專利名稱：一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)/廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過放電活化鹵族物質(zhì)，將氣態(tài)汞氧化為易脫除形態(tài)并脫除的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
汞(Hg)污染物揮發(fā)性高、性質(zhì)穩(wěn)定，可以影響人類神經(jīng)系統(tǒng)、腎功能，同時(shí)還會(huì)污染土壤和水體。氣態(tài)中汞具有三種形態(tài)元素汞Hgci (氣態(tài))，氧化態(tài)汞Hg2+C氣態(tài))，顆粒附著汞Hgp (固態(tài))。Hg0揮發(fā)性強(qiáng)，不易溶于水，在工業(yè)過程中極難去除，而Hg2+和Hgp則能夠在煙氣出口下游的煙氣除塵裝置和煙氣脫硫裝置(flue gas desulfurization，F(xiàn)GD)中被去除，化石燃料中的汞元素會(huì)伴隨其燃燒過程以氣相形式排入大氣。我國除塵、脫硫、脫硝成套設(shè)備齊全，現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)通常包括換熱器等預(yù)處理裝置，以及除塵裝置和吸收裝置。如圖I所示煙氣從鍋爐I中排出，依次經(jīng)過預(yù)處理裝置2， 除塵裝置5和吸收裝置8進(jìn)行處理。圖中除塵裝置5為電除塵器，在電除塵器中，煙塵、氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞均可在高壓電暈作用下被荷電收集，從電除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣再進(jìn)入吸收裝置8，圖中所示為脫硫吸收塔，煙氣中殘余的氧化態(tài)、顆粒態(tài)汞在吸收塔中被吸收，與吸收副產(chǎn)物一同被排出。脫汞后的煙氣經(jīng)過除霧器9，從煙囪10排出?？梢姮F(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)只能脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞，無法脫除氣態(tài)元素汞。然而我國燃煤的主要煤種是褐煤，褐煤產(chǎn)生的汞以元素態(tài)Hg°為主。因此，目前氣態(tài)汞的脫除仍以元素汞的形態(tài)轉(zhuǎn)化和低價(jià)氧化劑的開發(fā)為研究重點(diǎn)。如何利用現(xiàn)有煙氣除塵系統(tǒng)對(duì)氣態(tài)汞進(jìn)行有效脫除，提高脫汞效率是目前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決有效脫除煙氣中的氣態(tài)汞的問題，提供了一種效率高、成本低，利用放電活化鹵族物質(zhì)，氧化并脫除氣態(tài)汞的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法，能有效脫除煙氣中的汞。一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞系統(tǒng)，包括依次對(duì)煙氣進(jìn)行處理的預(yù)處理裝置、除塵裝置、吸收裝置，以及設(shè)置于所述預(yù)處理裝置和除塵裝置之間的鹵族物質(zhì)活化裝置，所述齒族物質(zhì)活化裝置包括有殼體，以及位于所述殼體兩端的煙道，所述殼體內(nèi)設(shè)有放電反應(yīng)器，在所述放電反應(yīng)器中或位于其前的煙道內(nèi)設(shè)有噴嘴。所述的放電反應(yīng)器可以采取介質(zhì)阻擋放電、輝光放電或電暈放電等放電形式；放電反應(yīng)器連接有高壓電源為其供電，所述的高壓電源為正、負(fù)脈沖高壓電源或高頻交流高壓電源或交直流疊加高壓電源或直流疊加正、負(fù)脈沖高壓電源或直流高壓電源。所述的放電反應(yīng)器采用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，介質(zhì)阻擋反應(yīng)器包括高壓極與接地極，所述高壓極與接地極中間通過介質(zhì)層隔開。所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器為板板式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，所述的接地極和介質(zhì)層及高壓極為平板，高壓極附著在介質(zhì)層平板上，接地極平板與介質(zhì)層平板平行放置，所述接地極平板與介質(zhì)層平板間留有空隙，供煙氣通過和放電。所述接地極板可以設(shè)置為雙層，在層內(nèi)設(shè)置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣用來散熱。所述的板板式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器可用于水平、垂直氣流等，便于直接在煙道中進(jìn)行改造。優(yōu)選地，所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器為線筒式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，所述接地極及介質(zhì)層附著在一起構(gòu)成便于煙氣通過的通道，所述接地極位于通道的外層，所述介質(zhì)層位于通道的內(nèi)層，所述高壓極為高壓極線，位于所述接地極及介質(zhì)層構(gòu)成的通道的中軸線處。所述放電反應(yīng)器外或介質(zhì)層中可以設(shè)置有冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣，用于冷卻所述放電反應(yīng)器。