CN205109357U - 烟气脱汞装置及燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及烟气处理领域，公开了一种烟气脱汞装置及燃烧系统，该烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元(10)。本实用新型通过使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化从而形成不溶于水的固体而实现对烟气中汞的脱除，由于是固体产物因此容易收集清除，不会造成二次污染，对管道设备无腐蚀，而且，汞的排放浓度能够满足其排放要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气处理领域，具体地，涉及一种烟气脱汞装置及燃烧系统。
背景技术
随着经济社会的发展，人们越来越关注环境问题，为此对于燃烧系统，锅炉排出的烟气需要满足国家规定的大气污染物排放标准才能排放，例如，“火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)”规定，从2015年1月1日起，所有发电锅炉将执行汞及其化合物小于0.03mg/Nm3的排放浓度限值。
现有技术中，通常使用以下方法进行烟气中汞的脱除，即，使用各种脱汞吸附剂(如活性炭基、钙基、飞灰基吸收剂以及一些新型吸附剂等)或者安装各种形式的除尘器、选择性催化还原(SCR)脱硝装置和WFGD装置等。
然而，虽然上述方法都具有一定的脱除烟气中汞的功能，但是对于燃烧汞含量较高的煤种，即使采用了这些方法，汞的排放浓度也不能满足上述排放浓度限值的要求。特别是对于煤粉的富氧燃烧，由于富氧燃烧采用烟气循环，从而会使得烟气中的汞浓度要比传统空气燃烧中烟气的浓度高，这样现有的用于脱除传统空气燃烧中烟气的汞的方法无法满足富氧燃烧烟气脱汞的要求。此外，由于富氧燃烧烟气中二氧化碳浓度的大幅度提高(干烟气可达80％左右)，使用活性炭基、钙基、飞灰基吸收剂会对高浓度的二氧化碳产生较强的吸收/吸附作用，从而直接影响到烟气中汞的吸附/吸收作用，而且还会导致富氧燃烧二氧化碳的捕获效率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种烟气脱汞装置，以克服现有技术中难以满足汞的排放浓度要求的问题，本实用新型还提供一种燃烧系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种烟气脱汞装置，该烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元。
优选地，所述脱汞单元包括反应器和压缩机，所述压缩机的入口用于通入烟气，所述压缩机的出口与所述反应器的入口连通。
优选地，所述脱汞单元包括设置在所述压缩机与所述反应器之间的第一冷凝器。
优选地，所述脱汞单元包括具有气体排出口和液体排出口的气液分离器，所述气液分离器设置在所述第一冷凝器与所述反应器之间。
优选地，该烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个所述脱汞单元。
优选地，所述反应器包括位于上部的排气口和位于下部的排渣口，所述反应器的所述入口位于所述反应器的中部。
优选地，相邻的两个所述脱汞单元中，一个所述脱汞单元的入口与另一个所述脱汞单元的反应器的所述排气口连通。
优选地，该烟气脱汞装置包括循环管道，所述脱汞单元包括串联设置的第一脱汞单元和第二脱汞单元，所述第一脱汞单元的反应器的入口用于通入烟气，从所述第二脱汞单元排出的烟气通过所述循环管道循环至所述第二脱汞单元中再次脱汞。
本实用新型还提供一种燃烧系统，该燃烧系统包括锅炉，所述燃烧系统还包括所述烟气脱汞装置，所述烟气脱汞装置的脱汞单元与所述锅炉的烟气排出口连通。
优选地，所述燃烧系统为富氧燃烧系统。
优选地，所述燃烧系统包括依次连接在所述锅炉和所述烟气脱汞装置之间的除尘器和第二冷凝器。
本实用新型通过使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化从而形成不溶于水的固体而实现对烟气中汞的脱除，由于是固体产物因此容易收集清除，不会造成二次污染，对管道设备无腐蚀，而且，汞的排放浓度能够满足其排放要求。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的一种实施方式提供的烟气脱汞装置的结构示意图。
图2是本实用新型的另一种实施方式提供的烟气脱汞装置的结构示意图。
附图标记说明
10：脱汞单元；10a：第一脱汞单元；
10b：第二脱汞单元；11：反应器；
11a：排气口；11b：排渣口；
