一种利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置及方法与流程

本发明涉及一种烟气脱汞技术，尤其是一种利用聚氯乙烯和锅炉飞灰对烟气中的汞进行综合脱除的装置及方法。

背景技术：
汞Hg是一种有毒的重金属元素，环境中的Hg有两种来源：自然排放和人为排放。煤炭燃烧是最大的人为汞排放源，排放到环境中的汞可对环境造成严重污染。燃煤电厂排放Hg可占到人为排放的70％，其中零价汞(Hg0)为主要的排放形式，因其性质稳定去除比较困难，因此，对零价汞的有效控制、去除是燃煤烟气脱汞技术中的关键环节。目前，国内外的专家已经对燃煤脱汞进行了大量研究，发现卤素及其化合物在烟气脱汞方面有很大的优势。聚氯乙烯是应用非常广泛的一种塑料，它被广泛制成各种产品：电线外皮、光纤外皮、鞋、手袋、袋、饰物、招牌与广告牌、建筑装潢用品、家俱、挂饰、滚轮、喉管、玩具、门帘、卷门、辅助医疗用品、手套、某些食物的保鲜纸、某些时装等。因为聚氯乙烯的用途非常广泛，所以会不可避免的产生大量聚氯乙烯产品废弃物，这些废弃物对环境造成了严重的污染。如果能把聚氯乙烯废料用于燃煤电站锅炉对烟气中的汞进行氧化，再把处理后的聚氯乙烯废料进行回收处理，这样既可以避免废料二次利用引起的氯化氢污染，又对燃煤电站脱汞起到了促进作用，实现了对聚氯乙烯废料的环保利用。普通煤粉锅炉飞灰对烟气中的汞具有一定吸附能力，向烟气中喷加卤素单质气体会提高飞灰对汞的吸附能力，但是如果要达到更好的吸附效果需要吸附能力更强的吸附剂。现有技术中，去除单质汞最有效和最广泛使用的吸附剂是活性炭，虽然该技术效果显著——可去除99％的单质汞，但该技术的运行费用(主要是活性炭的成本)较高，不利于大范围推广使用，而且活性炭的喷入会对燃煤飞灰的后期利用产生负面影响。M.AntoniaLopez-Anton等在“AvoidingMercuryEmissionsbyCombustioninaSpanishCirculatingFluidized-BedCombustion(CFBC)Plant”一文中提到：循环流化床锅炉飞灰能吸附85％-97％的烟气汞，循环流化床锅炉飞灰因其较高的含碳量对烟气汞有很强的吸附能力，又因为循环流化床锅炉飞灰的加入不会对煤粉锅炉飞灰的后续利用产生影响，所以是一种比较理想的吸附剂。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的方法，该方法脱汞效果好且成本低，脱汞添加剂的加量精确、利用率高。本发明所述技术问题是以下述技术方案实现的：一种利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置，它包括依次连接的锅炉炉膛、烟道和烟筒，烟道上依次设置省煤器、空气预热器、静电除尘器和湿法脱硫塔，其中还包括烟气汞在线监测器、循环烟道、加料装置、粉碎装置、气化装置、空气加热装置和智能控制装置，所述循环烟道设置在省煤器和空气预热器之间的烟道上，加料装置的出料口连接在循环烟道上；所述加料装置包括聚氯乙烯废料给料机和吸附剂给料机；所述空气加热装置包括电加热器和热空气储存箱；所述粉碎装置位于聚氯乙烯废料给料机上部。上述利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置，所述智能控制装置包括驱动加料装置的电动机和控制器，其中控制器包括乘法器、函数发生器和PID控制器，烟气汞在线监测器3的信号输出端与乘法器的输入端电气连接，乘法器的输出端通过函数发生器与PID控制器的输入端口电气连接，PID控制器的输出端与电动机的工作端电气连接。上述利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置，所述在循环烟道中安装风机，循环烟道的进烟口在靠近空气预热器入口的位置，排烟口在靠近省煤器出口的位置。