一种燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于环境保护技术领域，特别公开了一种燃煤电站烟气污染物脱除方面的飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，系统主要包括烟气汞在线监测仪、气化斜槽、气动蝶阀、原料储备仓、料位计、旋转卸料阀、改性装置、集料装置、气动圆顶阀、喷吹罐、固体质量流量计、料位计、旋转给料器、混合加速器、气体涡街流量计、气动调节阀、压缩空气贮气罐、粉体喷射器、控制器、工控机等。工作过程中，系统从燃煤电站静电除尘器电场在线获取飞灰，通过现场改性装置改性制备成高效汞吸附剂，进而将其输送并喷射到烟道中，吸附烟道烟气中的汞等污染物。本发明通过在燃煤电站现场获取吸附剂原料、在线改性并进一步喷射吸附可降低汞等污染物向大气中的排放，避免了从燃煤电站外部获取吸附剂原料，降低了污染物控制成本并提高了自动化运行水平。
【专利说明】
一种燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统
技术领域
[0001]本发明属于环境保护技术领域，特别公开了一种燃煤电站烟气污染物脱除方面的飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统。技术背景
[0002]重金属汞具有很强的挥发性和毒性，且其化学性能稳定，可持续累积。自然界中汞转化为离子汞的能力弱于其他金属，能够以元素汞形态存在于大气、水和土壤中。根据 2013年联合国环境规划署的评估报告，2010年人为排放到大气中的汞总量约为1960吨， 汞及其化合物的危害问题已经引起世界各国的极大关注，燃煤电站是大气汞污染排放的主要来源之一，美国、加拿大、德国和中国等国都制定了相应的燃煤电站汞污染物排放标准。 对于燃煤烟气中汞污染控制，活性炭喷射法(ACI)是研究较多且较成熟的一种方法，目前美国已将活性炭喷射技术用于垃圾焚烧炉、燃煤电站等开展汞污染控制，脱汞效率可达到 90%。我国专利CN102489116A介绍了可回收吸附剂的燃煤烟气吸附脱汞方法及装置，专利 CN102527177A介绍了除尘脱汞一体化的电袋复合除尘器，这些发明涉及到的技术都是以活性炭为吸附剂。实际应用中，活性炭吸附剂价格较高，而且喷射的活性炭吸附剂对电站飞灰二次利用会有一定的影响。专利CN201410261836.7提出了一种控制烟气重金属污染物排放的大规模吸附剂改性耦合喷射系统，其改性及喷射方法可对飞灰等吸附剂进行处理，但没有实现吸附剂原料及喷射脱除一体化，单独在燃煤电站应用不太方便。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统。
[0004]本发明所述飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统在工作过程中是在燃煤电站现场取得飞灰作为改性吸附剂原料，进而在改性装置中改性并进一步喷射到烟道中，吸附烟道烟气中的汞等污染物。通过对烟气中汞的在线监测，优化调整脱汞系统改性及喷射过程，保证稳定的汞排放浓度和自动化运行。该系统能够实现现场进料、改性、喷射及吸附一体化运行，可满足对不同容量机组燃煤电站烟气中汞等污染物排放进行吸附脱除。
[0005]本发明通过以下方式在集成系统中实现飞灰原料在线获取、吸附剂现场制备以及连续均匀喷射，并实现多种工作过程自动控制:
[0006]所述飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统主要包括烟气汞在线监测仪、气化斜槽、气动蝶阀、原料储备仓、料位计、旋转卸料阀、改性装置、集料装置、气动圆顶阀、喷吹罐、 固体质量流量计、料位计、旋转给料器、混合加速器、气体涡街流量计、气动调节阀、压缩空气贮气罐、粉体喷射器、控制器、工控机等。
[0007]具体工作中，所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统根据燃煤电站静电除尘器不同电场灰斗中的飞灰改性后的吸附性能及其飞灰总量，确定在线取灰的静电除尘器电场灰斗位置，经过连接在取灰斗上的空气斜槽和及其上的气动蝶阀将飞灰储存到原料储备仓中，原料储备仓中的飞灰经过改性装置实现现场改性制备成高效飞灰吸附剂，然后进入集料装置及其后续的喷吹罐，在压缩空气的驱动下，喷吹罐中的高效飞灰吸附剂被输送粉体喷射器并进一步喷射到烟道中，在烟道中实现对汞的吸附。
