一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法
【专利摘要】一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法是将卤化盐水溶液使用溶液喷射装置，在入炉煤处喷射入燃煤锅炉中，卤化盐溶液中卤素与煤的质量比控制在20-100ppm，使用粉末喷射装置，在烟气进入除尘器前，将吸附剂固体粉末喷射入除尘器前的管道中，使氧化态汞被吸附剂固体粉末吸附，固体粉末与粉煤灰通过除尘器一起捕获；其中吸附剂粉末喷射量为吸附剂粉末∶煤中汞重量比为1000-10000∶1。本发明具有工艺便捷，原料来源广泛，脱汞效率高的优点。
【专利说明】一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法。
【背景技术】
[0002]火力发电是我国现阶段主要的能源来源，燃煤电厂在煤燃烧提供能量的同时，产生的污染物排放对人们的生活环境却带来严重的危害。在多种燃煤污染物中，重金属汞就是其中一种毒性严重的污染物。汞对人类和动植物具有相当大的毒性，会引起胎儿发育畸形及神经系统异常，严重危害胎儿与婴幼儿的发育和成人的健康。因此，汞污染问题日益受到广泛的重视。根据美国环保局(EPA)的统计数据，目前美国年平均人为释放汞135t，其中48t来自燃煤电厂。我国燃煤电厂烟气汞的年排放量高于美国，随着经济社会的发展与环保意识的增强，包括汞在内的重金属污染进一步加剧，国务院对此高度重视，批转了环境保护部、发展改革委等七部委共同制定的《关于加强重金属污染防治工作的指导意见》(国办发〔2009〕61号)，将涉汞化工行业产品工艺列为重点防控对象之一。2011年初，国务院又批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》(国函〔2011〕13号)，该规划目标是到2015年建立起包括汞污染在内的比较完善的重金属污染防治体系、事故应急体系和环境与健康风险评估体系，重点区域重点重金属污染物排放量比2007年减少15%，非重点区域重点重金属污染物排放量不超过2007年水平。
[0003]针对重金属汞的排放与控制，已经引起国内外各方面学者的关注，并且进行了广泛的研究。燃煤汞排放的控制可通过燃烧前煤的洗选或燃烧后对烟气的除汞来实现。烟气中的汞主要以颗粒态汞(Hgp)、气态二价汞(Hg2+)和气态单质汞(Hg°)三种形式存在，这三种形式的汞所占的比例与煤中的卤素元素等氧化性成分有密切关系。由于我国的煤中氯元素含量较低，因此绝大部分烟气中汞以较难控制的Hg°形式存在。现阶段较普遍的一种实现重金属汞排放控制的途径仅仅是利用现有脱硫、脱硝和除尘等污染物控制装置进行协同控制，而绝大多数燃煤电厂还没有单独的汞控制装置。
[0004]单独汞控制技术研究进展主要从两个方面入手，一方面是汞的催化氧化技术，另一方面新型吸附技术。中国专利CN101480555A公开了一种对汞具有良好吸附作用的残碳与袋式过滤器协同作用来脱除烟气中汞及细微颗粒物。中国专利CN102553522A提供了一种用于去除燃煤烟气中汞的氧化性吸附剂的制备方法及其应用条件，吸附剂使用方法是将其喷射注入60°C至340°C的烟气中，该吸附剂制造及使用成本低于活性炭吸附剂，且可以达到85%以上的烟气汞去除率。中国专利CN102580493公开了一种基于放电活化卤族物质的烟气脱汞系统和方法，所述的卤族物质活化装置向烟气中注入卤族物质，并通过高压放电活化所述的卤族物质，将烟气中元素态汞转变为氧化态汞以及颗粒态汞后，进行除尘和吸收脱除氧化态汞以及颗粒态汞。中国专利CN102078757公开了一种用于烟气脱汞的卤素喷加装置及喷加方法，利用少量的热干燥空气，通过热的卤素床层或者鼓泡的方式制备出富含卤素的气体，通入电除尘装置前的烟道中。目前的已有技术仅从氧化或吸附单一方面入手，除汞效率不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种除汞效率高的降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法。 本发明是通过在入炉煤处喷射具有氧化性成分的卤化盐溶液，使燃煤中汞经燃烧至脱硝装置过程中更大程度的向氧化态转化，然后在除尘器前方喷射入吸附能力强的固体粉末，使氧化态汞被固体粉末捕获，固体粉末通过除尘器捕获从而使燃煤中的汞被除尘器捕获，减少了汞向大气中的排放，降低燃煤汞污染物对大气环境的影响。
