飞灰脱汞装置及脱汞方法与流程

本发明涉及一种大气环境治理领域，具体涉及对水泥协同处置的飞灰进行脱汞前处理的装置。

背景技术：

水泥行业与燃煤、有色金属冶炼、废物焚烧、化工等行业同为排放含汞废气的主要污染源。《水泥工业大气污染物排放标准》(gb4915-2004)对该行业大气污染物汞排放有着0.05mg/m³限值，《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(hj662-2013)规定投加固废中汞的含量须低于0.23mg/kg。但是我国的水泥熟料生产普遍采用新型干法工艺，水泥熟料生产过程中汞的输出除了随烟气排放的汞以外，还有部分汞被固定在水泥熟料中及除尘器底灰中，由于新型干法工艺具有“返尘”的特点，仅少部分汞随烟气排入大气，而大部分冷凝于生料和返窑飞灰中的汞则在水泥窑内不断循环累积。汞在内部循环的过程中浓度逐渐的增大，飞灰中的汞可达到10-20mg/kg。高浓度的汞含量一方面造成了飞灰无法作为混合材料掺入配料系统，另一方面使得烟气中汞的含量在受到生料配料系统工况影响时会超标10倍。飞灰中富集的汞不仅影响了水泥熟料的生产和稳定达标排放，更制约了水泥窑作为重要保民生基础设施协同处置生活垃圾和危废的能力。

目前，飞灰的处置方式主要以水泥固化—危险废弃物填埋场、螯合稳定固化—生活垃圾填埋场这两种方式为主。由于飞灰填埋处置过程中存在监管时效性差、处理成本高等原因，导致我国目前仍有大量飞灰没有得到妥善处理，这些飞灰往往以各种形式偏离正规处置渠道；有的地方处理不规范，把飞灰跟炉渣混合，因为炉渣不是危险废物，它们被一起填埋到生活垃圾填埋场。还有的地方将飞灰规范处理，运到生活垃圾填埋场，却没有按要求进行分区填埋。同时飞灰稳定-固化处理在环境中的稳定性差，有效处置年限不得而知，而飞灰中含有高毒性的汞、二噁英，一旦渗出将对人类健康、环境带来巨大危害。

技术实现要素：

为了解决现有新型干法水泥生产工艺中飞灰汞浓度不断循环累加的问题，本发明采用热解析、等离子体氧化以及环保功能材料相互结合的方法，提供了一种新的飞灰脱汞装置和脱汞方法。

本发明提供一种飞灰脱汞装置，包括：热解析单元，用于使飞灰中的汞挥发形成气态汞；等离子体反应器，用于将所述气态汞氧化成氧化态汞；以及吸附单元，用于吸附所述氧化态汞。

根据本发明的一实施方式，所述的飞灰脱汞装置还包括：冷凝器，能够使所述热解析单元中排出的气体中的所述气态汞冷凝。。

根据本发明的另一实施方式，所述的飞灰脱汞装置还包括：除尘器，用于除去从所述冷凝器中排出的含尘气体中的固体颗粒。

根据本发明的另一实施方式，所述热解析单元包括升华硫、硫化钠、柠檬酸和氯化钙中的至少一种添加剂。

根据本发明的另一实施方式，所述等离子体反应器包括线筒。

根据本发明的另一实施方式，所述吸附单元含有含巯基自组装纳米介孔二氧化硅、陶瓷纳米单分子多孔材料或。

本发明还提供一种飞灰脱汞方法，包括如下步骤：s1：热解析含汞飞灰，使汞挥发形成气态汞；s2：利用等离子体将所述气态汞氧化成氧化态汞；以及s3：用吸附材料吸附所述氧化态汞。

根据本发明的一实施方式，所述s1步骤之后还包括冷凝步骤，冷凝经过s1步骤后的气体中的气态汞。

根据本发明的另一实施方式，所述除尘步骤之后还包括除尘步骤，除去经过所述冷凝步骤后的含尘气体中的固体颗粒。

根据本发明的另一实施方式，所述s1步骤利用升华硫、硫化钠、柠檬酸和氯化钙中的至少一种添加剂。

本发明的飞灰脱汞装置，将热解析技术、低温等离子体技术和环保功能材料结合起来处理飞灰中富集的汞。首先利用热解析单元使飞灰中的汞挥发成含汞烟气，再利用等离子体技术对烟气中hg⁰氧化形成hg²⁺和hg⁺，最后使用环保功能材料靶向吸附hg²⁺和hg⁺。本发明的装置将飞灰的热解析和汞的超氧化过程有机结合，确保了汞从飞灰上的高效解析，从而实现飞灰的高效脱汞。更进一步，本发明的装置还包括冷凝器和除尘器，可以避免汞脱除效率受飞灰静电作用的影响。更进一步，热解析添加剂的作用是降低热解析温度、缩短热解析时间，从而实现对水泥窑大量含汞飞灰的高效资源化处理过程。此外，该装置使用的环保功能材料在吸附含汞尾气达到饱和后，可通过投入热解析炉加热再生，从而大大降低了使用成本。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明的飞灰脱汞装置示意图。

