一种烟气脱汞系统及方法与流程

本发明属于烟气污染治理领域，具体涉及一种烟气脱汞系统及方法。

背景技术：

燃煤电站或火电厂是我国汞排放的重要来源之一。汞是煤中一种剧毒重金属元素，由于其具有挥发性，在燃烧过程中释放到烟气中排入大气。汞具有剧毒性、生物体内沉积性和迟滞生长等特点。我国煤中汞的平均含量高于世界平均水平，控制燃煤引起的汞污染已经势在必行。我国《火电厂大气污染物排放标准GB-13223-2011》中明确规定了燃煤烟气汞的排放限值，2015年1月1日起，燃煤锅炉执行汞及其化合物小于30μm/Nm³。

目前燃煤烟气中汞的排放控制主要通过喷入吸附剂(活性炭、钙基、稀土基等)或通过氧化的方式实现零价汞的氧化，结合后续脱硫除尘设备实现汞的联合脱除。吸附脱汞技术目前以活性炭喷入为主，该技术需要喷入特殊制备的活性炭(载溴活性炭、载硫活性炭等)成本较高，另外喷入的活性炭也对飞灰的性质和用途产生影响。氧化脱汞技术需要送入氧化剂，也需要消耗外来资源实现汞的脱除。

目前已有采用载硫活性炭实现烟气中汞的脱除的方法，将载硫活性炭送入烟气中，与烟气混合，烟气中的汞被活性炭吸附后脱除，脱汞后的活性炭与飞灰被除尘器捕集。活性炭进入飞灰，一方面消耗了活性炭，另一方面也提高了飞灰中的炭含量。由于烟气中的汞含量较低，活性炭与烟气的混合不均匀，造成活性炭的消耗量大，利用率低等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的一个目的是提出一种烟气脱汞系统，该烟气脱汞系统将除尘后的烟气引入活性炭层，烟气中的二氧化硫被活性炭还原为硫单质，对活性炭层进行加热，使单质硫气化，在烟气的作用下，被输送进入烟道中，烟道中的硫单质与烟气中的零价汞反应生成硫化汞，反应生成的硫化汞与飞灰混合被除尘器捕集，实现汞的脱除。

本发明的另一个目的是提供一种烟气脱汞方法，该方法是利用上述烟气脱汞系统进行的。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种烟气脱汞系统，包括烟道、引风机、加热器、活性炭层和除尘器，其中，所述除尘器安装在烟道上，用于捕集烟气中的固体颗粒；

引风机的入口与除尘器的出口端的烟道连通，引风机的出口与活性炭层的入口连通，引风机将经过除尘后的烟气引入活性炭层反应，生成单质硫；

所述第一加热器对活性炭层进行加热，使单质硫受热气化；

活性炭层的出口与所述除尘器的入口端的烟道连通，气化后的单质硫在烟气的作用下经过所述管道进入烟道。

活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，现在一般是用煤通过粉碎、成型或用均匀的煤粒经炭化、活化制得，只要成分为炭。活性炭在结构上由于微晶炭的不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生炭组织缺陷，因此是一种多孔炭，堆积密度低，比表面积大，具有较大的吸附性能。所以，活性炭可以将烟气中的二氧化硫吸附，并在加热的作用下，将二氧化硫还原为单质硫。

烟气中含有较多的二氧化硫，当烟气与活性炭接触时，活性炭在第一加热器的加热作用下，将烟气中的二氧化硫还原为硫单质，且由于烟气具有较高的温度，为二氧化硫的还原提供了能量，在保证二氧化硫成功还原的条件下，可以降低加热器的加热功率，节省能源。

且，硫单质在加热作用下气化得到气态的单质硫。不断流动的烟气将气态的单质硫带入烟道中，此时，单质硫与零价汞反应生成硫化汞，通过除尘器捕集去除，该系统中汞的脱除不需要消耗活性炭。而且生成的单质硫为气态，与烟气混合更均匀、快速，不但节约了成本，还提高了脱汞效率。

除尘器是把粉尘从烟气中分离出来的设备，除尘器包括布袋除尘器、颗粒层除尘器、静电除尘器、干式除尘器和湿式除尘器等形式，这几种除尘器都是现有的比较常规的除尘器，在结构上并没有改进。但是从作用上来说，传统的除尘器的作用一般是将烟气除尘净化，净化后的烟气可以排放到空气中，防止对环境的污染。

