專利名稱：一種燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法及其專用凈化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種同時脫除燃煤煙氣中多種污染物 包括硫氧化物、氮氧化物、痕量劇毒元素汞及其化合物、揮發(fā)性有機(jī)污染 物等的方法及其專用凈化反應(yīng)器，特別涉及一種利用活性炭纖維作為吸附 材料的凈化廢氣方法。
背景技術(shù)：
煤燃燒除產(chǎn)生大量的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)夕卜，還釋放 出汞和有機(jī)污染物，已對大氣環(huán)境和人體健康造成極大危害；尤其是汞的 排放，由于毒性大又極易揮發(fā)難以控制，已成為我國重要的環(huán)境難題。
近年來，我國自主開發(fā)和引進(jìn)了許多污染控制技術(shù)如煙氣濕法脫硫
(Flue Gas DesulfUrization) (FGD)、選擇性催化還原(Selected Catalytic Reduction) (SCR)、選擇性非催化還原(Selective Noncatalytic Reduction)
(SNCR)、活性炭噴射(Activated Carbon Injection) (ACI)等。然而，這 些技術(shù)基本是單一污染物控制，具有較大的局限性。隨著環(huán)保法規(guī)的日益 嚴(yán)格，除了 SOx和NOx外，汞等重金屬和有機(jī)污染物的控制日益受到重視。 因此，尋求新的多污染物控制方法以及開發(fā)符合我國國情的污染物聯(lián)合脫 除技術(shù)具有重要意義。
炭基材料的多孔性質(zhì)、豐富的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和在排煙溫度下的高活性 使其成為多種污染物同時脫除的優(yōu)選吸附材料。采用活性焦或活性炭
(ActivatedCarbon) (AC)在工業(yè)上己實現(xiàn)高效脫硫脫硝以及硫的資源化 回收利用，但還存在碳損、吸附設(shè)備龐大、資源化工藝復(fù)雜、煙氣處理能 力低等缺陷；如我國的四川大壩電廠已從國外引進(jìn)一套活性炭脫硫脫硝裝 置并在運(yùn)行中，但是這套方法利用活性炭顆粒同時脫硫脫硝而不能同時除汞，并且需要頻繁再生，還需要消耗大量的氨才能達(dá)到較高的脫硝效率，
而且活性炭磨損大，影響經(jīng)濟(jì)性，成本很高。近年來以AC負(fù)載不同過渡 金屬氧化物(如五氧化二礬V20s)來促進(jìn)脫硫脫硝，引起了廣泛關(guān)注，但 必須解決脫硝時二氧化硫so2的毒化問題以及其他痕量污染物的潛在影 響。
作為第三代新型碳材料，與第二代顆粒狀活性炭(Granular Activated Carbon) (GAC)相比，活性炭纖維(Activated Carbon Fiber) (ACF)具 有比表面積大(300-1000倍于GAC)、孔隙結(jié)構(gòu)獨(dú)特(大量小于2nm微孔)、 吸附容量大、吸附速度快、脫附與再生性能好、良好的化學(xué)穩(wěn)定性(耐酸/ 耐堿/耐熱)、易于成形等獨(dú)特優(yōu)勢；而且可以通過表面修飾以改變官能團(tuán)的 種類與數(shù)量及分布、消除某些基團(tuán)或增加活性中心、改變表面的酸堿性， 從而提高對污染物的化學(xué)吸附脫除能力；被視為可取代AC的優(yōu)質(zhì)吸附劑或 催化劑載體，廣泛用于環(huán)保、化工、電子、醫(yī)用以及食品衛(wèi)生等領(lǐng)域。
活性炭纖維用于脫硫的研究從20世紀(jì)90年代末開始，日本九州大學(xué) Mochida首先提出采用ACF代替活性炭GAC連續(xù)脫硫的新方法并獲得了 90%以上的脫硫率。接下來的脫硝試驗在沒有S02和H20存在的條件下獲 得了 90%的脫硝率。接著研究者們又發(fā)現(xiàn)表面有較多含氧官能團(tuán)的活性炭 纖維有較好的脫硫性能。Mochida在研究活性炭纖維時也發(fā)現(xiàn)表面官能團(tuán) 與活性炭纖維脫硫脫硝性能的關(guān)系密切；西班牙國立碳材料研究所曾用熱 處理(600-800°C)和化學(xué)法如硝酸處理活性炭纖維，發(fā)現(xiàn)能提高活性炭 纖維的脫硫性能。近年來中、美、德、日、韓等國在活性炭纖維的制造、 活化改性、表面官能團(tuán)分析檢測等方面取得了巨大的改進(jìn)和突破，同時在 采用活性炭纖維聯(lián)合吸附脫除多種污染物的效率和機(jī)理研究方面投入了大 量的人力物力，并取得了一些非常有意義的成果。
美國專利文獻(xiàn)United States Patent:6103205 (
公開日為1998年07月07 日)"Simultaneous mercury, S02, and NOx control by adsorption on activated carbon"公開了一種利用活性炭在大約15(TC條件下脫除煙氣中SOx、 NOx、 滎Hg等污染物的技術(shù)。該發(fā)明為了保證脫硫效率和脫硝效率，向吸附反應(yīng) 器內(nèi)噴入氨氣，這容易造成泄露，帶來污染和危害，還導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜
