CN102989282A

CN102989282A - 一种烟气汞协同脱除的方法及其装置

Info

Publication number: CN102989282A
Application number: CN2012105019043A
Authority: CN
Inventors: 杨志忠
Original assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Current assignee: Dongfang Boiler Group Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种烟气汞协同脱除的方法及其装置，属于电厂锅炉大气污染物烟气净化领域，方法步骤包括：引温度锅炉热一次风或热二次风与脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合后，喷射入烟气中再次与烟气混合后，随烟气流程进入SCR脱硝装置中脱硝并同时将单质汞Hg⁰氧化成气态二价***Hg²⁺，之后进入除尘器中除尘并同时除去颗粒态汞Hg，再之后在湿法烟气脱硫装置中脱硫的同时除去二价***Hg²⁺。其装置，包括SCR脱硝***，还包括热风、脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合装置。本发明充分利用现有SCR脱硝***、除尘器和WFGD的协同功能，是一种***改动少、脱汞效果良好的烟气汞协同脱除的方法及其装置。

Description

一种烟气汞协同脱除的方法及其装置

技术领域

本发明属于电厂锅炉大气污染物烟气净化领域，尤其涉及一种脱硝、除尘器、脱硫的烟气协同脱汞的方法和装置。

背景技术

汞是煤中的痕量元素，燃烧后以气态单质汞Hg⁰（g）、气态二价汞Hg²⁺、以及颗粒态汞Hg（p）三种形式存在于烟气中，其中气态汞中二价汞Hg^2 +占30～95 %、单质汞占5～70 %。

GB13223-2011“火电厂大气污染物排放标准”规定，从2015年1月1日起，所有发电锅炉将执行汞及其化合物小于0.03mg/Nm3的排放浓度限值。目前多数燃煤烟气已经配套安装了选择性催化还原（SCR）脱硝装置、除尘器和WFGD装置，这些装置对烟气中的汞均具有一定的脱除功能，但是对于燃烧汞含量较高的煤种，即使采用了这些装置，汞排放浓度也不能满足排放浓度限值，需要采取相应的特别技术。

专利文献：公开号CN 1962034A，中国发明专利申请公开说明书提出了一种在循环流化床脱硫装置中加入消石灰、粉煤灰、添加剂（如高锰酸钾、亚氯酸钠、氯化钠等），粉煤灰中的硅、铁、镁、铝等起催化剂作用，添加剂起氧化剂和反应剂作用，消石灰和烟气中的SO₂反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧化成硫酸钙，NO被氧化成NO₂、NO₂和消石灰反应生成硝酸钙，烟气中的单质零价汞Hg⁰被催化氧化成二价汞Hg²⁺和钠盐或硫酸盐反应生成氯化汞或硫酸钙的同时脱硫、脱硝、脱汞方法。该方法整体污染物脱除效率较低，其中二氧化硫脱除效率90％、氮氧化物脱除效率60％、汞脱除率50％，其排放物浓度不能满足目前规定的环保限制。

专利文献：公开号CN 101157003A，中国发明专利申请公开说明书介绍了一种在静电除尘器进口烟道喷入氧化剂Cl₂，将烟气中的单质零价汞Hg⁰氧化成易于脱除的二价汞Hg²⁺，二价汞Hg²⁺在氨法脱硫装置中被洗涤脱除的方法。该方法缺陷：没有利用已有配套的SCR脱硝装置具有的部分汞脱除功能，氧化剂Cl₂是一种有毒物质，运输与储存需要采取特殊措施，且***的后续处理难度大，投资成本和运行成本高。

专利文献：公开号CN 101306322A，中国发明专利申请公开说明书提出了一种在喷射鼓泡塔中添加强氧化剂亚氯酸钠、将单质零价汞氧化成易于脱除的二价汞的一体化脱硫、脱硝、脱汞的方法。该方法缺陷：强氧化剂成本高，且给后续处理带来新的环境污染问题。

专利文献：公开号CN 101543712A，中国发明专利申请公开说明书介绍了一种循环流化床内多级增湿协同脱除SO₂、NO_x、汞的方法，该方法***复杂，其中的汞脱除效率偏低，烟气中的汞浓度满足不了目前的环保法规排放限值。

