本实用新型属于环境保护技术领域，涉及一种脱除燃煤烟气中元素态汞装置，具体涉及一种利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置。
背景技术：
随着工业化水平的不断提高，各种工业污染事件频发，引起了人们的广泛关注，尤其是工业排放的痕量重金属元素。汞，被列为痕量重金属污染物中最具毒害的污染物。资料显示，人类活动是大气中汞排放主要来源，而人为汞排放源中85％来自煤的燃烧。
目前燃煤烟气脱汞的主要方法分为两个方面，即吸附喷射技术法和以现有的空气污染控制装置为基础协同脱汞技术。吸附喷射技术法效率高，但燃煤电站需要处理的烟气量大，因此需消耗大量活性碳吸附剂，且吸附剂后续处理难，若处理不当易造成二次污染；利用现有污染控制装置协同脱汞的方法具有相对大的优势。燃煤过程中形成的氧化态汞(Hg2+)和颗粒态的汞 (Hgp)可分别通过湿法脱硫装置(WFGD)和粉尘处理设备(如ESP)得到脱除。而形成的元素态汞(Hg0)，稳定性极强，不溶于水，常以气态方式存在，排放后可长期停留在大气中，极易通过生物地球化学循环扩散引起全球性的汞污染。因此，如何控制火电厂污染物中Hg0的排放，成为了有效控制汞污染的关键。
脱硫废水主要是燃煤电厂石灰石/石膏法烟气湿法脱硫过程中，为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡，从系统中排放一定量的废水。脱硫废水的pH为4.5-6.5，其中含有大量Cl-、F-、悬浮物等，这种高含盐量的外排脱硫废水对水体的直接危害极为严重，必须经过处理后达标排放。常规采用三联箱技术处理脱硫废水，系统配置复杂，废水处理成本高。专利 201310424364.8，一种利用燃煤电厂的脱硫废水进行烟气脱汞的方法及系统中，公开了一种通过脱硫废水除汞的方法，但是其需要在使用的脱硫废水加入脱汞催化剂和卤素，这样不仅增加了脱汞成本，而且带来二次污染，增加后续废水处理费用，并且其除汞效率相对较低。此外，目前的相关的利用脱硫废水脱汞的方法进行脱汞，不能有效降低飞灰的比电阻，静电除尘器的效率低。
技术实现要素：
因此，本实用新型的目的是针对目前存在的问题，提供一种利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置，不用添加额外的脱汞催化剂和卤素，单纯使用脱硫废水脱汞，避免了二次污染，降低成本，并且高效率地脱除烟气中的元素汞。
本实用新型提供方的技术方案如下：
一方面，本实用新型提供一种利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置，包括脱硝装置和除尘装置，还包括空气预热器和石灰石石膏脱硫装置，所述脱硝装置、空气预热器、除尘装置和石灰石石膏脱硫装置通过管道依次连接，所述石灰石石膏脱硫装置通过脱硫水泵与所述脱硝装置连接，所述脱硝装置与所述空气预热器之间还设有雾化烟道，所述雾化烟道的一端与所述脱硫水泵相连通，所述雾化烟道的另一端与所述空气预热器相连通。
优选地，所述雾化烟道上还连接有气源，所述气源通过空气泵泵入雾化烟道，通过空气泵将空气泵入雾化烟道喷嘴，在高速气流下，将脱硫废水雾化为细小的液滴，增加了与烟气中元素汞的接触面，进一步提高脱汞效率。
优选地，所述石灰石石膏脱硫装置与所述脱硫水泵之间还设有脱硫废水箱，所述脱硫废水箱中放置有机硫，通过有机硫捕获脱硫浆液中的Hg2+，形成沉淀物从脱硫废水中分离出来，从而提高除汞效果。
优选地，所述脱硫废水箱与所述石灰石石膏脱硫装置之间还设有石膏旋流站组件，所述石膏旋流站组件的一端还连接有石膏浆液箱，且所述石膏浆液箱中的上清回流至所述石膏旋流站组件中，通过该装置一方面减少了脱硫废水中的悬浮物，避免雾化喷嘴磨损腐蚀，另一方面有利于脱硫石膏的综合利用。
优选地，所述石膏浆液箱的一侧还与真空皮带脱水机连接，另一侧连接至所述石膏旋流站组件的另一端，将其上清回流至所述石膏旋流站组件中。
