CN106823773A - 一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，所述添加剂为一种或几种溴化合物的混合物，其中，所述的溴化合物包括NaBr、KBr、NaBrO3、KBrO3、CaBr2水溶液，其浓度分别为0.1～5mol/L，0.1～3mol/L，0.1～1mol/L，0.1～1mol/L，0.1～5mol/L；所述吸附剂为活性炭、活性焦、载Br的改性活性炭中的一种或几种混合物，所述载Br改性活性炭的Br负载量为1～10wt％；将所述的添加剂加入燃煤燃烧***的锅炉，将吸附剂在烟气净化***的除尘装置上游烟道喷射。本发明把协同脱汞作用最大化，且能够利用现有的污染物脱除设备，具有工艺简单脱汞效率高成本低等优点。

Description

一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法
技术领域
本发明属于节能环保领域，特别是大气污染控制领域中的一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法。
背景技术
随着经济的发展，社会对煤炭、石油等能源的消耗不断加剧，这些燃料的燃烧利用会产生SOx、NOx、粉尘、汞等诸多大气污染物，其中汞作为重金属污染物，通过呼吸、皮肤接触、饮食等方式进入人体后，导致各种神经***、心血管***疾病，对人体健康产生重大危害。在我国燃煤电厂、燃煤工业锅炉、有色金属冶炼、水泥行业是主要的汞排放源，占整个行业汞排放的80％以上，其中绝大部分又是燃煤电厂和工业锅炉烟气排放的汞。
由于我国的煤中氯含量低，煤燃烧过程中汞绝大部分都以气态元素汞(Hg0)的形式进入烟气中；随着烟气的冷却，部分Hg0同其他燃烧产物相互作用，一部分转化成气态***(Hg2+)和颗粒态汞(HgP)。这三种形态的汞的性质各不相同，其中Hg0难以从烟气中去除，Hg2+水溶性相对较好，易被脱硫设备洗涤脱除，而HgP则易被除尘设备捕集。目前，我国关于烟气汞控制方面还没有单独的汞控制装置，大部分利用现有的脱硝、除尘、脱硫设备进行污染物协同控制，虽然以上设备对汞有一定的脱除作用，但是其效率较低。
近几年，国内外关于烟气汞控制方面进行了大量研究，其主要的技术可分为两种，一种是汞的氧化吸收技术，该技术是通过在烟气中加入各类催化剂或氧化剂，加强Hg0在烟气中向Hg2+的转化，再利用脱硫装置把汞从烟气中去除，比如美国专利US8496894(2013)介绍了一种通过使用含卤素添加剂(碘和溴的单质或化合物)来控制总汞排放的技术和装置；中国专利CN 103223290 A(2013)公开了一种烟气除汞的烟气调质剂及其净化方法，调制剂选用溴化铵，利用烟气自身温度对烟气调质剂实施活化，活化的烟气调质剂对汞的氧化、吸附同时进行，再利用***已有的烟气净化设备实现烟气脱汞。然而被脱硫***大量吸收的Hg2+并不很稳定，在脱硫浆液里可重新还原成Hg0而释放到气相中，影响***脱汞效率。
另一方面是汞的吸附技术，主要是利用吸附剂吸附烟气中的Hg2+和HgP，再利用除尘设备把汞从烟气中去除，比如，中国专利CN101417223A(2009)公开了一种改性碳基燃煤烟气汞吸附剂及其应用，吸附剂采用以卤盐和硫代硫酸盐溶液浸渍改性的活性碳；中国专利CN103480336A(2014)公开了一种采用磷酸和卤化铵盐改性双重处理的活性焦用于强化脱汞的技术。然而改性吸附剂虽能强化吸附烟气中的汞，但其主要吸附对象是Hg2+或Hgp，而对Hg0的强化吸附能力还是存在局限性。
可以看出，目前在商业应用的汞氧化吸收或吸附脱汞等单一技术虽然或提高汞氧化率或提高汞吸附能力，但并没有根据他们的脱除机理整合到汞的***控制，如果有效的耦合这两种技术，一方面把前面氧化的汞通过吸附剂吸收，避免大量汞被液相吸收后又重新再释放，另一方面通过吸附前的汞氧化，提高吸附剂吸附汞的能力，而且有效耦合这两种技术不是简单的算术加和，不仅提高整体脱汞效率，而且使氧化剂和吸附剂的用量都相应减少，实现成本的降低。
发明内容
本发明为了克服上述单一脱汞技术中的局限性，提供了一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法。本发明不仅用于锅炉烟气脱汞外，还可以用于配备除尘、脱硫等烟气净化装置的金属冶炼、水泥、化工、石油炼制等行业的烟气脱汞。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，所述添加剂为一种或几种溴化合物的混合物，其中，所述的溴化合物包括NaBr、KBr、NaBrO3、KBrO3、CaBr2水溶液，其浓度分别为0.1～5mol/L，0.1～3mol/L，0.1～1mol/L，0.1～1mol/L，0.1～5mol/L；
所述吸附剂为活性炭、活性焦、载Br的改性活性炭中的一种或几种混合物，所述载Br改性活性炭的Br负载量为1～10wt％；
将所述的添加剂加入燃煤燃烧***的锅炉，将吸附剂在烟气净化***的除尘装置上游烟道喷射。
进一步，所述添加剂浓度为0.1mol/L～5mol/L。
进一步，所述的添加剂的加入量由给煤量决定，添加剂中溴和煤的质量比为5～200ppm。