5難以操作維護(hù)，增加了成本。更進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，該發(fā)明脫除NOx的路 線是將其還原為氮?dú)?，而?5(TC條件下，即使噴氨，其還原為氮?dú)獾男?也不理想；該發(fā)明利用不經(jīng)二級除塵的高溫?zé)煔釭00 60(TC)再生活性 炭，容易導(dǎo)致活性炭孔隙被粉塵堵塞，縮短活性炭的使用壽命。
中國專利文獻(xiàn)CN1491130A (
公開日為2004年4月21日)公開了一種煙 道氣處理設(shè)備及脫硫方法，利用活性炭纖維板制成的催化單元，在催化單 元頂端均勻分散噴水，將煙氣中的S02催化轉(zhuǎn)化為硫酸以達(dá)到脫硫的目的。 該發(fā)明在系統(tǒng)架構(gòu)、運(yùn)行成本以及管理維護(hù)方面較為合理，具有一定的脫 硫效果，但沒有考慮同時脫除硫氧化物以外的其它污染物，這不符合曰益 嚴(yán)格的環(huán)境要求和排放標(biāo)準(zhǔn)，也不符合多種污染物聯(lián)合脫除的環(huán)護(hù)技術(shù)發(fā) 展新趨勢，在各種新技術(shù)層出不窮的今天，難以體現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭力和生 命力。另外，活性炭纖維作為一種高效的吸附材料，對多種污染物具有良 好的吸附、催化轉(zhuǎn)化特性，該發(fā)明在催化單元頂端噴水，盡管少且均勻， 但對于親水性活性炭纖維，其表面容易形成一層液膜，對于疏水性活性炭 纖維，毛細(xì)和吸附作用同樣也會導(dǎo)致大量水分子進(jìn)入表面孔隙，形成液腔, 從而降低活性炭纖維表面官能團(tuán)對S02分子的吸附、催化轉(zhuǎn)化作用，使得活 性炭纖維自身具有的高效吸附催化轉(zhuǎn)化的特性難以得到體現(xiàn)，同時也會影 響到活性炭纖維在該發(fā)明中作為催化劑載體的性能。
中國專利文獻(xiàn)CN1499999A (
公開日為2004年5月26日)公開了一種排 煙脫硫裝置和排煙脫硫系統(tǒng)以及排煙脫硫裝置的運(yùn)行方法。以負(fù)載催化劑 的活性炭纖維作為催化單元，并向催化單元噴水，從而將污染物脫除。該 發(fā)明認(rèn)為一氧化氮NO會抑制S02的催化脫除，需使用輔助氧化設(shè)備將煙氣 中的NO轉(zhuǎn)化為二氧化氮N02,從而削弱NO這種抑制效應(yīng)。除使用輔助氧化 設(shè)備氧化NO外，該發(fā)明還需將氣態(tài)或液態(tài)的氧化輔助劑送入脫硫塔，液態(tài) 輔助劑為含水過氧化氫、硝酸水溶液或高錳酸水溶液等。該發(fā)明為了使活 性炭纖維疏水，采取高溫活化改性處理，但是這一方法操作復(fù)雜、活化效 率低、成本高。此外，該技術(shù)中活性炭纖維的填充固定是采用波板和平板 活性炭纖維交替疊放的形式，加上供水及支撐裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。平板 和波板之間的孔隙難以保持均勻，容易導(dǎo)致氣流分布不均，從而影響脫除效率。另外，這種平板波板交替疊放再以粘結(jié)固定的方式并不十分牢靠， 活性炭纖維在工作過程中吸水后容易變形脫落，從而導(dǎo)致氣流分布不均， 孔隙過小甚至堵死的地方容易形成活性炭纖維死區(qū)。
中國專利文獻(xiàn)CN1155852A (
公開日為1997年07月30日)公開了一種用 于脫硫脫硝的活性炭纖維及其用途和廢氣處理系統(tǒng)，它是將得自聚丙烯腈 或瀝青等的原料活性炭纖維、或是顆粒狀原料活性炭于非氧化性氣氛中進(jìn) 行熱處理后用以廢氣脫硫脫硝，脫硫時炭材料適宜的熱處理溫度范圍為600 至120(TC，脫硝時適宜熱處理溫度介于600至100(TC之間。將熱處理后得到 的活性炭、活性炭纖維用于脫硫時，廢氣中硫氧化物的濃度可降至5ppm或 更低；將熱處理后得到的活性炭、活性炭纖維與常規(guī)選擇性催化還原脫硝 聯(lián)用，廢氣中氮氧化物的濃度可降至lppm或更低。該方法雖然可以深度凈 化硫氧化物和氮氧化物，但是所用的吸附材料活性炭、活性炭纖維事先必 須在氮?dú)鈿夥障赂邷靥幚恚@種處理方法成本較高，同時容易造成原材料 的損耗。此外，在采用該方法脫硫時，是在石灰石膏法脫硫裝置的下游處 接入熱處理活性炭纖維脫硫單元來實現(xiàn)的；在采用該方法脫硝時，是在選 擇性催化還原法(SCR)脫硝處理的下游處采用熱處理后的活性炭纖維進(jìn)行 吸附氧化來實現(xiàn)的；由此可知，該脫硫脫硝的方法主要是提供一種輔助和 深度凈化的途徑，適用于在已建有常規(guī)脫硫裝置如FGD以及脫硝裝置如SCR 后煙氣中二氧化硫S02和一氧化氮N0的進(jìn)一步控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有燃煤煙氣污染物控制技術(shù)的不足之處，提 供一種燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，該方法可以有效的實現(xiàn)燃煤煙氣中 硫氧化物、氮氧化物、劇毒汞及其化合物甚至包括可揮發(fā)性有機(jī)物等的聯(lián) 合脫除，還能夠?qū)⑽廴疚锩摮^程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物加以回收并實現(xiàn)資源化 利用；本發(fā)明還提供了該方法所使用的一種專用凈化反應(yīng)器，該反應(yīng)器具 有活性炭纖維填充均勻牢固、煙氣流動阻力小、污染物吸附脫除效率高等 優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，其步驟包括