其原理是卤素离子在燃烧过程与空气中O2反应生成强氧化性的卤素单质，卤素单质与单质汞反应生产氧化态汞。以NaBr为例，发生的化学反应式如下:
4NaBr+02 — 2Na20+2Br2
Br2+Hg 一 HgBr2
[0006]为了实现以上目的，本发明的控制方法包括如下步骤:
[0007](I)制备卤化盐溶液,将卤化盐配制成质量百分比为5% -15%浓度的水溶液；
(2)制备吸附剂固体粉末，将吸附剂固体破碎成为粒径小于300目的粉末；
(3)将卤化盐水溶液使用溶液喷射装置,在入炉煤处喷射入燃煤锅炉中，其中喷射量通过溶液中卤素的含量与煤的比例来控制，卤化盐溶液中卤素与煤的质量比控制在20_100ppm。
(4)使用粉末喷射装置，在烟气进入除尘器前，将吸附剂固体粉末喷射入除尘器前的管道中，使氧化态汞被吸附剂固体粉末吸附，固体粉末与粉煤灰通过除尘器一起捕获；其中吸附剂粉末喷射量为吸附剂粉末:煤中汞重量比为1000 - 10000:1。
[0008]所述的卤化盐包括碱金属或碱土金属的卤化物盐，包括CaCl2, NaBr，CaBr2或KI。
[0009]所述的固体吸附剂包括商业活性炭、活性焦或沸石分子筛材料。其中活性炭类吸附剂的比表面积为800-1200m2/g，孔径范围2_10nm ;活性焦类吸附剂的比表面积为600-1000m2/g，孔径范围2-1Onm;沸石类材料的比表面积为200_800m2/g，孔径范围0.5_5nm0
[0010]所述的溶液喷射装置包括储液罐、一台恒流输液泵、一个喷嘴及其输送管道，其喷射量由恒流输液泵控制，喷嘴为耐腐蚀陶瓷内衬制作的，具有均匀雾化效果的喷嘴。
[0011]所述的喷嘴可以包括:山东大拇指喷雾设备有限公司生产的DMZJX型雾化喷嘴；东莞市福瑞德喷雾净化有限公司生产的FN-1型雾化喷嘴；济宁亚特美工贸有限公司生产的YSPJ型雾化喷嘴。
[0012]所述的固体吸附剂粉末喷射装置包括料仓、螺旋给料器，罗茨风机、文丘里喷射器及其输送管道，其固相喷射量由螺旋给料器及其罗茨风机气流速度控制。所使用的螺旋给料器通过电子控制实现均匀进料速度。所使用的罗茨风机能够通过调节空气流速来控制粉末的传输速度及喷射速度。所使用的文丘里喷射器为硬质材料制作的，能减缓磨损及高速弓I射气流阻止结垢的喷射器。
[0013]所述的文丘里喷射器可以包括河北华强科技开发有限公司生产的LZS型喷射器；无锡市扬名防腐设备厂生产的WGP系列喷射器；南京德力科化工设备有限公司生产的DLPS型喷射器。
[0014]本发明具有如下特点:
[0015]I)工艺方法便捷:本发明提供的燃煤烟气汞排放控制方法工艺操作简单，运行安全可靠，环境效益显著，装置占地面积小，工艺成本低廉，易于对现场装置进行改造。
[0016]2)原料来源广泛:喷射所需的固体液体材料均来源广泛，制备方法简单，设备无腐蚀性,且成本低廉。
[0017]3)脱汞效率高:本发明对燃煤电厂烟气中汞的脱除具有效果明显，并且具有除汞成本低的优点，是一种非常有发展前景的汞污染物控制方法。
[0018]本发明可用于燃煤电厂烟气脱汞外，也可以用于配备除尘装置的冶金等行业的燃煤锅炉设备脱汞。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的流程图；
图2是本发明溶液喷射装置图；
图3是本发明固体吸附剂粉末喷射装置图；
如图所示，I是燃煤锅炉，2是脱硝装置，3是除尘装置，4是脱硫装置，5是烟囱。液体和固体喷射位置在图1上标出。6是储液罐，7是恒流输液泵，8是喷嘴，9是料仓，10是螺旋给料器，11是罗茨风机，12是输送管路，13是文丘里喷射器。
【具体实施方式】
[0021]下面，结合附图对本发明的实施方式做进一步的阐述。应理解，该实施实例仅用于说明本发明而不限于本发明的范围。
实施例1
[0022]如附图所示，该发明需要在配备有脱硝装置和除尘装置的燃煤电厂进行实施，借助于现有的脱硝装置和除尘装置协同实现除汞效果。其中脱硝装置的作用是借助于装置内脱硝催化剂的催化作用实现溶液氧化剂对Hg°的氧化作用；除尘装置的作用是将吸附Hg的吸附剂粉末捕获。