另外，由于烟气中汞浓度非常低，所需要的氧化剂量很少，氧化剂注入到烟气中并与烟气均匀混合更是汞脱除中难于解决的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于：充分利用现有SCR脱硝***、除尘器和WFGD的协同功能，提出一种***改动少、，脱汞效果良好的烟气汞协同脱除的方法及其装置。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种烟气汞协同脱除的方法，步骤包括：引温度锅炉热一次风或热二次风作为脱汞氧化剂加热或分解的热源和作为SCR脱硝还原剂加热分解和/或稀释空气，与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合后，喷射入烟气中再次与烟气混合后，随烟气流程进入SCR脱硝装置中脱硝并同时将单质汞Hg⁰氧化成气态二价***Hg²⁺，之后进入除尘器中除尘并同时除去颗粒态汞Hg，再之后在湿法烟气脱硫装置中脱硫的同时除去二价***Hg²⁺。

作为优选方式，所述一次风或热二次风与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合具体为：将0-43%Wt.的氯化铵溶液或0-37%Wt.的盐酸溶液的脱汞氧化剂溶液喷射到引入热的一次风或二次风的装置中，与同时通入的SCR脱硝还原剂混合后再经空气混合器混合。

作为优选方式，所述一次风或热二次风与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合后，通过SCR脱硝的还原剂注射栅格自身的多个喷口注入到烟气中，再通过烟气混合器混合。

作为优选方式，在所述湿法烟气脱硫装置下游、烟气最终排放之前，设置汞在线检测仪，检测烟气中的汞排放浓度，通过汞排放浓度信号反馈，控制喷入的脱汞氧化剂的浓度和/或量。

作为优选方式，所述脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂，所述SCR脱硝装置反应器上、下游烟道还设置有NOx在线分析仪，并根据其反馈的NOx排放浓度信号和脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂的量，控制通入的SCR脱硝还原剂的浓度和/或量。

一种前述烟气汞协同脱除方法的装置，包括SCR脱硝***的SCR脱硝还原剂供给装置、SCR脱硝还原剂注射装置、SCR脱硝装置反应器、除尘器和湿法烟气脱硫装置，其特征在于：还包括脱汞氧化剂供给装置、空气混合装置，所述空气混合装置其分别设有连通锅炉热一次风或热二次风以及所述脱汞氧化剂供给装置、SCR脱硝还原剂供给装置的入口，以及连通所述SCR脱硝还原剂注射装置的出口，且在所述出、入口之间还设有空气混合器，所述SCR脱硝还原剂注射装置和SCR脱硝装置反应器之间设有烟气混合器。

作为优选方式，所述锅炉热一次风或热二次风引自所述SCR脱硝装置反应器下游的空气预热器换热后的热的一次风或热的二次风。

作为优选方式，在所述湿法烟气脱硫装置下游、烟气最终排放之前，还设置有汞在线检测仪，所述脱汞氧化剂供给装置与所述汞在线检测仪电连接、闭环控制，根据其反馈的汞排放浓度信号，控制喷入所述混合装置内的脱汞氧化剂的浓度和/或量。

作为优选方式，所述脱汞氧化剂供给装置与所述SCR脱硝还原剂供给装置电连接、闭环控制，其脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂；所述SCR脱硝装置反应器上、下游烟道还设置有NOx在线分析仪，所述SCR脱硝还原剂供给装置与所述NOx在线分析仪电连接、闭环控制，根据其反馈的NOx排放浓度信号和所述脱汞氧化剂供给装置反馈的脱汞氧化剂的量，控制通入所述混合装置内的SCR脱硝还原剂的浓度和/或量。

工艺过程：

本发明人发现：颗粒态汞Hg（p）很容易被除尘器高效去除；湿法烟气脱硫装置（WFGD）可吸收易溶于水的气态二价汞Hg²⁺、吸收效率可达70%；选择性催化还原（SCR）烟气脱硝装置在还原NOx的同时，可将单质汞Hg⁰氧化成易被WFGD脱除的二价汞Hg²⁺，单质汞Hg⁰被SCR装置催化氧化的效率可达80～90%。因此在本发明方案中充分利用现有SCR脱硝***、除尘器、脱硫***，既实现了良好的脱硝、脱硫、脱汞的协同作用，同时脱汞效果良好满足国家标准要求，而且***改动少、改造投资成本低，***简单可靠。

