一种麦草制浆黑液同时脱硫除汞的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种脱硫除汞技术，尤其是涉及一种麦草制浆黑液同时脱硫除汞的装 置和方法，属于环境保护技术领域。
【背景技术】
[0002] S02和Hg是当今人类面临危害较大的大气污染，其主要来源于人类活动的排放。人 类活动排放源中，燃煤排放是主要来源之一。煤中含有多种有害微量元素，煤炭燃烧的过程 中除了产生SOdPNOx，目前最受关注的是汞污染。
[0003] 我国以煤炭为主的能源结构，决定了我国的煤炭产量和消费量一直处于世界首 位。每年火电燃煤消耗大量燃煤，产生大量酸性气体，直接引起酸雨，严重影响环境。
[0004] 汞是一种有毒有害的污染物。联合国环境规划署(UNEP)在2005年对全球Hg的排放 量进行了研究，认为燃煤电站是最大的人为汞污染源。2013年联合国政府谈判通过了一项 关于汞的国际公约，国际社会对汞污染的关注提高到一个新高度。汞排放总量主要取决于 汞的形态，在燃煤烟气中元素态Hg占气态Hg总量的52%~83%，二价Hg仅占17%~48%，还 有非常少量的颗粒汞。元素态Hg难溶于水，在大气中的平均停留时间长达半年至2年，可以 在大气中长距离输运并且在环境积累而形成全球性的Hg污染。
[0005]我国造纸工艺为麦草制浆，应用最广泛的是化学浆法，其产量占总制浆产量的 70%以上，主要是碱法。但是化学制浆过程会产生大量对环境有害的黑液。产生的黑液成分 复杂，其中包括NaOH、硫化物、碳酸盐以及其他钠盐等无机物，碱木素、多缩戊糖、糖尾酸类 糖氧化物、碳水化合物的碱性降解产物、有机钠盐等有机物，还有相当一部分目前还分析不 出来的物质(约5%)。
[0006] 目前烟气脱硫一般分为湿法烟气脱硫、半干法烟气脱硫和干法烟气脱硫技术，应 用最广泛的是石灰石-石膏烟气脱硫法。虽然目前烟气脱硫技术已经非常成熟，但是在我国 大部分中小型燃煤锅炉运用中还存在着问题:脱硫浆液的成分单一;脱硫运行成本高，影响 企业的发展;采用石灰石浆液脱硫易造成结垢堵塞和腐蚀。
[0007] 目前国内外对烟气Hg排放的控制主要有三个途径，即活性炭吸附法、添加卤素或 卤化物氧化法和利用现有烟气净化装置除Hg。活性炭吸附法存在的问题是活性炭的利用率 较低，无法实现再生循环利用，吸附Hg后的活性炭随飞灰一起进入灰斗，含Hg飞灰的资源化 利用受到严重制约。添加卤素或卤化物氧化法在美国的运用较我国广泛，其原理是通过增 加煤中氯或溴含量以提高烟气中HgO转化为水溶性Hg2+的效率。我国煤中的氯含量较小，采 用此方法脱Hg有明显的局限性。另外，KBr虽然用量较小，但价格比KC1高，且KBr带来的腐蚀 及废水处理难度和费用会明显增加，进一步制约了此方法的深入研究和推广应用。研究表 明燃煤电站现存的污染物控制装置对Hg脱除有一定的作用，但效率不高。现有燃煤电厂湿 法脱硫装置仅能去除烟气中的Hg2+，而对单质Hg几乎没有去除能力。
[0008] 黑液成分复杂，处理难度大，污染重，对黑液的处理和资源化是研究热点，由于黑 液中的含碱量高还有较多的木质素，所以比较普遍的资源化方法是碱回收法和酸析法，分 别回收蒸煮用碱和木质素。但是由于经济和技术方面的原因，很多中小企业难以达到要求， 即使达到要求，也存在一些资源和人力利用方面的问题，若其管理不合格，对黑液进行不规 范的排放，必定造成难以挽回的损失。目前新型的黑液资源化利用方式则是采用单阳膜电 渗析法进行碱回收，而对于黑液的综合资源化利用可以采用双模电渗析法，可同时回收碱 和木质素，以及采用超滤微滤等膜处理的方式，但是这些都处于试验室阶段，能耗较大成本 较高。
[0009]黑液对烟气脱硫的前人研究也不乏，他们主要针对的是燃煤酸性烟气对黑液以及 其他工业废水的中和处理，焦点更多的事放在了黑液的成分变化上面，对于烟气中污染气 体的去除率并没有准确的数据，特别是没有结合脱硫塔来优化模拟处理烟气的工作参数。 [0010]本技术为制浆黑液治理寻找一条环境效益和经济效益双赢之路，也为燃煤锅炉烟 气高效脱硫除Hg提供新的思路。因此本领域深入研究开发麦草制浆黑液同时脱硫除汞这种 技术非常有必要。为此，对"麦草制浆黑液协同控制燃煤烟气S0 2和Hg机理研究"，国家特批 了国家自然科学基金，基金批准号为"No. 51208502"。
