一種鍋爐煙氣的聯(lián)合脫汞脫砷裝置及其脫除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃煤電廠中的煙氣處理裝置，特別是一種應(yīng)用于煙氣循環(huán)流化床的聯(lián) 合脫汞脫砷裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃煤電廠在作業(yè)過程中會(huì)有大量煙氣排放，燃煤煙氣中的Hg、As、S等痕量元素的 排放對(duì)人類的生命健康和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重的威脅。燃煤排放的Hg和As是大 氣中Hg和As的主要來源之一，其中Hg具有毒性強(qiáng)、易揮發(fā)、難降解、易在生物體內(nèi)富集、空 中滯留時(shí)間長以及長距離迀移等特點(diǎn)，其對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)有嚴(yán)重的傷害，是最嚴(yán)重的重金 屬污染之一。As具有揮發(fā)性，煤中約有1/3的砷會(huì)直接揮發(fā)排人大氣中，并且砷具有富集于 細(xì)小顆粒的特性，可以長距離傳輸造成大范圍污染，砷是當(dāng)前環(huán)境中使人致癌的最普遍、危 害性最大的物質(zhì)之一，并且屬于沒有閾值的致癌物質(zhì)，危害巨大。
[0003] 火電行業(yè)所用煤炭中砷含量較高，為0· 3~19ppm，高砷煤能達(dá)到65ppm的含砷量； 盡管汞在煤中的含量相對(duì)砷來說較低，一般為0. 05~0. 5ppm，但是由于耗煤量巨大，煤中汞、 砷的長期排放和積累對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生的危害很大。中國以煤為主的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu) 在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，這就決定了燃煤釋放的汞、砷是中國大氣環(huán)境汞和砷污染的重 要來源之一。因此，對(duì)煤燃燒過程中產(chǎn)生的汞和砷的排放及污染控制途徑進(jìn)行系統(tǒng)的分析 研宄就顯得十分必要和迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較高脫汞脫砷效率、且能夠保證系統(tǒng) 安全穩(wěn)定運(yùn)行的煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置及方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006] 一種煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，包括經(jīng)煙氣管道依次連接的省煤器、選 擇性催化還原脫硝裝置、空氣預(yù)熱器、流化床反應(yīng)器、袋式除塵器、脫硫塔以及煙囡，所述省 煤器和流化床反應(yīng)器之間并列設(shè)置有分流煙氣管道和主煙氣管道兩路管道，所述主煙氣管 道連通至流化床反應(yīng)器的底部端口，選擇性催化還原脫硝裝置和空氣預(yù)熱器順應(yīng)煙氣流動(dòng) 方向依次設(shè)置在主煙氣管道中；所述分流煙氣管道上自省煤器至流化床反應(yīng)器依次設(shè)置有 溴化氫溶液添加支路和吸附劑添加支路，分流煙氣管道的末端經(jīng)煙氣噴嘴與流化床反應(yīng)器 的下部連通，煙氣噴嘴位于流化床反應(yīng)器底部端口的上方；所述袋式除塵器的下方設(shè)置有 進(jìn)料口與袋式除塵器連通、回收料口與流化床反應(yīng)器連通的吸附劑回收機(jī)構(gòu)。
[0007] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述溴化氫溶液添加支路包括溴化氫儲(chǔ) 液罐和第一霧化噴嘴，所述第一霧化噴嘴設(shè)置在分流煙氣管道中。
[0008] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述吸附劑添加支路包括盛裝有飛灰和 生石灰的儲(chǔ)料倉以及碾磨攪拌機(jī)，所述碾磨攪拌機(jī)設(shè)置在分流煙氣管道中。
[0009] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述碾磨攪拌機(jī)的電源端連接有風(fēng)力儲(chǔ) 能機(jī)構(gòu)，所述風(fēng)力儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括垂直軸風(fēng)力機(jī)和儲(chǔ)能裝置，垂直軸風(fēng)力機(jī)的輸出端連接儲(chǔ) 能裝置的輸入端，儲(chǔ)能裝置的輸出端連接碾磨攪拌機(jī)的電源端。
