专利名称：一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置。
背景技术：
尽管各种新能源在发展，但是在世界范围内，煤在能源结构中依然处于主体地位，尤其是我国，更是达到了三分之ニ左右，而且这种格局在今后较长一段时间内不会改变。长期以来，以燃煤为主的火力发电机组在我国电カエ业中占主导地位，我国大型电站绝大部分是常规的燃煤电站。燃煤电站排放的硫氧化物、氮氧化物、烟尘以及微量元素的排放形势日益严峻，给环境造成极大影响，对人的健康造成很大的危害，并由此直接或间接地带来巨大的经济损失。
近年来，由于经济发展、人们生活水平日益提高，对环境质量提出了越来越高的要求，环保法规也日益健全与严格，人们开始重视燃煤造成的微量和痕量元素污染问题，这些痕量兀素主要有Hg, Pb, F, Cl, As和Se等。特别是痕量兀素萊是最具韋性、最易挥发、最难控制的污染物，汞的排放会造成损害神经、破坏肝脏和伤害胎儿、婴儿的发育等一系列严重的问题，同时其在大气中停留的周期长，极难控制。对于各种烟气污染物的脱除，是当前研究的重点。2011年7月份，国家又出台了燃煤电厂烟气污染物重金属汞的排放标准。燃煤电站锅炉烟气污染物汞排放的控制比较困难，目前，在尾部烟道喷射碳基吸附剂以吸附一定量的烟气汞，是实现燃煤烟气重金属汞排放控制的主要和有效的方式。但是，常规的活性碳等碳基燃煤烟气汞吸附剂喷射存在成本较高、对燃煤电站锅炉飞灰综合利用产生负面影响等问题，所以一般燃煤电站尚不能采用喷射常规活性碳等碳基烟气汞吸附剂进行烟气汞排放的控制。但随着经济与社会的发展，电厂需要高效、低成本、不影响飞灰综合利用的烟气污染物吸附剂。在烟气污染物吸附剂开发过程中，进行吸附剂吸附性能的评价是非常重要的环节，有利于降低直接到现场进行试验评价的费用，降低吸附剂开发成本。本专利涉及的是ー种燃煤烟气污染物吸附剂评价系统与装置，对于脱除烟气中的多种大气污染物以及评价多种吸附剂的吸附性能有良好的作用。目前公开的专利主要有福建龙净脱硫脱硝工程有限公司的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法，申请号/专利号:200910112433。该专利提供一种可同时脱除HF，HCl, SO2和SO3等酸性气体及重金属、ニ噁英的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法。主要采用脱酸塔去除酸性气体和吸附剂与活性炭共同吸附去除重金属以及气态有机污染物。浙江菲达脱硫工程有限公司的一种烧结机烟气选择性脱硫脱硝装置，申请号/专利号201020602901。该实用新型专利涉及一种烧结机烟气选择性脱硫脱硝的装置，对烧结机风箱不同部位的烟气做区别处理，先除尘再做脱硫脱硝处理，然后再喷射活性炭对重金属、ニ噁英等多种污染物一并进行脱除，最后进行二次除尘。聊城市鲁西化工工程设计有限责任公司的ー种锅炉烟气脱硫装置，申请号/专利号200920241086。该专利提供了ー种锅炉烟气脱硫装置，包括浓缩塔、吸收塔以及多级吸收液再生喷射器，使吸收液充分再生，提高污染物脱除效率。中国石油大学的设计的气体吸附剂评价装置，专利申请号为200320102956. X。该吸附剂评价装置有两个吸附罐，采用色谱分析仪测定气态污染物反应过程中物质变化。以上几种污染物评价及处理装置，主要是针对垃圾焚烧烟气或烧结烟气，系统中均包含多个预处理和吸收单元，结构较复杂，不适于直接应用于燃煤电站生产现场烟气污染物控制。本专利发明涉及的烟气污染物吸附剂评价系统与装置正是基于此目的而开发的，可以方便快速地评价各种吸附剂的吸附效率，为燃煤电站锅炉等烟气污染物排放控制提供技术基础。
发明内容
用于烟气污染物吸附剂评价的装置。该装置构造简单，采用固定床的形式，可以灵活方便地脱除多种烟气污染物，并且可以相应地评价各种吸附剂的吸附效果。本实用新型的技术方案ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，包括携帯污染物的模拟烟气钢瓶，汞携带气体钢瓶，汞蒸气发生器，第一质量流量计，第二质量流量计，混气罐，双通阀，固定床，汞形态转化装置，汞分析仪，计算机，尾气处理装置；所述的固定床包括固定床的床体、烟气入口、烟气出口 ；另外，所述的固定床还设有控温装置，该控温装置可以灵活控制固定床体的温度；所述的固定床的床体中,采用具备粒径为0. 