CN102671506B - 荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，该方法通过外部荷电喷枪对除汞吸附剂进行预荷电(正电荷)，并通过绝缘输送管将其喷射到电袋复合装置的电袋结合区；利用带正电吸附剂颗粒与经过电区被荷负电但未被捕集的细粒子之间相互吸引而发生的库仑凝并作用，从而将细粒子、重金属(汞等)及可凝结性物质(SO₃等)等捕集到吸附剂上形成有利于滤袋捕集的大颗粒；最后利用袋式除尘器将凝并的大颗粒进行捕集，实现协同去除烟气中细粒子、重金属及可凝结性物质的目的。与现有技术相比，本发明具有效率高、成本低等优点。

Description

荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制方法

技术领域

本发明属环境保护领域的燃煤烟气细粒子、重金属及可凝结性物质的排放控制技术，尤其是涉及一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法。

背景技术

PM_2.5的污染问题已引起社会的高度关注。作为全球PM_2.5最高的地区之一，我国已在新近修改的《环境空气质量标准》中明确将PM_2.5污染作为监测与评价对象。因此，PM_2.5将成为今后若干年大气污染控制的主要任务，其技术研发与应用推广将成为大气环保领域的最重要工作之一。而燃煤及工业窑炉烟气是造成PM_2.5等细粒子排放的主要原因，而且这类经由高温所产生的烟气中不仅含有热态烟气下呈固态的颗粒(称作可滤性颗粒物)，而且还含有部分在热态烟气下呈气态，但冷却至环境温度或湿度状态下呈固态或液态的粒子，这类物质为可凝结性物质。烟气中属于可凝结性物质的包括：挥发性无机物(如元素的卤化物)、高沸点的有机物(如多环芳烃及微量类焦油组分)、三氧化硫以及部分挥发性重金属等组分。其中，由于SCR脱硝装置的普遍使用导致烟气中S0₃浓度增加，其进入大气后很快吸湿转化为细粒子。对于常规的除尘装置多在热态烟气状况下运行(一般高于100℃)，能够被有效去除的是颗粒较大的可滤性颗粒物。

同时，我国是重金属污染最严重的国家之一，其中燃煤所造成的汞排放问题尤为突出。随着污染情况的加剧以及国际控汞公约的即将签署，对燃煤锅炉烟气进行汞排放控制已经成为国内外共识。目前我国已正式发布了《重金属污染综合防治“十二五”规划》和《火电厂大气污染物排放标准》，对汞污染排放控制提出了严格的要求。而细粒子或可凝结性颗粒物是烟气中重金属排放的主要形式。因此，控制燃煤细粒子及可凝结性颗粒物与控制重金属污染物的排放具有一致性和协同性。

目前对于燃煤烟气中颗粒物的去除主要采用静电除尘器及袋式除尘器两类设备。静电除尘器对颗粒较大的烟尘去除效果较好，但对细粒子的去除效率不够理想，难以满足细粒子高效控制的技术需求；袋式除尘的除尘效率较高，且对细粒子有较好的去除效果，但由于烟尘浓度较高，导致袋式除尘清灰频繁，降低滤袋的使用寿命，并增加了稳定运行的管理难度。而电袋复合除尘装置(即采用前电后袋的除尘结合方式)，较好地解决了电除尘器或袋式除尘器单独使用所存在的主要问题(实用新型专利，200420040846.X)。但是，现有的电袋复合除尘装置对细粒子的去除效率尚不够高，难以满足PM_2.5高效控制的技术需求，同时对烟气中的重金属汞(以细粒子或气态形式存在)及可凝结颗粒物的去除作用不佳。另外，由于电袋复合除尘的电区及袋区在结构上可分开，且大部分烟尘可在电区被去除，从而可为在袋区使用吸附剂进行多污染物的协同去除提供有利条件。

目前，为增强细粒子的去除效率，可采用电凝并的方法促进烟气中的细颗粒团聚成较大的颗粒，从而有利于提高细粒子去除效率。有研究为提高电除尘器对细粒子的捕集效率，在电除尘器前或两个相邻电场之间增设荷电及凝并电场区(专利申请号；200410066936.0)，但这种方法会显著增加电除尘器的设备投资及占地空间。最近有研究提出在电袋复合除尘装置的结构特点，通过在电、袋区之间增设荷电凝并强化电场，并向该电场内喷入一定的吸附剂来提高对细粒子的去除效率(专利申请号：201110257729.3)。该发明一定程度上可促进细颗粒的去除，吸附剂的使用对汞的去除也有一定作用。但是，对一般的电袋复合装置，在其电区及袋区之间再增加一个凝并电场会明显增加除尘装置的结构尺寸。另外，单独使用一个正高电场，并不能取得较好的凝并效果。此外，由于凝并区布置大量电极，吸附剂向该区喷射较难分布均匀，且喷射进来的吸附剂很快会被凝并电极所捕集，使其在脱汞及捕集细粒子方面的利用率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、成本低的荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物进行协同控制的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)通过外部电场及喷枪对吸附剂进行预荷电，使吸附剂带正电荷，并通过与喷枪相连的绝缘性喷射管将带正电的吸附剂高速喷射到电-袋复合装置结合区的烟气中；吸附剂在烟气中的喷入量在5-1000mg/m³范围内；

