一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统的制作方法
【专利摘要】一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，包括：滴管炉子系统含滴管炉、微量给粉机和炉温控制系统，微量给粉机经管道输出粉体至滴管炉中刚玉管内，炉温控制系统通过滴管炉中的电热丝控制升温速率和炉内温度；配风子系统含各有输出管道连通至混气罐的若干气瓶，各气瓶的输出管道上都设有减压阀和流量计控制气瓶的输出流量，混气罐的输出经装有质量流量计的管道送至滴管炉中刚玉管内；测量子系统含用管道依次连接的探枪、连接脐带管、过滤器和冷凝吸收系统，探枪插入刚玉管内，探枪、连接脐带管及过滤器设有加热控制系统。本系统简单，变量单一，实验结果对为实际燃煤电站开展污泥与煤混合燃烧工业化、无害化生产提供理论基础。
【专利说明】一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统。
【背景技术】
[0002]随着我国社会经济的发展和城市人口的增加，2010年污水排放量达到
4.40 X 11VM预计2020年污水排放量将达到5.36 X 11VM因此每年至少产生500万吨污泥。污泥的处置方法目前主要有排海、填埋、农用、焚烧等。与前3种处置方法相比，焚烧处置具有减量化、无害化和资源化的显著优点。又因污泥热值很低，一般无法单独稳定燃烧。因此，在工业应用装置中，通常采用污泥与煤混合燃烧的方式进行污泥的焚烧处置。
[0003]汞作为火电厂污染物排放标准(GB13223-2011)的新增限排标准，是一种剧毒性物质，由于其容易在生物体内积聚，很难被捕获，且在大气中停留时间长，因此已经受到世界各国研究学者的高度重视。大气中汞最主要的来源是来自煤燃烧产生。而污泥因来源于生活污水、工业污水，其重金属含量较高。因此污泥与原煤掺烧过程中，也要关注其烟气中汞的转化迁移规律，从而调整燃煤电厂污泥与煤掺烧过程中对污染物处理的方法，以免造成二次污染。
[0004]污泥与煤掺烧过程中产生烟气中气态汞主要以2种形态存在:元素汞(HgO)和氧化态汞(Hg2+)。不同形态汞具有不同的物理和化学性质。Hg2+易溶于水，故Hg2+可用湿式烟气脱硫装置(WFGD)脱除。而HgO在空气污染物控制设备操作温度和高压下具有较高的饱和蒸汽压力，极易挥发且难溶于水。选用滴管炉模拟炉膛中污泥与煤混合燃烧过程，其具备结构简单、炉膛燃烧温度较高且升温速度快、活性挥发物的二次反应小等优点，可模拟燃煤锅炉炉膛高温快速燃烧的条件。
[0005]因此，在试验台进行实验分析研究污泥与煤混合燃烧产生烟气的汞释放特性，为污泥与煤混合燃烧大规模工业化生产应用，也为污泥无害化、资源化处理打下坚实基础具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题，就是提供一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，本发明可很好定研究污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性，进而为实际燃煤电站开展污泥与煤混合燃烧工业化、无害化生产提供理论基础。
[0007]解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0008]一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:包括滴管炉子系统，配风子系统和测量子系统；
[0009]所述的滴管炉子系统包括滴管炉8、微量给粉机7和炉温控制系统13，微量给粉机经管道按设定值均匀输出粉体至滴管炉中刚玉管9内，炉温控制系统通过滴管炉中的电热丝控制升温速率和炉内温度；
[0010]所述的配风子系统包括各有输出管道连通至混气罐5的若干气瓶1、2，各气瓶的输出管道上都设有减压阀和流量计3、4控制气瓶的输出流量，混气罐的输出经装有质量流量计6的管道送至滴管炉8中刚玉管9内；
[0011]所述的测量子系统包括用管道依次连接的探枪10、连接脐带管11、过滤器12和冷凝吸收系统14，探枪10插入所述的滴管炉中刚玉管9内，所述的探枪、连接脐带管及过滤器设有加热控制系统15。(煤灰被过滤器过滤掉，烟气通过过滤器进入冷凝吸收系统。)