第1步將燃煤鍋爐尾部經(jīng)過除塵裝置后的煙氣通過熱交換器降溫至
150國30。C;
第2步將降溫后的煙氣通入填充有活性炭纖維的第一級凈化反應(yīng)器， 脫除煙氣中的二氧化硫和三氧化硫、汞及其化合物；第一級凈化反應(yīng)器的 工作溫度范圍為30-卯'C;煙氣中水蒸氣的體積含量為6-12%;煙氣中氧氣 的體積含量為5-10%;
第3步將第一級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣通入填充有活性炭纖維的第 二級凈化反應(yīng)器中，脫除煙氣中包括一氧化氮、二氧化氮、重金屬以及揮 發(fā)性有機(jī)物污染物在內(nèi)的污染物；第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為 50-90°C，煙氣中水蒸氣的體積含量為2-8%,煙氣中氧氣的體積含量為
3-10%;
第4步將第二級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣經(jīng)過換熱器升溫至40-150 'C排入大氣；
第5步對第4步凈化后排出的煙氣進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)凈化后煙氣污染 物排放濃度高于排放標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)入第6步，否則轉(zhuǎn)入第l步；
第6步采用水噴灑淋入第一、第二級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)循環(huán)洗滌附 著在活性炭纖維表面的脫除產(chǎn)物，得到稀酸廢液；
第7步將空氣加熱到100-120'C通入經(jīng)過第6步水洗后的第一、第二 級凈化反應(yīng)器中，干燥反應(yīng)器內(nèi)填充的活性炭纖維，然后轉(zhuǎn)入第l步。
作為本發(fā)明的改進(jìn)，將第6步得到的稀酸廢液分別經(jīng)過濾膜過濾以及 活性炭吸附后，得到含有稀硫酸和稀硝酸的混酸產(chǎn)品。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第一級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為 50-60°C;煙氣中水蒸氣的體積含量為8-9%;煙氣中氧氣的體積含量為 7-8%;第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為65-75'C;煙氣中水蒸氣的體積 含量為4-5%;煙氣中氧氣的體積含量為5-6%。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步改進(jìn)，活性炭纖維的比表面積不低于1000m2/g。 其改性方法為先采用濃度為3-6%的稀硫酸浸泡活性炭纖維20-60小時，然后用去離子水洗滌至中性，在20-4(TC的條件下干燥，接著采用濃度為 4-10%的氨水浸泡活性炭纖維20-60小時，然后用去離子水洗滌至中性，在 20-40°C的條件下干燥獲得改性活性炭纖維。
實現(xiàn)上述燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法中的專用凈化反應(yīng)器，其特征 在于殼體的頂部設(shè)置有廢氣入口，其底部設(shè)置有排氣口，殼體自上而下 劃分為導(dǎo)流段、凈化段和集氣段，導(dǎo)流段內(nèi)安裝有帶孔的整流板，整流板 上方安裝有導(dǎo)流板；凈化段內(nèi)填充有活性炭纖維填充單元；導(dǎo)流段和凈化 段之間布置有均勻分布的霧化噴嘴和進(jìn)水口 ；
活性炭纖維填充單元的結(jié)構(gòu)為固定框架的上、下兩端各有兩根相互 平行的梳板，兩根梳板上的梳齒和梳口都呈均勻分布，并且間隙大小一致， 上、下兩根梳板的各梳口內(nèi)分別插有上、下夾板，上、下夾板之間均固定 有片狀的活性炭纖維，相鄰兩片活性炭纖維之間的空隙寬度為0.5到10毫 米。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)
1 )本發(fā)明所提供的方法不需要消耗大量的硫氧化物吸收劑和氮氧化物 還原劑，不要求現(xiàn)已建設(shè)有大型脫硫設(shè)備和脫硝設(shè)備，同時可以實現(xiàn)多種 污染物的有效控制，并能夠?qū)⑽廴疚锩摮^程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物加以回收同 時得到可資源化利用的稀酸產(chǎn)品；具有顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會效益以及 廣闊的應(yīng)用前景和市場。
