本发明涉及飞灰处理领域，具体而言，涉及一种飞灰中二噁英和金属汞的脱除系统。
背景技术：
垃圾焚烧、医疗废物焚烧以及工业生产中均会产生焚烧飞灰，飞灰中含有二噁英和重金属汞等有害物质，属于危险废物，必须进行无害化处理。重金属通过螯合剂或水泥等固化，得到稳定化合物。然而二噁英类物质不能通过固化稳定，需要进一步处理。
二噁英的化学稳定性很强，一旦进入生物体，因其高度脂溶性在体内蓄积，较难排出，是迄今为止发现过的最具致癌潜力的物质，也被称作“世纪之毒”。暴露在含有二噁英的环境中，可引起多种病理症状，并导致染色体损伤、心力衰竭和癌症等，其最大危险具有不可逆的致畸、致癌、致突变毒性。汞作为有毒重金属之一，其毒性排在首位，汞被联合国环境规划署列为全球性污染物，是除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的化学物质。研究表明，过多的元素态汞蒸气和无机汞化合物被人体摄入后，会对神经中枢系统造成损伤，同样表现出强烈的致畸、致癌和致突变作用。
因此，现有技术亟需一种能够脱除飞灰中二噁英和金属汞的方案，来同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种飞灰中二噁英和金属汞的脱除系统，以解决现有技术中难以同时脱除飞灰中二噁英和金属汞的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种飞灰中二噁英和金属汞的脱除系统，包括：二噁英脱氯单元，用于使飞灰中的二噁英发生脱氯反应，二噁英脱氯单元具有飞灰进口和含汞蒸气出口；气液分离器单元，用于对含汞蒸气进行冷却得到分离的含汞液态产物和含汞尾气，气液分离器单元具有含汞蒸气进口和含汞尾气出口，含汞蒸气进口与含汞蒸气出口相连；汞吸附单元，用于对含汞尾气进行吸附处理，汞吸附单元具有含汞尾气进口，含汞尾气进口与含汞尾气出口相连。
进一步地，上述二噁英脱氯单元包括：非氧化性气体供应装置；二噁英脱氯反应室，具有非氧化性气体进口、飞灰进口和含汞蒸气出口，非氧化性气体供应设备与非氧化性气体进口相连；密封式飞灰供应装置，与飞灰进口相连。
进一步地，上述二噁英脱氯反应室还具有脱二噁英飞灰出口，二噁英脱氯单元还包括骤冷装置，骤冷装置与脱二噁英飞灰出口相连，优选骤冷装置与脱二噁英飞灰出口通过密封式螺旋输送机相连。
进一步地，上述二噁英脱氯反应室内设置有飞灰螺旋输送机，飞灰螺旋输送机由飞灰进口延伸至脱二噁英飞灰出口。
进一步地，上述飞灰螺旋输送机为叶片螺旋面型螺旋输送机。
进一步地，上述密封式飞灰供应设备包括中间断开型螺旋给料机。
进一步地，上述气液分离器单元包括依次相连的温度控制装置、除尘装置和急冷装置，含汞蒸气进口设置在温度控制装置上，含汞尾气出口设置在急冷装置上。
进一步地，上述急冷装置为水冷装置或风冷装置，优选为二级水冷装置。
进一步地，上述汞吸附单元内设置有化学吸附剂或物理吸附剂。
进一步地，上述物理吸附剂为活性炭。应用本发明的技术方案，本申请的脱除系统首先利用二噁英脱氯单元脱除飞灰中的二噁英，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气，由于金属汞以及含汞化合物能够以蒸气的形式携带于非氧化气体中，因此能够在二噁英脱氯单元中得到与脱二噁英飞灰分离的含汞蒸气，便于对含汞蒸气中汞的脱除；且基于含汞蒸气高温的特点，首先利用气液分离器单元对其进行冷却即可将大部分的金属汞能够以液态方式分离出来，含汞尾气中的剩余汞元素再进一步利用汞吸附单元去除，从而形成能够实现高效的脱除汞的效果。由此可见，本申请的脱除系统在同一个工艺中实现了同时脱除飞灰中二噁英和金属汞的目的，因此采用上述脱除系统即可同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的脱除系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、二噁英脱氯单元；11、非氧化性气体供应装置；12、二噁英脱氯反应室；13、密封式飞灰供应装置；14、骤冷装置；121、飞灰螺旋输送机；
20、气液分离器单元；21、温度控制装置；22、除尘装置；23、急冷装置；
