專利名稱：高效燃煤煙氣脫硫脫汞方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染控制技術領域，特別涉及一種燃煤煙氣脫硫脫汞的方法及其
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
我國是世界上SO2和汞排放量最多的國家，其中75%的SO2和65%的汞是燃煤排放產(chǎn)生的，因燃煤引起的污染形勢十分嚴峻，我國除了對燃煤SO2和顆粒物污染重點治理外，對汞為主的重金屬污染防治也非常關注。目前國內外對不同的污染物控制大多采用單項技術，如美國能源技術實驗室(NETL)開發(fā)的煙氣脫汞技術采用活性炭噴射和除塵技術對汞的脫除率高達90%左右，但投資高，活性炭成本高，同時活性炭的洗脫困難，難以工業(yè)化推廣應用，另外，由于治理不同的污染物而采用不同的治理設備，容易產(chǎn)生各種設備之間的不匹配、綜合投資高、占地面積大、運行費高、維修不便等問題。隨即技術人員致力于研究能夠同時脫除SO2和汞的多項技術的組合。美國福斯特能源公司發(fā)明的一種從熱煙道氣中除去汞類物質的方法，通過向煙道中噴入氯化物鹽溶液使煙氣中的汞被氧化成為HgCl2,結合煙氣脫硝和濕法脫硫技術可實現(xiàn)對NOx和SO2的同時脫除。但該技術對零價汞的氧化效率不穩(wěn)定，目前這項技術還沒有工業(yè)化應用方面的報道。日本荏原制作所發(fā)明一種電子束照射法的新型煙氣凈化技術，通過利用高能電子束的能量使煙氣中的N2、O2和H2O產(chǎn)生大量的自由基，可氧化煙氣中的SO2和零價汞，利用氨與酸反應生成硫銨，回收反應產(chǎn)物。但需要有放射線防護設施，運行費用較高、能耗大、維護量較大，目前工業(yè)化應用較困難。
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國內開發(fā)利用靜電除塵器產(chǎn)生的O3將煙氣中的零價汞氧化為可溶性的二價汞，結合濕法脫硫技術可實現(xiàn)脫硝脫硫脫汞的多污染物聯(lián)合控制，目前這項技術正在研發(fā)階段，還需要對脫汞效率的穩(wěn)定性進一步研究。由美國Dravo公司研究開發(fā)的濕式煙氣脫硫(FGD)加金屬螯合物多污染物控制技術，通過對傳統(tǒng)的濕法FGD的溶液中加入金屬螯合物實現(xiàn)脫硫脫汞，并將三價鐵螯合物還原即可實現(xiàn)吸收劑再生。但該工藝吸收液的再生工藝復雜，運行成本高，同時對零價汞蒸氣的去除效果較差，目前還沒有實現(xiàn)工業(yè)化應用。因而如何充分利用現(xiàn)有污染物控制技術，研究開發(fā)出一項適合我國國情的多污染物控制實用技術成為一個重大課題。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種煤煙氣脫硫脫汞的方法，其具有高效、投資低和運行成本低的優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的是提供一種煤煙氣脫硫脫汞的裝置，其具有高效、低投資和低運行費用的煙氣脫硫脫汞裝置，適用于處理燃煤鍋爐和垃圾焚燒煙氣。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:
一種燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，包括以下步驟:(I)預先向煙道內噴水霧，使煙氣降溫至72_78°C，煙氣經(jīng)增濕降溫處理后進入反應塔，通過水蒸汽輸送器向反應塔中噴入石灰/Ca (OH)2吸收劑與煙氣混合，煙氣中的SO2與石灰/Ca (OH) 2反應，同時石灰/Ca (OH) 2吸收劑在水蒸汽輸送被水蒸汽活化成為多微孔的細顆粒，吸附煙氣中的汞蒸氣；大量的實驗結果表明，反應塔底部收集的為粒徑在100 μ m以上的少量石灰顆粒，這部分顆粒微孔較少，活性和脫硫脫汞性能較差；除塵器收集的主要為粒徑在100 μ m以下的飛灰顆粒，這部分飛灰顆粒比表面積大、富含微孔。減少反應塔底水蒸汽輸送器不僅可降低蒸汽的用量，更重要的是可提高吸收劑的活化率，吸收劑比表面積較同時循環(huán)反應塔底灰和除塵器底灰可提高25-35%，從而使吸收劑的脫硫效率提高8-15%，汞蒸氣脫硫率提高I5-20%ο(2)將煙氣經(jīng)脫硫脫汞后產(chǎn)生的飛灰通過袋式除塵器或電袋復合除塵器進行收集，由除塵器收集的部分飛灰經(jīng)過水蒸汽輸送器輸送到反應塔的吸收劑噴入口與煙氣混合后重新進入反應塔，進一步對煙氣進行脫硫脫汞，其余的飛灰外運，凈化后的煙氣通過引風機送入煙囪排出。所述煙氣與吸收劑、循環(huán)飛灰混合后，經(jīng)煙氣分布器使顆粒物與煙氣充分混合，以提高顆粒與SO2及汞蒸氣的混合均勻度。所述循環(huán)飛灰與石灰的重量比為100:1-200:1，輸送時間2_5秒。所述石灰/Ca (OH)2與SO2的摩爾比為1.2-1.5，石灰/Ca (OH)2的輸送時間2_5秒。

大量的實驗研究表明，飛灰的活化時間在2-5秒效果最佳，時間達短則形成的微孔較少，明間太長則微孔會被細小的顆粒堵塞。所述水蒸汽輸送器使用的水蒸氣為0.3-0.5MPa、250-300°C的鍋爐廢熱水蒸汽。大量的實驗研究表明，隨蒸汽壓力和溫度影響吸收劑的活化效果。通過吸收劑活化后脫硫脫汞性能分析發(fā)現(xiàn)，采用0.3-0.5MPa、250-300°C的水蒸汽活化后的吸收劑脫硫脫
萊效率最聞。所述反應塔的有效高度H為20-24m，煙氣在反應塔脫硫脫汞的作用時間為4-6秒。所述煙氣分布器的高度為反應塔總高度的1/20。為實現(xiàn)上述脫硫脫汞的方法，本發(fā)明提供一種專用于上述方法的煙氣脫硫脫汞裝置，包括用于煙氣脫硫的反應塔，及與該反應塔連接的袋式除塵器或電袋復合除塵器，反應塔頂部設有吸收劑噴入口、循環(huán)飛灰入口及煙道入口，燃煤機組鍋爐通過煙道與該煙道入口相連，反應塔上部設有水霧噴入口 ；反應塔下端設有一個煙氣出口，煙氣出口與袋式除塵器或電袋復合除塵器的煙氣進口相連；袋式除塵器或電袋復合除塵器下端設有兩個飛灰出口，其中一個飛灰出口通過飛灰粉倉、水蒸汽輸送器與該循環(huán)飛灰入口相連，另一個飛灰出口連接飛灰外運設備，袋式除塵器或電袋復合除塵器上端設有出口連接煙囪。所述反應塔頂部的吸收劑噴入口與所述水霧噴入口之間設有煙氣分布器。所述煙氣分布器的高度為所述反應塔總高度的1/20。本裝置采用石灰/Ca(OH)2作為脫硫劑，采用循環(huán)飛灰作為輔助脫硫劑，脫硫后的煙氣通過袋式除塵器，通過引風機將凈化后的煙氣送入煙 排出。通過利用水蒸汽輸送脫硫劑(主要成份是石灰和飛灰)，實現(xiàn)脫硫劑的活化，使CaO變?yōu)槊摿蚧钚愿叩腃a (OH)2,通過預先向煙道內噴水霧，煙氣經(jīng)降溫處理后與Ca(OH)2混合并反應，提高了脫硫效果；脫硫吸收劑在水蒸汽輸送過程中產(chǎn)生大量的多孔隙結構和活性基團，提高了對難溶性的氣態(tài)零價汞的吸附能力，活性基團明顯提高了對零價汞的催化吸附，提高了脫汞副產(chǎn)物的穩(wěn)定性；同時通過噴霧使二價汞溶解到水滴中，和脫硫吸收劑碰撞后附著在顆粒表面上形成顆粒態(tài)汞；絕大部分的顆粒態(tài)汞被袋式除塵器被捕集下來，達到脫汞的目的；提高對零價汞的催化吸附，有30%以上的零價汞轉化為二價汞。