烟气脱汞装置、燃烧系统以及烟气脱汞方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟气处理领域，具体地，涉及一种烟气脱汞装置、燃烧系统以及烟气脱汞方法。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的发展，人们越来越关注环境问题，为此对于燃烧系统，锅炉排出的烟气需要满足国家规定的大气污染物排放标准才能排放，例如，“火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011) ”规定，从2015年I月I日起，所有发电锅炉将执行汞及其化合物小于0.03mg/Nm3的排放浓度限值。
[0003]现有技术中，通常使用以下方法进行烟气中汞的脱除，S卩，使用各种脱汞吸附剂(如活性炭基、钙基、飞灰基吸收剂以及一些新型吸附剂等)或者安装各种形式的除尘器、选择性催化还原(SCR)脱硝装置和WFGD装置等。
[0004]然而，虽然上述方法都具有一定的脱除烟气中汞的功能，但是对于燃烧汞含量较高的煤种，即使采用了这些方法，汞的排放浓度也不能满足上述排放浓度限值的要求。特别是对于煤粉的富氧燃烧，由于富氧燃烧采用烟气循环，从而会使得烟气中的汞浓度要比传统空气燃烧中烟气的浓度高，这样现有的用于脱除传统空气燃烧中烟气的汞的方法无法满足富氧燃烧烟气脱汞的要求。此外，由于富氧燃烧烟气中二氧化碳浓度的大幅度提高(干烟气可达80%左右)，使用活性炭基、钙基、飞灰基吸收剂会对高浓度的二氧化碳产生较强的吸收/吸附作用，从而直接影响到烟气中汞的吸附/吸收作用，而且还会导致富氧燃烧二氧化碳的捕获效率降低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种烟气脱汞装置，以克服现有技术中难以满足汞的排放浓度要求的问题，本发明还提供一种燃烧系统以及烟气脱汞方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种烟气脱汞装置，该烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元。
[0007]优选地，所述脱汞单元包括反应器和压缩机，所述压缩机的入口用于通入烟气，所述压缩机的出口与所述反应器的入口连通。
[0008]优选地，所述脱汞单元包括设置在所述压缩机与所述反应器之间的第一冷凝器。
[0009]优选地，所述脱汞单元包括具有气体排出口和液体排出口的气液分离器，所述气液分离器设置在所述第一冷凝器与所述反应器之间。
[0010]优选地，该烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个所述脱汞单元。
[0011]优选地，所述反应器包括位于上部的排气口和位于下部的排渣口，所述反应器的所述入口位于所述反应器的中部。
[0012]优选地，相邻的两个所述脱汞单元中，一个所述脱汞单元的入口与另一个所述脱汞单元的反应器的所述排气口连通。
[0013]优选地，该烟气脱汞装置包括循环管道，所述脱汞单元包括串联设置的第一脱汞单元和第二脱汞单元，所述第一脱汞单元的反应器的入口用于通入烟气，从所述第二脱汞单元排出的烟气通过所述循环管道循环至所述第二脱汞单元中再次脱汞。
[0014]本发明还提供一种燃烧系统，该燃烧系统包括锅炉，所述燃烧系统还包括所述烟气脱汞装置，所述烟气脱汞装置的脱汞单元与所述锅炉的烟气排出口连通。
[0015]优选地，所述燃烧系统为富氧燃烧系统。
[0016]优选地，所述燃烧系统包括依次连接在所述锅炉和所述烟气脱汞装置之间的除尘器和第二冷凝器。
[0017]本发明还提供一种烟气脱汞方法，该烟气脱汞方法包括以下步骤:
[0018]S:使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化。
[0019]优选地，所述步骤S包括:在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气进行压缩。
[0020]优选地，所述步骤S包括:在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气进行压缩和冷凝。
[0021]优选地，所述步骤S包括:在单质汞被氮氧化物充分氧化之前先将烟气依次进行压缩、冷凝和气液分离。
[0022]优选地，多次重复步骤S直至将烟气中的汞全部脱除。
[0023]优选地，所述步骤S包括:
[0024]S1:将烟气分别进行一次压缩、一次冷凝和一次气液分离，然后使烟气中的单质汞被氮氧化物氧化；
[0025]S2:将反应后的烟气分别进行二次压缩、二次冷凝和二次气液分离，然后使烟气中的剩余的单质汞被氮氧化物再次氧化；
[0026]S3:重复步骤S2;
[0027]其中，当烟气中氮氧化物的浓度低于500ppm时，一次压缩和二次压缩的压力范围分别控制为10-15bar和20_30bar ；
[0028]当烟气中氮氧化物的浓度高于500ppm时，一次压缩和二次压缩的压力范围分别控制为 5-10bar 和 15_25bar。
[0029]本发明通过使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化从而形成不溶于水的固体而实现对烟气中汞的脱除，由于是固体产物因此容易收集清除，不会造成二次污染，对管道设备无腐蚀，而且，汞的排放浓度能够满足其排放要求。