上述利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置，所述聚氯乙烯废料给料机和吸附剂给料机为螺旋式给料机，聚氯乙烯废料给料机的出料口位于吸附剂给料机的出料口之前。一种利用所述装置进行烟气脱汞的方法，所述智能控制装置依据烟气中单质汞浓度和总汞浓度分别控制聚氯乙烯废料给料机和吸附剂给料机的电动机，将聚氯乙烯废料和吸附剂分别添加到气化装置和循环烟道中，聚氯乙烯废料经热空气气化后释放出氯化氢气体，氯化氢气体与吸附剂混合后喷入到烟道中；氯化氢将烟气中的单质汞转化为二价汞，并由吸附剂吸附；在静电除尘器和湿法脱硫塔将烟气汞脱除。上述进行烟气脱汞的方法，所述吸附剂为循环流化床锅炉飞灰。本发明利用气态二价汞易于被飞灰吸附和易溶于水的特点，在锅炉的排烟道中添加氧化剂氯化氢，将烟气中的零价汞氧化成气态二价汞，再利用循环流化床锅炉飞灰对氧化后的烟气汞进行吸附。利用所述方法在不对现有污染控制设施进行大规模改造的前提下，可以大大提高汞的脱除效果及脱汞效率。由于活性炭脱汞技术的运行成本相当高，若要达到90％的脱汞效率，每处理一磅汞需要25000～70000美元。因此，活性炭脱汞吸附剂的高成本制约了此技术的推广应用。本专利采用廉价的循环流化床锅炉飞灰作为吸附剂，因此节约了脱汞成本。智能控制装置通过监测得到的单质汞浓度信号和烟气流量信号，根据预先设定的聚氯乙稀添加函数比例，控制螺旋式给料机中电动机的转速，进而控制聚氯乙烯废料的添加量。同理通过烟气总汞浓度信号和烟气流量信号控制循环流化床锅炉飞灰的添加量，使添加量更加精确，添加剂的利用效率高。附图说明图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中聚氯乙烯废料添加智能控制装置的电路原理框图；图3是本发明中吸附剂添加智能控制装置的电路原理框图。图中各标号清单为：1、锅炉炉膛，2、烟道，3、烟气汞在线监测器，4、吸附剂给料机，5、粉碎装置，6、聚氯乙烯废料给料机，7、气化装置，8、热空气风机，9、热空气储存箱，10、电加热器，11、循环烟道风机，12、空气预热器，13、湿法脱硫塔，14、静电除尘器，15、烟筒，16、省煤器。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。如图1所示，一种利用聚氯乙烯和锅炉飞灰进行烟气脱汞的装置包括锅炉炉膛1、烟道2、粉碎装置5、气化装置7、空气加热装置、烟筒15、烟气汞在线监测器3和智能控制装置，其中烟道2连接在锅炉炉膛1的尾部，烟筒15连接在烟道2的尾部。烟道2上依次设置省煤器16、空气预热器12、静电除尘器14和湿法脱硫塔13。在省煤器16和空气预热器12之间的烟道2上设置循环烟道，循环烟道的进烟口在靠近空气预热器12入口的位置，排烟口在靠近省煤器16出口的位置。在循环烟道上沿烟气流动的方向依次安装循环烟道风机11、气化装置7、聚氯乙烯废料给料机6、粉碎装置5和吸附剂给料机4，其中循环烟道风机11安装在循环烟道中，气化装置7的出料口与吸附剂给料机4的出料口与循环烟道相连通，气化装置7出口位于吸附剂出料口之前。气化装置7上部安装有聚氯乙烯废料给料机6，聚氯乙烯废料给料机6上部安装有粉碎装置5。气化装置的热空气来源于热空气储存箱9，热空气储存箱9与气化装置7之间安装有控制热空气流量的热空气风机8，热空气储存箱9内安装有电加热器10。聚氯乙烯废料给料机6和吸附剂给料机4都为螺旋式给料机，此种给料方式添加准确，并易于控制。烟气汞在线监测器3可以实时连续在线监测烟气汞的浓度，可采用现有的通用型号。其监测探头设置在烟道中位于空气预热器12入口的位置，可以检测得到烟道烟气总汞实时浓度(μg/m3)与单质汞实时浓度(μg/m3)。