而且，由于烟气中汞浓度非常低，所需要的脱汞氧化剂的量很少，本发明人采用逐级稀释和扩散的方法，解决氧化剂均匀分散到烟气中的技术难点，保证良好的脱汞效果：

引温度锅炉热一次风或热二次风作为脱汞氧化剂加热/分解的热源和作为SCR脱硝还原剂加热分解和/或稀释空气（最适宜的是采用压力5000-12000Pa的锅炉热一次风），与脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合，此为脱汞氧化剂的第一次混合和稀释，之后利用SCR脱硝装置原本的脱硝还原剂喷射装置喷射入烟气中再次与烟气混合，此为脱汞氧化剂的第二次混合和稀释，由此既解决极少量脱汞氧化剂与大量烟气充分混合的技术难点，同时又实现脱硝还原剂与烟气的充分混合，一举两得。

脱汞氧化剂采用HCl，如将0-43%Wt.的氯化铵溶液或0-37%Wt.的盐酸溶液的脱汞氧化剂溶液（以及其他可以分解产生类似HCl的具有相同功能的氧化剂）喷射到引入的热的一次风或二次风的管道中。

脱汞氧化剂溶液在引入的热的一次风或二次风加热下受热分解：

氯化铵受热分解成氨和氯化氢，NH₄Cl→NH₃+HCl

HCl(l)→HCL(g)

脱汞氧化剂溶液分解的气态HCl与热的空气和SCR脱硝还原剂进行初步混合后，通过SCR脱硝的脱硝还原剂注射装置（优选氨注射栅格（AIG））自身的少则数十个多则上百个的喷口注入到烟气中，再通过烟气混合器混合，使得脱汞还原剂、SCR脱硝还原剂均匀分散到烟气中。

汞的氧化：

烟气流经SCR装置，在SCR脱硝装置催化剂作用下，烟气中气态单质汞Hg⁰被氧化成易于被下游WFGD装置吸收的气态二价***Hg²⁺(HgCl₂)：

Hg⁰+1/2O₂+ 2HCl→HgCl₂+H₂O

汞的协同脱除：

烟气经过SCR脱硝装置后，流向下游的除尘器和WFGD装置，烟气中颗粒态汞Hg（p）被除尘器收集去除，烟气中气态二价***Hg²⁺被WFGD装置吸收，脱除了汞的净烟气通过烟囱排入大气。

控制策略：

在WFGD下游、烟囱入口之前的烟道上设置汞在线检测仪，检测烟气中的汞排放浓度，通过浓度信号反馈，控制喷入的脱汞氧化剂的浓度和/或量。

本发明的有益效果：利用SCR脱硝装置、除尘器、WFGD装置，达到协同脱除烟气中汞的目的，满足烟气汞排放标准。

充分利用锅炉热的一次风或热的二次风以及SCR脱硝AIG结构，将脱汞氧化剂逐级稀释均匀地播散到烟气中，巧妙地解决了因脱汞氧化剂量少难于均匀分散到烟气中的难点，并同时节省了脱汞投资成本和运行成本。

附图说明

图1是本发明实施例1的装置流程示意图；

图2是实施例1中脱汞氧化剂喷***构示意图；

图3是本发明实施例2的装置流程示意图。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

一种烟气汞协同脱除的方法，引锅炉热一次风或热二次风作为脱汞氧化剂加热或分解的热源和作为SCR脱硝还原剂加热分解和/或稀释空气，将0-43%Wt.的氯化铵溶液或0-37%Wt.的盐酸溶液的脱汞氧化剂溶液喷射到引入热的一次风或二次风的管道中，与同时通入的SCR脱硝还原剂混合后再经空气混合器混合后，通过SCR脱硝的还原剂注射栅格自身的多个喷口注入到烟气中，再通过烟气混合器混合，之后随烟气流程进入SCR脱硝装置中脱硝并同时将单质汞Hg⁰氧化成气态二价***Hg²⁺，之后进入除尘器中除尘并同时除去颗粒态汞Hg，再之后在湿法烟气脱硫装置中脱硫的同时除去二价***Hg²⁺。在湿法烟气脱硫装置下游、烟气最终排放之前，设置汞在线检测仪，检测烟气中的汞排放浓度，通过汞排放浓度信号反馈，控制喷入的脱汞氧化剂的浓度和/或量。当脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂时， SCR脱硝装置反应器上、下游烟道还设置有NOx在线分析仪，并根据其反馈的NOx排放浓度信号和脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂的量，控制通入的SCR脱硝还原剂的浓度和/或量。