所述線筒式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，多用于垂直氣流煙道，當(dāng)氣速較高時(shí)，也可用于水平氣流。所述的放電反應(yīng)器也可以為電暈放電反應(yīng)器，由高壓極與多個(gè)接地極組成，高壓極位于接地極之間，高壓極與接地極間留有放電間隙，優(yōu)選的放電間隙為200_。一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞方法，包括如下步驟(I)將鹵族物質(zhì)與含汞煙氣混合；(2)在有氧氣體條件下，通過高壓放電活化鹵族物質(zhì)，使煙氣中的元素態(tài)汞形成為氧化態(tài)汞和顆粒附著汞；(3)進(jìn)行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞。本發(fā)明活化鹵族物質(zhì)脫汞的原理是在氣體或液體中發(fā)生放電時(shí)，可以激發(fā)高化學(xué)活性的自由基(· 0H、· H、· O、· N等)及其他活性物質(zhì)(03、H2O2等)。這些活性物質(zhì)可以進(jìn)行常規(guī)化學(xué)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的化學(xué)反應(yīng)，從而高效活化鹵族物質(zhì)， 將其轉(zhuǎn)化為鹵素單質(zhì)、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質(zhì)易與汞結(jié)合，使元素態(tài)汞轉(zhuǎn)化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)，被下游脫除裝置捕集脫除。本發(fā)明中采用的高壓電壓一般為IOkV以上，電流數(shù)十毫安以上，所述的高壓放電可以采取介質(zhì)阻擋放電、輝光放電或電暈放電等放電形式。含汞煙氣通過鹵族物質(zhì)活化裝置處理后，可以單獨(dú)采用除塵裝置或吸收裝置進(jìn)行進(jìn)一步脫除，也可以先后被除塵裝置和吸收裝置脫除。除塵裝置可以為電除塵器、過濾式除塵器、濕式除塵器、機(jī)械式除塵器或其他除塵設(shè)備。吸收裝置可以為填料塔、湍球塔、篩板塔、噴灑式吸收器、固定床吸附器、移動(dòng)床吸附器、沸騰床吸附器或其他吸收/吸附設(shè)備。本發(fā)明中鹵族物質(zhì)為鹵單質(zhì)、鹵鹽，如氯單質(zhì)Cl2、溴單質(zhì)Br2、碘單質(zhì)I2、氯化鈉 NaCl、溴化鈉NaBr，碘化鈉Nal，溴化鈣CaBr2等；注入鹵族物質(zhì)可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)或者混合態(tài)；本發(fā)明中含氧氣體為氧氣、空氣、煙氣，或含有S02、NH3、N0x的氣體。本發(fā)明所提供的基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法與常規(guī)環(huán)保技術(shù)相比，能夠產(chǎn)生如下有益效果I)、本發(fā)明的煙氣脫汞系統(tǒng)在現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)中的預(yù)處理裝置和除塵裝置之間設(shè)置齒族物質(zhì)活化裝置來有效脫除氣態(tài)汞，還可以直接對(duì)現(xiàn)有煙氣管道進(jìn)行改造，有效利用了現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)，降低脫汞成本；2)、本發(fā)明的煙氣脫汞方法，通過高壓放電活化鹵族物質(zhì)從而將含汞煙氣中的氣態(tài)汞轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)汞和顆粒態(tài)汞并脫除，可以有效脫除含汞煙氣中的氣態(tài)汞，提高了脫汞效率。


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具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明基于放電活化鹵族物質(zhì)的脫汞系統(tǒng)包括依次對(duì)煙氣進(jìn)行處理的預(yù)處理裝置2、除塵裝置5、吸收裝置8，預(yù)處理裝置2和除塵裝置5之間設(shè)有鹵族物質(zhì)活化裝置3。除塵裝置電源6為除塵裝置5供電，除塵裝置5還設(shè)置有除塵灰斗7。含汞煙氣經(jīng)過換熱器等預(yù)處理裝置2后進(jìn)入鹵族物質(zhì)活化裝置3，鹵族物質(zhì)活化裝置3向煙氣中投加鹵族物質(zhì)，與煙氣混合。鹵族物質(zhì)活化裝置3在含氧氣體的條件下，高效活化鹵族物質(zhì)，與煙氣中的鹵族物質(zhì)充分混合反應(yīng)，產(chǎn)生鹵素單質(zhì)、鹵素原子等。鹵素單質(zhì)、原子與煙氣中的元素態(tài)汞結(jié)合，形成鹵化汞等氧化態(tài)汞以及顆粒態(tài)汞。隨后，煙氣進(jìn)入除塵裝置5，煙塵、氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞均可被脫除，從除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣進(jìn)入吸收裝置8，煙氣中殘余的氧化態(tài)、顆粒態(tài)汞在吸收裝置8中被吸收，與吸收副產(chǎn)物一同被排出。脫汞后的煙氣經(jīng)過除霧器等后處理裝置，從煙 排出。