本發(fā)明屬于燃煤煙氣中汞控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的方法。

背景技術(shù)：

汞是一種神經(jīng)毒物，具有極強的累積性和不可逆性，對人類健康具有很大的威脅。燃煤電廠是最主要的人為汞污染源之一。隨著環(huán)保要求的不斷提高，探索高效、經(jīng)濟、環(huán)境友好型的汞控制技術(shù)具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用脫汞裝置并利用高效吸附材料脫除煙氣中的汞，目前的主要研究集中在脫汞吸附材料和脫汞裝置兩個方面。對于脫汞吸附材料的研究主要集中在改變原材料、采用不同的活化方法、不同的改性劑和改性方法等，目前，通常采用化學(xué)溶液浸漬方法改性吸附劑，如采用含硫、含鹵化物的化學(xué)溶液浸漬吸附劑。主要目的是改善吸附劑表面官能團，增加活性吸附位，以提高其化學(xué)吸附能力，改善脫汞性能。對于脫汞裝置，則主要是通過改進或優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)、增加循環(huán)回收機構(gòu)等進行煙氣中汞的脫除。

例如中國專利文獻201120257109.2公開了一種燃煤煙氣吸附脫汞裝置，其中涉及到燃煤煙氣吸附脫汞方法，汞吸附劑以噴射方式進入除塵器出口的煙道中，吸附劑在除塵后的煙氣中充分分散，可以有效脫除煙氣中的汞，捕集后的汞吸附劑經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)可以再次使用，該方法可以減小吸附劑的消耗，降低煙氣脫汞成本。

但是，這種脫汞方法也存在一定缺陷，在脫汞過程中，其吸附劑在煙氣中停留時間僅有短短數(shù)秒，隨后即被除塵裝置捕獲，其吸附遠未達到飽和，吸附劑外層的活性組分是參與反應(yīng)的主體，這會導(dǎo)致吸附劑內(nèi)層活性組分利用率極低。另外，電廠負荷、入爐煤質(zhì)、燃燒工況多變，導(dǎo)致煙氣中汞濃度波動較大，而采用化學(xué)溶液浸漬方法制備的吸附劑其活性組分的含量通常是一定的，無法適應(yīng)汞濃度的頻繁波動，導(dǎo)致吸附劑的大量浪費，脫汞成本大大增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的方法，通過本發(fā)明的方法可使得活性組分前驅(qū)體和吸附劑能高效反應(yīng)生成活性組分，較大程度的提高了汞吸附劑和活性組分利用效率，降低了吸附劑的用量，大大節(jié)約了脫汞成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的方法，通過可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的裝置對汞吸附劑進行在線活化和噴射，其中，該可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的裝置包括：

用于噴射汞吸附劑的噴射機構(gòu)、設(shè)置在所述噴射機構(gòu)側(cè)面并與之相通的在線活化機構(gòu)以及用于監(jiān)測煙氣中汞濃度的汞濃度在線監(jiān)測儀；

其中，所述噴射機構(gòu)包括一端具有噴口另一端具有吸附劑入料口的套筒，該套筒側(cè)壁開有通孔；所述噴射機構(gòu)還包括調(diào)節(jié)風(fēng)門，其設(shè)置在吸附劑入料口前；

所述在線活化機構(gòu)包括活性組分前驅(qū)體注入器，其一端插入所述通孔中，另一端與活性組分前驅(qū)體源連通；所述在線活化機構(gòu)還包括調(diào)節(jié)閥門，其設(shè)置在活性組分前驅(qū)體注入器上；

該方法包括以下步驟：

利用汞濃度在線監(jiān)測儀實時監(jiān)測煙氣中的汞濃度；

根據(jù)監(jiān)測得到的汞濃度，動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門，控制汞吸附劑注入量和注入時長；同時動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門，控制活性組分前驅(qū)體的注入量、濃度以及注入時間；使所述汞吸附劑和活性組分前驅(qū)體均注入所述噴射機構(gòu)的套筒中；

