本實用新型屬于煙氣污染治理領域，具體涉及一種煙氣脫汞系統(tǒng)。
背景技術：
燃煤電站或火電廠是我國汞排放的重要來源之一。汞是煤中一種劇毒重金屬元素，由于其具有揮發(fā)性，在燃燒過程中釋放到煙氣中排入大氣。汞具有劇毒性、生物體內(nèi)沉積性和遲滯生長等特點。我國煤中汞的平均含量高于世界平均水平，控制燃煤引起的汞污染已經(jīng)勢在必行。我國《火電廠大氣污染物排放標準GB-13223-2011》中明確規(guī)定了燃煤煙氣汞的排放限值，2015年1月1日起，燃煤鍋爐執(zhí)行汞及其化合物小于30μm/Nm3。
目前燃煤煙氣中汞的排放控制主要通過噴入吸附劑(活性炭、鈣基、稀土基等)或通過氧化的方式實現(xiàn)零價汞的氧化，結合后續(xù)脫硫除塵設備實現(xiàn)汞的聯(lián)合脫除。吸附脫汞技術目前以活性炭噴入為主，該技術需要噴入特殊制備的活性炭(載溴活性炭、載硫活性炭等)成本較高，另外噴入的活性炭也對飛灰的性質(zhì)和用途產(chǎn)生影響。氧化脫汞技術需要送入氧化劑，也需要消耗外來資源實現(xiàn)汞的脫除。
目前已有采用載硫活性炭實現(xiàn)煙氣中汞的脫除的方法，將載硫活性炭送入煙氣中，與煙氣混合，煙氣中的汞被活性炭吸附后脫除，脫汞后的活性炭與飛灰被除塵器捕集?；钚蕴窟M入飛灰，一方面消耗了活性炭，另一方面也提高了飛灰中的炭含量。由于煙氣中的汞含量較低，活性炭與煙氣的混合不均勻，造成活性炭的消耗量大，利用率低等問題。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本實用新型的一個目的是提出一種煙氣脫汞系統(tǒng)，該煙氣脫汞系統(tǒng)將除塵后的煙氣引入活性炭層，煙氣中的二氧化硫被活性炭還原為硫單質(zhì)，對活性炭層進行加熱，使單質(zhì)硫氣化，在煙氣的作用下，被輸送進入煙道中，煙道中的硫單質(zhì)與煙氣中的零價汞反應生成硫化汞，反應生成的硫化汞與飛灰混合被除塵器捕集，實現(xiàn)汞的脫除。
本實用新型的另一個目的是提供一種煙氣脫汞方法，該方法是利用上述煙氣脫汞系統(tǒng)進行的。
為了解決以上技術問題，本實用新型的技術方案為：
一種煙氣脫汞系統(tǒng)，包括煙道、引風機、加熱器、活性炭層和除塵器，其中，所述除塵器安裝在煙道上，用于捕集煙氣中的固體顆粒；
引風機的入口與除塵器的出口端的煙道連通，引風機的出口與活性炭層的入口連通，引風機將經(jīng)過除塵后的煙氣引入活性炭層反應，生成單質(zhì)硫；
所述加熱器對活性炭層進行加熱，使單質(zhì)硫受熱氣化；
活性炭層的出口與所述除塵器的入口端的煙道連通，氣化后的單質(zhì)硫在煙氣的作用下經(jīng)過管道進入煙道。
活性炭是一種黑色多孔的固體炭質(zhì)，現(xiàn)在一般是用煤通過粉碎、成型或用均勻的煤粒經(jīng)炭化、活化制得，只要成分為炭?；钚蕴吭诮Y構上由于微晶炭的不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產(chǎn)生炭組織缺陷，因此是一種多孔炭，堆積密度低，比表面積大，具有較大的吸附性能。所以，活性炭可以將煙氣中的二氧化硫吸附，并在加熱的作用下，將二氧化硫還原為單質(zhì)硫。
煙氣中含有較多的二氧化硫，當煙氣與活性炭接觸時，活性炭在第一加熱器的加熱作用下，將煙氣中的二氧化硫還原為硫單質(zhì)，且由于煙氣具有較高的溫度，為二氧化硫的還原提供了能量，在保證二氧化硫成功還原的條件下，可以降低加熱器的加熱功率，節(jié)省能源。
且，硫單質(zhì)在加熱作用下氣化得到氣態(tài)的單質(zhì)硫。不斷流動的煙氣將氣態(tài)的單質(zhì)硫帶入煙道中，此時，單質(zhì)硫與零價汞反應生成硫化汞，通過除塵器捕集去除，該系統(tǒng)中汞的脫除不需要消耗活性炭。而且生成的單質(zhì)硫為氣態(tài)，與煙氣混合更均勻、快速，不但節(jié)約了成本，還提高了脫汞效率。