【发明内容】
[0011] 本发明旨在提供一种麦草制浆黑液同时脱硫除汞的装置和方法，即在传统典型湿 法脱硫设备和技术方法基础上，利用现有湿法脱硫设备和技术方法，以麦草制浆黑液作为 吸收剂，实现同时脱硫除汞。
[0012] 本发明目的通过以下方案进行实现:一种麦草制浆黑液同时脱硫除汞的装置，包 括反应塔、烟气入口、雾化喷嘴、除雾器、浆液循环栗;所述反应塔的底部设置浆液槽，顶部 设置除雾器和烟气出口，浆液槽设有出液口和废液排出口；所述反应塔的筒壁下部设置烟 气入口，并位于烟气入口的上方依次设置多个浆液管口；每个浆液管口连接有输液管，输液 管位于反应塔内部的一端连接雾化喷嘴，另一端连接浆液循环栗，浆液循环栗与浆液槽的 出液口连接;其特征在于:所述反应塔内部对应每个雾化喷嘴的下方设置筛板;反应塔内还 设有将反应塔分成至少两级脱硫除汞腔的穿孔板。
[0013] 所述穿孔板上均布直径为15~25mm的气液导管，气液导管的高度为150~250mm。 穿孔板与反应塔内壁之间形成浆液暂存槽，承接其上方筛板流下的黑液，所述浆液暂存槽 由输液管连接至浆液槽。
[0014] 所述穿孔板还可设置成上下平行的两块板体，上部板上均布进液孔和导管孔，进 液孔连通浆液暂存槽，导管孔连通气液导管。
[0015] 所述浆液槽包括一个主浆液槽和至少一个辅浆液槽。
[0016] 所述浆液槽设有新鲜浆液补充栗，新鲜浆液补充栗的出液口设置通向浆液槽的输 液管。
[0017] 所述反应塔内最下部为一级脱硫除汞腔，向上依次设置二到多级脱硫除汞腔，一 级脱硫除汞腔的雾化喷嘴通过浆液循环栗连接主浆液槽;二到多级脱硫除汞腔的雾化喷嘴 通过浆液循环栗连接辅浆液槽。
[0018] 所述烟气出口处设置引风机，使反应塔内形成负压，使烟气沿反应塔流向烟气出 口处。
[0019] 所述脱硫除汞装置设有控制系统，所述控制系统包括用于检测浆液槽中黑液PH值 的PH值检测器，用于测量浆液槽中黑液量的液位计，以及安装在浆液循环栗、新鲜浆液补充 栗上的开关，安装在浆液槽废液排出口上的阀门，设置在烟气入口处的阀门，设置在各级脱 硫除汞腔内的气体检测器，以及单片机，所述PH值检测器、开关、液位计、阀门和气体检测器 分别与单片机连接；当PH检测器检测到浆液槽中黑液的PH值小于单片机设定的下限值时， 单片机控制废液排出口的阀门打开，将黑液排出，液位计将所测得的液位信息传给单片机； 当液位达到单片机设定的下限时，废液排出口的阀门关闭，新鲜浆液补充栗的开关打开，向 浆液槽中补入新鲜浆液，直到其PH值达到单片机设定的上限，新鲜浆液补充栗关闭；此时， 一级脱硫除汞腔的浆液循环栗和烟气入口的阀门打开，黑液和烟气进入反应筒，气液逆流 反应实现脱硫除汞;气体检测器即时检测一级脱硫除汞腔内的烟气信息，并传给单片机，如 果烟气中硫和汞的含量高于单片机中设置的上限值，二级脱硫除汞腔的浆液循环栗的开关 打开，进行二次脱硫除汞，依次类推直到烟气中硫和汞的含量小于单片机设定的下限，达到 排放标准，最终排出反应筒;辅助浆液槽中的液位计和黑液PH值的检测器即时监测其液位 及黑液的PH值信息，实现对辅助浆液槽中浆液的补充，使其保持合适的PH值。
[0020] -种麦草制浆黑液同时脱硫除汞的方法，具体步骤为：
[0021 ]步骤1)启动浆液循环栗，黑液经输液管进入反应塔，经雾化喷嘴变成无数小液滴， 喷洒在筛板上形成液膜；
[0022]步骤2)打开引风机，烟气在负压的作用下进入反应塔内，并沿反应塔向上流动，气 体在筛板处与步骤1中形成的液膜相接触形成鼓泡，液膜破碎，再次产生小液滴，增大气液 接触机率;烟气经过气液导管时，进一步增大气液接触面积和接触机率；
[0023]步骤3)烟气与黑液接触时，S02和Hg2+、Hgp、HgO在气相主体中无阻力扩散，然后进 入液膜;S02和Hg2+、HgO被黑液吸收，由气态变成液态，并在液膜中分子扩散，Hgp被溶液吸 附：
[0024]
[0025]同时黑液中成分也由液相向气相扩散，并且可溶