與現(xiàn)有脫硫脫汞的方法及裝置相比，本發(fā)明煙氣脫硫脫汞的方法及其裝置具有以下優(yōu)點:(I)本發(fā)明的方法采用石灰/Ca(OH)2作為脫硫脫汞吸收劑，采用循環(huán)飛灰作為輔助吸收劑，通過預先向煙氣中噴水進行降溫，有利于汞蒸氣變?yōu)楣虘B(tài)的汞，被后部的袋式除塵器等收集下來；大部分二價汞溶解到水滴中，與吸收劑及循環(huán)飛灰顆粒碰撞后附著在其表面及微孔內；由于飛灰的主要成份為飛灰，具有較大的比表面積和豐富的孔隙度，對汞蒸氣有較強的吸附能力，對各種形態(tài)的汞都有很好的吸收效果；同時飛灰吸附的零價汞在MgO以及Fe2O3的催化氧化作用下有利于轉化為二價汞，最終將煙氣中氣態(tài)的零價汞轉變?yōu)槿芤簯B(tài)或顆粒態(tài)汞，并通過袋式除塵器或電袋復合除塵器收集下來。(2)飛灰表面的微孔容易吸附更細小顆粒，堵塞微孔通道，利用水蒸汽輸送循環(huán)飛灰時，水蒸汽能夠活化飛灰 使得這些細小的顆粒被釋放出來，生成更多的微孔；同時飛灰中存在的Ca、Si和Al在水蒸汽的作用下會發(fā)生火山灰反應，生成水合硅酸鈣(Ca0.SiO2.Η20)、水合硅酸二鈣(2Ca0.SiO2.Η20)和水合鋁酸四鈣(4Ca0.Al2O3.13H20)，這些物質具有較高的比表面積，同時當水合物接觸到熱煙氣時，其中的水分釋放出來，生成更多的孔隙，增加飛灰的比表面積，使得循環(huán)飛灰具有良好的脫汞能力。(3)循環(huán)飛灰與石灰混合后，大大提高了顆粒增加了飛灰的比表面積和微孔，多微孔的顆粒有利于吸收煙氣中的SO2和汞蒸氣，提高脫硫脫汞效率。


圖1為本發(fā)明煙氣脫硫脫汞裝置系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明脫硫脫汞反應塔結構的示意圖。圖3為本發(fā)明脫硫脫汞流程圖。
具體實施例方式以下針對一臺燃煤機組鍋爐，結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述:本發(fā)明的脫硫脫汞裝置結構如下:如圖1至圖3所示，本發(fā)明煙氣脫硫脫汞裝置的結構示意圖，反應塔6頂部設有吸收劑噴入口 5、循環(huán)飛灰入口 16及煙道入口 17，燃煤機組鍋爐I通過煙道3與該煙道入口 17相連，反應塔6上部設有水霧噴入口 2 ;該水霧噴入口 2通過水流計與工藝水箱相連接，脫硫脫汞吸收劑噴入口 5的下方設有煙氣分布器4，反應塔6下端設有一個煙氣出口 7，煙氣出口 7與袋式除塵器8的煙氣進口 18相連；袋式除塵器8下端設有兩個飛灰出口 9、9’，其中一個飛灰出口 9通過飛灰粉倉11和水蒸汽輸送器10連接到循環(huán)飛灰入口 16，飛灰出口 9’連接飛灰外運設備13，袋式除塵器8上端設有出口 19連接煙囪14。裝有石灰的吸收劑粉倉11’通過水蒸汽輸送器10’連接到吸收劑噴入口 5。其中燃煤煙氣由反應塔6上部的煙道入口 17進入，在吸收劑粉倉11’中的吸收劑石灰或Ca(OH)2經(jīng)水蒸汽輸送器10’送入反應塔頂部的吸收劑噴入口 5，循環(huán)飛灰與反應塔頂部的循環(huán)飛灰入口 16相連，煙氣與石灰或Ca (OH) 2及飛灰在煙氣分布器4混合，增濕水通過水霧噴入口 2和煙氣混合，增濕后煙氣在反應塔6進行脫硫脫汞反應，煙氣脫硫脫汞后經(jīng)反應塔的煙氣出口 7進入袋式除塵器的煙氣進口 18，煙氣經(jīng)袋式除塵器8后由出口 19進入煙囪14排放。袋式除塵器8收集的部分循環(huán)飛灰經(jīng)飛灰出口 9通過水蒸汽輸送器10進入反應塔頂部循環(huán)飛灰入口，另外一部分飛灰經(jīng)飛灰出口 9’直接外排。在煙氣脫硫脫汞過程中，首先將煙氣溫度降低至70-80°C后通入反應塔，同時采用250°C左右的鍋爐廢熱水蒸汽作為輸送動力源，利用水蒸汽流量計將水蒸氣控制在0.8MPa以下，通過水蒸汽輸送器10’將吸收劑粉倉11’中的吸收劑石灰粉輸送到反應塔吸收劑噴入口處與煙氣混合進入反應塔內，反應塔煙氣中顆粒物的濃度可達200-300g/Nm3。