除塵器是把粉塵從煙氣中分離出來的設備，除塵器包括布袋除塵器、顆粒層除塵器、靜電除塵器、干式除塵器和濕式除塵器等形式，這幾種除塵器都是現(xiàn)有的比較常規(guī)的除塵器，在結構上并沒有改進。但是從作用上來說，傳統(tǒng)的除塵器的作用一般是將煙氣除塵凈化，凈化后的煙氣可以排放到空氣中，防止對環(huán)境的污染。
本文中的除塵器的作用不但是將煙氣凈化后排放，還具有以下作用：活性炭具有較大的比表面積，當含有二氧化硫的煙氣與活性炭接觸時，活性炭表層的炭與二氧化硫反應，生成單質(zhì)硫，并附著在活性炭的表面。對活性炭層進行持續(xù)加熱時，生成的單質(zhì)硫不斷氣化，進而將活性炭層的表面釋放，使活性炭層的表面與煙氣接觸，實現(xiàn)二氧化硫的持續(xù)氧化。當煙氣中的固體顆粒較多時，固體顆粒會堵塞活性炭的表面孔隙，而這些固體顆粒在加熱的狀態(tài)下不會氣化，會一直附著在活性炭上，當附著的粉塵較少時，使活性炭的有效表面積減小，降低二氧化硫的還原效率；但是當堵塞的粉塵較多時，粉塵會將活性炭的表面與煙氣完全隔離，使活性炭不能對煙氣中的二氧化硫起到還原作用，此時的活性炭即為 失效。
氣化后的單質(zhì)硫在除塵器的上游通入煙道，在合適的溫度條件下與煙氣中的零價汞反應，生成硫化汞，呈顆粒狀，硫化汞與煙氣中的粉塵一起被除塵器除去。除去粉塵雜質(zhì)的部分煙氣在引風機的作用下通入活性炭層，除去粉塵后，煙氣得到凈化，不會對活性炭層造成堵塞污染，延長了活性炭的使用壽命，提高二氧化硫的還原效率，進而提高了煙氣的脫汞效率。
同時，將單質(zhì)硫通入煙氣中對汞進行脫除時，單質(zhì)硫不能完全反應，由于煙氣具有較高的溫度，或通過一定的措施加熱煙氣，使單質(zhì)硫在煙氣中可以保持氣態(tài)，粉塵和硫化汞經(jīng)過除塵器脫除，但是煙氣中的單質(zhì)硫未被脫除，含有單質(zhì)硫的煙氣被輸送到活性炭層進行反應，可以起到累積的作用，提高單質(zhì)硫的含量，有利于提高煙氣中的脫硫效率。
優(yōu)選的，所述加熱器為微波加熱器。
微波加熱設備的基本構成，包括電源、微波管、連接波導、加熱器及冷卻系統(tǒng)，其基本形式為箱式、隧道式、平板式、曲波導式和直波導式。本實用新型中對于微波加熱設備的形式并沒有嚴格的限制，只要可以起到微波加熱的目的即可。
微波加熱是一種依靠物體吸收微波能將其轉換成熱能，使自身整體同時升溫的加熱方式而完全區(qū)別于其他常規(guī)加熱方式。傳統(tǒng)加熱方式是根據(jù)熱傳導、對流和輻射原理使熱量從外部傳至物料熱量，熱量總是由表及里傳遞進行加熱物料，物料中不可避免地存在溫度梯度，故加熱的物料不均勻，致使物料出現(xiàn)局部過熱，影響加熱效果。與傳統(tǒng)加熱方式不同，微波加熱是通過被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復運動，產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”而使被加熱物料溫度升高，不須任何熱傳導過程，就能使物料內(nèi)外部同時加熱、同時升溫，加熱速度快且均與，僅需傳統(tǒng)加熱方式的能耗的幾分之一或幾十份之一就可達到加熱目的。能促進煙氣中SO2與活性炭的反應速率，降低反應溫度，縮短反應時間。微波對活性炭層進行均勻加熱，通過控制溫度，可以使活性炭層中的硫單質(zhì)完全揮發(fā)，進入煙道，還可以避免局部溫度過高，對活性炭產(chǎn)生氧化，導致活性炭的損失和失效。
進一步優(yōu)選的，所述微波加熱器為頻率為2450GHz的工業(yè)微波發(fā)生器。
優(yōu)選的，活性炭層的出口與煙道之間的管道上設置有第二加熱器。
第二加熱器可以對單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫在輸送的過程中保持氣態(tài)。
進一步優(yōu)選的，所述第二加熱器為加熱絲，加熱絲纏繞在所述管道上。