鹵族物質(zhì)活化裝置3通過高壓放電來高效活化鹵族物質(zhì)，其中放電反應(yīng)可以采用介質(zhì)阻擋放電、輝光放電或電暈放電放電形式，本發(fā)明的實(shí)施例采用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器和電暈放電反應(yīng)器來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖3所示，為本發(fā)明板板式介質(zhì)阻擋放電鹵族物質(zhì)活化裝置的結(jié)構(gòu)圖，包括殼體18以及位于所述殼體18兩端的煙道12a和12b ;在殼體18內(nèi)設(shè)有放電反應(yīng)器11，在位于放電反應(yīng)器11前的煙道12a內(nèi)設(shè)有噴嘴16。放電反應(yīng)器電源4為放電反應(yīng)器11供電。 放電反應(yīng)器11由高壓極13與接地極14，以及介質(zhì)層15組成，高壓極13與接地極14中間通過介質(zhì)層15隔開。如圖所示的放電反應(yīng)器11為板板式介質(zhì)阻擋放電器，高壓極13附著在介質(zhì)層15 板上，接地極14板與介質(zhì)層15板平行放置，所述接地極14板與介質(zhì)層15板間留有空隙， 放電間隙優(yōu)選為100_，供煙氣通過。還可以設(shè)置有下部灰斗17用于回收鹵族物質(zhì)，同時(shí)也可作為儲(chǔ)槽使用。但當(dāng)鹵族物質(zhì)活化裝置3布置于氣路管道內(nèi)，氣體流速較高，也可不布置灰斗。接地極板14可設(shè)置為雙層，在中部設(shè)置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣，將接地極板處的冷卻部分作為換熱器的一部分，降低熱量損失。由圖中可見，鹵族物質(zhì)活化裝置3中可以設(shè)置多組放電反應(yīng)器11并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)，由多組放電反應(yīng)器11構(gòu)成放電反應(yīng)區(qū)用來活化鹵族物質(zhì)。含汞煙氣由介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器11前端的煙道12a進(jìn)入鹵族物質(zhì)活化裝置3后， 噴嘴16向煙氣中噴灑鹵族物質(zhì)。介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器11進(jìn)行高壓放電，從而高效活化鹵族物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為鹵素單質(zhì)、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質(zhì)易與汞結(jié)合，使元素態(tài)汞轉(zhuǎn)化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)汞。隨后煙氣從介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器11后端的煙道12b排出到下游的除塵和吸收裝置脫除氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞。如圖4所示為本發(fā)明的放電反應(yīng)器的又一實(shí)施例線筒式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器， 由高壓極13與接地極14，以及介質(zhì)板15組成，其中接地極14及介質(zhì)層15附著在一起構(gòu)成便于煙氣通過的圓筒通道，高壓極13為高壓極線，位于接地極14及介質(zhì)層15構(gòu)成的圓筒通道中軸線。其中接地極14位于通道的外層，介質(zhì)層15位于通道的內(nèi)層。放電反應(yīng)器電源4為放電反應(yīng)器11供電。由圖中可見，鹵族物質(zhì)活化裝置3中可以設(shè)置多組放電反應(yīng)器 11，由多組放電反應(yīng)器11構(gòu)成放電反應(yīng)區(qū)用來活化鹵族物質(zhì)。放電反應(yīng)器11外可以設(shè)置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣進(jìn)行冷卻，降低熱量損失。由于一般氣路管道內(nèi)氣體流速約為10_15m/s, —般無積灰產(chǎn)生,可以不布置灰斗。含汞煙氣與鹵族物質(zhì)混合后，進(jìn)入放電反應(yīng)器11組成的通道，放電反應(yīng)器進(jìn)行高壓放電，從而高效活化鹵族物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為鹵素單質(zhì)、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質(zhì)易與汞結(jié)合，使元素態(tài)汞轉(zhuǎn)化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)汞。經(jīng)過放電反應(yīng)器后的煙氣排出到下游的除塵和吸收裝置脫除氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞。這種結(jié)構(gòu)的脫汞裝置可以實(shí)現(xiàn)氧化60%以上的元素汞，能耗水平約72Wh/m3。出于緊湊布置的目的，也可以將圓筒形改為正六邊形等。如圖5所示為本發(fā)明的放電反應(yīng)器的又一實(shí)施例電暈放電反應(yīng)器，由高壓極13 與接地極板14組成，高壓極線13位于二接地極板14之間，高壓極13與接地極14之間留有放電間隙，優(yōu)選的放電間隙為200_。放電反應(yīng)器電源4為放電反應(yīng)器11供電。由圖可見，鹵族物質(zhì)活化裝置3中可以設(shè)置多組放電反應(yīng)器11，由多組放電反應(yīng)器11構(gòu)成放電反應(yīng)區(qū)來活化鹵族物質(zhì)。這種實(shí)施方式可以直接對(duì)現(xiàn)有煙道進(jìn)行改造，將高壓極13與接地極板14布置于煙道中。由于一般氣路管道內(nèi)氣體流速約為10-15m/s, —般無積灰產(chǎn)生,可以不布置灰斗。該類型電暈放電反應(yīng)器一般米取正極性放電，放電峰值電壓為10 100kV?？梢圆捎枚堂}沖或直流疊加交流高壓電源供電，以獲得較好的活化效果。電壓上升時(shí)間一般為數(shù)十納秒至數(shù)十微秒，以采用上述方法處理煙氣為例，煙氣中汞含量為13μ g/m3時(shí)，當(dāng)向鍋爐中投加Br2濃度超過4ppm，汞的凈脫除率可達(dá)64%，總汞控制率達(dá)80%。 本發(fā)明可以用于各類鍋爐或焚燒爐等的煙氣脫汞。