[0012]所述的冷凝吸收系统14包括以管道依次连接的第一至第六个浸在冰浴中的洗气瓶 1401、1402、1403、1404、1405 和 1406。第一、第二洗气瓶 1401、1402 装有 KCl 溶液；第三洗气瓶1403装有5%v/v HNO3-1O% v/v H2O2溶液；第四、第五洗气瓶1404、1405装有4%w/v KMnO4-1O% v/v H2SO4溶液；第六洗气瓶1406装有颗粒尺寸为6_16目的硅胶。
[0013]所述的探枪14为耐高温、不易玷污且不和气样反应的石英探枪，长450mm。
[0014]所述的过滤器12为硅酸硼玻璃沙芯过滤器。
[0015]所述的连接脐带管11为聚四氟乙烯管道，该管在实验过程中被加热到120°C，以防止水和酸凝结。
[0016]所述的探枪、连接脐带管及过滤器加热控制系统15为温控电加热系统，加热温度维持在120°C。
[0017]本发明具有如下有益效果:
[0018](I)实验方法以及实验系统简单，操作方便，可实现单一变量控制。
[0019](2)可以模拟实际燃煤电站运行过程中由于煤种变化，污泥掺烧比例变化，炉膛温度变化，不同燃烧气氛变化等对污泥与煤燃烧烟气汞释放特性的影响。
[0020](3)可以模拟实际锅炉炉膛的燃烧过程，更接近工程实际。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0022]图1为污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性研究实验系统示意图；
[0023]图2为冷凝吸收系统结构示意图。
[0024]图中，1-氧气瓶，2-氣气瓶，3-减压阀，4_流量计,5_混气--!，6_质量流量计，7_微量给粉机，8-滴管炉炉体，9-刚玉管，10-探枪，11-连接脐带管，12-过滤器，13-炉体控制系统，14-冷凝吸收系统，15-探枪、连接脐带管及过滤器加热控制系统；1401、1402-装有KCl溶液的第一、第二洗气瓶，1403-装有5% v/v HNO3-1O% v/v H2O2溶液的第三洗气瓶，1404、1405-装有4% w/v KMnO4-1O% v/v H2SO4溶液的第四、第五洗气瓶，1406-装有颗粒尺寸为6-16目的硅胶的第六洗气瓶,1407-冰浴箱。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，本发明的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统实施例，包括滴管炉子系统，配风子系统和测量子系统。
[0026]滴管炉子系统包括滴管炉8、微量给粉机7和炉温控制系统13，微量给粉机经管道按设定值均匀输出粉体至滴管炉中刚玉管9内，炉温控制系统通过滴管炉中的电热丝控制升温速率和炉内温度；配风子系统包括各有输出管道连通至混气罐5的若干气瓶1、2，各气瓶的输出管道上都设有减压阀和流量计3、4控制气瓶的输出流量，混气罐的输出经装有质量流量计6的管道送至滴管炉8中刚玉管9内；测量子系统包括用管道依次连接的探枪10、连接脐带管11、过滤器12和冷凝吸收系统14，探枪10插入所述的滴管炉中刚玉管9内，探枪14为耐高温、不易玷污且不和气样反应的石英探枪，长450mm，过滤器12为硅酸硼玻璃沙芯过滤器，连接脐带管11为聚四氟乙烯管道，该管在实验过程中被加热到120°C，以防止水和酸凝结；探枪、连接脐带管及过滤器设有加热控制系统15，其为温控电加热系统，加热温度维持在120°C。
[0027]冷凝吸收系统14包括以管道依次连接的第一至第六个浸在冰浴中的洗气瓶1401、1402、1403、1404、1405 和 1406，第一、第二洗气瓶 1401,1402 装有 KCl 溶液；第三洗气瓶1403装有5% v/v HNO3-1O% v/v H2O2溶液；第四、第五洗气瓶1404、1405装有4% w/VKMnO4-1O% v/v H2SO4溶液；第六洗气瓶1406装有颗粒尺寸为6_16目的硅胶。
[0028]按照实验需要，调节进入混气罐5的气体流量比(如空气气氛，氧气:氮气=21:79)。气体在混气罐5混合后，通过质量流量计6调节进入滴管炉的气体流量。此为污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性实验系统的配风子系统。