加熱絲又可以稱為電熱絲或發(fā)熱絲，金屬材質(zhì)，具有一定的電阻和抗氧化性能，通電后產(chǎn)生一定的熱量，對其所纏繞的管道產(chǎn)生加熱作用。由于具有一定的抗氧化性能，在較 高的溫度下可以維持較長時間。同時，加熱絲具有一定的延展性，可以隨意纏繞在管道上，更可以在長度方向上完全覆蓋管道，保證了對單質(zhì)硫的加熱效果。
由于氣態(tài)的單質(zhì)硫在輸送過程中會因為溫度降低而變成固態(tài)的單質(zhì)硫，造成浪費，所以利用第二加熱器對固態(tài)的單質(zhì)硫進行加熱，使其保持氣體狀態(tài)，保證盡量多的單質(zhì)硫進入煙道中，最好是，加熱絲分布在管道的整個長度方向上，可以對單質(zhì)硫進行更好的加熱，避免單質(zhì)硫的冷卻凝固。此外，如果單質(zhì)硫冷卻變?yōu)楣腆w時會結成許多小顆粒，顆粒狀的單質(zhì)硫會降低與煙氣的混合均勻程度，進而降低脫汞效率，所以，第二加熱器對單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫保持在氣態(tài)，還可以提高系統(tǒng)的脫汞效率。
優(yōu)選的，活性炭層的出口與煙道之間的管道上設置有保溫層。
保溫層可以起到保溫的作用，保持煙氣的溫度，防止單質(zhì)硫冷卻凝固成小顆粒。
優(yōu)選的，所述煙道上還設置有預熱器，預熱器位于活性炭層與煙道的連接處與除塵器之間。
本文中的預熱器即為煙氣加熱器，對煙氣進行加熱，使煙氣保持在一定的溫度，一方面促進單質(zhì)硫與零價汞的反應，另一方面使未參與反應的單質(zhì)硫保持在氣態(tài)，使單質(zhì)硫在流經(jīng)除塵器時，不至于被除塵器除去，可以循環(huán)利用，單質(zhì)硫的積累，可以提高汞的脫除效率，還可以減小通往活性炭層的煙氣的流量，延長活性炭的使用壽命，降低能耗。
可見，根據(jù)預熱器的作用，本文中的預熱器可以為各種能達到加熱效果的各種加熱器，在種類上沒有限制，在結構上一般都包括加熱介質(zhì)流通腔室，煙氣流通腔室，加熱介質(zhì)和煙氣通過殼體進行換熱。
優(yōu)選的，所述引風機與煙道之間還設置有調(diào)節(jié)閥。
調(diào)節(jié)閥又名控制閥，是在工業(yè)自動化過程控制領域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件，一般由執(zhí)行機構和閥門組成。在整個控制系統(tǒng)中，包括PLC控制系統(tǒng)、傳感器組件和調(diào)節(jié)閥，傳感器組件可以包括煙氣流量傳感器和/或二氧化硫傳感器，根據(jù)煙道中煙氣的流量和煙氣中二氧化硫的含量合理調(diào)控調(diào)節(jié)閥的開度。
此外，由于煙氣中會有部分未參與反應的單質(zhì)硫，單質(zhì)硫的存在可以使進入活性炭層的煙氣流量減小。
優(yōu)選的，所述除塵器為靜電除塵器、袋式除塵器或陶瓷除塵器。
優(yōu)選的，所述活性炭為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭或椰殼活性炭。
一種煙氣處理系統(tǒng)，包括上述煙氣脫汞系統(tǒng)。
一種煙氣脫汞方法，包括如下步驟：
經(jīng)除塵后，煙氣中的二氧化硫與活性炭反應生成單質(zhì)硫，對活性炭上吸附的單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫氣化；氣化后的單質(zhì)硫被煙氣輸送進入煙道中，與煙道中的零價汞反應生成硫化汞，生成的硫化汞被捕集脫除。
優(yōu)選的，采用微波加熱器對活性炭層進行加熱。
優(yōu)選的，活性炭被加熱后的溫度為300-800℃。
優(yōu)選的，所述煙氣脫汞方法還包括在單質(zhì)硫輸送過程中對單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫保持氣態(tài)的步驟。
進一步優(yōu)選的，單質(zhì)硫在輸送過程中的溫度為300-600℃。