在所述套筒中，所述活性組分前驅(qū)體被吸附劑表層微孔定向吸附，使活性組分在吸附劑上表層富集，形成活性物質(zhì)，從而以對吸附劑進行在線活化；

活化后的吸附劑通過所述噴射機構(gòu)被噴射注入煙道中，

使煙氣中的汞化合物吸附在吸附劑表面，進而隨吸附劑一起被煙氣除塵裝置捕獲，進而實現(xiàn)煙氣脫汞。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述噴射機構(gòu)還包括吸附劑儲料倉，其設(shè)置在套筒的一端，吸附劑儲料倉中設(shè)置有攪拌器，吸附劑儲料倉與套筒之間設(shè)置有輸料管，攪拌器對汞吸附劑儲料倉中的汞吸附劑進行攪拌，動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門，汞吸附劑通過輸料管注入套筒中。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述活性組分前驅(qū)體通過在線活化機構(gòu)注入套筒中，其中，所述在線活化機構(gòu)還包括活性組分前驅(qū)體儲存器，輸送管道上還設(shè)置有加熱器，加熱器將所述活性組分前驅(qū)體加熱到合適的溫度，動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門，活性組分前驅(qū)體通過活性組分前驅(qū)體注入器注入套筒中。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述汞吸附劑通過噴射機構(gòu)噴射到煙道中，其中，所述噴射機構(gòu)還包括螺桿，其套設(shè)在套筒內(nèi)，所述的螺桿由軸桿和翅片組成，翅片固定在軸桿上并分布于螺桿與套筒筒體內(nèi)壁之間的空間內(nèi)，汞吸附劑由軸桿勻速推送到煙道中，翅片可防止吸附劑的團聚以及在套筒壁上的沉積，從而提高吸附劑的分散度。

通過上述方案，本發(fā)明的裝置同時具有在線活化機構(gòu)和吸附劑噴射機構(gòu)，活性組分前驅(qū)體注入器將活性組分前驅(qū)體注入到套筒中，同時，汞吸附劑通過吸附劑入料口注入套筒，使得活性組分前驅(qū)體和吸附劑能高效反應(yīng)生成活性組分，并進而通過所述噴口噴射，較大程度的提高了汞吸附劑和活性組分利用效率，降低了吸附劑的用量。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述汞吸附劑的噴射量根據(jù)監(jiān)測的汞濃度及吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模型進行控制，所述汞濃度及吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模是根據(jù)電廠運行參數(shù)、管道尺寸、煙氣流量，通過試驗和理論計算建立的，即

$\mathrm{\η}=\[1-\frac{\frac{1}{m_1\·K}+\exp (-(1+\frac{1}{m_1\·K}\left)\right(\frac{6m_1{K}_g}{{\mathrm{\ρ}}_p{d}_p})t}{1+\frac{1}{m_1\·K}}\]\×100\%$

其中，K為與溫度、吸附劑特性有關(guān)的吸附常數(shù)(m³/kg)，對應(yīng)不同溫度、不同吸附劑其大小不同，例如活性炭在120℃時，K＝294m³/kg；K_g為以氣相濃度差為基礎(chǔ)的物質(zhì)總傳質(zhì)系數(shù)，其中k_g為外部傳質(zhì)系數(shù)，m/s，對應(yīng)不同溫度k_g數(shù)值大小不同，例如氣態(tài)汞在120℃時k_g＝4440m/s；k_s為內(nèi)部傳質(zhì)系數(shù)(m/s)，對應(yīng)不同溫度、不同吸附劑k_s數(shù)值大小不同，例如活性炭在120℃時，k_s＝0.016m/s；ρ_p為吸附劑的密度(kg/m³)；d_p為吸附劑的粒徑(m)。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述脫汞效率η通過下式計算：

η＝f(m₁)＝(C₁-C₂)/C₁

其中，C₁為煙氣中汞濃度，C₂為汞排放標準。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述汞吸附劑的噴射量通過PID控制器(比例-積分-微分控制器)控制。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述活性組分前驅(qū)體注入量通過活性組分前驅(qū)體注入量m₂通過下式計算：

m₂＝(N₁/N_A)×V_A×ρ

其中，N₁為活性組分前驅(qū)體分子個數(shù)N₁＝(2nm×S_BET)/V₁,S_BET為吸附劑的比表面積，V₁為活性組分前驅(qū)體的分子體積；N_A為阿佛加德羅常數(shù)，標準狀況下N_A＝6.02×10²³/mol；V_A為氣體摩爾體積，標準狀況下V_A＝22.4L/mol，ρ為活性組分前驅(qū)體密度。

上述方案中，通過汞吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模型及PID控制器(比例-積分-微分控制器)動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門，控制汞吸附劑注入量和注入時長；同時通過活性組分前驅(qū)體注入量m₂和吸附劑噴射量m₁之間的數(shù)學(xué)模型，動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門，控制活性組分前驅(qū)體的注入量、濃度以及注入時間，使活性組分在吸附劑上表層富集，活性組分前驅(qū)體既要在吸附劑表面均勻、完全覆蓋，又要避免活性組分過量負載，對汞在吸附劑中的內(nèi)擴散造成不利影響，從而使得吸附劑的脫汞性能達到最優(yōu)的同時避免活性組分浪費。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述活性組分前驅(qū)體為H₂S、SO₂、HCl和Br中至少一種。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述活性物質(zhì)為S、Cl和Br中至少一種。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于提供了一種可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的裝置及方法，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明的方法通過同時具有在線活化機構(gòu)和吸附劑噴射機構(gòu)的裝置進行噴射，其中活性組分前驅(qū)體注入器將活性組分前驅(qū)體注入到套筒中，同時，汞吸附劑通過吸附劑入料口注入套筒，使得活性組分前驅(qū)體和吸附劑能高效反應(yīng)生成活性組分，并進而通過所述噴口噴射，較大程度的提高了汞吸附劑和活性組分利用效率，降低了吸附劑的用量。

