促进燃煤飞灰对烟气中汞等污染物吸附脱除的系统及方法与流程

本发明属于火力发电机组及环保技术领域，具体涉及一种促进燃煤飞灰对烟气中汞等污染物吸附脱除的系统及方法。

背景技术：

汞是一种剧毒性物质，会对环境、人体产生长期而又严重的危害。汞作为煤中一种痕量元素，在燃煤过程中，大部分会随着烟气排入大气。虽然燃煤电厂烟气中的汞质量浓度很低，仅约为1～20μg/m³，但其总量巨大，是全球最主要的人为汞排放源之一。我国是世界上第一燃煤大国，因此由于燃煤导致的汞排放问题更为严重。

在联合国环境规划署的积极推动下，2013年全球达成了一项具有法律约束力的水俣公约，要求各国加紧进行汞污染控制。本公约的主要内容包括：逐步淘汰含汞产品的生产和贸易，消减非法小作坊和小金矿中的汞使用，大型燃煤发电厂和燃煤锅炉应具备控制汞排放的配套措施。我国也是该公约的缔约国之一。

2011年，我国修改颁布了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，其中首次规定了燃煤电站汞污染排放标准为30μg/m³，自2015年1月1日起开始执行。汞污染控制，已成为燃煤电厂继颗粒物、SO₂、NOx之后，又一项需要重点控制的污染物，对于我国环境和人民群众健康具有重要意义。

燃煤电厂烟气中的汞分为三类，分别是气态元素汞、气态二价汞、固体颗粒汞。其中，固体颗粒汞是被飞灰吸附的汞，随着飞灰被除尘器捕集下来，可以实现高效脱除。而吸附了汞的飞灰，当飞灰含碳量等指标满足要求而用作水泥等的原料时，汞将得以固化，没有汞二次释放的问题。因此，提高燃煤锅炉飞灰对汞的吸附脱除效果，是一种非常好的燃煤电厂汞污染控制思路。

目前，燃煤电厂的专用汞污染控制技术主要有两种。

一种是氧化脱汞技术，通过强制强化或催化氧化，促进气态元素汞转化为气态二价汞，然后利用湿法脱硫系统(WFGD)对气态二价汞的协同脱除效果，实现对汞的高效脱除，如专利“一种适合采用湿法烟气脱硫的燃煤电厂的汞污染控制装置”(专利号ZL 2012 2 0629036.2)。该技术的优点是投资成本低，脱汞效率高；缺点是脱硫塔吸收的汞可能往烟气中二次释放，石膏、脱硫废水中的汞也可能往环境中二次释放。

另一种是吸附脱汞技术，通过往烟气中喷入活性炭等吸附剂，对烟气中的汞进行吸附脱除，如专利“一种可以同时实现高效除尘脱汞的烟气净化系统”(专利号ZL 2011 1 0344472.5)。该技术是目前欧美主要采用的燃煤电厂脱汞技术。该技术的优点是脱汞效率高，适应性强而且效果稳定；但缺点是运行成本高，而且可能对飞灰的综合利用造成影响。

而在提高燃煤锅炉飞灰对汞的吸附脱除效果的基础上，分别与上述氧化脱汞技术和/或吸附脱汞技术进行有机结合，将实现1+1＞2的效果，克服现有燃煤电厂脱汞技术的缺点，对于实现燃煤电厂的汞污染控制具有非常重要的意义。

此外，通过强化飞灰的吸附，对于减少烟气中的SO₃等其它污染物的排放，也将具有一定的协同作用。

为了满足全球水俣公约及我国相关排放标准的要求，保护环境和人民群众健康安全，实现燃煤电厂高效低成本的汞污染控制势在必行，而目前主要的燃煤电厂专用脱汞技术当中，氧化脱汞技术存在湿法脱硫系统吸收的汞可能往烟气中或环境中二次释放等问题，吸附脱汞技术存在运行成本高、可能对飞灰的综合利用造成影响等缺点。

技术实现要素：

为实现燃煤电厂高效低成本的汞污染控制，克服现有技术存在的缺点，同时促进对SO₃等其它烟气污染物的脱除，本发明提出了一种促进燃煤飞灰对烟气中汞等污染物吸附脱除的系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种促进燃煤飞灰对烟气中汞等污染物吸附脱除的系统，包括在燃煤电厂原有除尘器13的入口增设的旋风分离器8，设置在旋风分离器8底部的飞灰输送系统10和飞灰仓9，飞灰输送系统10的出口连接旋风分离器8的入口烟道7或空气预热器4的出口烟道5；通过旋风分离器8增加烟气中飞灰的停留时间，促进飞灰对汞的吸附，减少了由燃煤电厂烟囱15排放烟气的汞含量；所述的旋风分离器8能够将含碳量较高的大粒径飞灰捕集下来，并通过飞灰输送系统10进行循环，从而提高烟气中的飞灰浓度，促进对汞的吸附。