[0030]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0031]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0032]图1是本发明的一种实施方式提供的烟气脱汞装置的结构示意图。
[0033]图2是本发明的另一种实施方式提供的烟气脱汞装置的结构示意图。
[0034]附图标记说明
[0035]10:脱萊单元；1a:第一脱萊单元；
[0036]1b:第二脱萊单元；11:反应器；
[0037]I la:排气口；lib:排渣口；
[0038]12:压缩机；13:第一冷凝器；
[0039]14:气液分离器；14a:气体排出口 ；
[0040]14b:液体排出口 ；20:循环管道；
[0041]30:风机。
【具体实施方式】
[0042]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0043]在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
[0044]本发明基于现有技术中的脱汞方式难以满足汞的排放浓度要求的问题提供一种烟气脱汞装置。为了更好的理解本发明，下文将参考附图对本实用新型进行详细说明。
[0045]根据本发明的一个方面，本发明提供的烟气脱汞装置包括用于接收烟气并使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化的脱汞单元10。
[0046]本发明通过使烟气中的单质汞被氮氧化物充分氧化从而形成不溶于水的固体(参见下文中单质汞与氮氧化物的反应原理)而实现对烟气中汞的脱除，由于是固体产物因此容易收集清除，不会造成二次污染，对管道设备无腐蚀，而且，汞的排放浓度能够满足其排放要求。
[0047]另外，单质汞被氮氧化物氧化的反应原理如下:
[0048]2N0 (g) +O2 (g) — 2N02 (g)
[0049]2Hg (g) +2N02 (g) — HgNO2 (g) +HgO (s) +NO (g)
[0050]HgNO2 (g) +NO2 (g) +O2 (g) — Hg (NO3) 2
[0051]上述反应的总反应式:2Hg(g)+202(g)+N0(g)+N02—HgO (s)+Hg (NO 3)2
[0052]如图1和图2所示，所述脱汞单元10可以包括反应器11和压缩机12，所述压缩机12的入口用于通入烟气，所述压缩机12的出口与反应器11的入口连通，这样使烟气在进入反应器11之前先通过压缩机12压缩加压，从而使烟气中的单质汞能够被氮氧化物充分氧化。需要说明的是，由于反应器11需要承受经过压缩之后烟气的压力，因此一般情况下将反应器11设计为耐压反应器(例如，耐压20Mpa左右)，另外，为了防止反应器11的腐蚀，反应器11的内壁可以镀有抗酸涂层或设置聚四氟乙烯衬里。
[0053]其中，由于烟气经过压缩机12压缩之后烟气的温度会升高，而烟气的温度越高脱汞的效率越低(例如，高温条件对NO转变成勵2的反应和HgO与NO 2之间的气相反应来说都是不利的，参见上文的反应原理)，而且，如果温度过高，烟气中残留的水蒸汽会吸收酸性气体从而形成酸雾，不利于设备的安全运行，因此压缩后的烟气需冷凝至室温。具体地，所述脱汞单元10包括设置在压缩机12与反应器11之间的第一冷凝器13，从而可以通过第一冷凝器13对压缩后的烟气进行冷凝。另外，由于单质汞被氮氧化物充分氧化的反应在常温状态下进行，因此不影响整个装置的安全运行。
[0054]另外，所述脱汞单元10包括具有气体排出口 14a和液体排出口 14b的气液分离器14，所述气液分离器14设置在第一冷凝器13与反应器11之间，气液分离器14还具有进气口，气体排出口 14a可以设置在气液分离器14的上部，液体排出口 14b可以设置在气液分离器14的下部，而气液分离器14的进气口可以设置在该气液分离器14的中部，经第一冷凝器13冷凝后的烟气通过所述进气口进入气液分离器14，分离后的液体通过液体排出口14b排除，分离后的气体通过气体排出口 14a进入反应器11中。之所以在烟气进入反应器11之前进行气液分离，是因为经过实验证明，利用单质汞(Hg°)与二氧化氮(NO2)(参见上述反应原理中的第二个分反应式)在高压下的气相反应脱除汞的效果要远远胜过利用单质汞(Hg°)在硝酸溶液中反应脱除汞的效果。也就是说，如果在烟气进入反应器11之前不进行气液分离，则会有部分单质汞(Hg°)与硝酸反应，从而与单质汞(Hg°)与二氧化氮(NO2)的气相反应形成“竞争”，显然这不利于汞的氧化脱除。
[0055]作为本发明的一种实施方式，如图1所示，上述烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个脱汞单元10(图1示出的是包括三个脱汞单元10的情况)，这样可以进一步提高脱汞效率。
[0056]其中，所述反应器11包括位于上部的排气口 I Ia和位于下部的排渣口 11b，所述反应器11的入口位于反应器11的中部，从而有利于反应后固体产物的排出。
[0057]当上述烟气脱汞装置包括串联设置的至少两个脱汞单元10时，相邻两个脱汞单元10中，一个脱汞单元10的入口与另一个脱汞单元10的反应器11的