优选地，所述石膏旋流站组件包括一个或多个石膏旋流站。
优选地，当所述石膏旋流站组件包括多个石膏旋流站时，所述多个石膏旋流站依次连接，所述多个石膏旋流站中的第一个石膏旋流站与所述石灰石石膏脱硫装置连接，所述多个石膏旋流站中的最后一个石膏旋流站与所述石膏浆液箱相连，所述第一个石膏旋流站中的脱硫浆液回流至最后一个石膏旋流站中，所述石膏浆液箱中的上清回流至最后一个石膏旋流站中。通过多个石膏旋流站的方式，能够进一步降低脱硫石膏的含水率，有利于脱硫石膏的综合应用
优选地，所述石灰石石膏脱硫装置上还连接有气气交换器，能够提高烟囱排烟温度，避免对周围环境造成污染。优选地，所述气气热交换上设有第一接口和第二接口，所述第一接口设在所述除尘装置和所述石灰石石膏脱硫装置之间，所述第二接口的一侧与所述石灰石石膏脱硫装置连接，另一侧连接有烟囱。另一方面，本实用新型还提供一种根据上述的利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置的脱汞方法，包括以下步骤：
1)通过脱硫水泵将脱硫废水形成雾化液滴，然后于260～400℃下，将所述雾化液滴喷入雾化烟道与通过脱硝装置脱氮后的烟气中的元素汞反应，得到废水脱汞后烟气混合物，所述废水脱汞后烟气混合物中汞的存在形式包括烟气中的二价汞和附着于飞灰表面的硫酸汞晶体；
2)再将所述废水脱汞后烟气混合物先通过空气预热器，再通入除尘装置中，去除附着于飞灰表面的硫酸汞晶体，并将烟气中的二价汞通过石灰石石膏脱硫装置捕集下来，使含有二价汞的脱硫浆液流出，以及脱汞后的烟气排出，即得。
优选地，在步骤1)中，于350～400℃下，将所述雾化液滴喷入雾化烟道中与通过脱硝装置脱硝后的烟气中的元素汞反应，在该温度范围下除汞效率更好。
优选地，在步骤1)中，所述雾化液滴喷入雾化烟道的喷入量为0.012～ 0.025L/m3(液气比)，优选为0.018L/m3，在该范围的喷入量下，烟气中元素汞的脱除效率始终保持在90％以上。
优选地，所述脱硫废水的pH为5～8，优选为5.5，在该范围的pH下，烟气中元素汞的脱除效率始终保持在90％以上。
优选地，在步骤2)中，所述含有二价汞的脱硫浆液流出后，还包括以下步骤：
将所述含有二价汞的脱硫浆液通入脱硫废水箱中，可溶性二价汞与脱硫废水箱中的有机硫结合形成沉淀物导出，该步骤可通过有机硫捕获脱硫过程中捕集下的Hg2+，形成沉淀物从脱硫废水中分离出来，从而提高除汞效果。
优选地，所述含有二价汞的脱硫浆液通入脱硫废水箱前，还包括以下步骤：
将所述含有二价汞的脱硫浆液通入石膏悬流站组件后，分流为两部分，一部分形成较浓的石膏液进入石膏浆液箱，在所述石膏浆液箱中形成上层清夜返回到石膏悬流站组件，下层浑浊石膏液送入真空皮带脱水机，脱水后形成石膏利用；另外一部分旋流得到的清夜即为脱硫废水，将其送入脱硫废水箱脱除二价汞后，通入脱硫水泵利用，通过该装置一方面减少了脱硫废水中的悬浮物，避免雾化喷嘴磨损腐蚀，提高脱汞效率，另一方面有利于脱硫石膏的综合利用。
本实用新型的利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置和方法，通过将脱硫废水的喷射点的位置设置在脱硝装置和空气预热器之间，并且喷入的温度区间在260～400℃，喷入脱硫废水，降低了飞灰的比电阻，有利于飞灰的捕集；并且由于脱硫废水中富集了大量的Cl-离子，因此可以利用脱硫废水中大量Cl-离子，达到脱除烟气中元素汞的目的，同时节约了电厂脱硫废水的处理成本；此外，本实用新型没有额外添加脱汞催化剂和卤素，单纯使用脱硫废水脱汞，避免了二次污染，降低成本；喷入脱硫废水喷入量小，烟气温度出于酸露点之上，对后续设备的腐蚀影响较小，脱汞效率高；此外，通过添加脱硫废水箱，并且在脱硫废水箱中放置有机硫，能够可通过有机硫捕获脱硫过程中捕集下的Hg2+，形成沉淀物从脱硫废水中分离出来，从而提高除汞效果，使元素态汞的脱除效率为90％以上；并且能够有效降低飞灰的比电阻，静电除尘器的效率高。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中：