本文中的除尘器的作用不但是将烟气净化后排放，还具有以下作用：活性炭具有较大的比表面积，当含有二氧化硫的烟气与活性炭接触时，活性炭表层的炭与二氧化硫反应，生成单质硫，并附着在活性炭的表面。对活性炭层进行持续加热时，生成的单质硫不断气化，进而将活性炭层的表面释放，使活性炭层的表面与烟气接触，实现二氧化硫的持续氧化。当烟气中的固体颗粒较多时，固体颗粒会堵塞活性炭的表面孔隙，而这些固体颗粒在加热的状态下不会气化，会一直附着在活性炭上，当附着的粉尘较少时，使活性炭的有效表面积减小，降低二氧化硫的还原效率；但是当堵塞的粉尘较多时，粉尘会将活性炭的表面与烟气完全隔离，使活性炭不能对烟气中的二氧化硫起到还原作用，此时的活性炭即为失效。

气化后的单质硫在除尘器的上游通入烟道，在合适的温度条件下与烟气中的零价汞反应，生成硫化汞，呈颗粒状，硫化汞与烟气中的粉尘一起被除尘器除去。除去粉尘杂质的部分烟气在引风机的作用下通入活性炭层，除去粉尘后，烟气得到净化，不会对活性炭层造成堵塞污染，延长了活性炭的使用寿命，提高二氧化硫的还原效率，进而提高了烟气的脱汞效率。

同时，将单质硫通入烟气中对汞进行脱除时，单质硫不能完全反应，由于烟气具有较高的温度，或通过一定的措施加热烟气，使单质硫在烟气中可以保持气态，粉尘和硫化汞经过除尘器脱除，但是烟气中的单质硫未被脱除，含有单质硫的烟气被输送到活性炭层进行反应，可以起到累积的作用，提高单质硫的含量，有利于提高烟气中的脱硫效率。

优选的，所述加热器为微波加热器。

微波加热设备的基本构成，包括电源、微波管、连接波导、加热器及冷却系统，其基本形式为箱式、隧道式、平板式、曲波导式和直波导式。本发明中对于微波加热设备的形式并没有严格的限制，只要可以起到微波加热的目的即可。

微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式而完全区别于其他常规加热方式。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料热量，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热，影响加热效果。与传统加热方式不同，微波加热是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均与，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十份之一就可达到加热目的。能促进烟气中SO₂与活性炭的反应速率，降低反应温度，缩短反应时间。微波对活性炭层进行均匀加热，通过控制温度，可以使活性炭层中的硫单质完全挥发，进入烟道，还可以避免局部温度过高，对活性炭产生氧化，导致活性炭的损失和失效。

进一步优选的，所述微波加热器为频率为2450GHz的工业微波发生器。

优选的，活性炭层的出口与烟道之间的管道上设置有第二加热器。

第二加热器可以对单质硫进行加热，使单质硫在输送的过程中保持气态。

进一步优选的，所述第二加热器为加热丝，加热丝缠绕在所述管道上。

加热丝又可以称为电热丝或发热丝，金属材质，具有一定的电阻和抗氧化性能，通电后产生一定的热量，对其所缠绕的管道产生加热作用。由于具有一定的抗氧化性能，在较高的温度下可以维持较长时间。同时，加热丝具有一定的延展性，可以随意缠绕在管道上，更可以在长度方向上完全覆盖管道，保证了对单质硫的加热效果。

由于气态的单质硫在输送过程中会因为温度降低而变成固态的单质硫，造成浪费，所以利用第二加热器对固态的单质硫进行加热，使其保持气体状态，保证尽量多的单质硫进入烟道中，最好是，加热丝分布在管道的整个长度方向上，可以对单质硫进行更好的加热，避免单质硫的冷却凝固。此外，如果单质硫冷却变为固体时会结成许多小颗粒，颗粒状的单质硫会降低与烟气的混合均匀程度，进而降低脱汞效率，所以，第二加热器对单质硫进行加热，使单质硫保持在气态，还可以提高系统的脱汞效率。

优选的，活性炭层的出口与烟道之间的管道上设置有保温层。

保温层可以起到保温的作用，保持烟气的温度，防止单质硫冷却凝固成小颗粒。

优选的，所述烟道上还设置有预热器，预热器位于活性炭层与烟道的连接处与除尘器之间。

本文中的预热器即为烟气加热器，对烟气进行加热，使烟气保持在一定的温度，一方面促进单质硫与零价汞的反应，另一方面使未参与反应的单质硫保持在气态，使单质硫在流经除尘器时，不至于被除尘器除去，可以循环利用，单质硫的积累，可以提高汞的脱除效率，还可以减小通往活性炭层的烟气的流量，延长活性炭的使用寿命，降低能耗。