5 2mm的玻璃珠或硬质聚酯材料作为床料，粒径为0. 5 I. 5mm的吸附剂分散于床料中；所述的吸附剂呈固体颗粒，为碳基类吸附剂或非碳基类吸附剂；所述的碳基类吸附剂有活性炭及其改性制品；所述的非碳基类吸附剂有钙基类吸附剂、凹凸棒等矿石类吸附剂或钙基类吸附齐U、凹凸棒等矿石类吸附剂的改性制品；钙基类吸附剂，如CaCl2、CaCO3等。固定床中床料与吸附剂的质量比值在50 70:1，目的是为了达到最好的吸附效果；汞携带气体钢瓶依次经压缩空气经第一质量流量计、汞蒸汽发生器、双通阀后与混气罐的入口相连；携帯污染物的模拟烟气钢瓶经第二质量流量计后与混气罐的入口相连混气罐出ロ的管道分成两路，一路管道经双通阀从固定床的顶部进入固定床，固定床的下面的出ロ通过管道与汞形态转化装置相连，汞形态转化装置的出口与汞分析仪相连；汞分析仪将分析所得的数据送入计算机显示，另外，汞分析仪设有排气ロ并与尾气处理装置相连；从混气罐出来的另一路管道不经固定床及汞形态转化装置而直接进入汞分析仪；为了防止用于烟气污染物吸附剂评价的装置中管路中汞吸附，管路系统均采用TEFLON管，具有良好的化学惰性。利用上述的ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置对固定床中的吸附剂的吸附性能评价的方法，步骤如下( I)、吸附剂的预处理将吸附剂用去离子水或浓度为5%的KI水溶液清洗，然后置于烘箱中在110°C下干燥24h去除水分；(2)、固定床的安装将床料与吸附剂混合均勻后填入到固定床中，固定床的上下均采用玻璃棉固定，固定床中床料与吸附剂的填充密度为30 50g/m ；( 3 )、吸附剂的吸附性能的评价经汞携帯气体钢瓶将压缩空气经第一质量流量计后进入汞蒸气发生器后携带由汞蒸气发生器产生的汞蒸气经双通阀进入到混气罐中；携帯污染物的模拟烟气钢瓶将携带污染物的模拟烟气经第二质量流量计后进入混气罐中并与上述的进入到混气罐中的汞蒸气进行混合；上述混合所形成的混合烟气从混气罐出来分成两路，一路经阀门进入固定床，控制温度为65 350°C，停留时间为0. 5^1. Os，被固定床中的吸附剂吸附后再进入汞形态转化装置进行汞形态转换后排出的烟气进入汞分析仪，计算机显示的是经固定床吸附剂吸附后的混合烟气中污染物的浓度Crat，经汞分析仪后排出的气体经尾气处理装置进行处理后再进行排放；从混气罐出来的另一路直接进入汞分析仪进行分析后通过计算机显示即不经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物的浓度Cin ；然后通过计算，就可以得出吸附剂对混合烟气中污染物的吸附效率及単位吸附量;所述的吸附效率11
Tl = .......~.....X100%
Cix其中，Cin :未经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物的浓度；Cout :经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物的浓度；所述的吸附剂的単位吸附量Qa
Q!l = H[(C^-C)FIm']dx
-(r^)ll(cis-cyx
^ (VJm)ZiCM-^jMi式中，Cin :指混合烟气未经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物浓度；[0047]q :指混合烟气经固定床的吸附剂吸附后的混合烟气中的污染物，各监测瞬间的浓度，比如VM3000每秒显示一次的测量浓度；Mi :指各监测瞬间的时间间隔，如VM3000的Afi =Is;n :指混合烟气体被吸附剂吸附的时段内，监测的浓度的个数，如吸附试验时间选取4h，每秒监测ー个浓度数值，那么n=14400 ；V :指混合烟气流量； ■:指固定床中吸附剂的质量。所述的混合烟气中的污染物为N0X，SO2或重金属Hg。本实用新型的有益效果本实用新型的ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，由于采用特殊的固定床，并通过固定床内一定比例的玻璃珠或硬质聚酯材料和吸附剂混合后，在一定的温度下，混合烟气进入固定床系统，SO2jNOx和Hg等相关污染物被其中的吸附剂所吸附，从而达到控制混合烟气中污染物浓度的效果。同时，可以方便快速地评价该种吸附剂的吸附效果。