在所述旋风分离器8的入口设有烟气冷却器6，用于降低烟气温度，促进飞灰对汞的吸附，并对吸收了烟气热量的工质12进行回收利用。

所述飞灰输送系统10和飞灰仓9间设置加入一定量的活性炭的活性炭仓11，活性炭随着大粒径飞灰一起送回旋风分离器8的入口烟道7或空气预热器4的出口烟道5，大幅提高对汞的吸附。

所述活性炭仓11中的活性炭的粒度大于旋风分离器8所捕集的大粒径飞灰的粒度，使得活性炭也能绝大部分被旋风分离器8捕集下来，仅有极少量的活性炭进入燃煤电厂原有除尘器13中，既能够有效减少活性炭的使用量，又能够大幅降低活性炭对燃煤电厂原有除尘器13所捕集的飞灰的影响。

利用飞灰仓9中所捕集的大粒径飞灰，经过飞灰改性处理，大幅提高其吸附汞等污染物的性能后，注入活性炭仓11，通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7或空气预热器4的出口烟道5，促进对汞等污染物的脱除。

所述飞灰改性处理方法为：当需要促进对汞的吸附时，用含S、Cl、Br、I的物质进行改性；当需要促进对SO₃的吸附时，用含Ca、K、Na的物质进行改性。

所述系统促进燃煤飞灰对烟气中汞等污染物吸附脱除的方法，锅炉1燃烧产生的烟气中含有汞，利用强制氧化剂2和/或催化氧化剂3提高烟气中气态二价汞的比例，这些气态二价汞在旋风分离器8中被烟气中飞灰吸附，减少了进入湿法脱硫系统14中的汞含量，克服了湿法脱硫系统14及其副产物中的汞再释放问题；所述的旋风分离器8将含碳量较高的大粒径飞灰捕集下来，一部分大粒径飞灰通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7或空气预热器4的出口烟道5，通过含碳量较高的大粒径飞灰的循环促进对汞的吸附；另一部分大粒径飞灰进入飞灰仓9中。

和现有技术相比较，本发明的突出优点是：

1.飞灰对汞具有一定的吸附能力，但现有燃煤电厂由于布置紧凑，烟道长度有限，飞灰所吸附的汞远未达到饱和，因此通过降低烟气温度、增加烟气中飞灰的停留时间、飞灰再循环等措施，促进飞灰对汞的吸附，可有效减少烟气汞排放。

2.飞灰中的未燃尽碳是飞灰吸附汞的主要因素。利用旋风分离器，可以实现对飞灰的筛选，将大粒径飞灰捕集下来，而小粒径飞灰则进入燃煤电厂原有除尘器，所捕集的大粒径飞灰的含碳量高于小粒径飞灰，因此对汞的吸附能力往往更强，对这一小部分飞灰进行循环利用，能效最高。

3.利用氧化脱汞技术，可以实现排放烟气中汞浓度的大幅下降，但这些氧化态汞大部分被湿法脱硫系统吸收后，脱硫塔吸收的汞可能往烟气中二次释放，石膏、脱硫废水中的汞也可能往环境中二次释放。与之相比，将氧化脱汞技术与本系统相结合，首先将气态元素汞氧化，而飞灰对二价汞的吸附能力高于元素汞，因此飞灰将吸附大部分的二价汞，吸附了汞的飞灰，当用作水泥等的原料时，汞将得以固化，没有汞二次释放的问题，因此更加环保。

4.常规的往烟气中喷入粉末活性炭的吸附脱汞技术，活性炭使用量较大，不仅运行成本高，而且可能对飞灰的综合利用造成影响。与之相比，将吸附脱汞技术与本系统相结合，选择粒度较大、能够被旋风分离器有效捕集的活性炭，可实现活性炭的循环利用，只有极少量的活性炭进入燃煤电厂原有除尘器中，这样既可有效减少活性炭的使用量，又可大幅降低活性炭对燃煤电厂原有除尘器所捕集的飞灰的影响。此时，飞灰仓中含有较高汞浓度的活性炭与飞灰的混合物，可以填满处理，也可以对其中的汞等成分进行回收。

5.由于旋风分离器所筛选(捕集)的飞灰粒度较大、含碳量较高，经过改性处理后也具有更好的吸附脱汞能力，因此可以将改性后的大粒径飞灰替代活性炭进行循环使用，从而在根本上解决喷射活性炭所存在的问题。

6.通过降低烟气温度、增加烟气中飞灰的停留时间、飞灰再循环等措施，还可以促进飞灰对SO₃的吸附，其中烟气温度的降低至酸露点以下时SO₃将形成硫酸酸雾，飞灰停留时间的增加、飞灰循环引起的飞灰浓度的增加，都可以促进对硫酸酸雾的吸附脱除。进一步的，还可以通过往收集的飞灰中加入碱性物质进行改性，促进对SO₃的吸附脱除。