[0023]在某300丽机组煤粉炉的燃煤电厂进行喷射及汞排放测试实验。首先做喷射开口、输送管路连接，及汞排放浓度检测的准备工作。在煤入炉处开口，如附图1所示位置，将液体喷射装置按照附图2所示连接好后，喷嘴8插入开口。在脱硝装置和除尘装置之间开口，将料仓9、螺旋给料器10，罗茨风机11及固体粉末输送管路12按照附图3连接好后，文丘里喷射管13插入开口。在脱硫装置4出口处布置汞浓度连续分析仪。
[0024]配置CaBr2溶液，按照CaBr2与去离子水质量比为1:10的比例配置溶液，通过机械搅拌，待形成无色透明溶液后，转移入储液罐内待用。购买的商业烟煤活性炭产品，比表面积为960m2/g，平均孔径3.8nm。用粉碎机粉碎，过300目筛子得到粒径小于300目的固体粉末，将粉末转移入料仓中待用。
[0025]燃煤机组的煤耗为100t/h，测得燃煤的汞含量为56ppb，以此计算所需的液体及固体喷射量。待燃煤锅炉机组的运行稳定后，维持负荷90%以上，脱硝、除尘和脱硫装置均运行稳定，进行汞排放基线测量。通过烟气连续汞分析仪测量脱硫装置出口出的汞浓度，连续一小时稳定后，烟气汞浓度为11.1 μ g/m3,可作为未进行喷射控制之前的汞排放浓度基线。
[0026]得到萊浓度基线结果后，同时开启液体与固体喷射设备。液体喷射量按照CaBr2溶液中Br与煤的质量比10ppm进行喷射。固体喷射量以吸附剂粉末:煤中汞重量比为10000:1进行喷射。开始喷射后，通过脱硫装置出口的连续汞分析仪检测汞排放浓度，当喷射时间30分钟时，可监测到出口汞浓度开始下降，I小时后汞排放浓度趋于稳定。按照上述实施方式进行实施时，监测得到的出口汞浓度为出口汞浓度为1.8 μ g/m3，相比于基线出口汞浓度可以降低85%。
实施例2
[0027]在某200MW机组煤粉炉的燃煤电厂进行喷射及汞排放测试实验，燃煤机组的煤耗为60t/h，测得燃煤的汞含量为145ppb，以此计算所需的液体及固体喷射量。配置CaCl2溶液，按照CaCl2与去离子水质量比为1:10的比例配置溶液，通过机械搅拌，待形成无色透明溶液后，转移入储液罐内待用。购买褐煤半焦产品，比表面积730m2/g，平均孔径4.5nm。用粉碎机粉碎，过300目筛子得到粒径小于300目的固体粉末，将粉末转移入料仓中待用。液体喷射量按照CaCl2溶液中Cl与煤的质量比60ppm进行喷射，固体喷射量以吸附剂粉末:煤中汞重量比为5000:1进行喷射，其余同实施例1。当喷射时间30分钟时，可监测到出口汞浓度开始下降，I小时后汞排放浓度趋于稳定，从初始的15.6 μ g/m3下降为5.1 μ g/m3。按照上述实施方式进行实施时，出口汞浓度相比于基线出口汞浓度可以降低68%。
实施例3
[0028]在某200MW机组煤粉炉的燃煤电厂进行喷射及汞排放测试实验，燃煤机组的煤耗为60t/h，测得燃煤的汞含量为145ppb，以此计算所需的液体及固体喷射量。配置CaCl2溶液，按照CaCl2与去离子水质量比为1:10的比例配置溶液，通过机械搅拌，待形成无色透明溶液后，转移入储液罐内待用。购买的商业烟煤活性炭产品，比表面积960m2/g，平均孔径3.8nm。用粉碎机粉碎，过300目筛子得到粒径小于300目的固体粉末，将粉末转移入料仓中待用。液体喷射量按照CaCl2溶液中Cl与煤的质量比30ppm进行喷射，固体喷射量以吸附剂粉末:煤中汞重量比为1000:1进行喷射，其余同实施例1。当喷射时间30分钟时，可监测到出口汞浓度开始下降，I小时后汞排放浓度趋于稳定，从初始的14.8 μ g/m3下降为3.6 μ g/m3。按照上述实施方式进行实施时，出口汞浓度相比于基线出口汞浓度可以降低76%。
实施例4
[0029]在某200MW机组煤粉炉的燃煤电厂进行喷射及汞排放测试实验，燃煤机组的煤耗为60t/h，测得燃煤的汞含量为145ppb，以此计算所需的液体及固体喷射量。配置CaCl2溶液，按照CaCl2与去离子水质量比为1:10的比例配置溶液，通过机械搅拌，待形成无色透明溶液后，转移入储液罐内待用。购买的商业烟煤活性炭产品，比表面积960m2/g，平均孔径3.8nm。用粉碎机粉碎，过300目筛子得到粒径小于300目的固体粉末，将粉末转移入料仓中待用。液体喷射量按照CaCl2溶液中Cl与煤的质量比30ppm进行喷射，固体喷射量以吸附剂粉末:煤中汞重量比为3000:1进行喷射，其余同实施例1。当喷射时间30分钟时，可监测到出口汞浓度开始下降，I小时后汞排放浓度趋于稳定，从初始的14.5 μ g/m3下降为2.6 μ g/m3。按照上述实施方式进行实施时，出口汞浓度相比于基线出口汞浓度可以降低82%。