30、汞吸附单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中还不存在在同一个工艺中脱除飞灰中的二噁英和金属汞，导致不能同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题，为了解决上述技术问题，本申请提供了一种飞灰中二噁英和金属汞的脱除系统，如图1所示，该脱除系统包括二噁英脱氯单元10、气液分离器单元20和汞吸附单元30，二噁英脱氯单元10用于使飞灰中的二噁英发生脱氯反应，二噁英脱氯单元10具有飞灰进口和含汞蒸气出口；气液分离器单元20用于对含汞蒸气进行冷却得到分离的含汞液态产物和含汞尾气，气液分离器单元20具有含汞蒸气进口和含汞尾气出口，含汞蒸气进口与含汞蒸气出口相连；汞吸附单元30用于对含汞尾气进行吸附处理，汞吸附单元30具有含汞尾气进口，含汞尾气进口与含汞尾气出口相连。
本申请的脱除系统首先利用二噁英脱氯单元10脱除飞灰中的二噁英，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气，由于金属汞以及含汞化合物能够以蒸气的形式携带于非氧化气体中，因此能够在二噁英脱氯单元10中得到与脱二噁英飞灰分离的含汞蒸气，便于对含汞蒸气中汞的脱除；且基于含汞蒸气高温的特点，首先利用气液分离器单元20对其进行冷却即可将大部分的金属汞能够以液态方式分离出来，含汞尾气中的剩余汞元素再进一步利用汞吸附单元30去除，从而形成能够实现高效的脱除汞的效果。由此可见，本申请的脱除系统在同一个工艺中实现了同时脱除飞灰中二噁英和金属汞的目的，因此采用上述脱除系统即可同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题。
在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，上述二噁英脱氯单元10包括非氧化性气体供应装置11、二噁英脱氯反应室12和密封式飞灰供应装置13；二噁英脱氯反应室12具有非氧化性气体进口、飞灰进口和含汞蒸气出口，非氧化性气体供应设备与非氧化性气体进口相连；密封式飞灰供应装置13与飞灰进口相连。采用密封式飞灰供应装置13供应飞灰避免飞灰的逸出造成环境污染，采用专用的非氧化性气体供应装置11向二噁英脱氯反应室12供应非氧化性气体进行空气置换，提高了工艺实施的灵活性。
优选地，如图1所示，上述二噁英脱氯反应室12还具有脱二噁英飞灰出口，二噁英脱氯单元10还包括骤冷装置14，骤冷装置14与脱二噁英飞灰出口相连，将脱二噁英飞灰及时输送出二噁英脱氯反应室12提高了脱二噁英效率；优选骤冷装置14与脱二噁英飞灰出口通过密封式螺旋输送机相连，提高了脱除系统的密封性，避免了脱二噁英飞灰的污染。
飞灰在输送至脱氯反应室后，虽然在非氧化性气体作用下其可以以相对分散的状态存在于脱氯反应室，但是由于重力沉降作用其仍然溶剂沉积在脱氯反应室的底部，导致脱二噁英效率降低，为了解决该问题，优选如图1所示，上述二噁英脱氯反应室12内设置有飞灰螺旋输送机121，飞灰螺旋输送机121由飞灰进口延伸至脱二噁英飞灰出口。利用飞灰螺旋输送机121提高飞灰或脱二噁英飞灰的输送效率。
进一步优选上述飞灰螺旋输送机121为叶片螺旋面型螺旋输送机。通过控制上述叶片螺旋面型螺旋输送机的叶片转动使飞灰或脱二噁英飞灰搅动；通过固定叶片螺旋面型螺旋输送机的叶片并且使飞灰螺旋输送机121旋转输送飞灰或脱二噁英飞灰，提高脱二噁英效率。
为了提高飞灰的输送效率和密封稳定性，优选上述密封式飞灰供应设备包括中间断开型螺旋给料机。
为了提高所得到含汞液态产物的纯度，优选如图1所示，上述气液分离器单元20包括依次相连的温度控制装置21、除尘装置22和急冷装置23，含汞蒸气进口设置在温度控制装置21上，含汞尾气出口设置在急冷装置23上。在冷却之前利用除尘装置22对含汞蒸气进行除尘处理，避免了含汞液态产物冷却分离时夹带尘埃导致含汞液态产物纯度降低。上述温度控制装置21可以为设置有热感应元件的换热器，以实现对温度的准确控制。
本申请的急冷装置23可以选择现有技术中常用的急冷装置23，为了降低设备和运行成本，优选上述急冷装置23为水冷装置或风冷装置。为了进一步提高急冷效率，优选为二级水冷装置。
本申请对含汞尾气的吸附处理方式也可以参考现有技术，比如上述汞吸附单元30内设置有化学吸附剂或物理吸附剂。为了简化吸附处理工艺降低原料成本，优选上述物理吸附剂为活性炭。
为了使本领域技术人员更方便地实施本申请的上述脱除系统，如图1所示，本申请还提供了一种飞灰中二噁英和金属汞的脱除方法，该脱除方法包括：步骤s1，在非氧化性气体中，使飞灰中的二噁英发生脱氯反应，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气；步骤s2，对含汞蒸气进行冷却得到分离的含汞液态产物和含汞尾气；以及步骤s3，对含汞尾气进行吸附处理，脱除含汞尾气中的汞元素。