2) 本發(fā)明所提供的方法不僅適用于大中型燃煤電廠、小型火電廠以及 各類工業(yè)窯爐燃煤煙氣的凈化；還可以用于脫除垃圾焚燒爐、燃油爐以及 冶金窯爐尾部煙氣中硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)污染物、汞及其它 重金屬等多種污染物。
3) 本發(fā)明所提供的方法能夠?qū)崿F(xiàn)多種污染物的低溫協(xié)同脫除，甚至包 括超細(xì)顆粒物等；在適宜條件下污染物去除率高，廢氣處理工藝流程簡單， 污染物脫除裝置一體化集成，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，同時作為吸附材料 的活性炭纖維可以再生循環(huán)利用，有利于降低設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)成本。4)本發(fā)明采用高效低成本的活性炭纖維改性處理方法，同時采用分級 脫除硫氧化物和氮氧化物的工藝路線，先脫硫再脫硝，在實際脫除過程中 消除了二氧化硫?qū)σ谎趸摮龝r的不利影響，同時避免了以往脫硝時氨 的消耗以及潛在的氨泄露危險，以較低成本獲得更高的脫硝效率。


圖1為二氧化硫的脫除反應(yīng)路徑；
圖2為一氧化氮的脫除反應(yīng)路徑；
圖3為滎的脫除反應(yīng)路徑；
圖4為本發(fā)明的工藝流程示意圖5為填充活性炭纖維的凈化反應(yīng)器裝置示意圖6是多段填充活性炭纖維的凈化反應(yīng)器裝置示意圖7是活性炭纖維填充單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為更好地理解本發(fā)明的反應(yīng)原理，將本發(fā)明所涉及的改性活性炭纖維 脫除二氧化硫、 一氧化氮以及劇毒物質(zhì)汞的反應(yīng)途徑和機(jī)理表述如下
如圖1所示，二氧化硫的脫除反應(yīng)路徑，在二氧化硫脫除過程中所發(fā) 生的一系列物理化學(xué)過程可以概括為吸附一氧化一水合一脫附。煙氣中的 二氧化硫首先在反應(yīng)器內(nèi)被活性炭纖維吸附，在煙氣中有二氧化硫so2、 水蒸汽H20和氧氣02共存條件下，水蒸汽H20和氧氣02也同時被活性 炭纖維吸附，被活性炭纖維吸附的02形成了活性氧0*以及強(qiáng)氧化劑過氧
化氫H202，吸附在活性炭纖維上的S02被活性氧、過氧化氫氧化為三氧化
硫S03， S03與水蒸汽或活性炭纖維表面吸附水形成硫酸；在另一方面，吸 附在活性炭纖維上的S02也可與活性炭纖維表面吸附水發(fā)生反應(yīng)形成亞硫 酸，隨后被活性氧、過氧化氫氧化為硫酸。形成的硫酸液滴在重力作用下 從活性炭表面的吸附位脫附從而使得so2的吸附脫除過程得以不斷進(jìn)行。
如圖2所示， 一氧化氮的脫除反應(yīng)路徑，與二氧化硫類似，所發(fā)生的 一系列物理化學(xué)過程可以概括為吸附一氧化一水合一脫附。煙氣中的NO
10被活性炭纖維表面吸附,少部分被活性炭許維表面含氮官能團(tuán)還原為氮?dú)猓?其余被吸附胳NO在表面敏性氧以及含氧官能團(tuán)等的氧化作用下，形成二
氧化氮N02， NQ^再與水蒸氣或活性炭纖維表面的吸附水化合形成硝酸 HN03,形成的HN03液滴在重力作用下從活性炭表面的吸附位脫附從而使 得NO的吸附脫除過程得以不斷進(jìn)行。
值得注意的是，當(dāng)煙氣中存在S02、 H20時，因NO的極性很弱，導(dǎo) 致S02、 H20搶先占據(jù)吸附位使得NO的吸附脫除受到抑制。因此，在本 發(fā)明中提出采用分級脫除的方法，即設(shè)置兩級凈化反應(yīng)器，前者主要脫硫 除汞，后者主要脫硝。
如圖3所示的汞的脫除反應(yīng)路徑，活性炭纖維表面可以通過物理吸附 來脫除單質(zhì)汞，被吸附的汞單質(zhì)與活性氧反應(yīng)形成氧化汞HgO，同時活性 炭纖維表面的內(nèi)脂基、羰基可以提供活性位發(fā)生化學(xué)吸附，進(jìn)而對所吸附 的單質(zhì)汞具有一定的氧化作用。此外，活性炭纖維表面吸附的水會發(fā)生水 解反應(yīng)，使表面具有一定的PH值，而且水解反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移過程也促進(jìn) 了單質(zhì)汞向二價汞的轉(zhuǎn)變。氧化態(tài)的汞因能夠溶于水和酸液，因此，可以 一起隨著液滴因自重從活性炭纖維表面脫附。
煙氣中氧氣的濃度增加，有利于單質(zhì)汞的氧化；煙氣中的S02可以通 過反應(yīng)式(1)來促進(jìn)單質(zhì)汞的氧化并生成易溶于水的硫酸汞。因此，在本 發(fā)明的第一級凈化反應(yīng)器中同時實現(xiàn)高效脫硫除汞是完全可行的。在第一 級凈化反應(yīng)器除去S02之后，消除了 S02對NO脫除的影響，隨后在第二 級凈化反應(yīng)器中可以實現(xiàn)高效脫硝。
2S。2 ++ 02 — 2//gS。4 ( 1 )
對于可揮發(fā)性有機(jī)污染物，通過活性炭纖維的吸附以及活性炭纖維表 面活性氧的氧化作用，將其最終降解為無害的C02和H20，反應(yīng)式表述如
下
Cx外+ (x +1 / 4力02 — xC02 +1 / 2風(fēng)0 ( 2 )