另外，如圖2所示，石灰通過飛灰粉倉11及水蒸汽輸送器10輸送到反應塔循環(huán)飛灰入口處與鍋爐煙氣混合，石灰在水蒸汽輸送過程中同時完成石灰的活化和輸送，其中大部分被水化成為強堿性的Ca(OH)2, Ca(OH)2與煙氣中的SO2反應后，袋式除塵器收集的飛灰的一部分作為循環(huán)脫硫脫汞吸收劑循環(huán)利用，經(jīng)螺旋給料機導入并通過水蒸汽輸送器重新與煙氣混合，進入塔內進一步脫除煙氣中的SO2和汞；同樣的，袋式除塵器中產(chǎn)生的另一部分飛灰也可以作為循環(huán)吸收劑使用。本發(fā)明的脫硫脫汞裝置的工作原理:石灰在水蒸汽輸送過程中大部分被水化成為強堿性的Ca(OH)2,同時完成石灰的水化和輸送。經(jīng)降溫處理后在反應塔內煙氣中的SO2與脫硫劑顆粒中的Ca(OH) 2反應生成CaSO3并最終氧化成為CaSO4 ;同時吸收劑在輸送過程中產(chǎn)生的多孔隙結構和大比表面積有利于提高對SO2和氣態(tài)汞的吸附，一部分氣態(tài)的二價汞溶解到水滴中，和脫硫吸收劑碰撞后附著在顆粒表面上形成顆粒態(tài)汞；吸收劑經(jīng)輸送后含有大量游離的金屬氧化物，實現(xiàn)對零價汞的催化吸附，結合袋式除塵器實現(xiàn)對不同形態(tài)的汞的脫除。實施例1在2t/h燃煤實驗鍋爐進行該脫硫脫汞裝置實驗，實驗系統(tǒng)如圖3所示，煙氣脫硫脫汞反應塔的尺寸為Φ1200πιπιΧ 7800mm，煙氣空塔流速為3.8m/s，脫硫脫汞反應塔后部配置袋式除塵器收集反應后的副產(chǎn)物。采用山西大同原煤進行實驗研究，燃煤硫份為0.32%，煤中汞含量為0.35mg/kg。煙氣進入反應塔裝置的溫度為128°C，SO2濃度為578mg/Nm3，汞蒸氣的濃度為21.6μ g/Nm3。通過向反應塔內噴水出塔溫度保持在75°C，脫硫脫汞后反應塔內顆粒物的濃度在250g/Nm3。結果表明，在Ca/S摩爾比小于1.2時，脫硫效率達89.6%，去除氣態(tài)二價汞的效率達91.6%，去除氣態(tài)零價汞的效率達86.8%，對氣態(tài)總汞的脫除效率達89.2%，固態(tài)汞捕集率達99.3%。實施例2一臺85t/h燃煤鍋爐，燃煤含硫量為0.5%，燃煤汞含量為0.1lmgAg0出口的煙氣溫度為139.9°C，煙氣量為234000 236000Nm3/h，煙氣SO2濃度為920mg/Nm3。采用本發(fā)明申請的干法煙氣脫硫脫汞裝置，如圖3所示，飛灰在水蒸汽輸送后物化性質發(fā)生明顯的變化，一部分CaO轉變?yōu)榻Y構多孔的Ca(OH)2，提高了飛灰對汞的吸附能力。脫硫除塵后煙氣的溫度為76 79°C，在Ca0/S02摩爾比低于1.2時，處理后煙氣中SO2濃度為89mg/Nm3，脫硫效率達89.3%，采用該裝置結合袋式除塵器可去除煙氣中98.6%左右的汞蒸氣，飛灰中汞的含量可達到1.58mg/kg。脫除各種形態(tài)汞的性能達到國外報道利用活性炭脫汞的效果，而運行成本明顯低于專門的活·性炭噴射脫汞技術。
權利要求
1.一種燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)預先向煙道內噴水霧，使煙氣降溫至72-78°C，煙氣經(jīng)增濕降溫處理后進入反應塔，通過水蒸汽輸送器向反應塔中噴入石灰/Ca(OH)2吸收劑與煙氣混合，煙氣中的SO2與石灰/Ca(OH)2反應，同時石灰/Ca(OH)2吸收劑在水蒸汽輸送被水蒸汽活化成為多微孔的細顆粒，吸附煙氣中的汞蒸氣； (2)將煙氣經(jīng)脫硫脫汞后產(chǎn)生的飛灰通過袋式除塵器或電袋復合除塵器進行收集，由除塵器收集的部分飛灰經(jīng)過水蒸汽輸送器輸送到反應塔的吸收劑噴入口與煙氣混合后重新進入反應塔，進一步對煙氣進行脫硫脫汞，其余的飛灰外運，凈化后的煙氣通過引風機送入煙囪排出。