(2)本發(fā)明的方法通過汞吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模型及PID控制器動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門，控制汞吸附劑注入量和注入時長；同時通過活性組分前驅(qū)體注入量m₂和吸附劑噴射量m₁之間的數(shù)學(xué)模型，動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門，控制活性組分前驅(qū)體的注入量、濃度以及注入時間，使活性組分在吸附劑上表層富集，活性組分前驅(qū)體既要在吸附劑表面均勻、完全覆蓋，又要避免活性組分過量負載，對汞在吸附劑中的內(nèi)擴散造成不利影響，從而使得吸附劑的脫汞性能達到最優(yōu)的同時避免活性組分浪費。

(3)通過汞濃度監(jiān)測儀監(jiān)測煙氣中的汞濃度，動態(tài)控制調(diào)節(jié)風(fēng)門及調(diào)節(jié)閥門的開度，并通過加熱器加熱，使得活性組分前驅(qū)體和吸附劑能高效反應(yīng)生成活性組分，實現(xiàn)汞吸附劑的實時在線活化，從而適應(yīng)汞濃度的頻繁波動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的方法中涉及的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為本發(fā)明實施例的可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑的方法中所涉及的噴射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該裝置包括噴射機構(gòu)以及設(shè)置在噴射機構(gòu)側(cè)面并與之相通的在線活化機構(gòu)。

如圖1，噴射機構(gòu)包括螺桿、套筒3、調(diào)節(jié)風(fēng)門4、吸附劑儲料倉5、攪拌器6、以及輸料管7。其中，螺桿套設(shè)在套筒3內(nèi)，優(yōu)選是同軸套設(shè)，所述的螺桿由軸桿1和翅片2組成，翅片2固定在軸桿1上并分布于軸桿1與筒體內(nèi)壁之間的空間內(nèi)。吸附劑儲料倉5設(shè)置在套筒3的一端，圖1中所示為上端，套筒3的另一端為噴口，吸附劑儲料倉5用于存儲吸附劑。

套筒3的側(cè)壁上開有至少一個通孔，優(yōu)選是兩個或多個，各通孔可以分布在套筒3的一側(cè)，或者對稱分布在兩側(cè)，也可以不對稱分布在不同方向的側(cè)面。

在吸附劑儲料倉5中設(shè)置有攪拌器6，用于對吸附劑儲料倉5中的吸附劑進行攪拌，以注入套筒3中。吸附劑儲料倉5與套筒3之間設(shè)置有輸料管7，使得吸附劑儲料倉5與套筒3通過該輸料管7連通，用于將吸附劑儲料倉5中的吸附劑注入套筒3中。輸料管7上設(shè)置有調(diào)節(jié)風(fēng)門4，用于調(diào)節(jié)輸料管7的開度，從而控制吸附劑進入的量以及進入時間。

吸附劑在攪拌器6的帶動下由輸料管進入套筒3內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)風(fēng)門4調(diào)節(jié)吸附劑噴射量。吸附劑進入套筒3中后，由軸桿1勻速將吸附劑推送到煙道中，其中翅片2可防止吸附劑發(fā)生團聚以及在套筒3壁上沉積，提高吸附劑分散度。

如圖1，在線活化機構(gòu)包括活性組分前驅(qū)體注入器8、調(diào)節(jié)閥門9、活性組分前驅(qū)體儲存器10。其中，活性組分前驅(qū)體注入器8優(yōu)選為管型結(jié)構(gòu)，其一端插入套筒3的筒壁上開設(shè)的開孔中，另一端通過輸送管道與活性組分前驅(qū)體儲存器10連接，用于將活性組分前驅(qū)體儲存器10中的活性組分前驅(qū)體注入套筒3中。另外，調(diào)節(jié)閥門9設(shè)置在活性組分前驅(qū)體注入器8上，其可以控制活性組分前驅(qū)體注入器8與套筒3的通斷，從而控制注入套筒3中的活性組分前驅(qū)體的注入量、濃度以及注入時間。

優(yōu)選地，輸送管道上還設(shè)置有加熱器12，其用于在所述活性組分前驅(qū)體儲存器10注入吸附劑噴槍之前將其加熱到合適的溫度，使活性組分前驅(qū)體和吸附劑能高效反應(yīng)生成活性組分。