[0010] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述吸附劑回收機(jī)構(gòu)包括瀑流式選粉 機(jī)、與瀑流式選粉機(jī)連通的風(fēng)機(jī)以及用于回收汞和砷的灰斗；所述瀑流式選粉機(jī)的進(jìn)料口 經(jīng)輸料管道與袋式除塵器的底部端口連通，瀑流式選粉機(jī)的出料口經(jīng)出料管道與灰斗連 通，瀑流式選粉機(jī)的回收料口經(jīng)返料管道與流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣端連通。
[0011] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述流化床反應(yīng)器的中部還連通有霧化 水添加支路，霧化水添加支路包括水箱和第二霧化噴嘴，所述第二霧化噴嘴設(shè)置在流化床 反應(yīng)器的中部。
[0012] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述溴化氫溶液添加支路設(shè)置有第一閥 門，位于溴化氫溶液添加支路的分流煙氣管道前端設(shè)置有第二閥門，吸附劑添加支路上設(shè) 置有第三閥門，霧化水添加支路上設(shè)置有第四閥門。
[0013] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷裝置，所述袋式除塵器與脫硫塔之間的煙氣管 道上設(shè)置有重金屬在線監(jiān)測儀，重金屬在線監(jiān)測儀經(jīng)數(shù)據(jù)線與裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)連接， 自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸出端口分別與第一閥門、第二閥門、第三閥門以及第四閥門的受控端連 接。
[0014] -種煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷的脫除方法，具體包括以下步驟： A. 將鍋爐煙氣分兩路輸出，一路經(jīng)主煙氣管道直接送入流化床反應(yīng)器的底部端口， 另一路經(jīng)分流煙氣管道送入流化床反應(yīng)器的下部；所述分流煙氣與主煙氣的體積比為1 : 600-1800； B. 向分流煙氣中添加 HBr溶液，對(duì)分流煙氣中的飛灰進(jìn)行改性；而后由分流煙氣攜帶 的改性后的飛灰與碾磨攪拌機(jī)中的生石灰在機(jī)械力的作用下混合進(jìn)行進(jìn)一步改性得到反 應(yīng)所需吸附劑；所述改性后的吸附劑包含以下質(zhì)量份數(shù)的組分：飛灰5~10份；生石灰1~3 份：HBr溶液3~5份； C. 向流化床反應(yīng)器中噴灑霧化水； D. 帶吸附劑的分流煙氣、主煙氣和霧化水在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行混合反應(yīng)，通過吸附 劑脫除煙氣中的汞、砷元素。
[0015] 上述煙氣循環(huán)流化床聯(lián)合脫汞脫砷的脫除方法，所述吸附劑包括以下質(zhì)量比的組 分：飛灰：生石灰：HBr溶液=6 :2 :3 ;所述HBr溶液的質(zhì)量濃度為1%~5%。
[0016] 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。
[0017] 本發(fā)明以循環(huán)硫化床為反應(yīng)母體的吸附裝置，采用經(jīng)HBr改性后的飛灰、生石灰 混合物做吸附劑，且吸附劑可循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染，汞和砷的脫除效率高，能夠有效 防止燃煤煙氣中產(chǎn)生的汞和砷對(duì)大氣環(huán)境的污染；吸附劑中的飛灰可來源電廠自身煙氣 中，霧化水可以用脫硫石膏水，大大降低了電廠投資費(fèi)用，具有良好的環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性。本 發(fā)明還可通過設(shè)置在尾部的重金屬在線監(jiān)測儀測量煙氣中汞和砷濃度并進(jìn)行信號(hào)反饋，從 而控制飛灰、生石灰和HBr的加入量，保證脫采、脫砷效率的同時(shí)，降低生石灰和HBr的投入 量，降低運(yùn)行成本。
[0018] 本發(fā)明中的飛灰對(duì)汞和砷主要通過物理、化學(xué)吸附脫除，生石灰對(duì)汞的脫除方式 為物理吸附和化學(xué)吸附，而對(duì)砷主要是通過CaO與砷的氧化物反應(yīng)生成不易分解的砷酸鈣 Ca3 (AsO4) 2來達(dá)到脫除效果，因此飛灰和生石灰做吸附劑可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Hg和As污染物的聯(lián)合 脫除。飛灰和生石灰（CaO)除了擁有較好的脫除效果之外，還有價(jià)格低廉，原料易于獲得， 無二次污染等優(yōu)勢(shì)。