可见，根据预热器的作用，本文中的预热器可以为各种能达到加热效果的各种加热器，在种类上没有限制，在结构上一般都包括加热介质流通腔室，烟气流通腔室，加热介质和烟气通过壳体进行换热。

优选的，所述引风机与烟道之间还设置有调节阀。

调节阀又名控制阀，是在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件，一般由执行机构和阀门组成。在整个控制系统中，包括PLC控制系统、传感器组件和调节阀，传感器组件可以包括烟气流量传感器和/或二氧化硫传感器，根据烟道中烟气的流量和烟气中二氧化硫的含量合理调控调节阀的开度。

此外，由于烟气中会有部分未参与反应的单质硫，单质硫的存在可以使进入活性炭层的烟气流量减小。

优选的，所述除尘器为静电除尘器、袋式除尘器或陶瓷除尘器。

优选的，所述活性炭为煤质活性炭、木质活性炭或椰壳活性炭。

一种烟气处理系统，包括上述烟气脱汞系统。

一种烟气脱汞方法，包括如下步骤：

经除尘后，烟气中的二氧化硫与活性炭反应生成单质硫，对活性炭上吸附的单质硫进行加热，使单质硫气化；气化后的单质硫被烟气输送进入烟道中，与烟道中的零价汞反应生成硫化汞，生成的硫化汞被捕集脱除。

优选的，采用微波加热器对活性炭层进行加热。

优选的，活性炭被加热后的温度为300-800℃。

优选的，所述烟气脱汞方法还包括在单质硫输送过程中对单质硫进行加热，使单质硫保持气态的步骤。

进一步优选的，单质硫在输送过程中的温度为300-600℃。

优选的，单质硫与汞反应的温度为100-350℃。

本发明的有益效果为：

本发明利用微波反应器对活性炭进行加热，烟气中的SO₂与加热后活性炭接触的过程中转化为单质硫，经过加热后，单质硫分布在烟气中，并随烟气进入烟道中，气态单质硫很容易与烟道中的烟气混合均匀，且容易与烟气中的汞反应，生成硫化汞，被除尘器捕集去除；

单质硫的来源是烟气中的二氧化硫，不需要购买吸附剂，节约了硫资源；气态硫单质脱汞，不但可以提高脱汞效率，还可以大大降低硫单质的浪费。

本发明中只有气态单质硫进入了烟道中进行脱汞，活性炭只起到还原二氧化硫的作用，不会有其他的损耗，降低了活性炭的浪费，节约了成本，而且不会有二次污染。

附图说明

图1为本发明的烟气脱汞系统结构示意图。

其中，1-调节阀，2-引风机，3-微波加热器，4-活性炭层，5-第二加热器，6-空气预热器，7-除尘器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种烟气脱汞系统，包括烟道、引风机2、微波加热器3、活性炭层4和除尘器7，其中，所述除尘器7安装在烟道上，用于捕集烟道中的飞灰；引风机2的入口与除尘器7的出口端的烟道连通，引风机7的出口与活性炭层4的入口连通，引风机7将经过除尘后的烟气引入活性炭层4反应，生成单质硫；微波加热器3对活性炭层4进行加热，对单质硫进行加热，使单质硫受热气化；活性炭层4的出口与所述除尘器7的入口端的烟道连通，气化后的单质硫在烟气的作用下进入烟道。

所述微波加热器3为频率为2450GHz的工业微波发生器，频率可调，可以调节加热温度。

活性炭层4的出口与烟道之间的管道上设置有第二加热器5。第二加热器5为加热丝，加热丝缠绕在管道上。也可以为其他类似的条状结构，可以缠绕在管道上，对管道内的单质硫进行加热，使单质硫保持气态。

优选的，所述烟道上还设置有空气预热器6，空气预热器6位于活性炭层4与烟道的连接处与除尘器7之间。空气预热器6对烟气进行加热，使烟气的温度达到硫单质与零价汞反应的最佳温度，提高脱汞效率。