本申请的脱除方法首先利用脱氯反应脱除飞灰中的二噁英，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气，由于金属汞以及含汞化合物能够以蒸气的形式携带于非氧化气体中，因此能够在脱氯反应步骤中得到与脱二噁英飞灰分离的含汞蒸气，便于对含汞蒸气中汞的脱除；且基于含汞蒸气高温的特点，首先对其进行冷却即可将大部分的金属汞能够以液态方式分离出来，含汞尾气中的剩余汞元素再进一步以吸附处理的方式去除，从而形成能够实现高效的脱除汞的效果。由此可见，本申请的脱除方法在同一个工艺中实现了同时脱除飞灰中二噁英和金属汞的目的，因此采用上述脱除方法即可同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题。
在本申请一种优选的实施例中，上述步骤s1包括：将飞灰通过密封式输送机输送至二噁英脱氯反应室内；采用非氧化性气体置换二噁英脱氯反应室内的空气；使飞灰中的二噁英在二噁英脱氯反应室内发生脱氯反应，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气，优选脱氯反应时间≥30min，以降解尽可能多的二噁英；将脱二噁英飞灰输送至骤冷装置，优选在1分钟内完成脱二噁英飞灰的冷却，防止二噁英重新生成，提高二噁英的降解率，优选骤冷装置设定的目标温度为30～150℃。通过上述过程可以保证脱除二噁英过程中飞灰的意外逸出；同时将脱二噁英飞灰及时输送至骤冷装置，提高了脱氯反应的效率。
本申请的非氧化性气体可以从现有技术中常用的非氧化性气体中进行选择，优选上述非氧化性气氛为氮气或惰性气体。进一步地，为了降低脱二噁英的处理成本，优选脱氯反应中二噁英脱氯反应室中的氧质量含量为0.1ppm～1％。将上述氧质量含量控制在上述范围内即可满足脱二噁英的要求，因此降低了非氧化性气氛的纯化成本，在实际操作中氧质量含量越低，操作的复杂性越高，但是上述含量都是可实现的。
为了提高飞灰的输送效率和密封稳定性，优选上述密封式输送机为中间断开型螺旋给料机。
飞灰在输送至脱氯反应室后，虽然在非氧化性气体作用下其可以以相对分散的状态存在于脱氯反应室，但是由于重力沉降作用其仍然溶剂沉积在脱氯反应室的底部，导致脱二噁英效率降低，为了解决该问题，优选上述二噁英脱氯反应室内安装有飞灰螺旋输送机。进一步优选上述飞灰螺旋输送机为叶片螺旋面型螺旋输送机。通过控制上述叶片螺旋面型螺旋输送机的叶片转动使飞灰或脱二噁英飞灰搅动；通过固定叶片螺旋面型螺旋输送机的叶片并且使飞灰螺旋输送机旋转输送飞灰或脱二噁英飞灰，提高脱二噁英效率。
本申请的脱氯反应的条件可以参考现有技术，比如优选上述步骤s1的脱氯反应在100～500℃下进行，为了进一步配合上述非氧化性气体优选上述步骤s1的脱氯反应在300～450℃下进行。
为了提高所得到含汞液态产物的纯度，优选上述步骤s2包括：控制含汞蒸气的温度在300～500℃并对含汞蒸气进行除尘处理，得到除尘含汞蒸气；将除尘含汞蒸气进行急冷，得到含汞液态产物和含汞尾气。在冷却之前对含汞蒸气进行除尘处理，避免了含汞液态产物冷却分离时夹带尘埃导致含汞液态产物纯度降低。
进一步地，为了提高含汞液态产物的分离效率，优选上述步骤s2使除尘含汞蒸气降温至30～150℃下实现急冷，急冷时间越短，二噁英降解效果越好，优选采用风冷或水冷的方式实现急冷，进一步优选采用二级水冷实现急冷。
本申请步骤s3对含汞尾气的吸附处理方式也可以参考现有技术，比如优选上述步骤s3采用物理吸附或化学吸附实现对含汞尾气进行吸附处理以吸附含汞尾气中的汞元素。为了简化吸附处理工艺降低原料成本，优选采用活性炭进行吸附处理。
本申请的上述脱除方法适用于目前常规类型的飞灰，优选上述飞灰为生活垃圾焚烧飞灰、医疗垃圾焚烧飞灰及工业危废焚烧飞灰中的一种或多种；优选飞灰中的含水质量为0.01～5％，避免水分含量过多，会造成能耗增加以及飞灰在仓内结渣堵塞设备。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
含水量为1％的生活垃圾焚烧飞灰，通过中间断开型螺旋给料机加入二噁英脱氯反应室，装置正常运行前，通入n2置换掉二噁英脱氯反应室内的空气；
控制二噁英脱氯反应室内的螺旋，使飞灰不断的由飞灰进口向脱二噁英飞灰出口转动，且在转动过程中，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为5ppm，温度为400℃，使飞灰中的二噁英在二噁英脱氯反应室内发生脱氯反应，脱氯反应持续60min，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气；