對于煙氣中其他痕量重金屬污染物，在煙氣流經(jīng)活性炭纖維表面時， 原存在煙氣中氣態(tài)和細(xì)微固體顆粒態(tài)痕量重金屬組分冷卻富集吸附于活性炭纖維表面，并溶解于表面由S02、 NO形成的硫酸和硝酸液滴中，從而被 捕獲下來。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何 限制。
如圖4所示的本發(fā)明的工藝流程示意圖，本發(fā)明提供了一種燃煤煙氣 污染物聯(lián)合脫除方法及其專用凈化反應(yīng)器，將除塵后的燃煤煙氣經(jīng)過熱交 換器降溫后依次通過第一級凈化反應(yīng)器以脫除硫氧化物和汞及其化合物、 第二級凈化反應(yīng)器以脫除氮氧化物以及其他的污染物如揮發(fā)性有機(jī)物、痕 量重金屬等；此外，還能夠?qū)⑽廴疚锩摮^程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物-稀酸廢液加 以回收并實現(xiàn)資源化利用。下面的實施例給出具體的工藝過程。
實施例1:
將燃煤鍋爐尾部經(jīng)過高效除塵后的煙氣通過熱交換器降溫至145°C ，通 入裝載有改性活性炭纖維的第一級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)水蒸汽發(fā)生器的供 氣量和反應(yīng)器內(nèi)霧化水的噴射量，保持反應(yīng)器內(nèi)的工作溫度為9(TC，煙氣 中水蒸氣的體積含量為12%，煙氣中氧氣的體積含量為10%，脫除煙氣中 的二氧化硫和三氧化硫、單質(zhì)汞及其化合物，煙氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物被 氧化分解為二氧化碳和水，其他重金屬物質(zhì)溶解于S02氧化后形成的硫酸 液滴中。
將第一級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣經(jīng)過管道引入裝載有改性活性炭纖 維的第二級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)布置在第一級與第二級凈化反應(yīng)器之間的 管道內(nèi)加熱器的加熱功率，保持第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度為9(TC，煙 氣中水蒸氣的體積含量為8%，煙氣中氧氣的體積含量為10%,脫除煙氣中 的一氧化氮，同時進(jìn)一步脫除其他污染物。第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔 凈煙氣經(jīng)過換熱器升溫到110'C，排入大氣。
對第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔凈煙氣迸行在線監(jiān)測，當(dāng)煙氣中污染
物排放濃度高于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時，開啟煙道旁路，讓煙氣流經(jīng)備用 凈化系統(tǒng)，以保證煙氣中各種污染物的脫除連續(xù)進(jìn)行。同時停運(yùn)第一級、 第二級凈化反應(yīng)器，進(jìn)行水洗脫附和改性活性炭纖維的再生過程。采用水霧噴灑分別淋入兩級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)循環(huán)洗滌附著在活性炭纖維表面 的脫除產(chǎn)物，其中，第一級凈化反應(yīng)器內(nèi)的脫除產(chǎn)物主要是硫酸、少量的 硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脫除過程中附帶脫
除并進(jìn)入洗液的其他重金屬離子；第二級凈化反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)物主要是硝酸、 少量的硫酸，也可能含有包括汞等進(jìn)入洗液的重金屬離子。將空氣加熱到 IO(TC后通入經(jīng)過水洗脫附后的第一級、第二級凈化反應(yīng)器中，用來干燥反 應(yīng)器中填充的活性炭纖維，然后繼續(xù)用于污染物的脫除。
將兩級凈化反應(yīng)器內(nèi)水洗后得到的含硫酸、硝酸、汞及其他重金屬離 子化合物的稀酸廢液儲存于儲液箱中靜置12小時，然后采用濾膜過濾除去 回收酸液中含有的顆粒物；接著采用活性炭吸附除去酸液中含有的重金屬
離子，最后得到有工業(yè)應(yīng)用價值的含稀硫酸和稀硝酸的混酸產(chǎn)品。
將比面積為1800m2/g的瀝青基活性炭纖維先采用濃度為3%的稀硫酸 浸泡60小時，然后用去離子水洗滌至中性，在2(TC的條件下干燥，接著采 用濃度為4%的氨水浸泡活性炭纖維60小時，然后用去離子水洗漆至中性， 在2(TC的條件下干燥獲得改性活性炭纖維。
實施例2:
將燃煤鍋爐尾部經(jīng)過高效除塵后的煙氣通過熱交換器降溫至120°C ，通 入裝載有改性活性炭纖維的第一級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)水蒸汽發(fā)生器的供 氣量和反應(yīng)器內(nèi)霧化水的噴射量，保持反應(yīng)器內(nèi)的工作溫度為55"C，煙氣 中水蒸氣的體積含量為8%，煙氣中氧氣的體積含量為7%，脫除煙氣中的 二氧化硫和三氧化硫、單質(zhì)汞及其化合物，煙氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物被氧 化分解為二氧化碳和水，其他重金屬物質(zhì)溶解于S02氧化后形成的硫酸液 滴中。
將第一級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣經(jīng)過管道引入裝載有改性活性炭纖 維的第二級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)布置在第一級與第二級凈化反應(yīng)器之間的 管道內(nèi)加熱器的加熱功率，保持第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度為7(TC,煙 氣中水蒸氣的體積含量為5%，煙氣中氧氣的體積含量為7%，脫除煙氣中 的一氧化氮，同時進(jìn)一步脫除其他污染物。第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔
13凈煙氣經(jīng)過換熱器升溫到90°C,排入大氣。
對第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔凈煙氣進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)煙氣中污染 物排放濃度高于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時，開啟煙道旁路，讓煙氣流經(jīng)備用 凈化系統(tǒng)，以保證煙氣中各種污染物的脫除連續(xù)進(jìn)行。同時停運(yùn)第一級、 第二級凈化反應(yīng)器，進(jìn)行水洗脫附和改性活性炭纖維的再生過程。采用水 霧噴灑分別淋入兩級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)循環(huán)洗滌附著在活性炭纖維表面 的脫除產(chǎn)物，其中，第一級凈化反應(yīng)器內(nèi)的脫除產(chǎn)物主要是硫酸、少量的 硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脫除過程中附帶脫 除并進(jìn)入洗液的其他重金屬離子；第二級凈化反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)物主要是硝酸、 少量的硫酸，也可能含有包括汞等進(jìn)入洗液的重金屬離子。將空氣加熱到 ll(TC后通入經(jīng)過水洗脫附后的第一級、第二級凈化反應(yīng)器中，用來干燥反 應(yīng)器中填充的活性炭纖維，然后繼續(xù)用于污染物的脫除。
將兩級凈化反應(yīng)器內(nèi)水洗后得到的含硫酸、硝酸、汞及其他重金屬離 子化合物的稀酸廢液儲存于儲液箱中靜置12小時，然后采用濾膜過濾除去 回收酸液中含有的顆粒物；接著采用活性炭吸附除去酸液中含有的重金屬 離子，最后得到有工業(yè)應(yīng)用價值的含稀硫酸和稀硝酸的混酸產(chǎn)品。
將比面積為1400m2/g的粘膠基活性炭纖維先采用濃度為5%的稀硫酸 浸泡48小時，然后用去離子水洗滌至中性，在30'C的條件下干燥，接著采 用濃度為8%的氨水浸泡活性炭纖維48小時，然后用去離子水洗滌至中性， 在3(TC的條件下干燥獲得改性活性炭纖維。
實施例3:
將燃煤鍋爐尾部經(jīng)過高效除塵后的煙氣通過熱交換器降溫至80°C，通 入裝載有改性活性炭纖維的第一級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)水蒸汽發(fā)生器的供 氣量和反應(yīng)器內(nèi)霧化水的噴射量，保持反應(yīng)器內(nèi)的工作溫度為3(TC，煙氣 中水蒸氣的體積含量為6%,煙氣中氧氣的體積含量為5%，脫除煙氣中的 二氧化硫和三氧化硫、單質(zhì)汞及其化合物，煙氣中揮發(fā)性有機(jī)污染物被氧 化分解為二氧化碳和水，其他重金屬物質(zhì)溶解于S02氧化后形成的硫酸液 滴中。將第一級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣經(jīng)過管道引入裝載有改性活性炭纖 維的第二級凈化反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)布置在第一級與第二級凈化反應(yīng)器之間的
管道內(nèi)加熱器的加熱功率，保持第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度為5(TC，煙 氣中水蒸氣的體積含量為4%，煙氣中氧氣的體積含量為5%，脫除煙氣中 的一氧化氮，同時進(jìn)一步脫除其他污染物。第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔 凈煙氣經(jīng)過換熱器升溫到7(TC，排入大氣。