引风机2与烟道之间还设置有调节阀1。调节阀1可以根据烟气中的二氧化硫和汞的含量调节烟气的流量，在保证汞的脱除效率的前提下，尽量减小活性炭层4的损耗。

所述除尘器7为静电除尘器、袋式除尘器或陶瓷除尘器，也可以为其他除尘器，只要可以捕集烟道中的飞灰和生成的硫化汞即可。

所述活性炭为煤质活性炭、木质活性炭或椰壳活性炭。也可以为其他的活性炭。

一种烟气处理系统，包括上述烟气脱汞系统，还可以包括脱硫脱硝系统以及烟气除尘净化系统，其中脱硫脱硝系统可以为现有系统，也可以为对现有的系统进行改进后的系统。

利用上述烟气脱汞系统进行烟气脱汞的方法，包括如下步骤：

烟气自除尘器7除尘之后，用引风机2引出烟气，送入微波加热器3，烟气流量用调节阀1进行调节；烟气自微波加热器3的底部进入，由下而上穿过活性炭层4，微波加热器3对活性炭层4进行加热，加热后的温度为300-800℃，在穿过活性炭层4的过程中，烟气中的二氧化硫被活性炭还原为单质硫，单质硫与烟气混合后流出微波反应器3，加热装置5对烟气进行加热，使烟气中的单质硫呈气态；来自微波反应器3的烟气进入空气预热器6前的烟道，与原烟气混合，在100-350℃温度下，单质硫与原烟气中的元素汞反应生成硫化汞；硫化汞被除尘器7脱除，实现烟气中汞的脱除。

优选的，所述烟气脱汞方法还包括在单质硫输送过程中对单质硫进行加热，使单质硫保持气态的步骤。

进一步优选的，单质硫在输送过程中的温度为300-600℃。

实施例1

烟道中的烟气的平均温度为130℃，飞灰的平均含量为70mg/Nm³，SO₂的平均含量2000mg/m³。

烟气自除尘器7除尘之后，用引风机2引出烟气，送入微波加热器3，烟气流量用调节阀1进行调节，调整烟气的流速为10m/s；烟气自微波加热器3的底部进入，由下而上穿过活性炭层4，微波加热器3对活性炭层4进行加热，加热后的温度为500℃，在穿过活性炭层4的过程中，烟气中的二氧化硫被活性炭还原为单质硫，单质硫与烟气混合后流出微波反应器3，第二加热器5(加热丝)分布在活性炭层4与烟道之间的管道上，管道的长度为1米，对烟气进行加热，使烟气中的单质硫呈气态；来自微波反应器3的烟气进入空气预热器6前的烟道，与原烟气混合，对烟气进行加热，在200℃下，单质硫与原烟气中的元素汞反应生成硫化汞；硫化汞被除尘器7脱除，实现烟气中汞的脱除。

烟气中汞的脱汞效率为90％。烟气中汞的脱汞效率为脱汞前的汞含量与脱汞后的汞含量的差值与脱汞前的汞含量的比值，汞含量的测定可以由现有的各种方法测得。本文中的汞为零价汞。

实施例2

省略第二加热器5，其他的结构即参数都与实施例1相同，烟气的脱汞效率为75％。

实施例3

烟道中的烟气的平均温度为160℃，飞灰的平均含量为100mg/Nm³，SO₂的平均含量4000mg/m³。

烟气自除尘器7除尘之后，用引风机2引出烟气，送入微波加热器3，烟气流量用调节阀1进行调节，调整烟气的流速为8m/s；烟气自微波加热器3的底部进入，由下而上穿过活性炭层4，微波加热器3对活性炭层4进行加热，加热后的温度为700℃，在穿过活性炭层4的过程中，烟气中的二氧化硫被活性炭还原为单质硫，单质硫与烟气混合后流出微波反应器3，加热装置5对烟气进行加热，使烟气中的单质硫呈气态；来自微波反应器3的烟气进入空气预热器6前的烟道，与原烟气混合，对烟气进行加热，在300℃下，单质硫与原烟气中的元素汞反应生成硫化汞；硫化汞被除尘器7脱除，实现烟气中汞的脱除。

烟气的脱汞效率为87％。

实施例4

烟道中烟气的平均温度为100℃，飞灰的平均含量为30mg/Nm³，SO₂的平均含量500mg/m³。

烟气自除尘器7除尘之后，用引风机2引出烟气，送入微波加热器3，烟气流量用调节阀1进行调节，调整烟气的流速为5m/s；烟气自微波加热器3的底部进入，由下而上穿过活性炭层4，微波加热器3对活性炭层4进行加热，加热后的温度为300℃，在穿过活性炭层4的过程中，烟气中的二氧化硫被活性炭还原为单质硫，单质硫与烟气混合后流出微波反应器3，加热装置5对烟气进行加热，使烟气中的单质硫呈气态；来自微波反应器3的烟气进入空气预热器6前的烟道，与原烟气混合，对烟气进行加热，在150℃下，单质硫与原烟气中的元素汞反应生成硫化汞；硫化汞被除尘器7脱除，实现烟气中汞的脱除。

烟气的脱汞效率为85％。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。