进一步，所述的吸附剂喷射量与烟气中汞的质量比为500：1～6000：1
本发明的有益效果是：
本发明把协同脱汞作用最大化，且能够利用现有的污染物脱除设备，因此具有工艺简单，操作方便，脱汞效率高，成本低等优点。
附图说明
图1为本发明的烟气脱汞方法采用的燃煤燃烧***和烟气净化***示意图；
1—锅炉、2—脱硝反应器、3—空气预热器、4—除尘器、5—脱硫塔、6—烟囱、7—添加剂储罐、8—添加剂输送泵、9—导流管、10—添加剂输送管、11—吸附剂储罐、12—给料泵、13—给料机、14—喷射器、15—风机、16—吸附剂输送管、17—吸附剂喷射管组。
具体实施方式
一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，所述添加剂为一种或几种溴化合物的混合物，其中，所述的溴化合物包括NaBr、KBr、NaBrO3、KBrO3、CaBr2的水溶液，其浓度分别为0.1～5mol/L，0.1～3mol/L，0.1～1mol/L，0.1～1mol/L，0.1～5mol/L。
所述吸附剂为活性炭，活性焦，载Br的改性活性炭中的一种或几种混合物。
将所述的添加剂加入燃煤燃烧***的锅炉，添加剂浓度为0.1mol/L～5mol/L，添加剂的加入量由给煤量决定，添加剂中溴和煤的质量比为5～200ppm。将吸附剂在烟气净化***的除尘装置上游烟道喷射，吸附剂喷射量与烟气中汞的质量比为500：1～6000：1。燃烧烟气中Hg0在添加剂的作用下转化成Hg2+，同时与喷射进入烟气的吸附剂充分混匀、反应吸附，被吸附剂吸附的汞在所述除尘装置随颗粒物一并脱除，未被吸附的汞在烟气净化***的脱硫装置中被进一步吸收，实现烟气脱汞。
本发明在如图1中配备有脱硝、除尘、脱硫等烟气净化***和燃煤燃烧***的基础上实施烟气脱汞，其中脱硝反应器2中的催化剂对Hg0向Hg2+的转化有促进作用；除尘器4(烟气净化***的除尘装置)的作用是将吸附汞的吸附剂粉末捕集；脱硫塔5(烟气脱硫装置)的作用是吸收烟气中可溶的Hg2+。
添加剂供应***包括添加剂储罐、输送泵、导流管及其输送管道。添加剂加入添加剂供应***的实施方式为：将添加剂储罐7里的添加剂溶液利用输送泵8经输送管道10送到导流管9，添加剂经过导流管均匀的滴落在入炉煤中，从而进入燃煤燃烧***的锅炉1燃烧，烟气经脱硝反应器2和空气预热器3后，吸附剂喷射管组17喷出的吸附剂与烟气中的汞充分接触、混合、反应。
本发明描述的吸附剂喷射***中吸附剂喷射管组17采用CN203469763U中的吸附剂喷嘴。本发明的吸附剂喷射***主要包含吸附剂储罐、给料泵、给料机、喷射器、风机、吸附剂喷射管组及其输送管道。具体工作过程为：吸附剂储罐11里的吸附剂利用给料泵12经输送管道16送入给料机13，吸附剂在给料机13上称重给料后沿输送管道16送入喷射器14，在喷射器14里吸附剂与由风机15鼓入到输送管道16的空气混合，升压后的吸附剂送入吸附剂喷射管组17，从吸附剂喷射管组喷出的吸附剂与烟气中的汞充分接触、混合、反应，吸附饱和的吸附剂颗粒随烟气进入后续的除尘器4和脱硫塔5(烟气脱硫装置)后被捕集和洗涤，从而实现汞的高效脱除，然后从烟囱6排除。
实施例1
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，该燃煤机组配有SCR、ESP和WFGD等烟气净化装置，首先测得锅炉出口烟气总汞浓度为8.56μg/m3，其中Hg0浓度比例为39.5％，烟囱入口烟气总汞浓度为4.74μg/m3，其基准总脱汞效率为44.6％。其次测定单独加入添加剂溶液时的脱汞率，添加剂采用采用5mol/L CaBr2溶液，加入量为44L/h，待试验稳定后，测得锅炉出口烟气中Hg0浓度比例为11.8％，表明约70％左右的Hg0向Hg2+转化，同时烟囱入口烟气总汞浓度为0.84μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低82.3％，其总脱汞效率达到90.2％；然后测定单独喷射吸附剂时的脱汞率，吸附剂采用载Br活性炭，其Br负载量为10wt％，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比2800:1进行喷射，待试验稳定后，测得烟囱入口烟气总汞浓度为1.14μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低75.9％，其总脱汞效率达到86.7％；
最后采用本发明技术，添加剂采用0.1mol/L CaBr2溶液，加入量为22L/h，吸附剂采用载Br活性炭，其Br负载量为1wt％，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比900:1进行喷射，待试验稳定后，测得烟囱入口烟气总汞浓度为0.66μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低86.1％，其总脱汞效率达到92.3％；
实施例2