脱二噁英飞灰由脱二噁英飞灰出口放入骤冷飞灰仓，控制温度在1分钟内骤冷至90℃，经高分辨率色谱/质谱联用仪检测可知飞灰仓内二噁英含量计算得到二噁英降解率可达99.5％，携带含汞蒸气的非氧化性气体从二噁英脱氯反应室内进入温度控制装置；
携带含汞蒸气的非氧化性气体通过温度控制装置调节温度为320℃，汞以金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽挥发，通过除尘器去除其中的固体颗粒，进入水冷装置；
金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在一级水冷装置冷凝，温度为150℃，得到含汞液态产物和含汞尾气，采用冷原子吸收分光光度法检测含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为72％；
含汞尾气通过吸附装置，吸附剂为活性炭，最终实现飞灰中汞的收集。
实施例2
含水量为0.1％的生活垃圾焚烧飞灰，通过中间断开型螺旋给料机加入二噁英脱氯反应室，装置正常运行前，通入n2置换掉二噁英脱氯反应室内的空气；
控制二噁英脱氯反应室内的螺旋，使飞灰不断的由飞灰进口向脱二噁英飞灰出口转动，且在转动过程中，控制二噁英脱氯反应室内的含氧质量分数为1％，温度为500℃，使飞灰中的二噁英在二噁英脱氯反应室内发生脱氯反应，脱氯反应持续60min，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气；
脱二噁英飞灰由脱二噁英飞灰出口放入骤冷飞灰仓，控制温度在1分钟内骤冷至150℃，经高分辨率色谱/质谱联用仪检测可知飞灰仓内二噁英含量计算得到二噁英降解率可达85％，携带含汞蒸气的非氧化性气体从二噁英脱氯反应室内进入温度控制装置；
携带含汞蒸气的非氧化性气体通过温度控制装置调节温度为300℃，汞以金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽挥发，通过除尘器去除其中的固体颗粒，进入水冷装置；
金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在一级水冷装置冷凝，温度为140℃，得到含汞液态产物和含汞尾气，采用冷原子吸收分光光度法检测含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为68％；
含汞尾气通过吸附装置，吸附剂为蛭石，最终实现飞灰中汞的收集。
实施例3
含水量为5％的医疗垃圾焚烧飞灰，通过中间断开型螺旋给料机加入二噁英脱氯反应室，装置正常运行前，通入ar置换掉二噁英脱氯反应室内的空气；
控制二噁英脱氯反应室内的螺旋，使飞灰不断的由飞灰进口向脱二噁英飞灰出口转动，且在转动过程中，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为10ppm，温度为350℃，使飞灰中的二噁英在二噁英脱氯反应室内发生脱氯反应，脱氯反应持续60min，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气；
脱二噁英飞灰由脱二噁英飞灰出口放入骤冷飞灰仓，控制温度在1分钟内骤冷至90℃，经高分辨率色谱/质谱联用仪检测可知飞灰仓内二噁英含量计算得到二噁英降解率可达96％，携带含汞蒸气的非氧化性气体从二噁英脱氯反应室内进入温度控制装置；
携带含汞蒸气的非氧化性气体通过温度控制装置调节温度为350℃，汞以金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽挥发，通过除尘器去除其中的固体颗粒，进入水冷装置；
金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在二级水冷装置冷凝，温度为50℃，得到含汞液态产物和含汞尾气，采用冷原子吸收分光光度法检测含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为80％；
含汞尾气通过吸附装置，吸附剂为活性炭，最终实现飞灰中汞的收集。
实施例4
含水量为3％的工业焚烧飞灰，通过中间断开型螺旋给料机加入二噁英脱氯反应室，装置正常运行前，通入ar置换掉二噁英脱氯反应室内的空气；