实施例1：

如图1、2所示，脱汞氧化剂采用0-43%Wt.氯化铵溶液。

锅炉1燃烧生成的烟气11流经SCR脱硝装置上游烟道40，与SCR脱硝装置AIG注射管道46喷人的脱汞氧化剂HCl气体混合，经过烟气混合器47混合均匀后，进入SCR脱硝装置反应器49，在SCR催化剂48作用下，烟气中的气态单质汞Hg⁰被氧化成气态二价***Hg²⁺(HgCl₂)；烟气经过空气预热器5换热后再向下游进入除尘器6，烟气中颗粒态汞Hg（p）被除尘器6收集去除；脱除颗粒态汞的烟气经过引风机7进入湿法烟气脱硫（WFGD）装置8，烟气中气态二价***Hg²⁺被WFGD装置8的喷淋液吸收，脱除了汞的净烟气最后通过烟囱9排入大气。

引空气预热器5换热后的0.5-3%流量的热的一次风或热的二次风51作为脱汞氧化剂受热分解的热源和SCR脱硝还原剂加热分解和/或稀释空气进入空气混合器管道44。SCR脱硝还原剂供给装置：脱硝还原剂41经过脱硝还原剂流量调节阀42调节脱硝还原剂流量43后进入空气混合器管道44，经过空气混合器45混合后，通过SCR脱硝装置AIG 46注射到烟道40中，再经过烟气混合器47混合均匀，流入SCR脱硝装置反应器49，在催化剂48作用下达到脱硝的目的。

脱汞氧化剂供给装置：氯化铵溶液储罐2中的0-43%Wt.氯化铵溶液21由泵24输送脱汞氧化剂溶液喷枪25，通过喷枪25雾化喷射到空气混合器管道44中，氯化铵溶液受热分解成气体NH₃和气体HCl，随SCR脱硝还原剂经过空气混合器45混合后通过SCR脱硝装置AIG 16自身的数十个至数百个喷口播散到烟道40中，再通过烟气混合器45混合，使HCl和NH₃均匀分散到烟气中，在催化剂作用下，HCl作为汞的氧化剂，将烟气中的气态单质汞Hg⁰被氧化成气态二价***Hg²⁺(HgCl₂)，NH₃作为SCR脱硝的还原剂脱除烟气中的NOx。

脱汞氧化剂溶液喷枪25，附图2由喷嘴251、内套管252、外套管253、内套管254接口和外套管255接口组成。外套管接口255连接脱汞氧化剂溶液21管道，内套管接口254连接压缩空气31管道。通过调节脱汞氧化剂溶液21管线上的调节阀22调节氧化剂流量23，调节压缩空气31管线上的调节阀32调节压缩空气流量33，使压缩空气与氧化剂溶液的质量比为2-10，将氧化剂溶液雾化成1-100μm的液滴雾化喷射到空气混合器管道44中，使脱汞氧化剂溶液快速受热分解。喷枪内外套管接口连接介质的管道可以相互交换。

在SCR脱硝装置反应器49上、下游烟道设置有NOx在线分析仪49-1和49-2,，其信号反馈到脱硝还原剂流量调节阀42调节脱硝还原剂流量43，控制脱硝效率。

在WFGD装置8和烟囱9之间设置汞检测仪99，用以检测排放到大气中的汞浓度。汞检测仪99信号反馈到脱汞氧化剂溶液流量调节阀22调节氧化剂流量23；脱汞氧化剂溶液流量调节阀22开度信号反馈到SCR脱硝还原剂流量调节阀42，调节脱硝还原剂流量43。

脱硝还原剂为气氨、氨水和尿素溶液等，若采用尿素溶液，需在空气混合器45设置加热装置，将混合装置内的介质加热到400-650℃。

实施例2：

如附图3所示：脱汞氧化剂采用0-37%Wt.的盐酸溶液。

本实施例与实施例基本相同，其区别在于：脱汞氧化剂除了氯化铵溶液，还可采用能够受热分解产生HCl的与氯化铵类似的氧化剂，也很容易想到直接采用盐酸溶液。采用盐酸溶液作为脱汞氧化剂，仅控制策略与氯化铵氧化剂不同。SCR脱硝控制与脱汞控制是两个独自的闭环回路，脱汞氧化剂盐酸溶液流量调节阀22开度信号不需要反馈到SCR脱硝还原剂流量调节阀42调节脱硝还原剂流量43。