(2)喷入烟气中带正电荷的吸附剂由于同性相斥，所以吸附剂颗粒之间很快分散，并与烟气充分混合；

(3)带正电荷的吸附剂与烟气中带负电荷的细粒子作用，通过库仑力发生凝并效应形成较大粒径的颗粒物，同时借助于吸附剂的吸附性能及荷电活化作用而对烟气中的部分重金属及部分可凝结性物质进行捕集，并通过诱导可凝结性物质向吸附剂表面沉积而将其从烟气中分离。

(4)大粒径的颗粒物在经过袋式除尘器时被滤袋拦截捕集下来，在滤袋表面带正电荷的吸附剂继续对细粒子进行电凝，并去除重金属和可凝结性物质；

(5)经过袋式除尘器收集后的吸附剂与飞灰经过分离及处理后，进行循环利用。

所述的吸附剂为碳基、非碳基多孔固体吸附物质或其混合物，吸附剂的粒径在5-200μm范围，比表面积大于2.0m²/g；所述的重金属污染物为汞、砷、铅、镉、铬等元素中的一种或其混合，在烟气中为颗粒态或气态；所述的可凝结性物质包括挥发性无机物、高沸点的有机物、三氧化硫以及部分挥发性重金属等组分中的一类或其混合物；

所述的吸附剂负载在磁性材料表面制成磁性材料，或者使用时与氧化镁粉混合使用，以提高对三氧化硫的捕集作用。

所述的外部电场及喷枪由正极性的高压电源、电晕荷电喷枪以及封装吸附剂的连续输送单元组成；荷电后的吸附剂由布置在电区后面的绝缘喷射管均匀喷射到烟气中。

所述的高压电源的电压范围在20-100kV之间；所述的封装吸附剂的连续输送单元为绝缘喷管，该绝缘喷管的材料为陶瓷、聚四氟乙烯或其它耐热至250℃的高分子材料及其复合材料。

所述的烟气的温度范围为100-250℃。

所述的电-袋复合装置结合区为静电除尘装置与袋式除尘器之间的结合部位。

步骤(5)所述的分离及处理采用高效旋风分离装置，利用吸附剂与细粒子的惯性不同，进行分离；当吸附剂带有磁性时，通过磁选分离器进行分离处理。

喷入到烟气中的吸附剂带正荷电，其主要有以下作用：1)吸附剂荷电后，都带有同种电荷，这样可避免吸附剂在喷射过程及在烟气中的吸附剂自身相互团聚，有利于提高吸附剂在烟气中的分散度及有效利用效率；2)由于电区下游的细粒子带有一定负电荷，当带有正电荷的吸附剂喷入后，由于异性电荷之间的静电力作用，将有利于带负电的细粒子向带正电的吸附剂颗粒上凝并，从而使细粒子得到捕集；3)由于烟气中的重金属，如零价汞的核外电子数较为丰富，一定程度上呈负电特性，当吸附剂上带有正电荷时，零价汞在带有正电荷的吸附剂上更利于吸附，且吸附后因电子转移可使汞较为稳定地固定在吸附剂上。此外，带有正电的吸附剂被袋式除尘收集后，所带的电量可中和其它飞灰上的负电荷，减少过滤层对带负电细粒子的斥力，有利于其凝并捕集。

在一定条件下，吸附剂还可将烟气中的少量NO₂去除，不仅起到一定的脱硝作用，同时可减少NO₂对滤料的有害作用。

上述过程所涉及的主要反应如下：

Sorb+A⁺→Sorb(+)          (吸附剂荷电)

PM(-)+Sorb(+)→Sorb-PM    (细粒子捕集，异性电凝并)

Hg⁰+Sorb(+)→Sorb-Hg⁺     (零价汞的吸附，荷电强化)

Sorb+SO₃→Sorb-SO₄        (SO₃的干式捕集)

本发明使用的吸附剂经外部正高压电场荷电，然后通过喷枪注入到静电除尘装置与袋式除尘器之间的结合部位的烟道中，吸附剂的喷入量在5-1000mg/m³范围内。

本发明使用的吸附剂在烟道中吸附细粒子、重金属及可凝结性物质后，形成大粒径的颗粒物，最后通过袋式除尘器的滤袋时被捕集下来。利用高效旋风分离器对带有细粒子的吸附剂进行高速旋转处理，使细粒子从吸附剂上分离出来，同时利用旋风分离器的离心分离作用，将吸附剂与细粒子分离，使吸附剂可循环利用。若吸附剂具有磁性时，可以通过磁选分离等处理回收，再重新经荷电喷入烟气中循环利用。