12：压缩机；13：第一冷凝器；
14：气液分离器；14a：气体排出口；
14b：液体排出口；20：循环管道；
30：风机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
本实用新型基于现有技术中的脱汞方式难以满足汞的排放浓度要求的问题提供一种烟气脱汞装置。为了更好的理解本实用新型，下文将参考附图对本实用新型进行详细说明。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供的烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元10。
本实用新型通过使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化从而形成不溶于水的固体(参见下文中单质汞与氮氧化物的反应原理)而实现对烟气中汞的脱除，由于是固体产物因此容易收集清除，不会造成二次污染，对管道设备无腐蚀，而且，汞的排放浓度能够满足其排放要求。
另外，单质汞被氮氧化物氧化的反应原理如下：
2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)
2Hg(g)+2NO2(g)→HgNO2(g)+HgO(s)+NO(g)
HgNO2(g)+NO2(g)+O2(g)→Hg(NO3)2
上述反应的总反应式：2Hg(g)+2O2(g)+NO(g)+NO2→HgO(s)+Hg(NO3)2
如图1和图2所示，所述脱汞单元10可以包括反应器11和压缩机12，所述压缩机12的入口用于通入烟气，所述压缩机12的出口与反应器11的入口连通，这样使烟气在进入反应器11之前先通过压缩机12压缩加压，从而使烟气中的单质汞能够被氮氧化物充分氧化。需要说明的是，由于反应器11需要承受经过压缩之后烟气的压力，因此一般情况下将反应器11设计为耐压反应器(例如，耐压20Mpa左右)，另外，为了防止反应器11的腐蚀，反应器11的内壁可以镀有抗酸涂层或设置聚四氟乙烯衬里。
其中，由于烟气经过压缩机12压缩之后烟气的温度会升高，而烟气的温度越高脱汞的效率越低(例如，高温条件对NO转变成NO2的反应和Hg0与NO2之间的气相反应来说都是不利的，参见上文的反应原理)，而且，如果温度过高，烟气中残留的水蒸汽会吸收酸性气体从而形成酸雾，不利于设备的安全运行，因此压缩后的烟气需冷凝至室温。具体地，所述脱汞单元10包括设置在压缩机12与反应器11之间的第一冷凝器13，从而可以通过第一冷凝器13对压缩后的烟气进行冷凝。另外，由于单质汞被氮氧化物充分氧化的反应在常温状态下进行，因此不影响整个装置的安全运行。
另外，所述脱汞单元10包括具有气体排出口14a和液体排出口14b的气液分离器14，所述气液分离器14设置在第一冷凝器13与反应器11之间，气液分离器14还具有进气口，气体排出口14a可以设置在气液分离器14的上部，液体排出口14b可以设置在气液分离器14的下部，而气液分离器14的进气口可以设置在该气液分离器14的中部，经第一冷凝器13冷凝后的烟气通过所述进气口进入气液分离器14，分离后的液体通过液体排出口14b排除，分离后的气体通过气体排出口14a进入反应器11中。之所以在烟气进入反应器11之前进行气液分离，是因为经过实验证明，利用单质汞(Hg0)与二氧化氮(NO2)(参见上述反应原理中的第二个分反应式)在高压下的气相反应脱除汞的效果要远远胜过利用单质汞(Hg0)在硝酸溶液中反应脱除汞的效果。也就是说，如果在烟气进入反应器11之前不进行气液分离，则会有部分单质汞(Hg0)与硝酸反应，从而与单质汞(Hg0)与二氧化氮(NO2)的气相反应形成“竞争”，显然这不利于汞的氧化脱除。
作为本实用新型的一种实施方式，如图1所示，上述烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个脱汞单元10(图1示出的是包括三个脱汞单元10的情况)，这样可以进一步提高脱汞效率。
其中，所述反应器11包括位于上部的排气口11a和位于下部的排渣口11b，所述反应器11的入口位于反应器11的中部，从而有利于反应后固体产物的排出。
当上述烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个脱汞单元10时，相邻两个脱汞单元10中，一个脱汞单元10的入口与另一个脱汞单元10的反应器11的排气口11a连通。烟气中的单质汞在反应器11中被氮氧化物氧化后形成固体产物(即氧化汞及汞盐)，该固体产物经沉降后通过排渣口11b排除，脱汞后的烟气可以通过排气口11a进入另一个脱汞单元10进行二次脱汞。
