，第二电解池14断电回收副产物，如此循环往复。

实施例2：

实施例1中的第一电解池13或者第二电解池14，在塔体上层氧化剂浆液氧化NO和Hg⁰(g)的同时，处于持续通电电解的状态。本实施例与实施例1的工作过程类同，与实施例1的不同之处在于：在烟气中Hg⁰(g)浓度较低的时候，第一电解池13或者第二电解池14先不进行通电电解，直到氧化剂浆液中的Hg²⁺(l)积累到一定浓度后，再通电电解析出Hg⁰(l)，这样与持续通电电解相比可以节省电耗。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变化后的方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，其特征在于：包括置于塔体下层的脱硫系统、置于塔体上层的汞和硝联合脱除系统、和脱硫系统底部相连接的离子汞回收系统、和汞和硝联合脱除系统相连接的单质汞回收系统以及和单质汞回收系统相连接的氧化剂再生系统。

2.根据权利要求1所述的烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，其特征在于：所述汞和硝联合脱除系统包括置于塔体上层一侧面内的氧化剂浆液槽（6），和氧化剂浆液槽（6）相连接的第二pH值在线监测反馈调节装置（19），氧化剂浆液槽（6）上部对面一侧安装倾斜的氧化剂浆液回流收集板（7），氧化剂浆液回流收集板（7）向氧化剂浆液槽（6）一侧倾斜，在氧化剂浆液回流收集板（7）上部的塔体内设置有氧化剂浆液喷淋管（8），在氧化剂浆液喷淋管（8）上部即塔体顶部为烟气出口（10），在烟气出口（10）的出口处设置有除雾器（9）。

3.根据权利要求1所述的烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，其特征在于：所述离子汞回收系统包括沉淀分离装置（16）以及和沉淀分离装置（16）相连接的汞离子沉淀剂投料装置（17）。

4.根据权利要求2所述的烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，其特征在于：所述单质汞回收系统包括相互并联的第一电解池（13）和第二电解池（14），第一电解池（13）和第二电解池（14）的阴极外部包覆阳离子选择性透过膜（15），第一电解池（13）和第二电解池（14）一侧面和氧化剂浆液槽（6）相连通，另一侧面通过氧化剂浆液循环泵（4-2）和氧化剂浆液喷淋管（8）相连通。

5.根据权利要求4所述的烟气中硫、汞、硝联合脱除装置，其特征在于：所述氧化剂再生系统包括第一漂白粉再生池（11）和第二漂白粉再生池（12），关于氯气输送，第一电解池（13）和第二电解池（14）分别与第一漂白粉再生池（11）和第二漂白粉再生池（12）通过氯气输送通道相连通；关于漂白粉输送，第一漂白粉再生池（11）和第二漂白粉再生池（12）分别与第二电解池（14）和第一电解池（13）通过漂白粉投放通道相连通，并且在两条漂白粉投放通道上分别设置有和第二电解池（14）相连接的第一在线余氯监测反馈调节装置（20）以及和第一电解池（13）相连接的第二在线余氯监测反馈调节装置（21）。