与现有技术相比(特别是与专利201110257729.3相比)，本发明具有以下一些优点：

1、本发明采用外部电场及喷枪对吸附剂进行荷电，避免了在电区及袋区之间另设荷电及凝并电场，不明显增加电袋复合装置的结构尺寸，节省投资；

2、所喷射的带正电荷吸附剂在喷射及进入电袋结合部的过程中，由于同性相斥，所以可以非常好地分散在烟气中，提高了吸附剂与烟气的混合程度；

3、本发明使用的吸附剂由于带有正电荷，所以可以捕集经过静电除尘器带有负电荷的细颗粒，通过吸附剂与细颗粒之间异性相斥的凝并反应形成易被袋式除尘器捕集的大颗粒，从而提高了电袋除尘器对PM_2.5的捕集效率；

4、本发明使用的吸附剂由于带有正电荷，所以对烟气中的重金属有较好的吸附性能，同时通过PM_2.5对烟气中重金属的吸附可以达到很好的除重金属作用；

5、对滤袋收集下来的用过吸附剂，可使用高效旋风分离将细粒子与吸附剂分离，实现其循环利用；当吸附剂带有磁性时，可通过磁选的方法对吸附剂进行回收利用，运行成本低。

6、本发明还适用于垃圾焚烧炉、水泥窑炉、金属冶炼、废汞回收等行业的烟气细粒子、汞和可凝结性物质的协同排放控制。

附图说明

图1为荷电吸附剂强化电袋复合装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，首先将制备好的吸附剂放置在吸附剂容器1中，利用压缩空气2将吸附剂送入喷枪3中，利用高压电源4将吸附剂荷电，然后利用喷枪3将带正电荷的吸附剂绝缘性喷射管5喷入电区6(静电除尘装置区)和袋区8(袋式除尘器区)之间的电-袋结合区7。带正电荷的吸附剂与烟气中经过电区带负电荷粉尘、重金属及可凝结性物质发生凝并作用，形成大粒径的颗粒物。大粒径颗粒物随着烟气经过袋区8时被滤袋捕集下来。清洁烟气经过袋区从出口排出，而被捕集的大粒径颗粒物从滤袋脱落后，经过吸附剂回收分离装置9进行处理后后重新装入吸附剂容器1中循环利用。

利用实验室中试装置，结构如图1所示。使用的电袋复合装置的电区收尘面积约为0.8m²，收尘极间距180mm。袋区的过滤有效面积约为2.1m²(三条直径为150mm、长度1600mm的滤袋)。电袋之间结合区的有效空间约0.1m³。使用喷枪的放电电极结构为单针状，供电电压0-80kV，荷电电流为0-80微安，吸附剂喷射量为0-1kg/h(连续可调)。利用直径10mm的聚四氟乙烯管将喷枪所喷出的吸附剂导入电-袋结合区。

处理燃煤烟气为200m³/h，温度140℃，初始含尘浓度为2600mg/m³，总汞含量约为22μg/m³。利用大流量切割采样法对烟气中总含尘浓度及PM_2.5细粒子浓度进行分析。调节电除尘区的电压为45kV时，不开启荷电喷射装置。通过监测发现，烟气通过电区后，烟尘浓度下降到310mg/m³左右。再经过袋区过滤后，出口烟尘浓度约为23mg/m³，其中PM_2.5细粒子约占总尘浓度的75％。结果表明，电袋复合除尘装置的除尘总效率可达99％以上，但是对于残留粉尘中PM_2.5的绝对排放浓度偏高，去除效果尚不理想。同时，对汞的测试表明，经过电袋后的烟气中总汞浓度降至9μg/m³左右，去除效果也有待提高。通过向进口烟气中加入20ppm的少量SO₃气体，经过电袋除尘后，约有40％被从烟气中去除。

利用自行合成的铁钛型吸附剂(粒径20-40μm，比表面积＞30m²/g)，开启吸附剂喷射装置，荷电喷枪的运行电压60kV，电流40μA，吸附剂喷入量为30g/h时，进行与上述实验的平行测试。结果表明，经过电袋复合装置后，出口烟尘浓度降至12mg/m³左右，其中PM_2.5细粒子约占出口总尘浓度的60％左右。可见，加入吸附剂后可明显提高电袋复合装置对细粒子的捕集能力。另外，烟气中总汞的浓度可降低至3μg/m³以下，显示出了较好的除汞效果。对SO₃的去除效率则提高至70％左右。