图I、ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置的工作原理示意图；图2、固定床的结构示意图；图3、80°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图；图4、100°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图；图5、120°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图；图6、140°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图；图7、160°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图；图8、180°C下5%浸碘活性炭脱汞性能图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本实用新型进ー步阐述，但并不限制本实用新型。所述的模拟烟气为含有N2, SO2, NOx的混合气体；本实用新型所用的萊分析仪为烟气萊分析仪VM3000 (Mercury Instruments,Germany)实施例Iー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，其示意图如图I所示，其中I为携带污染物的模拟烟气钢瓶，2为汞携帯气体钢瓶，3为汞蒸气发生器，5为第一质量流量计，4为第二质量流量计、7为混气罐，6为双通阀，8为固定床，9为汞形态转化装置，10为汞分析仪，11为计算机，12为尾气处理装置；汞携带气体钢瓶2依次经压缩空气经第一质量流量计5、汞蒸汽发生器3、双通阀6后与混气罐7的入口相连；携帯污染物的模拟烟气钢瓶I经第二质量流量计4后与混气罐7的入口相连；混气罐7出口的管道分成两路，一路管道经阀门从固定床8的顶部进入固定床8，固定床8的下面的出ロ通过管道与汞形态转化装置9相连，汞形态转化装置9的出口与汞分析仪10相连； 汞分析仪10将分析所得的数据送入计算机11显示，另外，汞分析仪10设有排气ロ并与尾气处理装置12相连；从混气罐7出来的另一路管道不经固定床8及汞形态转化装置9而直接进入汞分析仪10 ；上述的烟气污染物吸附剂评价的装置中管路均采用TEFLON管；其中所述的固定床的结构示意图如图2所示，包括固定床的床体71、烟气入口 72、烟气出ロ 73、床料74、吸附剂75 ；另外，所述的固定床8还设有自动控温装置，即由电炉加热，热电偶置于反应炉中监控内部温度，数显智能仪表自动精确控温，PID制式，仪表控温精度±1°C，温度可任意设置，可实现程序控温；所述的固定床的床体71中，采用具备粒径为Imm左右的玻璃珠为床料74，粒径为Imm左右的吸附剂75分散于床料中；所述的吸附剂75为活性炭；固定床中床料74与吸附剂75的质量比，即床料74 :吸附剂75为60: I。所用的汞发生器由汞渗透管(VICI公司)，U型管和恒温水箱组成。滲透管的载气气流是ー个流量和压カ都恒定的气流，因此，在一定温度下，滲透管的汞蒸气的滲透速率(ng/min)是一定的。汞蒸气由载气携帯出，和模拟烟气在混气罐中进行混合，最終形成ー个含有固定浓度的汞蒸气的模拟烟气。为了达到稳定的温度，将渗透管放入U型管中，另ー边加入玻璃珠，同时把U型管放入恒温水箱，进入U型管的载气经玻璃珠加热后以达到汞蒸气的滲透的要求。通过调节恒温水箱的温度，得到不同含汞浓度的烟气。在恒温水浴为60°C，载体流量为I. 3L/min吋，汞蒸汽浓度为32 u g/m3。应用实施例I利用实施例I所述的ー种用于烟气污染物吸附剂评价的装置来进行研究浸溃KI溶液的活性炭作为吸附剂对含汞的模拟烟气中污染物Hg°的吸附性能影响的实验。上述的含汞的模拟烟气通过用于烟气污染物吸附剂评价的装置中汞形态转化装置时，ニ价汞(Hg2+)被还原为零价汞(Hg°)，通过测得混合烟气经固定床吸附前后零价汞(Hg°)含量的变化来对评价吸附剂对脱汞性能的影响，具体步骤如下( I)、吸附剂的预处理吸附剂选用上海邱鹏环保工程有限公司的煤质活性炭，活性炭參数如表I所示表I煤质活性炭參数
指标I数值 碘吸附值(mg/g) 850/1050
四氯化碳吸附率(％):50/70 干燥减量(％) ^ 5 .