[0029]气体承载微量给粉机7按设定值均匀输出粉体，送入滴管炉炉体8，经过刚玉管9内的高温燃烧后，烟气进入测量子系统中的探枪10。炉体控制系统13可控制滴管炉升温速率和炉内温度。
[0030]高温烟气依次通过探枪10、连接脐带管11、过滤器12和冷凝吸收系统14。烟气在过滤器12中过滤掉烟尘，最后进入冷凝吸收系统14被其中溶液吸收。
[0031]探枪、连接脐带管及过滤器加热控制系统15在实验过程中确保探枪10、连接脐带管11、过滤器12加热温度维持在120°C。
[0032]烟气被冷凝吸收系统14吸收如图2所示，烟气中的汞分为元素汞(HgO)和氧化态汞(Hg2+)，氧化态汞(Hg2+)在装有KCl溶液的洗气瓶1401、1402中吸收，而元素汞不溶于水，因此在洗气瓶1401、1402中为烟气中氧化态汞的含量；元素汞在装有5% v/vHNO3-1O% v/vH202溶液的洗气瓶1403被氧化成氧化汞，因此可溶于水,被溶液吸收,其后的装有4% w/VKMnO4-1O % v/v H2SO4溶液的洗气瓶1404、1405也是氧化和吸收元素汞，故此洗气瓶1403、1404、1405溶液中吸收的汞为烟气中元素汞的含量；最后装有颗粒尺寸为6_16目的硅胶的洗气瓶1406吸收烟气中水分或自洗气瓶中带出的溶液液滴。所有洗气瓶均被冰浴在冰浴箱内。
【权利要求】
1.一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:包括滴管炉子系统，配风子系统和测量子系统； 所述的滴管炉子系统包括滴管炉(8)、微量给粉机(7)和炉温控制系统(13)，微量给粉机经管道按设定值均匀输出粉体至滴管炉中刚玉管(9)内，炉温控制系统通过滴管炉中的电热丝控制升温速率和炉内温度； 所述的配风子系统包括各有输出管道连通至混气罐(5)的若干气瓶(1、2)，各气瓶的输出管道上都设有减压阀和流量计(3、4)控制气瓶的输出流量，混气罐的输出经装有质量流量计(6)的管道送至滴管炉(8)中刚玉管(9)内； 所述的测量子系统包括用管道依次连接的探枪(10)、连接脐带管(11)、过滤器(12)和冷凝吸收系统(14)，探枪(10)插入所述的滴管炉中刚玉管(9)内，所述的探枪、连接脐带管及过滤器设有加热控制系统(15)。
2.根据权利要求1所述的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:所述的冷凝吸收系统(14)包括以管道依次连接的第一至第六个浸在冰浴中的洗气瓶(1401、1402、1403、1404、1405 和 1406)，第一、第二洗气瓶(1401,1402)装有 KCl 溶液；第三洗气瓶(1403)装有5% v/v HNO3-1O% v/v H2O2溶液;第四、第五洗气瓶(1404,1405)装有4% w/v KMnO4-1O % v/v H2SO4溶液；第六洗气瓶(1406)装有颗粒尺寸为6_16目的硅胶。
3.根据权利要求2所述的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:所述的探枪(14)为耐高温、不易玷污且不和气样反应的石英探枪，长450mm。
4.根据权利要求3所述的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:所述的过滤器(12)为硅酸硼玻璃沙芯过滤器。
5.根据权利要求4所述的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:所述的连接脐带管(11)为聚四氟乙烯管道，该管在实验过程中被加热到120°C。
6.根据权利要求5所述的污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，其特征是:所述的探枪、连接脐带管及过滤器加热控制系统(15)为温控电加热系统，加热温度维持在120°C。
【文档编号】G01N33/00GK104076123SQ201410243504
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】殷立宝, 李晋达, 徐齐胜, 高正阳 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华北电力大学（保定）