在線活化機構(gòu)數(shù)量優(yōu)選與套筒3的側(cè)壁開孔數(shù)量相同，即在線活化裝置至少為一個，優(yōu)選是兩個或多個，相應(yīng)地，各在線活化機構(gòu)的分布方式與套筒上通孔的分布方式一致，具體地，可以分布在套筒3的一側(cè)，或者對稱分布在兩側(cè)，也可以不對稱分布在不同方向的側(cè)面。

還包括汞濃度在線監(jiān)測儀11，其用于實時監(jiān)測煙道中的汞濃度數(shù)據(jù)，優(yōu)選汞濃度在線監(jiān)測儀11為多個，例如兩個，分別設(shè)置在噴射機構(gòu)和在線活化機構(gòu)左右兩側(cè)。調(diào)節(jié)閥門9的開度可根據(jù)汞濃度在線監(jiān)測儀11的反饋數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明一個實施例的可同時在線活化和噴射脫汞吸附劑方法，通過上述噴射裝置進行，該方法的具體步驟如下：

(1)利用汞濃度在線監(jiān)測儀11實時監(jiān)測煙氣中的汞濃度；

(2)根據(jù)監(jiān)測得到的汞濃度，動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門4，控制汞吸附劑注入量和注入時長；

1)根據(jù)監(jiān)測的汞濃度及吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模型；

2)根據(jù)電廠運行參數(shù)、管道尺寸、煙氣流量，通過試驗和理論計算建立汞濃度及吸附劑噴射量m₁和脫汞效率η之間的數(shù)學(xué)模，即

$\mathrm{\η}=\[1-\frac{\frac{1}{m_1\·K}+\exp (-(1+\frac{1}{m_1\·K}\left)\right(\frac{6m_1{K}_g}{{\mathrm{\ρ}}_p{d}_p})t}{1+\frac{1}{m_1\·K}}\]\×100\%$

其中，K為與溫度、吸附劑特性有關(guān)的吸附常數(shù)(m³/kg)，對應(yīng)不同溫度、不同吸附劑其大小不同，例如活性炭在120℃時，K＝294m³/kg；K_g為以氣相濃度差為基礎(chǔ)的物質(zhì)總傳質(zhì)系數(shù)，其中k_g為外部傳質(zhì)系數(shù)，m/s，對應(yīng)不同溫度k_g數(shù)值大小不同，例如氣態(tài)汞在120℃時k_g＝4440m/s；k_s為內(nèi)部傳質(zhì)系數(shù)(m/s)，對應(yīng)不同溫度、不同吸附劑k_s數(shù)值大小不同，例如活性炭在120℃時，k_s＝0.016m/s；ρ_p為吸附劑的密度(kg/m³)；d_p為吸附劑的粒徑(m)；

3)通過下式計算脫汞效率η：

η＝f(m₁)＝(C₁-C₂)/C₁

其中，C₁為煙氣中汞濃度，C₂為汞排放標準；

4)通過PID控制器(比例-積分-微分控制器)控制汞吸附劑的噴射量；

5)攪拌器6對汞吸附劑儲料倉5中的汞吸附劑進行攪拌，

6)動態(tài)調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)風(fēng)門4；

7)汞吸附劑通過輸料管7注入套筒3中；

(3)同時動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門9，控制活性組分前驅(qū)體的注入量、濃度以及注入時間；

1)通過下式計算活性組分前驅(qū)體注入量m₂：

m₂＝(N₁/N_A)×V_A×ρ

其中，N₁為活性組分前驅(qū)體分子個數(shù)N₁＝(2nm×S_BET)/V₁,S_BET為吸附劑的比表面積，V₁為活性組分前驅(qū)體的分子體積；N_A為阿佛加德羅常數(shù)，標準狀況下N_A＝6.02×10²³/mol；V_A為氣體摩爾體積，標準狀況下V_A＝22.4L/mol，ρ為活性組分前驅(qū)體密度；

2)加熱器12將存儲在活性組分前驅(qū)體存儲器10中的活性組分前驅(qū)體加熱到合適的溫度；

3)動態(tài)調(diào)節(jié)所述在線活化機構(gòu)上的調(diào)節(jié)閥門9；

4)活性組分前驅(qū)體通過活性組分前驅(qū)體注入器注入套筒3中；

(4)活性組分前驅(qū)體被吸附劑表層微孔定向吸附，使活性組分在吸附劑上表層富集，形成活性物質(zhì)。

其中，所述活性組分前驅(qū)體為H₂S、SO₂、HCl和Br中至少一種；所述活性物質(zhì)為S、Cl和Br中至少一種；

(5)活化后的吸附劑在重力作用下通過翅片2噴射注入煙道中；

(6)煙氣中的汞化合物吸附在吸附劑表面，進而隨吸附劑一起被煙氣除塵裝置捕獲，進而實現(xiàn)煙氣脫汞。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。