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述煙氣與吸收劑、循環(huán)飛灰混合后，經(jīng)煙氣分布器使顆粒物與煙氣充分混合，以提高顆粒與SO2及汞蒸氣的混合均勻度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述循環(huán)飛灰與石灰的重量比為100:1-200:1，輸送時間2-5秒。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述石灰/Ca(OH)2與SO2的摩爾比為1.2-1.5，石灰/Ca(OH)2的輸送時間2_5秒。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述水蒸汽輸送器使用的水蒸氣為0.3-0.5MPa、250-300°C的鍋爐廢熱水蒸汽。
6.根據(jù)權利要求2所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述反應塔的有效高度為20-24m，煙氣在反應塔脫硫脫汞的作用時間為4-6秒。
7.根據(jù)權利要求2或6所述的燃煤煙氣脫硫脫汞的方法，其特征在于，所述煙氣分布器的高度為反應塔總高度的1/20。
8.一種用于權利要求1所述方法的燃煤煙氣脫硫脫汞裝置，其特征在于，它包括用于煙氣脫硫的反應塔(6)，及與該反應塔連接的袋式除塵器或電袋復合除塵器(8); 反應塔(6)頂部設有吸收劑噴入口(5)、循環(huán)飛灰入口( 16)及煙道入口( 17)，燃煤機組鍋爐(I)通過煙道(3)與該煙道入口( 17)相連，反應塔(6)上部設有水霧噴入口( 2);反應塔(6)下端設有一個煙氣出口(7)，煙氣出口(7)與袋式除塵器或電袋復合除塵器(8)的煙氣進口(18)相連； 袋式除塵器或電袋復合除塵器(8)下端設有兩個飛灰出口(9、9’)，其中一個飛灰出口(9)通過飛灰粉倉(11)、水蒸汽輸送器(10)與該循環(huán)飛灰入口(16)相連，另一個飛灰出口(9’)連接飛灰外運設備(13)，袋式除塵器或電袋復合除塵器(8)上端設有出口(19)連接煙囪(14)。
9.根據(jù)權利要求8所述的燃煤煙氣脫硫脫汞裝置，其特征在于，所述反應塔(6)頂部的吸收劑噴入口(5)與所述水霧噴入口(2)之間設有煙氣分布器(4)。
10.根據(jù)權利要求9所述的燃煤煙氣脫硫脫汞裝置，其特征在于，所述煙氣分布器(4)的高度為所述反應塔(6)總高度的1/20。
全文摘要
一種煙氣脫硫脫汞的新方法及其裝置，通過鍋爐中低壓水蒸汽將石灰和飛灰活化，增強脫硫脫汞效果。首先采用中低壓水蒸汽將作為脫硫脫汞吸收劑的石灰或Ca(OH)2活化并與煙氣混合，同時采用中低壓水蒸汽將部分飛灰循環(huán)送入反應塔的頂部與煙氣混合；在煙氣分布器的下部向反應塔內噴水霧，煙氣溫度降低有利于提高SO2與Ca(OH)2的反應活性，煙氣濕度有利于提高吸收劑的利用率，提高脫硫脫汞劑對汞蒸氣的吸收性能。煙氣在反應塔實現(xiàn)脫硫脫汞后進入袋式或電袋復合除塵器，收集的部分飛灰輸送到反應塔循環(huán)使用，進一步提高吸收劑的利用率；凈化后的煙氣通過引風機送入煙囪排出。該裝置運行成本較低，與袋式除塵器或電袋復合除塵設備配合使用，可達到較高的脫硫脫汞效果。
文檔編號B01D53/64GK103239985SQ20131017672
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權日2013年5月14日
發(fā)明者王凡, 劉宇, 張凡, 田剛, 王紅梅 申請人:中國環(huán)境科學研究院