[0019] 本發(fā)明中增加 HBr水溶液能夠提高飛灰和生石灰（CaO)對(duì)汞和砷的脫除效率；霧 化噴水支路用水可以來自脫硫石膏干燥后的廢液，在循環(huán)流化床反應(yīng)器中通過霧化噴水裝 置進(jìn)行噴水增濕，有利于砷被吸附劑中的CaO吸收脫除，促進(jìn)砷向砷酸鈣的轉(zhuǎn)換，同時(shí)解決 了脫硫石膏干燥后含汞廢液的處理。本發(fā)明除了可以有效脫除汞和砷之外，由于反應(yīng)器中 生石灰、水的加入，對(duì)硫化物也有一定的脫除效果，既減少了脫硫塔中脫硫原料的消耗，也 降低了硫化物的排放量，提高了燃煤電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。
[0020] 本發(fā)明采用改性后的吸附劑，可使吸附飽和時(shí)間延長，吸附容量大大提高，由最初 的760ng/g左右提高了 400~600倍，采用本吸附劑對(duì)煙氣進(jìn)行混合反應(yīng)后煙氣中汞的濃度 可由20ug/m3降到3~5ug/m 3以下，吸附效率達(dá)到75%以上；反應(yīng)后的吸附劑中砷含量大大增 加，由 10. 8ug/g 增加到 13. 8ug/g。
[0021] 本發(fā)明的脫汞和脫砷的副產(chǎn)物穩(wěn)定性高，污染物不宜析出，不會(huì)造成二次污染，脫 汞和脫砷的副產(chǎn)物由袋式除塵器收集并儲(chǔ)存到灰斗中，可通過罐車運(yùn)出作為其他工業(yè)原 料，具有較高的推廣和利用價(jià)值。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0023] 圖中各標(biāo)號(hào)表不為：1.省煤器，2.溴化氫儲(chǔ)液罐，3.第一閥門，4.第一霧化噴 嘴，5.第二閥門，6.垂直軸風(fēng)力機(jī)，7.儲(chǔ)能裝置，8.儲(chǔ)料倉，9.第三閥門，10.碾磨攪拌機(jī)， 11.水箱，12.第四閥門，13.第二霧化噴嘴，14.流化床反應(yīng)器，15.煙氣噴嘴，16.袋式除塵 器，17.風(fēng)機(jī)，18.返料管道，19.瀑流式選粉機(jī)，20.灰斗，21.重金屬在線監(jiān)測儀，22.脫硫 塔，23.煙囪，24.選擇性催化還原脫硝裝置，25.空氣預(yù)熱器，26.反應(yīng)室。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025] 本發(fā)明的工藝流程圖如圖1所示，其裝置包括經(jīng)煙氣管道依次連接的省煤器1、選 擇性催化還原脫硝裝置（SGR) 24、空氣預(yù)熱器25、流化床反應(yīng)器14、袋式除塵器16、脫硫塔 22以及煙囡23 ;省煤器1和流化床反應(yīng)器14之間的煙氣管道分為兩路輸出，即并列設(shè)置有 分流煙氣管道和主煙氣管道，其中主煙氣管道連通至流化床反應(yīng)器14的底部端口，選擇性 催化還原脫硝裝置24和空氣預(yù)熱器25順應(yīng)煙氣流動(dòng)方向依次設(shè)置在主煙氣管道中；分流 煙氣管道上自省煤器至流化床反應(yīng)器依次設(shè)置有溴化氫溶液添加支路、吸附劑添加支路和 霧化水添加支路，分流煙氣管道的末端經(jīng)煙氣噴嘴15與流化床反應(yīng)器的下部連通，煙氣噴 嘴15位于流化床反應(yīng)器底部端口的上方；位于省煤器輸出端口側(cè)的分流煙氣管道前端設(shè) 置有第二閥門，用于控制分流煙氣管道中煙氣的流量；袋式除塵器16的下方設(shè)置有吸附劑 回收機(jī)構(gòu)。
[0026] 溴化氫溶液添加支路用于向分流煙氣中噴灑溴化氫溶液，以對(duì)吸附劑中的飛灰進(jìn) 行改性。溴化氫溶液添加支路包括溴化氫儲(chǔ)液罐2、第一閥門3、第一霧化噴嘴4和反應(yīng)室 26,反應(yīng)室設(shè)置在分流煙氣管道中，第一霧化噴嘴設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)。本發(fā)明中溴化氫儲(chǔ)液罐 2的位置可以設(shè)置的較高，以利用溴化氫溶液較大的重力壓頭，依次經(jīng)第一閥門和第一霧化 噴嘴噴入反應(yīng)室內(nèi)的分流煙氣管道中，對(duì)分流煙氣中的飛灰進(jìn)行改性。第一閥門用于控制 溴化氫溶液的添加量。HBr溶液依靠自身重力流入煙氣管道中，可避免使用廠用電來輸送 HBr溶液，有效降低廠用電率，節(jié)約了運(yùn)行成本。
[0027] 吸附劑添加支路用于向分流煙氣管道中添加吸附劑，本發(fā)明中吸附劑包括飛灰和 生石灰，飛灰原料主要由分流煙氣中獲得，不足時(shí)也可以由灰斗中獲得，生石灰可以通過煅 燒石灰石的方法制備。吸附劑添加支路包括盛裝有飛灰和生石灰的儲(chǔ)料倉8、第三閥門以及 碾磨攪拌機(jī)10,碾磨攪拌機(jī)10設(shè)置在分流煙氣管道中。
[0028] 碾磨攪拌機(jī)10的電源端連接有風(fēng)力儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，所述風(fēng)力儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括垂直軸風(fēng) 力機(jī)6和儲(chǔ)能裝