图1为本实用新型的利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例1中得到的沉积物中的XRD衍射图谱；
图3为本实用新型的试验例1中利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的方法通过废水和纯水脱除烟气中的元素汞的实验结果图；
图4为本实用新型的试验例2中利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的方法在不同温度下脱除烟气中的元素汞的实验结果图；
图5为本实用新型的试验例3中利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的方法在不同废水喷入量下的实验结果图；
图6为本实用新型的试验例4中利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的方法在不同pH下的实验结果图；
图7为本实用新型的利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置的部分结构示意图；
其中：
1.脱硝装置，2.除尘装置，3.空气预热器，4.石灰石石膏脱硫装置， 5.脱硫水泵，6.雾化烟道，7.气源，8.脱硫废水箱，9.石膏旋流站，10. 石膏浆液箱，11.真空皮带脱水机，12.第一接口，13.第二接口，14.烟囱，15.空气泵，16.省煤器，17.锅炉。
具体实施方式
除非特别指明，以下实施例中所用的试剂均可从正规渠道商购获得。
如图1所示，本实用新型提供一种利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置，包括脱硝装置1和除尘装置2，还包括空气预热器3和石灰石石膏脱硫装置4，脱硝装置1、空气预热器3、除尘装置2和石灰石石膏脱硫装置4通过管道依次连接，石灰石石膏脱硫装置4通过脱硫水泵5与脱硝装置1连接，脱硝装置1与空气预热器3之间还设有雾化烟道6，雾化烟道6的一端与脱硫水泵5相连通，雾化烟道6的另一端与空气预热器3 相连通。具体实施时，脱硝装置1的一侧还可依次连接有省煤器16和锅炉17。
在上述实施例中，雾化烟道6上还连接有气源7，气源7通过空气泵 15泵入雾化烟道6，通过空气泵将空气泵入雾化烟道喷嘴，在高速气流下，将脱硫废水雾化为细小的液滴，增加了与烟气中元素汞的接触面，进一步提高脱汞效率。
在上述实施例中，石灰石石膏脱硫装置4与脱硫水泵5之间还设有脱硫废水箱8，脱硫废水箱8中放置有有机硫，通过有机硫捕获脱硫浆液中的Hg2+，形成沉淀物从脱硫废水中分离出来，从而提高除汞效果。
在上述实施例中，脱硫废水箱8与石灰石石膏脱硫装置4之间还设有石膏旋流站组件，石膏旋流站组件的一端还连接有石膏浆液箱10，且所述石膏浆液箱中的上清回流至所述石膏旋流站组件，一方面减少了脱硫废水中的悬浮物，避免雾化喷嘴磨损腐蚀，提高脱汞效率，另一方面有利于脱硫石膏的综合利用。具体实施时，石膏浆液箱10的一侧与真空皮带脱水机11连接，另一侧连接至石膏旋流站组件的另一端，将其上清回流至所述石膏旋流站组件中。
在上述实施例中，石膏旋流站组件包括一个或多个石膏旋流站9。
在上述实施例中，当石膏旋流站组件包括多个石膏旋流站9时，多个石膏旋流站9依次连接，多个石膏旋流站9中的第一个石膏旋流站与石灰石石膏脱硫装置4连接，多个石膏旋流站9中的最后一个石膏旋流站与石膏浆液箱10相连，第一个石膏旋流站9中的脱硫浆液回流至最后一个石膏旋流站中，石膏浆液箱10中的上清回流至最后一个石膏旋流站9中。具体实施时，石膏旋流站组件可包括两个石膏旋流站9，如图7所示。