作为本实用新型的另一种实施方式，如图2所示，上述烟气脱汞装置包括循环管道20，所述脱汞单元10还包括串联设置的第一脱汞单元10a和第二脱汞单元10b，所述第一脱汞单元10a的反应器11的入口用于通入烟气，从第二脱汞单元10b排出的烟气通过循环管道20循环至第二脱汞单元10b中再次脱汞，从而提供脱汞效率。其中，循环管道20上可以设置风机30，从而使从第二脱汞单元10b排出的烟气循环至第二脱汞单元10b中。
根据本实用新型的另一个方面，本实用新型还提供一种燃烧系统，该燃烧系统包括锅炉，所述燃烧系统还包括上烟气脱汞装置，该烟气脱汞装置的脱汞单元10与锅炉的烟气排出口连通。其中，所述燃烧系统可以为富氧燃烧系统。
其中，所述燃烧系统包括依次连接在锅炉和烟气脱汞装置之间的除尘器和第二冷凝器。也就是说，在烟气进入脱汞装置之前先通过除尘器除尘并通过第二冷凝器冷凝脱水(冷凝后产生的水由第二冷凝器的底部排出)，从而可以保证后续二氧化碳的压缩以及液化设备的可靠运行(在富氧燃烧系统中，烟气中会产生大量的二氧化碳，为了避免大量的二氧化碳对环境造成影响，一般会对二氧化碳进行压缩、液化后储存)。另外，在烟气进入脱汞装置之前进行除尘，是为了避免对后续管道造成堵塞，从而在高压下产生严重的安全问题。而在烟气进入脱汞装置之前先通过第二冷凝器进行冷凝脱水，是因为富氧燃烧烟气中往往含有大量的水蒸汽，如果不进行冷凝脱水，大量的水蒸气进入压缩装置，不仅会影响压缩设备的可靠运行，还会使得烟气中的酸性污染物NOx、SO2等转变为HNO3和H2SO4，这些酸性物质对压缩机、管道等都会造成严重的腐蚀。
本实用新型提供的烟气脱汞装置可以通过以下方法实现，该方法包括以下步骤：S：使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化。
其中，所述步骤S包括：在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气进行压缩。进一步地，所述步骤S包括：在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气进行压缩和冷凝。其中，所述步骤S包括：在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气依次进行压缩、冷凝和气液分离。另外，多次重复步骤S直至将烟气中的汞全部脱除。需要说明的是，上文的压缩、冷凝以及气液分离可以分别通过压缩机、冷凝器以及气液分离器实现。
进一步地，所述步骤S包括：S1：将烟气分别进行一次压缩、一次冷凝和一次气液分离，然后使烟气中的单质汞被氮氧化物氧化；S2：将反应后的烟气分别进行二次压缩、二次冷凝和二次气液分离，然后使烟气中的剩余的单质汞再次被氮氧化物氧化；S3：重复步骤S2。其中，脱汞率与烟气中的氮氧化物(NOx)浓度以及反应压力成正比，因此当氮氧化物(NOx)浓度较高时，反应器11的反应压力可适当地降低。例如，当烟气中氮氧化物的浓度低于500ppm时，一次压缩和二次压缩的压力范围分别控制为10-15bar和20-30bar；当烟气中氮氧化物的浓度高于500ppm时，一次压缩和二次压缩的压力范围分别控制为5-10bar和15-25bar。
下面以具体的实施例对上述方法进行详细描述：如图1所示，从锅炉炉膛排出的烟气分别经过除尘、冷凝脱水后，进入第一脱汞单元10a的压缩机12中进行一次压缩并压缩至10-15bar，从压缩机12出来的烟气再经过第一脱汞单元10a的第一冷凝器13进行一次冷凝并将烟气的温度将至室温，产生的液体(水)由气液分离器14排出，脱水后的烟气进入第一脱汞单元10a的反应器11内进行脱汞处理(脱汞的原理在上文已经详细描述，这里不再重复)，在反应器11中，烟气中的气态单质汞一部分转化为固体渣由反应器11下部的排渣口11b排出，烟气中的气态单质汞的另一部分随烟气离开第一脱汞单元10a的反应器11(一般情况下，第一脱汞单元10a汞脱除率为50-70％)。经初步脱汞后的烟气进入第二脱汞单元10b的压缩机12中进行二次压缩并压缩至20-30bar，从压缩机12出来的烟气再经过第二脱汞单元10b的第一冷凝器13进行二次冷凝并将烟气的温度将至室温，产生的液体(水)由气液分离器14排出，脱水后的烟气进入第二脱汞单元10b的反应器11内进行再次脱汞，烟气中的单质汞基本被完全脱除。为避免系统波动导致脱汞不完全，从第二脱汞单元10b的反应器11出来的烟气可通过循环管道20经由第二脱汞单元10b的压缩机11压缩后，重新进入第二脱汞单元10b的反应器11进行再次脱汞。事实上，经试验证明，在压力为14bar、500ppm的NO和5％的O2存在的条件下，气相汞单质(Hg0)的脱出率能够达到99％以上，近似接近100％。