[0008]所述的CEMS系统为汞污染物连续自动在线监测系统，用于监测烟气中汞污染物浓度并计算改性吸附剂喷射脱汞系统的脱除效率。
[0009]所述的原料储备仓用于收集飞灰原料，工作时在气化斜槽和气动蝶阀作用下实现集料；在旋转卸料阀的作用下实现向改性装置中稳定卸料。料位计用于监控仓中物料储备情况，物料到底高料位时，关闭气动蝶阀，停止收集飞灰；物料到低料位时，打开气动蝶阀， 向原料储备仓中补充物料，保证系统工作的稳定性和连续性。
[0010]所述的气动圆顶阀通过充气膨胀的方式实现气体的密封效果，由于飞灰中含有大量的氧化硅及氧化铝，因此具有很强的磨损性，采用充气密封的方式可以防止密封圈磨损， 保证长期有效密封，从而大大提高了气力喷吹系统的可靠性。[〇〇11]所述的喷吹罐采用串罐或并罐的布置方式，可以实现粉体吸附剂连续稳定喷射。在料位计的监控下实现逻辑控制给料，保证喷吹的连续性，同时喷吹罐本身具有压力平衡装置，避免加料和给料过程中罐内压力波动，防止吸附剂喷射过程中产生脉冲流。
[0012]所述的旋转给料器可以实现吸附剂喷吹量的实时调节，给料器的给料量与转速成正比，控制给料器的转速即可达到稳定的给料量，给料器速度由变频驱动器输出。
[0013]所述的固体质量流量计用于监测管道内固体的流量，信号实时显示在工控机上， 通过控制器反馈至旋转给料器和气动调节阀，实现给料量的实时调节。
[0014]所述的粉体喷射器由喷吹主管、多路分配器和喷枪组成，多路分配器的内部结构通过理论计算、数值分析以及等比模型实验验证的方式进行优化设计，各个支管的出料量分配精度可达±5%。
[0015]所述的控制系统可以实现以下儿个功能:原料储备仓自动装料及卸料；气力喷吹系统喷吹罐连续给料；吸附剂的喷射量实时可调。控制器读取传感器上参数，结合燃煤电站机组实时运行负荷及入炉煤给煤量，通过工控机分析，得到改性飞灰吸附剂喷射脱汞工艺的最优喷射量，反馈至控制器，进而对各个执行机构进行实时控制。
[0016]本发明有益效果:
[0017]本发明实现在燃煤电站现场获取吸附剂原料、在线改性并喷射吸附汞等污染物， 避免了从燃煤电站外部获取吸附剂原料，降低了污染物控制成本和提高了自动化运行水平。
[0018]本发明主要工作元件可安装在燃煤电站地面区域，避免在高空平台上搭建大型设备，同时整套系统可以实现参数自动调节功能，也可在电站原有控制系统上对本脱汞系统进行实施监控。
[0019]本发明具有多出口出料均匀、喷出物料雾化效果好、系统运行稳定可靠等优点。【附图说明】
[0020]图1为本发明的工艺流程图。
[0021]图中标号:
[0022]1、锅炉，2、选择性催化还原脱硝塔，3、CEMS系统，4、空气预热器，5、静电除尘器，6、 引风机，7、湿式脱硫塔，8、CEMS系统，9、烟囱，10、气化斜槽，11、气动蝶阀，12、原料储备仓，13、料位计，14、旋转卸料阀，15、改性装置，16、集料装置，17、气动圆顶阀，18、喷吹罐，19、固体质量流量计，20、料位计，21、旋转给料器，22、混合加速器，23,气体涡街流量计，24、气动调节阀，25、压缩空气贮气罐，26、粉体喷射器，27、控制器，28、工控机。
[0023]图2为与本发明控制系统工作不意图。【具体实施方式】
[0024]本发明提供了一种燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，下面结合附图和具体实施例进一步详细描述。
[0025]所述燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统及方法包括烟气汞在线监测仪系统3和8,气化斜槽10,气动蝶阀11，原料储备仓12,料位计13,旋转卸料阀14,改性装置15,集料装置16,气动圆顶阀17,喷吹罐18,固体质量流量计19,料位计20,旋转给料器21，混合加速器22,气体涡街流量计23,气动调节阀24,压缩空气贮气罐25,粉体喷射器 26,控制器27,工控机28等，工作过程中，系统从燃煤电站静电除尘器电场在线获取飞灰， 通过现场改性装置改性制备成高效汞吸附剂，进而将其输送并喷射到烟道中，吸附脱除烟道烟气中汞等污染物。
[0026]所述燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统工作中，其特征在于，根据静电除尘器5不同电场灰斗中的飞灰改性后吸附性能及其飞灰总量，确定在线取灰的灰斗位置，经过连接在取灰都的空气斜槽10和空气斜槽10上的气动蝶阀11将飞灰储存到原料储备仓12中，原料储备仓12中的飞灰经过改性装置15实现现场改性，制备成高效飞灰吸附剂，然后进入集料装置16及其后续的喷吹罐18,在压缩空气的驱动下，喷吹罐18中的高效飞灰吸附剂被输送到粉体喷射器26并进一步喷射到烟道中，在烟道中实现对汞的吸附。