【权利要求】
1.一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法，其特征在于包括如下步骤: (1)制备卤化盐溶液，将卤化盐配制成质量百分比为5%-15%浓度的水溶液； (2)制备吸附剂固体粉末，将吸附剂固体破碎成为粒径小于300目的粉末； (3)将卤化盐水溶液使用溶液喷射装置，在入炉煤处喷射入燃煤锅炉中，其中喷射量通过溶液中卤素的含量与煤的比例来控制，卤化盐溶液中卤素与煤的质量比控制在20_100ppm ； (4)使用粉末喷射装置，在烟气进入除尘器前，将吸附剂固体粉末喷射入除尘器前的管道中，使氧化态汞被吸附剂固体粉末吸附，固体粉末与粉煤灰通过除尘器一起捕获；其中吸附剂粉末喷射量为吸附剂粉末:煤中汞重量比为1000-10000:1。
2.如权利要求1所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法，其特征在于所述的卤化盐包括碱金属或碱土金属的齒化物盐。
3.如权利要求2所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法,其特征在于所述的碱金属齒化物盐为NaBr或KI ;碱土金属齒化物盐CaCl2或CaBr2。
4.如权利要求1所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法，其特征在于所述的固体吸附剂包括商业活性炭、活性焦或沸石分子筛材料。
5.如权利要求4所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法,其特征在于所述的商业活性炭的比表面积为800-1200m2/g，孔径范围2_10nm。
6.如权利要求4所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法,其特征在于所述的活性焦的比表面积为600-1000 m2/g，孔径范围2-10nm。
7.如权利要求4所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法,其特征在于所述的沸石分子筛的比表面积为200-800m2/g，孔径范围0.5_5nm。
8.如权利要求1所述的一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法，其特征在于所述的溶液喷射装置包括储液罐(6)、一台恒流输液泵(7)、一个喷嘴(8)及其输送管道，其喷射量由恒流输液泵控制，喷嘴为耐腐蚀陶瓷内衬制作的，具有均匀雾化效果的喷嘴。
9.如权利要求8所述的一种降低燃煤电厂烟气汞排放的控制方法，其特征在于所述的喷嘴包括山东大拇指喷雾设备有限公司生产的DMZJX型雾化喷嘴；东莞市福瑞德喷雾净化有限公司生产的FN-1型雾化喷嘴或济宁亚特美工贸有限公司生产的YSPJ型雾化喷嘴。
10.如权利要求1所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法，其特征在于所述的固体吸附剂粉末喷射装置包括料仓(9)、螺旋给料器(10)，罗茨风机(11)、文丘里喷射器(13)及其输送管道(12)，其固相喷射量由螺旋给料器(10)及其罗茨风机(11)气流速度控制，所使用的螺旋给料器(10)通过电子控制实现均匀进料速度；所使用的罗茨风机(11)能够通过调节空气流速来控制粉末的传输速度及喷射速度，所使用的文丘里喷射器(13)为硬质材料制作的。
11.如权利要求10所述的一种降低燃煤电厂烟气萊排放的控制方法,其特征在于所述的文丘里喷射器(13)包括河北华强科技开发有限公司生产的LZS型喷射器；无锡市扬名防腐设备厂生产的WGP系列喷射器或南京德力科化工设备有限公司生产的DLPS型喷射器。
【文档编号】C10L10/00GK104388146SQ201410529219
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】滕阳, 齐娜娜, 高旭, 常剑, 张锴, 陈宏刚, 徐钢, 杨勇平 申请人:华北电力大学