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，添加剂采用1mol/LCaBr2溶液，加入量为22L/h，吸附剂采用活性炭和载Br活性炭的混合物，其质量混合比为1:1，其中载Br活性炭中Br负载量为10wt％，两种吸附剂的混合比为0.2：1～0.8:1，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比1900:1进行喷射，其余条件与实施例1相同。待试验稳定后，测得烟囱入口烟气总汞浓度为0.60μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低87.1％，其总脱汞效率达到93.0％。
实施例3
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，添加剂采用NaBrO3和KBrO3混合溶液，混合比为0.2：1～0.8：1，混合溶液总浓度为2mol/L，加入量为40L/h，吸附剂采用活性炭和载Br活性炭的混合物，其质量混合比为1:1，其中载Br活性炭中Br负载量为10wt％，两种吸附剂的混合比为0.2:1～0.8：1，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比1900:1进行喷射，其余条件与实施例2相同。待试验稳定后，烟囱入口烟气总汞浓度为0.62μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低86.9％，其总脱汞效率达到92.8％。
实施例4
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，添加剂采用NaBr和KBr混合溶液，混合比为0.2：1～0.8：1，混合溶液总浓度为0.1mol/L，加入量为38L/h，吸附剂采用活性炭和载Br活性炭的混合物，其质量混合比为1:1，其中载Br活性炭中Br负载量为10wt％，两种吸附剂的混合比为0.2:1～0.8：1，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比1900:1进行喷射，其余条件与实施例3相同。待试验稳定后，烟囱入口烟气总汞浓度为0.56μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低88.2％，其总脱汞效率达到93.5％。
实施例5
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，添加剂采用NaBr和KBr混合溶液，混合比为0.2：1～0.8：1，混合溶液总浓度为0.5mol/L，加入量为38L/h，吸附剂采用活性焦和载Br活性炭的混合物，其质量混合比为1:1，其中载Br活性炭中Br负载量为10wt％，两种吸附剂的混合比为0.2:1～0.8：1，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞的重量比1900:1进行喷射，其余条件与实施例4相同。待试验稳定后，测得烟囱入口烟气总汞浓度为0.59μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低87.6％，其总脱汞效率达到93.1％。
实施例6
在某300MW机组燃煤电厂进行本发明的脱汞试验，添加剂采用NaBr和KBr混合溶液，混合比为0.2：1～0.8：1，混合溶液总浓度为1mol/L，加入量为38L/h，吸附剂采用活性炭和载Br活性炭的混合物，其质量混合比为1:2，其中载Br活性炭中Br负载量为5wt％，两种吸附剂的混合比为0.2:1～0.8：1，吸附剂喷射量以吸附剂与烟气中汞重量比5600:1进行喷射，其余条件与实施例3相同。待试验稳定后，测得烟囱入口烟气总汞浓度为0.47μg/m3，相比基准条件，总汞浓度降低90.1％，其总脱汞效率达到94.5％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，其特征在于，所述添加剂为一种或几种溴化合物的混合物，其中，所述的溴化合物包括NaBr、KBr、NaBrO3、KBrO3、CaBr2水溶液，其浓度分别为0.1～5mol/L，0.1～3mol/L，0.1～1mol/L，0.1～1mol/L，0.1～5mol/L；
所述吸附剂为活性炭、活性焦、载Br的改性活性炭中的一种或几种混合物，所述载Br改性活性炭的Br负载量为1～10wt％；
将所述的添加剂加入燃煤燃烧***的锅炉，将吸附剂在烟气净化***的除尘装置上游烟道喷射。
2.如权利要求1所述的采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，其特征在于，所述添加剂浓度为0.1mol/L～5mol/L。
3.如权利要求1所述的采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，其特征在于，所述的添加剂的加入量由给煤量决定，添加剂中溴和煤的质量比为5～200ppm。
4.如权利要求1所述的采用添加剂和吸附剂的燃煤烟气脱汞方法，其特征在于，所述的吸附剂喷射量与烟气中汞的质量比为500：1～6000：1。
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