對第二級凈化反應(yīng)器后排出的潔凈煙氣進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)煙氣中污染 物排放濃度高于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時，開啟煙道旁路，讓煙氣流經(jīng)備用 凈化系統(tǒng)，以保證煙氣中各種污染物的脫除連續(xù)進(jìn)行。同時停運(yùn)第一級、 第二級凈化反應(yīng)器，進(jìn)行水洗脫附和改性活性炭纖維的再生過程。采用水 霧噴灑分別淋入兩級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)循環(huán)洗滌附著在活性炭纖維表面 的脫除產(chǎn)物，其中，第一級凈化反應(yīng)器內(nèi)的脫除產(chǎn)物主要是硫酸、少量的 硝酸以及痕量的硫酸汞、硝酸汞，也可能含有在污染物脫除過程中附帶脫 除并進(jìn)入洗液的其他重金屬離子；第二級凈化反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)物主要是硝酸、 少量的硫酸，也可能含有包括汞等進(jìn)入洗液的重金屬離子。將空氣加熱到 12(TC后通入經(jīng)過水洗脫附后的第一級、第二級凈化反應(yīng)器中，用來干燥反 應(yīng)器中填充的活性炭纖維，然后繼續(xù)用于污染物的脫除。
將兩級凈化反應(yīng)器內(nèi)水洗后得到的含硫酸、硝酸、汞及其他重金屬離 子化合物的稀酸廢液儲存于儲液箱中靜置12小時，然后采用濾膜過濾除去 回收酸液中含有的顆粒物；接著采用活性炭吸附除去酸液中含有的重金屬 離子，最后得到有工業(yè)應(yīng)用價值的含稀硫酸和稀硝酸的混酸產(chǎn)品。
將比面積為1100m2/g的聚丙烯腈活性炭纖維先采用濃度為6%的稀硫 酸浸泡20小時，然后用去離子水洗漆至中性，在4(TC的條件下干燥，接著 采用濃度為10%的氨水浸泡活性炭纖維20小時，然后用去離子水洗滌至中 性，在40'C的條件下干燥獲得改性活性炭纖維。
我國燃煤電廠污染嚴(yán)重，大部分未加裝污染控制裝置，特別是低成本 高效率污染物聯(lián)合脫除技術(shù)缺乏、市場需求量大。目前，電站鍋爐燃煤煙 氣污染物聯(lián)合控制技術(shù)主要有煙氣脫硫FGD與SCR/SNCR脫硝、活性焦脫硫脫硝、臭氧氧化脫硫脫硝脫汞、電子束法脫硫脫硝、銨法脫硫脫硝等，
在諸多技術(shù)中，最為成熟高效的脫硫脫硝方法仍然是石灰石-石膏法FGD 和SCR，其他技術(shù)因成本、二次污染等問題尚未有大規(guī)模的應(yīng)用。
對各脫除技術(shù)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征方面來進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場安裝上述 燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除系統(tǒng)，較其他方法而言，具有較好的經(jīng)濟(jì)特性、 環(huán)境特性和技術(shù)特性，單位造價只需約300元/千瓦，脫硫成本約1220元/ 噸，其脫硝、除汞及其他重金屬以及揮發(fā)性有機(jī)污染物等的成本均已包含 在脫硫成本中，這是其它方法所無法比擬的。系統(tǒng)中所采用的吸附材料-活 性炭纖維的類型沒有限制，可以是瀝青基活性炭纖維、粘膠基活性炭纖維、 酚醛基活性炭纖維和聚丙烯腈活性炭纖維以及其它類型的活性炭纖維，在 污染物脫除過程中可以再生循環(huán)利用。當(dāng)然，該方法也有不足之處，譬如 阻力相對較大，需要脫附過程，需定期(一般可使用一年)更換活性炭纖 維等。盡管如此，本發(fā)明可以實現(xiàn)多種污染物的低溫協(xié)同脫除，在適宜條 件下污染物去除率高、工藝流程簡單、脫除裝置一體化集成，能夠?qū)⑽廴?物脫除過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物加以回收并得到可資源化利用的稀酸產(chǎn)品。綜 合考慮各種因素，基于上述方法的多污染物脫除成本仍然較其它方法要低。 確實是環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)性較好的新技術(shù)。
以上所述為本發(fā)明的幾個實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施 例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，其步驟包括第1步將燃煤鍋爐尾部經(jīng)過除塵裝置后的煙氣通過熱交換器降溫至150-30℃；第2步將降溫后的煙氣通入第一級凈化反應(yīng)器，脫除煙氣中的二氧化硫和三氧化硫、汞及其化合物；第一級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為30-90℃；煙氣中水蒸氣的體積含量為6-12％；煙氣中氧氣的體積含量為5-10％；第3步將第一級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣通入第二級凈化反應(yīng)器中，脫除煙氣中包括一氧化氮、二氧化氮、重金屬以及揮發(fā)性有機(jī)物污染物在內(nèi)的污染物；第