实施例3：

在实施例1和2的基础上，可以通过同时调整脱汞氧化剂溶液浓度和/或量控制汞排放浓度和脱硝效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种烟气汞协同脱除的方法，其特征在于步骤包括：引锅炉热一次风或热二次风作为脱汞氧化剂加热或分解的热源和作为SCR脱硝还原剂加热分解和/或稀释空气，与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合后，喷射入烟气中再次与烟气混合后，随烟气流程进入SCR脱硝装置中脱硝并同时将单质汞Hg⁰氧化成气态二价***Hg²⁺，之后进入除尘器中除尘并同时除去颗粒态汞Hg，再之后在湿法烟气脱硫装置中脱硫的同时除去二价***Hg²⁺。

2.如权利要求1所述的烟气汞协同脱除的方法，其特征在于：所述一次风或热二次风与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合具体为：将0-43%Wt.的氯化铵溶液或0-37%Wt.的盐酸溶液的脱汞氧化剂溶液喷射到热的引入一次风或二次风的装置中，与同时通入的SCR脱硝还原剂混合后再经空气混合器混合。

3.如权利要求2所述的烟气汞协同脱除的方法，其特征在于：所述一次风或热二次风与所述脱汞氧化剂和SCR脱硝还原剂混合后，通过SCR脱硝的还原剂注射栅格自身的多个喷口注入到烟气中，再通过烟气混合器混合。

4.如权利要求1所述的烟气汞协同脱除的方法，其特征在于：在所述湿法烟气脱硫装置下游、烟气最终排放之前，设置汞在线检测仪，检测烟气中的汞排放浓度，通过汞排放浓度信号反馈，控制喷入的脱汞氧化剂的浓度和/或量。

5.如权利要求1所述的烟气汞协同脱除的方法，其特征在于：所述脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂，所述SCR脱硝装置反应器上、下游烟道还设置有NOx在线分析仪，并根据其反馈的NOx排放浓度信号和脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂的量，控制通入的SCR脱硝还原剂的浓度和/或量。

6.一种权利要求1至5中任一权利要求所述的烟气汞协同脱除方法的装置，包括SCR脱硝***的SCR脱硝还原剂供给装置、SCR脱硝还原剂注射装置、SCR脱硝装置反应器、除尘器和湿法烟气脱硫装置，其特征在于：还包括脱汞氧化剂供给装置、空气混合装置，所述空气混合装置其分别设有连通锅炉热一次风或热二次风以及所述脱汞氧化剂供给装置、SCR脱硝还原剂供给装置的入口，以及连通所述SCR脱硝还原剂注射装置的出口，且在所述出、入口之间还设有空气混合器，所述SCR脱硝还原剂注射装置和SCR脱硝装置反应器之间设有烟气混合器。

7.如权利要求5所述的烟气汞协同脱除装置，其特征在于：所述锅炉热一次风或热二次风引自所述SCR脱硝装置反应器下游的空气预热器换热后的热的一次风或热的二次风。

8.如权利要求5所述的烟气汞协同脱除装置，其特征在于：在所述湿法烟气脱硫装置下游、烟气最终排放之前，还设置有汞在线检测仪，所述脱汞氧化剂供给装置与所述汞在线检测仪电连接、闭环控制，根据其反馈的汞排放浓度信号，控制喷入所述空气混合装置内的脱汞氧化剂的浓度和/或量。

9.如权利要求5所述的烟气汞协同脱除装置，其特征在于：所述脱汞氧化剂供给装置与所述SCR脱硝还原剂供给装置电连接、闭环控制，其脱汞氧化剂复产SCR脱硝还原剂；所述SCR脱硝装置反应器上、下游烟道还设置有NOx在线分析仪，所述SCR脱硝还原剂供给装置与所述NOx在线分析仪电连接、闭环控制，根据其反馈的NOx排放浓度信号和所述脱汞氧化剂供给装置反馈的脱汞氧化剂的量，控制通入所述混合装置内的SCR脱硝还原剂的浓度和/或量。