图2是本发明的飞灰脱汞装置的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

1-热解析单元；2-收料口；3-排气口；4-出水口；5-冷凝器；6-液态汞收集口；7-进水口；8-尘气入口；9-除尘器；10-排灰口；11-净气出口；12-等离子反应器入口；13-等离子体反应器；14-等离子反应器出口；15-吸附单元；16-烟气排放口；17-滚筒；18-电热丝；19-冷凝管；20-除尘滤袋；21-线筒；22-环保功能材料。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1所示，飞灰脱汞装置包括热解析单元1、等离子体反应器13和吸附单元15。

热解析单元1本实施例中以是滚筒式加热炉为例，滚筒17选用耐热不锈钢材料，采用电加热方式，电热丝18设置于滚筒17外周。设置加热炉的最高加热温度为800℃，滚筒17可以与物料直接接触，物料出炉膛后在滚筒17冷却段自然冷却固体通过收料口2出料，含尘气体通过排气口3排出。热解析单元1还可以包括添加剂，例如升华硫、硫化钠、柠檬酸和氯化钙中的至少一种，热解析添加剂的作用是降低热解析温度、缩短热解析时间。热解析单元1还可以自带控温调速功能，根据实际情况合理调整热解析温度和回转炉旋转速度，控制热解析时间。

在热解析单元1和等离子体反应器13之间还可以包括冷凝器5和除尘器9。

从热解析单元1的排气口3排出的气体进入冷凝器5中。冷凝器5内设置冷凝管19，冷凝管19设置有进水口7和出水口4，冷却水在冷凝管19内的流动方向与净气在冷凝器5内的流动方向相反，以提高冷凝效率。气体中的大部分汞通过冷凝管19冷凝并在液态汞收集口6被回收。

从冷凝器5排出的气体通过除尘器9的尘气入口8进入除尘器9中。除尘器9可以是布袋除尘器，内部设置除尘滤袋20。含尘气体进入除尘器9后，经过除尘滤袋20的除尘，固体颗粒通过排灰口10排出，净气通过净气口11排出。

通过除尘后的尾气经由等离子体反应器入口12进入等离子体反应器13中。等离子体反应器13包括线筒21。线筒21高频脉冲放电产生高能电子，高能电子非弹性碰撞轰击气体分子时产生羟基、自由基、臭氧等最强氧化剂，这些强氧化剂性物质与尾气中剩余的汞(hg⁰)发生作用，使hg⁰在极短的时间内发生氧化转变成hg²⁺、hg⁺。

从等离子体反应器出口14排出的气体进入吸附单元15，hg⁺和hg²⁺被其中的环保功能材料22靶向吸附。环保功能材料22可以是陶瓷纳米单分子多孔材料、含有巯基自组装纳米介孔二氧化硅(thiol-samms)材料、金属阻隔材料、改性活性炭等。含有巯基自组装纳米介孔二氧化硅(thiol-samms)材料，将具有巯基的有机分子在陶瓷的表面有序地和高密度地形成单分子层键合，从而为亚微孔陶瓷提供了极好的分子识别能力并有效去除汞。并且thiol-samms材料具有物理稳定性高(耐酸碱，耐高温，强度大)、灵敏度高、再生性好能够反复使用。经过吸附后的尾气从吸附单元15的烟气排放口16被风机抽出，达标排放。

吸附达到饱和后环保功能材料22还可以通过本发明的装置再生。将饱和的环保功能材料22放入热解析单元1，在热解析单元1中被加热，吸附的汞蒸发形成气态汞之后，从出口3排出进入冷凝器5中。在冷凝器5中，气态汞冷凝形成液态汞液态收集口6被回收。冷凝器5排出的气体进入除尘器9中，经过除尘后进入等离子体反应器13。在等离子体反应器13中气体剩余的汞(hg⁰)发生氧化转变成hg²⁺、hg⁺。从等离子体反应器13排出的气体进入吸附单元15，hg⁺和hg²⁺被其中的环保功能材料22靶向吸附。经过吸附后的尾气从吸附单元15的烟气排放口16被风机抽出，达标排放。通过以上过程实现了环保功功能材料的再生。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。