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為50-90℃，煙氣中水蒸氣的體積含量為2-8％，煙氣中氧氣的體積含量為3-10％；第4步將第二級凈化反應(yīng)器后排出的煙氣經(jīng)過換熱器升溫至40-150℃排入大氣；第5步對第4步凈化后排出的煙氣進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)凈化后煙氣污染物排放濃度高于排放標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)入第6步，否則轉(zhuǎn)入第1步；第6步采用水噴灑淋入第一、第二級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)循環(huán)洗滌附著在活性炭纖維表面的脫除產(chǎn)物，得到稀酸廢液；第7步將空氣加熱到100-120℃通入經(jīng)過第6步水洗后的第一、第二級凈化反應(yīng)器中，干燥反應(yīng)器內(nèi)填充的活性炭纖維，然后轉(zhuǎn)入第1步。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，其特征在 于將第6步得到的稀酸廢液分別經(jīng)過濾膜過濾以及活性炭吸附后，得到 含有稀硫酸和稀硝酸的混酸產(chǎn)品。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，其特征在于: 第一級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為50-60°C;煙氣中水蒸氣的體積含量為8-9%;煙氣中氧氣的體積含量為7-8%;第二級凈化反應(yīng)器的工作溫度范圍為65-75"C;煙氣中水蒸氣的體積含量為4-5%;煙氣中氧氣的體積含量為 5-6%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法，其特征在于: 活性炭纖維的比表面積不低于1000m2/g。其改性方法為先采用濃度為 3-6%的稀硫酸浸泡活性炭纖維20-60小時，然后用去離子水洗滌至中性， 在20-4(TC的條件下干燥，接著采用濃度為4-10%的氨水浸泡活性炭纖維 20-60小時，然后用去離子水洗滌至中性，在20-40'C的條件下干燥獲得改 性活性炭纖維。
5、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法中的專用凈 化反應(yīng)器，其特征在于殼體(10)的頂部設(shè)置有廢氣入口(11)，其底部設(shè)置 有排氣口(17)，殼體(10)自上而下劃分為導(dǎo)流段(12)、凈化段(15)和集氣段 (16)，導(dǎo)流段(12)內(nèi)安裝有帶孔的整流板(14)，整流板(14)上方安裝有導(dǎo)流板 (13);凈化段(15)內(nèi)填充有活性炭纖維填充單元(9);導(dǎo)流段(13)和凈化段(15) 之間布置有均勻分布的霧化噴嘴(18)和進(jìn)水口 (19);活性炭纖維填充單元(9)的結(jié)構(gòu)為固定框架(7)的上、下兩端各有兩根 相互平行的梳板(3)，兩根梳板(3)上的梳齒(4)和梳口(5)都呈均勻分布，并且 間隙大小一致，上、下兩根梳板(3)的各梳口(5)內(nèi)分別插有上、下夾板(2), 上、下夾板(2)之間均固定有片狀的活性炭纖維(1)，相鄰兩片活性炭纖維之 間的空隙寬度為0.5到10毫米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的專用凈化反應(yīng)器，其特征在于該裝置包括 有至少兩個凈化段，相鄰凈化段之間安裝有柵格(21)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃煤煙氣污染物聯(lián)合脫除方法及其專用凈化反應(yīng)器，其步驟為①將燃煤鍋爐尾部除塵后的煙氣通過熱交換器降溫；②將降溫后的煙氣依次通入第一級、第二級凈化反應(yīng)器；③將步驟2排出的煙氣經(jīng)過換熱器升溫后排入大氣；④在線監(jiān)測步驟3排出的煙氣，當(dāng)污染物排放濃度高于排放標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)入第5步，否則循環(huán)執(zhí)行第1步至第3步；⑤采用水噴灑淋入第一、第二級凈化反應(yīng)器中，反復(fù)洗滌附著在活性炭纖維表面的脫除產(chǎn)物；⑥將空氣加熱通入經(jīng)過第5步水洗后的第一、第二級凈化反應(yīng)器中，干燥反應(yīng)器內(nèi)填充的活性炭纖維，然后轉(zhuǎn)入第1步。本發(fā)明具有多種污染物去除率高、工藝流程簡單、脫除裝置一體化集成以及副產(chǎn)物可回收利用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01D53/50GK101564640SQ200910062370
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者豪 劉, 劉子紅, 曾漢才, 譚增強(qiáng), 然 趙, 邱建榮, 閆志強(qiáng) 申請人:華中科技大學(xué)