優(yōu)選的，單質(zhì)硫與汞反應的溫度為100-350℃。
本實用新型的有益效果為：
本實用新型利用微波反應器對活性炭進行加熱，煙氣中的SO2與加熱后活性炭接觸的過程中轉化為單質(zhì)硫，經(jīng)過加熱后，單質(zhì)硫分布在煙氣中，并隨煙氣進入煙道中，氣態(tài)單質(zhì)硫很容易與煙道中的煙氣混合均勻，且容易與煙氣中的汞反應，生成硫化汞，被除塵器捕集去除；
單質(zhì)硫的來源是煙氣中的二氧化硫，不需要購買吸附劑，節(jié)約了硫資源；氣態(tài)硫單質(zhì)脫汞，不但可以提高脫汞效率，還可以大大降低硫單質(zhì)的浪費。
本實用新型中只有氣態(tài)單質(zhì)硫進入了煙道中進行脫汞，活性炭只起到還原二氧化硫的作用，不會有其他的損耗，降低了活性炭的浪費，節(jié)約了成本，而且不會有二次污染。
附圖說明
圖1為本實用新型的煙氣脫汞系統(tǒng)結構示意圖。
其中，1-調(diào)節(jié)閥，2-引風機，3-微波加熱器，4-活性炭層，5-第二加熱器，6-空氣預熱器，7-除塵器。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，一種煙氣脫汞系統(tǒng)，包括煙道、引風機2、微波加熱器3、活性炭層4和除塵器7，其中，所述除塵器7安裝在煙道上，用于捕集煙道中的飛灰；引風機2的入口與除塵器7的出口端的煙道連通，引風機7的出口與活性炭層4的入口連通，引風機7將經(jīng) 過除塵后的煙氣引入活性炭層4反應，生成單質(zhì)硫；微波加熱器3對活性炭層4進行加熱，對單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫受熱氣化；活性炭層4的出口與所述除塵器7的入口端的煙道連通，氣化后的單質(zhì)硫在煙氣的作用下進入煙道。
所述微波加熱器3為頻率為2450GHz的工業(yè)微波發(fā)生器，頻率可調(diào)，可以調(diào)節(jié)加熱溫度。
活性炭層4的出口與煙道之間的管道上設置有第二加熱器5。第二加熱器5為加熱絲，加熱絲纏繞在管道上。也可以為其他類似的條狀結構，可以纏繞在管道上，對管道內(nèi)的單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫保持氣態(tài)。
優(yōu)選的，所述煙道上還設置有空氣預熱器6，空氣預熱器6位于活性炭層4與煙道的連接處與除塵器7之間。空氣預熱器6對煙氣進行加熱，使煙氣的溫度達到硫單質(zhì)與零價汞反應的最佳溫度，提高脫汞效率。
引風機2與煙道之間還設置有調(diào)節(jié)閥1。調(diào)節(jié)閥1可以根據(jù)煙氣中的二氧化硫和汞的含量調(diào)節(jié)煙氣的流量，在保證汞的脫除效率的前提下，盡量減小活性炭層4的損耗。
所述除塵器7為靜電除塵器、袋式除塵器或陶瓷除塵器，也可以為其他除塵器，只要可以捕集煙道中的飛灰和生成的硫化汞即可。
所述活性炭為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭或椰殼活性炭。也可以為其他的活性炭。
一種煙氣處理系統(tǒng)，包括上述煙氣脫汞系統(tǒng)，還可以包括脫硫脫硝系統(tǒng)以及煙氣除塵凈化系統(tǒng)，其中脫硫脫硝系統(tǒng)可以為現(xiàn)有系統(tǒng)，也可以為對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行改進后的系統(tǒng)。
利用上述煙氣脫汞系統(tǒng)進行煙氣脫汞的方法，包括如下步驟：