在上述实施例中，石灰石石膏脱硫装置4上还连接有气气交换器，能够抬升排烟温度，避免对周围环境造成污染。
在上述实施例中，气气热交换上设有第一接口12和第二接口13，第一接口12设在除尘装置2和石灰石石膏脱硫装置4之间，第二接口13的一侧与石灰石石膏脱硫装置4连接，另一侧连接有烟囱14。
实施例1
1)通过脱硫水泵将pH为5.5的脱硫废水形成雾化液滴，然后于350℃下，以0.018L/m3的喷入量，将雾化液滴喷入雾化烟道中与通过脱硝装置后烟气中元素态汞反应(汞浓度为48.52μg/m3)，得到废水脱汞后烟气混合物；所述废水脱汞后烟气混合物中汞的存在形式包括烟气中的二价汞和附着于飞灰表面的硫酸汞晶体；
2)再将所述脱硝后的烟气脱硫废水脱汞后烟气混合物通入除尘装置中，去除附着于飞灰表面的硫酸汞晶体，并将烟气中的二价汞通过石灰石石膏脱硫装置捕集下来，得到含有二价汞的脱硫浆液；
3)将所述含有二价汞的脱硫浆液通入石膏悬流站后，分流为两部分，一部分形成较浓的石膏液进入石膏浆液箱，在所述石膏浆液箱中形成上层清夜返回到石膏悬流站，下层浑浊石膏液送入真空皮带脱水机，脱水后形成石膏利用；另外一部分旋流得到的清夜即为脱硫废水，将其送入脱硫废水箱后脱除二价汞后，可溶性二价汞与脱硫废水箱中的有机硫结合形成沉淀物导出，脱硫废水通入脱硫水泵循环利用。
将通过上述方法处理后的烟气由QM201H燃煤烟气测汞仪(苏州青安仪器公司)测定残留的元素态汞。同时烟气中的二氧化硫、一氧化氮由 J2KN多功能烟气分析仪(德国益康测量技术公司)测定，结果表明烟气中元素态汞的浓度变为2.50μg/m3，脱汞效率可达到96.84％。同时利用DR-3 型高压粉尘比电阻试验台测定静电除尘器捕集下废水飞灰的的比电阻降低为8.0×108(原飞灰的比电阻高达1010)，静电除尘器的效率增加了0.2％。
实施例1中形成的飞灰表面的硫酸汞晶体(沉积物)进XRD分析，具体为根据XRD标准卡片，选用硫酸钙CaSO4(JCPDS 30-0279)硫酸汞HgSO4(JCPDS 31-0867)和单质元素态汞Hg(JCPDS 17-0863)对比，结果如图2所示，从图中可知，该沉积物中，出现了硫酸汞的衍射峰，表明烟气中气态的元素态态汞已经转化为固体的硫酸汞。同时，可知固体颗粒物表面存在元素态汞，表明该沉积物可以吸附部分元素态汞。
实施例2
1)通过脱硫水泵将pH为5的脱硫废水形成雾化液滴，然后于260℃下，以0.025L/m3的喷入量，将雾化液滴喷入雾化烟道与通过脱硝装置除汞后烟气中的元素汞反应(汞浓度为80.89μg/m3)，得到废水脱汞后烟气脱硝后的烟气脱硫废水混合物；所述废水脱汞后烟气混合物中汞的存在形式包括烟气中的二价汞和附着于飞灰表面的硫酸汞晶体；
2)再将所述废水脱汞后烟气混合物通入除尘装置中，去除附着于飞灰表面的硫酸汞晶体，并将烟气中的二价汞通过石灰石石膏脱硫装置捕集下来，得到含有二价汞的脱硫浆液；
3)将所述含有二价汞的脱硫浆液通入石膏悬流站后，分流为两部分，一部分形成较浓的石膏液进入石膏浆液箱，在所述石膏浆液箱中形成上层清夜返回到石膏悬流站，下层浑浊石膏液送入真空皮带脱水机，脱水后形成石膏利用；另外一部分旋流得到的清夜即为脱硫废水，将其送入脱硫废水箱后脱除二价汞后，可溶性二价汞与脱硫废水箱中的有机硫结合形成沉淀物导出，脱硫废水通入脱硫水泵循环利用。
将通过上述方法处理后的烟气由QM201H燃煤烟气测汞仪(苏州青安仪器公司)测定残留的元素态汞。同时烟气中的二氧化硫、一氧化氮由 J2KN多功能烟气分析仪(德国益康测量技术公司)测定，结果表明烟气中元素态汞的浓度变为8μg/m3，脱汞效率可达到90％。同时利用DR-3型高压粉尘比电阻试验台测定静电除尘器捕集下飞灰的比电阻降低为 6.9×108(原飞灰的比电阻高达1010)，静电除尘器的捕集效率增加了0.3％。
实施例3