[0027]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中气体涡街流量计23和气动调节阀24组成的执行机构控制驱动气源压缩空气的输送气量，体积计量的旋转给料器21控制吸附剂喷射量。
[0028]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中改性后的高效飞灰吸附剂在选择性催化还原脱硝塔2和空气预热器4之间的烟道或者空气预热器4和静电除尘器5之间的烟道喷入，通过粉体喷射器26的多个喷射口实现吸附剂均匀雾化喷射，提高烟道中吸附剂与汞等污染物的接触机会和传质效果。
[0029]根据示范燃煤电站开展的汞污染的脱除实验，针对国内现有燃煤电站烟风系统的布置情况，喷射点优选在选择性催化还原脱硝塔3和空气预热器4之间，一般可以将吸附剂和烟气的接触时间提高1左右倍，促进气固之间的传质效果，进而使得气固两相之间的反应更加充分。
[0030]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统的控制系统包括传感器、 控制器和执行机构，所述系统控制工作示意如图2所示。系统运行中，控制器根据传感器中收集的信号和工控机28的控制逻辑对执行机构给出指令，完成系统的控制调整，其中传感器包括CEMS系统3和8、料位计13、固体质量流量计19、料位计20以及气体涡街流量计23， 执行机构包括气动蝶阀11、旋转卸料阀14、气动圆顶阀17、旋转给料器21以及气动调节阀 24,工作过程中控制器27连接到各个传感器上读取参数，结合燃煤电站机组实时运行负荷及入炉煤给煤量，传输至工控机28,根据汞污染物控制要求以及实际运行情况，得到飞灰吸附剂喷射脱汞工艺的最优喷射量，反馈至控制器27,进而对各个执行机构进行实时调整，通过控制系统的工作，可以实现原料储备仓12自动装料及卸料、气力喷吹系统喷吹罐连续给料以及吸附剂的喷射量实时可调。[〇〇31] 所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中，喷吹罐18采用串罐或并罐的布置方式，在料位计20的监控下实现逻辑控制给料，保证喷吹的连续性，同时喷吹罐18本身具有压力平衡装置，避免加料和给料过程中罐内压力波动，防止吸附剂喷射过程中产生脉冲流，实现改性飞灰吸附剂连续稳定喷射。
[0032]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中，原料储备仓12的容积可满足3?4h的改性飞灰量及喷吹飞灰量，防止静电除尘器电场灰斗中物料储备不足时吸附剂喷射系统中样品制备及喷吹过程出现缺料工况。
[0033]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中，吸附剂可在喷射点位实现多出口均匀喷射，粉体喷射器26由喷吹主管、多路分配器和喷枪组成，多路分配器的内部结构通过理论计算、数值分析以及等比模型实验验证的方式进行优化设计，各个支管的出料量分配精度可达±5%。
[0034]所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统中，烟道中吸附剂喷射方向与烟气流动方向一致，喷射速度根据烟道结构尺寸及烟气运行参数进行数值优化设计， 保证气固非均相反应的传质效果。
[0035]本发明中喷吹系统是通过体积计量的旋转给料器21和固体质量流量计19来控制喷吹量。在另一种实施例中也可外加失重控制系统进行精确调整，当操作人员在控制界面上设定喷吹量后，喷吹设定值与失重计量测得的实际喷吹值比较，如果实际喷吹值小于设定值，控制系统会自动提高给料器转速，直到设定值与实际值一致，反之亦然。
[0036]本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未全部指出本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
【主权项】