本实用新型提供的脱汞装置还具有一个优点，那就是运行成本低，因为富氧燃烧的烟气本身需要经过压缩液化过程实现二氧化碳的捕集，利用这一特殊工艺过程实现气态Hg0和NOx的协同脱除，也就是说，本实用新型提供的脱汞装置可以利用燃烧系统中已有的装置(例如压缩机)，大大节约了富氧燃烧的运行成本。因此，本实用新型提供的脱汞装置能够实现烟气中单质汞的高效低成本脱除。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (10)
1.一种烟气脱汞装置，其特征在于，该烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元(10)，所述脱汞单元(10)包括反应器(11)和压缩机(12)，所述压缩机(12)的入口用于通入烟气，所述压缩机(12)的出口与所述反应器(11)的入口连通。
2.根据权利要求1所述的烟气脱汞装置，其特征在于，所述脱汞单元(10)包括设置在所述压缩机(12)与所述反应器(11)之间的第一冷凝器(13)。
3.根据权利要求2所述的烟气脱汞装置，其特征在于，所述脱汞单元(10)包括具有气体排出口(14a)和液体排出口(14b)的气液分离器(14)，所述气液分离器(14)设置在所述第一冷凝器(13)与所述反应器(11)之间。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的烟气脱汞装置，其特征在于，该烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个所述脱汞单元(10)。
5.根据权利要求4所述的烟气脱汞装置，其特征在于，所述反应器(11)包括位于上部的排气口(11a)和位于下部的排渣口(11b)，所述反应器(11)的所述入口位于所述反应器(11)的中部。
6.根据权利要求5所述的烟气脱汞装置，其特征在于，相邻的两个所述脱汞单元(10)中，一个所述脱汞单元(10)的入口与另一个所述脱汞单元(10)的反应器(11)的所述排气口(11a)连通。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的烟气脱汞装置，其特征在于，该烟气脱汞装置包括循环管道(20)，所述脱汞单元(10)包括串联设置的第一脱汞单元(10a)和第二脱汞单元(10b)，所述第一脱汞单元(10a)的反应器(11)的入口用于通入烟气，从所述第二脱汞单元(10b)排出的烟气通过所述循环管道(20)循环至所述第二脱汞单元(10b)中再次脱汞。
8.一种燃烧系统，该燃烧系统包括锅炉，其特征在于，所述燃烧系统还包括权利要求1-7中任一项所述的烟气脱汞装置，所述烟气脱汞装置的脱汞单元(10)与所述锅炉的烟气排出口连通。
9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统为富氧燃烧系统。
10.根据权利要求8所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统包括依次连接在所述锅炉和所述烟气脱汞装置之间的除尘器和第二冷凝器。
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| CN201520753676.8U CN205109357U (zh) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 烟气脱汞装置及燃烧系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205109357U true CN205109357U (zh) | 2016-03-30 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105126572A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-09 | 中国神华能源股份有限公司 | 烟气脱汞装置、燃烧系统以及烟气脱汞方法 |
-
2015
- 2015-09-25 CN CN201520753676.8U patent/CN205109357U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105126572A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-09 | 中国神华能源股份有限公司 | 烟气脱汞装置、燃烧系统以及烟气脱汞方法 |
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