实施例2

装置及方法与实例1相同，只是在喷射在铁钛型吸附剂的同时，再按30％的比例加入粒径为40-60μm的氧化镁粉体。结果表明，吸附剂混入氧化镁后，出口烟气中烟尘的浓度可降至10mg/m³左右，汞的去除率基本保持不变，但SO₃的去除效率可提高至92％左右。可见，将吸附剂与氧化镁的混合使用可显著提高各项污染物的去除效率。

实施例3

装置及方法与实例1、2相同，重点对吸附剂的回收及分离进行实验。利用一直径为250mm的标准型旋风分离器，用其对袋区所收集下来的吸附剂与细粒子的混合物进行处理。结果分析，吸附剂经过两次高速旋风分离后，其表面的所附着的细粒子基本可剥离，并通过惯性分离与吸附剂分别收集。吸附剂可以重新利用。

实施例4

装置及方法与实例1、2、3相同，重点对吸附剂的回收及分离进行实验。利用一直径为250mm的标准型旋风分离器，用其对袋区所收集下来的吸附剂与细粒子的混合物进行处理。吸附剂经过两次高速旋风分离后，其表面的所附着的细粒子基本可剥离。由于吸附剂带有一定磁性，可以利用常规的磁选设备吸附剂与细粒子分离开来。

实施例5

吸附剂的粒径在5-10μm范围，比表面积大于2.0m²/g。所述的吸附剂负载在磁性材料表面制成磁性材料。所述的高压电源的电压为20kV；所述的烟气的温度为100℃。所述的吸附剂在烟气中的喷入量在5-55mg/m³范围内。其余同实施例1。

实施例6

吸附剂的粒径在80-100μm范围，比表面积大于2.0m²/g。所述的高压电源的电压为100kV所述的烟气的温度为200℃。所述的吸附剂在烟气中的喷入量在55-180mg/m³范围内。其余同实施例1。

实施例7

吸附剂的粒径在50-60μm范围，比表面积大于2.0m²/g。所述的高压电源的电压为50kV；所述的烟气的温度范围为150℃。所述的吸附剂在烟气中的喷入量在180-1000mg/m³范围内。其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)通过外部电场及喷枪对吸附剂进行预荷电，使吸附剂带正电荷，并通过与喷枪相连的绝缘性喷射管将带正电的吸附剂高速喷射到电-袋复合装置结合区的烟气中；吸附剂在烟气中的喷入量在5-1000mg/m³范围内；

(2)喷入烟气中带正电荷的吸附剂与烟气充分混合；

(3)带正电荷的吸附剂与烟气中带负电荷的细粒子作用，通过库仑力发生凝并效应形成较大粒径的颗粒物，同时对烟气中的重金属及部分可凝结性物质进行去除；

(4)大粒径的颗粒物在经过袋式除尘器时被滤袋拦截捕集下来，在滤袋表面的带正电荷的吸附剂继续对细粒子进行电凝，并去除重金属和可凝结性物质；

(5)经过袋式除尘器收集后的吸附剂与飞灰经过分离及处理后，进行循环利用；

所述的外部电场及喷枪由正极性的高压电源、电晕荷电喷枪以及封装吸附剂的连续输送单元组成；荷电后的吸附剂由布置在电区后面的绝缘喷射管均匀喷射到烟气中；

所述的高压电源的电压范围在20-100kV之间；所述的封装吸附剂的连续输送单元为绝缘喷管，该绝缘喷管的材料为陶瓷、聚四氟乙烯或其它耐热至250℃的高分子材料及其复合材料；

所述的电-袋复合装置结合区为静电除尘装置与袋式除尘器之间的结合部位。

2.根据权利要求1所述的一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，所述的吸附剂为碳基、非碳基多孔固体吸附物质或其混合物，吸附剂的粒径在5-200μm范围，比表面积大于2.0m²/g。

3.根据权利要求1所述的一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，所述的重金属为汞、砷、铅、镉、铬中的一种或其混合，在烟气中为颗粒态或气态；所述的可凝结性物质包括挥发性无机物、高沸点的有机物、三氧化硫以及部分挥发性重金属组分中的一类或其混合物。

4.根据权利要求2所述的一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，所述的吸附剂负载在磁性材料表面制成磁性材料，或者使用时与氧化镁粉混合使用，以提高对三氧化硫的捕集作用。

5.根据权利要求1所述的一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，所述的烟气的温度范围为100-250℃。

6.根据权利要求1所述的一种荷电吸附剂强化电袋装置对烟气多污染物的协同控制的方法，其特征在于，步骤(5)所述的分离及处理采用高效旋风分离装置，利用吸附剂与细粒子的惯性不同，进行分离；当吸附剂带有磁性时，通过磁选分离器进行分离处理。