煙氣自除塵器7除塵之后，用引風機2引出煙氣，送入微波加熱器3，煙氣流量用調(diào)節(jié)閥1進行調(diào)節(jié)；煙氣自微波加熱器3的底部進入，由下而上穿過活性炭層4，微波加熱器3對活性炭層4進行加熱，加熱后的溫度為300-800℃，在穿過活性炭層4的過程中，煙氣中的二氧化硫被活性炭還原為單質(zhì)硫，單質(zhì)硫與煙氣混合后流出微波反應器3，加熱裝置5對煙氣進行加熱，使煙氣中的單質(zhì)硫呈氣態(tài)；來自微波反應器3的煙氣進入空氣預熱器6前的煙道，與原煙氣混合，在100-350℃溫度下，單質(zhì)硫與原煙氣中的元素汞反應生成硫化汞；硫化汞被除塵器7脫除，實現(xiàn)煙氣中汞的脫除。
優(yōu)選的，所述煙氣脫汞方法還包括在單質(zhì)硫輸送過程中對單質(zhì)硫進行加熱，使單質(zhì)硫保持氣態(tài)的步驟。
進一步優(yōu)選的，單質(zhì)硫在輸送過程中的溫度為300-600℃。
實施例1
煙道中的煙氣的平均溫度為130℃，飛灰的平均含量為70mg/Nm3，SO2的平均含量2000mg/m3。
煙氣自除塵器7除塵之后，用引風機2引出煙氣，送入微波加熱器3，煙氣流量用調(diào)節(jié)閥1進行調(diào)節(jié)，調(diào)整煙氣的流速為10m/s；煙氣自微波加熱器3的底部進入，由下而上穿過活性炭層4，微波加熱器3對活性炭層4進行加熱，加熱后的溫度為500℃，在穿過活性炭層4的過程中，煙氣中的二氧化硫被活性炭還原為單質(zhì)硫，單質(zhì)硫與煙氣混合后流出微波反應器3，第二加熱器5(加熱絲)分布在活性炭層4與煙道之間的管道上，管道的長度為1米，對煙氣進行加熱，使煙氣中的單質(zhì)硫呈氣態(tài)；來自微波反應器3的煙氣進入空氣預熱器6前的煙道，與原煙氣混合，對煙氣進行加熱，在200℃下，單質(zhì)硫與原煙氣中的元素汞反應生成硫化汞；硫化汞被除塵器7脫除，實現(xiàn)煙氣中汞的脫除。
煙氣中汞的脫汞效率為90％。煙氣中汞的脫汞效率為脫汞前的汞含量與脫汞后的汞含量的差值與脫汞前的汞含量的比值，汞含量的測定可以由現(xiàn)有的各種方法測得。本文中的汞為零價汞。
實施例2
省略第二加熱器5，其他的結構即參數(shù)都與實施例1相同，煙氣的脫汞效率為75％。
實施例3
煙道中的煙氣的平均溫度為160℃，飛灰的平均含量為100mg/Nm3，SO2的平均含量4000mg/m3。
煙氣自除塵器7除塵之后，用引風機2引出煙氣，送入微波加熱器3，煙氣流量用調(diào)節(jié)閥1進行調(diào)節(jié)，調(diào)整煙氣的流速為8m/s；煙氣自微波加熱器3的底部進入，由下而上穿過活性炭層4，微波加熱器3對活性炭層4進行加熱，加熱后的溫度為700℃，在穿過活性炭層4的過程中，煙氣中的二氧化硫被活性炭還原為單質(zhì)硫，單質(zhì)硫與煙氣混合后流出微波反應器3，加熱裝置5對煙氣進行加熱，使煙氣中的單質(zhì)硫呈氣態(tài)；來自微波反應器3的煙氣進入空氣預熱器6前的煙道，與原煙氣混合，對煙氣進行加熱，在300℃下，單質(zhì)硫與原煙氣中的元素汞反應生成硫化汞；硫化汞被除塵器7脫除，實現(xiàn)煙氣中汞的脫除。
煙氣的脫汞效率為87％。
實施例4
煙道中煙氣的平均溫度為100℃，飛灰的平均含量為30mg/Nm3，SO2的平均含量500mg/m3。
煙氣自除塵器7除塵之后，用引風機2引出煙氣，送入微波加熱器3，煙氣流量用調(diào)節(jié) 閥1進行調(diào)節(jié)，調(diào)整煙氣的流速為5m/s；煙氣自微波加熱器3的底部進入，由下而上穿過活性炭層4，微波加熱器3對活性炭層4進行加熱，加熱后的溫度為300℃，在穿過活性炭層4的過程中，煙氣中的二氧化硫被活性炭還原為單質(zhì)硫，單質(zhì)硫與煙氣混合后流出微波反應器3，加熱裝置5對煙氣進行加熱，使煙氣中的單質(zhì)硫呈氣態(tài)；來自微波反應器3的煙氣進入空氣預熱器6前的煙道，與原煙氣混合，對煙氣進行加熱，在150℃下，單質(zhì)硫與原煙氣中的元素汞反應生成硫化汞；硫化汞被除塵器7脫除，實現(xiàn)煙氣中汞的脫除。
煙氣的脫汞效率為85％。
上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍內(nèi)。