智能控制装置包括聚氯乙烯废料添加智能控制装置和吸附剂添加智能控制装置。烟气流量计设置在烟道2中，检测的烟气实时流量，流量信号接入智能控制装置，同样烟气总汞实时浓度和单质汞实时浓度的信号接入智能控制装置。如图2所示，聚氯乙烯废料添加智能控制装置包括用于驱动聚氯乙烯废料给料机6转动的电动机M和用于控制聚氯乙烯废料给料机6转速的控制器；控制器包括乘法器X、函数发生器F(x)和PID控制器。乘法器X的两个输入端分别与烟气流量信号输出端和烟气汞浓度信号输出端电气连接，乘法器X的输出端通过函数发生器F(x)与PID控制器的sp端口电气连接；PID控制器的pv端口与电动机M的转速信号输出端电气连接；PID控制器的输出端与电动机M的工作控制端电气连接。乘法器X接收烟气实时流量信号(m3/s)与单质汞实时浓度信号(μg/m3)，计算出烟气中单质汞的实时含量(μg/s)，函数发生器F(x)依据预先给定的聚氯乙烯废料添加比例生成相应的函数，计算出电动机M的转速信号给定值，该转速信号给定值与电动机M实际转速的偏差经PID控制器运算后得出电动机转速指令来控制电动机M的转速，电动机M带动聚氯乙烯废料给料机6转动，使聚氯乙烯废料按烟气的单质汞含量信号进行添加。如图3所示，吸附剂添加智能控制装置原理同聚氯乙烯废料添加智能控制装置。乘法器X1接收烟气实时流量信号(m3/s)与烟气总汞实时浓度信号(μg/m3)，计算出烟气中总汞的实时含量(μg/s)，函数发生器E(x)依据预先给定的添加剂添加比例生成相应的函数，计算出电动机N的转速信号给定值，该转速信号给定值与电动机N实际转速的偏差经PID1控制器运算后得出电动机转速指令来控制电动机N的转速，电动机N带动添加剂给料机4转动，使添加剂按烟气总汞的含量信号进行添加。本发明利用聚氯乙烯废料及循环流化床飞灰进行烟气脱汞的方法及工作过程如下：燃煤电站中锅炉炉膛1产生的烟气经由烟道2，依次通过省煤器16、空气预热器12、静电除尘器14和湿法脱硫塔13后从烟筒15排出，循环烟道风机11将烟道2尾部(即靠近空气预热器12入口位置)的部分烟气抽吸入循环烟道中，并在上游(即靠近省煤器16出口位置)排出，循环烟道中的循环烟气量由循环烟道风机11控制，聚氯乙烯废料经粉碎装置5粉碎后落入聚氯乙烯废料给料机6内，氯乙烯废料给料机6将聚氯乙烯废料粉末添加到气化装置7中，经气化后产生的氯化氢气体随热空气携带进入循环烟道中；气化所用热空气由热空气储存箱9内的电加热器10加热后经热空气风机8送入气化装置7中。热空气温度控制在240-340℃之间，热空气流速控制在0.1-0.5m/s。聚氯乙烯废料粉末经热空气风机8抽进来的热空气气化析出氯化氢气体后，与由吸附剂给料机4添加到循环烟道中的循环流化床锅炉飞灰混合，喷入到烟道2。经气化处理后的聚氯乙烯废料回收利用。聚氯乙烯废料添加智能控制装置依据烟道烟气实时流量与单质汞实时浓度控制聚氯乙烯废料给料机6的电动机M的转速，从而实现对聚氯乙烯废料给料机6的给料速度的控制。吸附剂添加智能控制装置依据烟道烟气实时流量与烟气总汞实时浓度控制吸附剂给料机4的电动机N的转速，从而实现对吸附剂给料机4的给料速度的控制。聚氯乙烯废料给料机5添加的聚氯乙烯废料经气化产生氯化氢气体后与循环流化床锅炉飞灰混合，随循环烟道中的烟气投放到烟道2中，进入烟道2的氯化氢气体与烟气中的单质汞反应，使之转化为气态二价汞，一部分气态二价汞被粉煤炉飞灰及循环流化床锅炉飞灰吸附，进而在静电除尘器14脱除，还有一部分气态二价汞在其后的湿法脱硫塔13脱除，经过湿法脱硫塔13后的烟气进烟筒15排至大气。烟气中的汞90％以上都被吸收，因此大大减少了烟气汞的排放，减少环境污染，而且避免了聚氯乙烯废料二次利用过程中引起的氯化氢污染，实现了对聚氯乙烯废料的环保利用。