1)通过脱硫水泵将pH为8的脱硫废水送入形成雾化液滴，然后于 400℃下，以0.012L/m3的喷入量，将雾化液滴喷入雾化烟道中与通过脱硝装置后的烟气中元素汞反应(汞浓度为40.38μg/m3)，得到废水脱汞后烟气混合物；所述废水脱汞后烟气混合物中汞的存在形式包括烟气中的二价汞和附着于飞灰表面的硫酸汞晶体；
2)再将所述废水脱汞后烟气混合物通入除尘装置中，去除附着于飞灰表面的硫酸汞晶体，并将烟气中的二价汞通过石灰石石膏脱硫装置捕集下来，得到含有二价汞的脱硫浆液；
3)将所述含有二价汞的脱硫浆液通入石膏悬流站后，分流为两部分，一部分形成较浓的石膏液进入石膏浆液箱，在所述石膏浆液箱中形成上层清夜返回到石膏悬流站，下层浑浊石膏液送入真空皮带脱水机，脱水后形成石膏利用；另外一部分旋流得到的清夜即为脱硫废水，将其送入脱硫废水箱后脱除二价汞后，可溶性二价汞与脱硫废水箱中的有机硫结合形成沉淀物导出，脱硫废水通入脱硫水泵利用。
将通过上述方法处理后的烟气由QM201H燃煤烟气测汞仪(苏州青安仪器公司)测定残留的元素态汞。同时烟气中的二氧化硫、一氧化氮由 J2KN多功能烟气分析仪(德国益康测量技术公司)测定，结果表明烟气中元素态汞的浓度变2μg/m3，脱汞效率可达到95％。同时利用DR-3型高压粉尘比电阻试验台测定静电除尘器捕集下飞灰的比电阻降低为8.7×108 (原飞灰的比电阻高达1010)，静电除尘器的效率增加了0.18％。
试验例1
按本实用新型的方法做两组试验，具体为一组试验只在反应器中只加入纯水，另外一组加入脱硫废水进行脱汞，每隔10分钟，通过QM201H 燃煤烟气测汞仪测定汞荧光值，结果如图3所示，从图3中可以看出只加纯水脱汞的试验其脱汞效率非常低，只有0.05％，可以忽略不计；而烟气中加入脱硫废水后的烟气的汞荧光值，迅速下降，稳定后，元素态汞的脱除效率可达98％，说明脱硫废水中存在有益于元素汞脱除的成分，利用脱硫废水可以达到元素态汞脱除的目的。
试验例2
按实施例1的方法脱除烟气中的元素汞，不同的为于温度100℃、 120℃、150℃、200℃、230℃、260℃、300℃、355℃、400℃的温度下分别做平行试验，结果如图4所示，从图中可以看出，当温度超过100℃时，随着反应温度的升高元素态汞脱除效率逐渐升高，当温度达到260℃时，元素态汞的脱除效率可达到90％，继续增加反应温度，元素态汞的脱除效率可达98％。
试验例3
按实施例1的方法脱除烟气中的元素汞，不同的为以0.010L/m3、0.012 L/m3、0.015L/m3、0.018L/m3、0.021L/m3、0.025L/m3、0.028L/m3的不同喷入量喷入烟气作为平行试验，结果如图5所示，从图中可以看出，当液气比为0.012～0.025L/m3，元素态汞脱除效率始终保持在90％以上，高于0.025L/m3时，元素态汞脱除效率呈现下降趋势。
试验例4
按实施例1的方法脱除烟气中的元素汞，不同的为将pH为5.0、5.5、 6.25、7.5和8.0的烟气作为平行试验，结果如图6所示，从图中可以看出，在脱硫废水的pH5～8的范围内汞脱除效率可达90％以上。
综上，本实用新型的利用脱硫废水脱除燃煤烟气中元素汞的装置和方法，通过将脱硫废水的喷射点的位置设置脱硝装置和空气预热器之间，并且喷入的温度区间在260～400℃，喷入脱硫废水，降低了飞灰的比电阻，有利于飞灰的捕集；并且由于脱硫废水中富集了大量的Cl-离子，因此可以利用脱硫废水中大量Cl-离子，达到脱除烟气中元素汞的目的，同时节约了电厂脱硫废水的处理成本；此外，本实用新型没有额外添加脱汞催化剂和卤素，单纯使用脱硫废水脱汞，避免了二次污染，降低成本；喷入脱硫废水喷入量小，烟气温度出于酸露点之上，对后续设备的腐蚀影响较小，脱汞效率高；此外，通过添加脱硫废水箱，并且在脱硫废水箱中放置有机硫，能够可通过有机硫捕获脱硫过程中捕集下的Hg2+，形成沉淀物从脱硫废水中分离出来，从而提高除汞效果，使元素态汞的脱除效率为90％以上；并且能够有效降低飞灰的比电阻，静电除尘器的效率高。