控制二噁英脱氯反应室内的螺旋，使飞灰不断的由飞灰进口向脱二噁英飞灰出口转动，且在转动过程中，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为100ppm，温度为350℃，使飞灰中的二噁英在二噁英脱氯反应室内发生脱氯反应，脱氯反应持续60min，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气；
脱二噁英飞灰由脱二噁英飞灰出口放入骤冷飞灰仓，控制温度在1分钟内骤冷至120℃，经高分辨率色谱/质谱联用仪检测可知飞灰仓内二噁英含量计算得到二噁英降解率可达90％，携带含汞蒸气的非氧化性气体从二噁英脱氯反应室内进入温度控制装置；
携带含汞蒸气的非氧化性气体通过温度控制装置调节温度为500℃，汞以金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽挥发，通过除尘器去除其中的固体颗粒，进入水冷装置；
金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在一级水冷装置冷凝，温度为50℃，得到含汞液态产物和含汞尾气，采用冷原子吸收分光光度法检测含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为80％；
含汞尾气通过吸附装置，吸附剂为活性炭，最终实现飞灰中汞的收集。
实施例5
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为5ppm，温度为100℃，脱氯反应持续150min，二噁英降解率可达90％。
实施例6
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为5ppm，温度为300℃，二噁英降解率可达98.6％。
实施例7
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为5ppm，温度为450℃，二噁英降解率可达99.9％。
实施例8
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室内的含氧量为0.01ppm，温度为400℃，二噁英降解率可达99.7％。
实施例9
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室为纯氮气，温度为400℃，二噁英降解率可达99.4％。
实施例10
与实施例1的区别在于，控制二噁英脱氯反应室的温度为550℃，二噁英降解率可达90.6％。
实施例11
与实施例1的区别在于，脱二噁英飞灰由脱二噁英飞灰出口放入骤冷飞灰仓，控制温度在1分钟内骤冷至30℃，二噁英降解率可达99.9％。
实施例12
与实施例1的区别在于，金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在二级水冷装置冷凝，温度为30℃，含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为82％。
实施例13
与实施例1的区别在于，携带含汞蒸气的非氧化性气体通过温度控制装置调节温度为280℃，含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为50％。
实施例14
与实施例1的区别在于，金属汞蒸汽或氯化(亚)汞蒸汽在二级水冷装置冷凝，温度为180℃，含汞液态产物中金属汞与氯化汞的质量分数为65％。
根据各实施例的数据可以看出，采用本申请的脱除系统实施本申请的脱除方法，能够同时实现二噁英和汞的较为理想的脱除效率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的脱除方法首先利用脱氯反应脱除飞灰中的二噁英，得到脱二噁英飞灰和携带于非氧化性气体中的含汞蒸气，由于金属汞以及含汞化合物能够以蒸气的形式携带于非氧化气体中，因此能够在脱氯反应步骤中得到与脱二噁英飞灰分离的含汞蒸气，便于对含汞蒸气中汞的脱除；且基于含汞蒸气高温的特点，首先对其进行冷却即可将大部分的金属汞能够以液态方式分离出来，含汞尾气中的剩余汞元素再进一步以吸附处理的方式去除，从而形成能够实现高效的脱除汞的效果。由此可见，本申请的脱除方法在同一个工艺中实现了同时脱除飞灰中二噁英和金属汞的目的，因此采用上述脱除方法即可同时解决飞灰中二噁英和金属汞的污染问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。