7.利用烟气冷却器降低烟气温度，不仅有利于促进飞灰对汞的吸附，而且在一定程度上实现了烟气余热回收利用，对于下游的静电除尘器，还可以提高其除尘的效果。

附图说明

图1为本发明的实施例一的示意图。

图2为本发明的实施例二的示意图。

图3为本发明的实施例三的示意图。

图4为本发明的实施例四的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例在燃煤电厂原有除尘器13的入口，增设了一台旋风分离器8，通过旋风分离器8增加烟气中飞灰的停留时间。在旋风分离器8的入口，设有烟气冷却器6，用于降低烟气温度，并对吸收了烟气热量的工质12进行回收利用。同时，利用旋风分离器8将含碳量较高的粒径＞80μm的大粒径飞灰捕集下来，一部分大粒径飞灰通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7，另一部分大粒径飞灰进入飞灰仓9中。

该实施例的特点是：不与氧化脱汞技术和活性炭吸附脱汞技术相结合，仅通过降低烟气温度、增加飞灰停留时间、飞灰筛选及再循环的措施，促进飞灰对烟气中汞的吸附。该方案的脱汞效率较为有限，一般为60～80％。此外，对SO₃的脱除效率能达到80～90％。

实施例二：

如图2所示，本实施例在燃煤电厂原有除尘器13的入口，增设了一台旋风分离器8，通过旋风分离器8增加烟气中飞灰的停留时间。在旋风分离器8的入口，设有烟气冷却器6，用于降低烟气温度，并对吸收了烟气热量的工质12进行回收利用。同时，利用旋风分离器8将含碳量较高的粒径＞80μm的大粒径飞灰捕集下来，一部分大粒径飞灰通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7，另一部分大粒径飞灰进入飞灰仓9中。

利用强制氧化剂2和催化氧化剂3提高烟气中气态二价汞的比例，这些气态二价汞在旋风分离器8中被飞灰吸附，减少了进入湿法脱硫系统14中的汞含量。

该实施例的特点是：通过与氧化脱汞技术相结合，一方面通过降低烟气温度、增加飞灰停留时间、飞灰筛选及再循环的措施，另一方面通过利用强制氧化剂和催化氧化剂提高烟气中气态二价汞的比例，共同促进飞灰对烟气中汞的吸附，并可以有效克服单独采用氧化脱汞技术时可能存在的湿法脱硫系统及其副产物中的汞再释放问题。该方案的脱汞效率较高，可以达到90％左右。此外，对SO₃的脱除效率能达到80～90％。

实施例三：

如图3所示，本实施例在燃煤电厂原有除尘器13的入口，增设了一台旋风分离器8，通过旋风分离器8增加烟气中飞灰的停留时间。同时，利用旋风分离器8将含碳量较高的粒径＞150μm的大粒径飞灰捕集下来，一部分大粒径飞灰通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7，另一部分大粒径飞灰进入飞灰仓9中。

飞灰输送系统10中通过活性炭仓11加入一定量的活性炭，活性炭随着大粒径飞灰一起送回空气预热器4的出口烟道5。所用活性炭的粒度为200μm，使得所用活性炭也能绝大部分被旋风分离器8捕集下来，仅有极少量的活性炭进入燃煤电厂原有除尘器13中。

该实施例的特点是：通过与活性炭吸附脱汞技术相结合，一方面通过增加飞灰停留时间、飞灰筛选及再循环的措施，促进飞灰对汞的吸附；另一方面通过活性炭的加入，而所加入的活性炭又在不断循环，可大幅提高对汞的脱除效率。与常规粉末活性炭喷射技术相比，由于实现了活性炭的循环利用，因此有效减少了活性炭的使用消耗量，也可大幅降低活性炭对燃煤电厂原有除尘器13所捕集的飞灰的影响。该方案具有很高的脱汞效率，可以达到95％左右。此外，对SO₃的脱除效率能达到50～60％。

实施例四：

如图4所示，本实施例在燃煤电厂原有除尘器13的入口，增设了一台旋风分离器8，通过旋风分离器8增加烟气中飞灰的停留时间。在旋风分离器8的入口，设有烟气冷却器6，用于降低烟气温度，并对吸收了烟气热量的工质12进行回收利用。同时，利用旋风分离器8将含碳量较高的粒径＞80μm的大粒径飞灰捕集下来，一部分大粒径飞灰通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7，另一部分大粒径飞灰进入飞灰仓9中。

利用强制氧化剂2和催化氧化剂3提高烟气中气态二价汞的比例，这些气态二价汞在旋风分离器8中被飞灰吸附，减少了进入湿法脱硫系统14中的汞含量。

利用飞灰仓9中所捕集的大粒径飞灰，经过改性处理，大幅提高其吸附汞等污染物的性能后，注入活性炭仓11，通过飞灰输送系统10送回旋风分离器8的入口烟道7或空气预热器4的出口烟道5，促进对汞等污染物的脱除。

该实施例的特点是：在通过降低烟气温度、增加飞灰停留时间、飞灰筛选及再循环的措施以提高飞灰对汞的吸附的基础上，一方面与氧化脱汞技术相结合，利用强制氧化剂和催化氧化剂提高烟气中气态二价汞的比例；另一方面利用S、Br、Na对所捕集的飞灰进行改性，同时提高其对汞和SO₃的化学吸附能力。该方案具有很好的对汞和SO₃协同脱除的效果，脱除率均可以达到90％以上。