1.一种燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在于，系统主要包括 烟气汞在线监测仪(CEMS)系统3和8,气化斜槽10,气动蝶阀11，原料储备仓12,料位计13， 旋转卸料阀14,改性装置15,集料装置16,气动圆顶阀17,喷吹罐18,固体质量流量计19， 料位计20,旋转给料器21，混合加速器22,气体涡街流量计23,气动调节阀24,压缩空气贮 气罐25,粉体喷射器26,控制器27,工控机28等，工作过程中，系统从燃煤电站静电除尘器 电场在线获取飞灰，通过现场改性装置改性制备成高效汞吸附剂，进而将其输送并喷射到 烟道中，吸附脱除烟道烟气中汞等污染物。2.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，根据静电除尘器5不同电场灰斗中的飞灰改性后吸附性能及其飞灰总量，确定在线取 灰的静电除尘器5电场灰斗位置，经过连接在取灰斗上的空气斜槽10和空气斜槽10上的 气动蝶阀11将飞灰储存到原料储备仓12中，原料储备仓12中的飞灰经过改性装置15实 现现场改性，制备成高效飞灰吸附剂，然后进入集料装置16及其后续的喷吹罐18,在压缩 空气的驱动下，喷吹罐18中的高效飞灰吸附剂被输送到粉体喷射器26并进一步喷射到烟 道中，在烟道中实现对汞的吸附。3.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，系统中气体涡街流量计23和气动调节阀24组成的执行机构控制驱动气源压缩空气的 输送气量，体积计量的旋转给料器21控制吸附剂喷射量。4.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，系统中改性后的高效飞灰吸附剂在选择性催化还原脱硝塔2和空气预热器4之间的烟 道或者空气预热器4和静电除尘器5之间的烟道喷入，通过粉体喷射器26的多个喷射口实 现吸附剂均匀雾化喷射，提高烟道中吸附剂与汞等污染物的接触机会和传质效果。5.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，该系统的控制系统包括传感器、控制器和执行机构，系统运行中，控制器根据传感器中 收集的信号和工控机28的控制逻辑对执行机构给出指令，完成系统的控制调整，其中传感 器包括CEMS系统3和8、料位计13、固体质量流量计19、料位计20以及气体涡街流量计23， 执行机构包括气动蝶阀11、旋转卸料阀14、气动圆顶阀17、旋转给料器21以及气动调节阀 24,工作过程中控制器27连接到各个传感器上读取参数，结合燃煤电站机组实时运行负荷 及入炉煤给煤量，传输至工控机28,根据汞污染物控制要求以及实际运行情况，得到飞灰吸 附剂喷射脱汞工艺的最优喷射量，反馈至控制器27,进而对各个执行机构进行实时调整，通 过控制系统的工作，可以实现原料储备仓12自动装料及卸料、气力喷吹系统喷吹罐连续给 料以及吸附剂的喷射量实时可调。6.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，喷吹罐18采用串罐或并罐的布置方式，在料位计20的监控下实现逻辑控制给料，保证 喷吹的连续性，同时喷吹罐18本身具有压力平衡装置，避免加料和给料过程中罐内压力波 动，防止吸附剂喷射过程中产生脉冲流，实现改性飞灰吸附剂连续稳定喷射。7.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，原料储备仓12的容积可满足3?4h的改性飞灰量及喷吹飞灰量，防止静电除尘器电场 灰斗中物料储备不足时吸附剂喷射系统中样品制备及喷吹过程出现缺料工况。8.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在于，吸附剂可在喷射点位实现多出口均匀喷射，粉体喷射器26由喷吹主管、多路分配器和 喷枪组成，多路分配器的内部结构通过理论计算、数值分析以及等比模型实验验证的方式 进行优化设计，各个支管的出料量分配精度可达±5%。9.根据权利要求1所述的燃煤电站飞灰吸附剂一体化改性及喷射脱汞系统，其特征在 于，烟道中吸附剂喷射方向与烟气流动方向一致，喷射速度根据烟道结构尺寸及烟气运行 参数进行数值优化设计，保证气固非均相反应的传质效果。
【文档编号】B01D53/06GK105983297SQ201510065290
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月9日
【发明人】张永生, 顾永正, 李文瀚, 王家伟, 刘钊, 潘伟平
【申请人】华北电力大学