權(quán)利要求
1.一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞系統(tǒng)，包括依次對(duì)煙氣進(jìn)行處理的預(yù)處理裝置(2)、除塵裝置(5)、吸收裝置(8)，其特征在于所述的預(yù)處理裝置(2)和除塵裝置(5)之間設(shè)有鹵族物質(zhì)活化裝置(3)。
2.如權(quán)利要求I所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述鹵族物質(zhì)活化裝置(3)包括殼體(18)以及位于所述殼體(18)兩端的煙道(12a，12b);所述殼體(18)內(nèi)設(shè)有放電反應(yīng)器(11)，在位于殼體(8)前端的煙道(12a)內(nèi)設(shè)有噴嘴(16)。
3.如權(quán)利要求2所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述放電反應(yīng)器(11)為介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，所述的介質(zhì)阻擋反應(yīng)器包括高壓極(13)與接地極(14)，所述高壓極(13)與接地極(14)中間通過介質(zhì)層(15)隔開。
4.如權(quán)利要求3所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器為板板式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，所述的接地極(14)和介質(zhì)層(15)及高壓極(13)為平板，高壓極(13)附著在介質(zhì)層(15)上，接地極(14)與介質(zhì)層(15)平行放置，所述接地極(14)與介質(zhì)層(15)間留有空隙。
5.如權(quán)利要求3所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器為線筒式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，所述接地極(14)及介質(zhì)層(15)附著在一起構(gòu)成通道，所述接地極(14)位于通道的外層，所述介質(zhì)層(15)位于通道的內(nèi)層，所述高壓極(13)為高壓極線， 位于所述接地極(14)及介質(zhì)層(15)構(gòu)成通道的中軸線處。
6.如權(quán)利要求2所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述放電反應(yīng)器(11)為電暈放電反應(yīng)器，由高壓極(13)與多個(gè)接地極(14)組成，高壓極(13)位于接地極(14)之間，所述高壓極(13)與接地極(14)之間留有放電間隙。
7.如權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的放電反應(yīng)器(11)外接的放電反應(yīng)器電源⑷為高壓電源。
8.一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將鹵族物質(zhì)與含汞煙氣混合；(2)在有氧氣體條件下，通過高壓放電活化鹵族物質(zhì)，使含汞煙氣中的元素態(tài)汞形成為氧化態(tài)汞和顆粒附著汞；(3)對(duì)步驟(2)處理后的含汞煙氣進(jìn)行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞。
9.如權(quán)利要求8所述的煙氣脫汞方法，其特征在于所述高壓放電為介質(zhì)阻擋放電。
10.如權(quán)利要求8所述的煙氣脫汞方法，其特征在于所述高壓放電為電暈放電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于放電活化鹵族物質(zhì)的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法，包括依次對(duì)煙氣進(jìn)行處理的預(yù)處理裝置、除塵裝置、吸收裝置，所述的預(yù)處理裝置和除塵裝置之間設(shè)置有鹵族物質(zhì)活化裝置，所述的鹵族物質(zhì)活化裝置設(shè)置有噴嘴、放電反應(yīng)器。所述的鹵族物質(zhì)活化裝置向煙氣中注入鹵族物質(zhì)，并通過高壓放電活化所述的鹵族物質(zhì)，將煙氣中元素態(tài)汞轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)汞以及顆粒態(tài)汞后，進(jìn)行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞以及顆粒態(tài)汞。本發(fā)明能有效利用現(xiàn)有煙道氣凈化裝置，降低脫汞成本，同時(shí)提高脫汞、除塵效率。
文檔編號(hào)B01D53/74GK102580493SQ20121004506
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者馮衛(wèi)強(qiáng), 劉振, 李樹然, 王飛飛, 閆克平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)