灼烧残渣(％)8-15
耐磨强度(％)9 Om in
堆积比重(g/1):450/550 粒径(nun) 0. 9-1. 5[0087]选取表I中性能的活性炭，并筛选颗粒直径为I. Imm左右，用去离子水清洗，然后置于烘箱中在110°c下干燥24h去除水分；再选用KI (碘化钾)作为活性炭浸溃剂，即选用质量浓度5%的KI溶液浸溃活性炭颗粒，将IOg活性炭浸溃于5%浓度的KI溶液中，在70°C水浴中強力搅拌2h，浸溃后置于烘箱中在110°C下干燥24h;(2)、固定床的装填将上述的经质量浓度5%的KI溶液浸溃后的活性炭颗粒与粒径为Imm左右的玻璃珠床料按质量比即床料与吸附剂为60:1装入固定床中。固定床的上下均采用玻璃棉固定，固定床中床料与吸附剂的填充密度为37. 5g/m ； ( 3 )、吸附剂的脱汞性能的评价经汞携帯气体钢瓶将压缩空气经第二质量流量计4后进入汞蒸气发生器后携帯由汞蒸气发生器产生的汞蒸气经阀门6进入到混气罐7中；经模拟烟气钢瓶将携带污染物的模拟烟气经第一质量流量计5后进入混气罐7中并与上述的进入到混气罐7中的汞蒸汽进行混合，混合所形成的混合烟气从混气罐7出来分成两路，一路经阀门从固定床8的上部进入，经固定床的床体内吸附剂进行吸附后自底部出ロ离开固定床8后再进入汞形态转化装置9进行汞形态转换后进入汞分析仪10，通过汞分析仪10后通过计算机11显示经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物Hg°的浓度，经汞分析仪后排除的气体经尾气处理装置12进行处理后再进行排放；从混气罐7出来的另一路直接进入汞分析仪10进行分析后通过计算机11显示不经固定床的吸附剂吸附的混合烟气中污染物Hg°的浓度；上述的吸附剂吸附过程控制温度为80°C，増加固定床的床体中床料及吸附剂混合物的高度以增加模拟烟气停留时间，吸附试验时间为4h;然后通过计算，就可以得出吸附剂对混合烟气中污染物Hg°的吸附效率及単位吸附量；所述的吸附效率11
权利要求1.一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，包括携带污染物的模拟烟气钢瓶，汞携带气体钢瓶，汞蒸气发生器，第一质量流量计，第二质量流量计、混气罐，双通阀，汞形态转化装置，汞分析仪，计算机，尾气处理装置，其特征在于还包括固定床； 所述的汞携带气体钢瓶依次经压缩空气经第一质量流量计、汞蒸汽发生器、双通阀后与混气罐的入口相连； 携带污染物的模拟烟气钢瓶经第二质量流量计后与混气罐的入口相连； 混气罐出口的管道分成两路，一路管道经阀门从固定床的顶部进入固定床，固定床的下面的出口通过管道与汞形态转化装置相连，汞形态转化装置的出口与汞分析仪相连； 汞分析仪将分析所得的数据送入计算机显示，另外，汞分析仪设有排气口并与尾气处理装置相连； 从混气罐出来的另一路管道不经固定床及汞形态转化装置而直接进入汞分析仪； 所述的固定床包括固定床的床体、烟气入口、烟气出口 ； 固定床的床体中，采用具备粒径为O. 5^2mm的玻璃珠或硬质聚酯材料作为床料。
2.如权利要求I所述的一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，其特征在于所述的烟气污染物吸附剂评价的装置中所用的所有的管道为TEFLON管。
3.如权利要求I或2所述的一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，其特征在于所述的吸附剂呈固体颗粒，为碳基类吸附剂或非碳基类吸附剂； 所述的碳基类吸附剂为活性炭或活性炭改性制品； 所述的非碳基类吸附剂为钙基类吸附剂、凹凸棒矿石类吸附剂、钙基类吸附剂的改性制品或凹凸棒矿石类吸附剂的改性制品。
4.如权利要求3所述的一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，其特征在于所述的钙基类吸附剂为CaCl2或CaC03。
专利摘要本实用新型公开了一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置，包括携带污染物的模拟烟气钢瓶，汞携带气体钢瓶，汞蒸气发生器，第一质量流量计，第二质量流量计、混气罐，双通阀，汞形态转化装置，汞分析仪，计算机，尾气处理装置及固定床，所述的固定床的床体中，采用具备粒径为0.5~2mm的玻璃珠或硬质聚酯材料作为床料，粒径为0.5~1.5mm的吸附剂分散于床料中，固定床中床料与吸附剂的质量比值在50～70:1。利用本实用新型的一种燃煤烟气污染物吸附剂的评价装置可在一定温度下，将进入固定床中的SO2，NOx和Hg0等相关污染物被其中的吸附剂所吸附，从而达到控制污染物的效果。同时，可以方便快速地评价该种吸附剂的吸附效果。
文档编号G01N33/00GK202583152SQ201220001810
公开日2012年12月5日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者吴江, 刘倩雁, 潘卫国, 何平, 张锦红, 石宙, 冯彩, 张晓英, 邹敏婷, 杨苗, 吴建飞 申请人:上海电力学院