專利名稱：處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，涉及一種處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置及方法。
背景技術：
燃煤電廠、石油化工以及垃圾在焚燒過程中產生大量的廢氣，廢氣中又含有大量 的以Hg為代表的重金屬和微細粉塵，采用活性炭(焦)對重金屬和微細粉塵進行脫除是行 之有效的方法。該方法充分考慮了活性炭(焦)強大的吸附和催化作用，將重金屬、微細粉 塵及二噁因吸附脫除，因此，使用過的活性炭(焦)含有大量的重金屬、微細粉塵和二噁因， 均為有毒有害物質，必須采取適當的方式處理。目前，全世界都采用特殊包裝后進行填埋。 該法的突出缺點是需選擇特殊的填埋地點，而且填埋時，對填埋地點的處理要求也非常高 (例如，對防滲的要求就非常高)，盡管如此，仍然面臨產生二次污染的可能性。此外，由于 活性炭(焦)密度小，可壓縮性小，占地面積也很大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種安全、可靠、減少二次污染的
處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置及方法。 本發(fā)明實現目的的技術方案是 —種處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置，包括給料裝置、等離子體爐、余熱回 收裝置和急冷裝置、脫硫除塵塔和冷凝裝置，脫硫除塵塔包括漿液貯段、煙氣穩(wěn)定段、過濾 段和除霧器，其特征在于所述脫硫除塵塔的過濾段由若干過濾單元組成，過濾單元入口呈 圓筒形，出口呈喇叭形，直徑小l為80 500mm，直徑小2為200 900mm，擴張角a為4 9° ，長度Ll為100 450mm，長度L2為600 2500mm。 而且，所述等離子體爐包括等離子槍、二次等離子槍和二次等離子爐，等離子槍和 二次等離子槍為直流轉移弧和非轉移弧兩用等離子發(fā)生器。 而且，所述的等離子體爐由金屬制成封閉結構，內襯耐火材料，等離子體爐頂部安
裝等離子槍，右上方設置煙氣出口與二次等離子爐連通，下部安裝熔鍋，左側設置進料口與
給料裝置連通，爐體側面設置防爆安全閥，底部開有出渣口與熔渣池連通。 而且，所述的過濾段的過濾單元采用單個或并聯(lián)組合形式。 —種處理含重金屬和微細粉塵活性炭的方法，通過以下步驟實現 (1)給料裝置通過其進料口將袋裝含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦送入等
離子體爐中； (2)將等離子槍調至非轉移弧工作狀態(tài)，加熱等離子體爐中的袋裝活性炭或活性 焦，使等離子體爐內的溫度迅速升高至120(TC以上，此時活性炭或活性焦在熔鍋中形成熔 池； (3)將等離子槍的運行方式由非轉移弧切換至轉移弧狀態(tài)，熔池中的液體經冷卻
3后變成無毒無害的顆粒狀物質，通過出渣口排出到熔渣池； (4)等離子體爐內燃燒產生的有毒氣體通過煙氣出口進入二次等離子爐中，由二 次等離子槍加熱燃燒； (5) 二次等離子爐中有毒氣體燃燒產生的固體殘留物進入等離子體爐的熔池中冷
卻后排出，二次等離子爐中燃燒產生的廢氣通過引風機進入余熱回收裝置； (6)廢氣在余熱回收裝置內通過熱交換，溫度降至800 900 °C ; (7)降至800 90(TC的廢氣進入急冷裝置繼續(xù)冷卻至180 200°C ; (8)急冷至180 20(TC的廢氣進入脫硫除塵塔，經煙氣穩(wěn)定段均壓后進入過濾
段，煙氣在過濾段的過濾單元內加速，然后膨脹、冷凝，對粉塵發(fā)生聚集作用，二氧化硫亦與
漿液發(fā)生強烈摻混，最后經除霧器除去細小的霧滴后排入冷凝裝置； (9)經過脫硫除塵塔凈化后的廢氣進入冷凝裝置，煙氣中大部分的水份冷凝后回 收，然后排放到大氣中。 本發(fā)明與現有技術相比有益效果為 (1)本發(fā)明采用改造的脫硫除塵塔，其特點是在脫硫的同時，能夠脫除微細粉塵及 重金屬，其中1 5 ii m的粉塵去除率可達90%以上，二價汞的去除率可達85%以上。
(2)本發(fā)明采用轉移弧和非轉移弧兩用的直流等離子槍作為焚燒熱源，在焚燒開 始階段使用非轉移弧，熔池溶化后采用轉移弧的工作方式，與單一的非轉移弧運行方式相 比，熱傳輸性更好、焚燒的效率更高、更節(jié)能。 (3)本發(fā)明采用的等離子槍所產生的高溫，使熔池溫度超過120(TC，足以使無機 物、爐渣及重金屬熔合在一起，并固化在呈中性的玻璃體中，使活性炭或活性焦處理一步到 位，熱灼減率< 3%。 (4)本發(fā)明采用的等離子槍所產生的高溫使爐內溫度較高，留存的二噁英被徹底 焚燒，夾雜在煙氣中的二噁英經二次燃燒也被焚毀，同時煙氣在經過急冷器急速降溫處理 (低于20(TC )過程中，也不會再次生成二噁英。
(5)本發(fā)明利用廢熱氣經余熱回收裝置回收熱量，充分有效地利用資源； (6)本發(fā)明中等離子體爐安裝有防爆安全閥，防爆安全閥直接與急冷器相連，當焚
燒爐內壓力突然升高，安全閥自動打開，煙氣經急冷器和脫硫除塵塔排放，保證系統(tǒng)和人員
的安全。


圖1為本發(fā)明裝置的整體結構示意圖； 圖2為本發(fā)明等離子體熔融裝置結構示意圖； 圖3為本發(fā)明脫硫除塵塔結構示意圖； 圖4為本發(fā)明過濾單元結構示意圖； 圖5為本發(fā)明急冷裝置結構示意圖； 圖6為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合實施例，對本發(fā)明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。 —種處理含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦的裝置，總體結構如圖1所示， 包括起吊裝置1、給料裝置2、等離子體爐4、引風機8、余熱回收裝置9、急冷裝置10、脫硫除 塵塔11、冷凝裝置12、循環(huán)泵13和熔渣池14，在等離子體爐上安裝有等離子槍5、二次等離 子爐7和二次等離子槍6。起吊裝置將袋裝含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦吊起并 放入到給料裝置，給料裝置通過進料口 3與等離子體爐連接，將含重金屬和微細粉塵的活 性炭或活性焦投入到等離子體爐中。 等離子體爐的結構如圖2所示，等離子體爐由金屬制成封閉結構，內襯耐火材料 47，等離子體爐頂部安裝等離子槍，右上方設置與二次等離子爐連通的煙氣出口 41，下部爐 體46內安裝熔鍋42，左側設置進料口 43與給料裝置連通，爐體側面設置防爆安全閥44，底 部開有出渣口 45與熔渣池連通。等離子槍和二次等離子槍均為直流轉移弧和非轉移弧兩 用等離子發(fā)生器。 活性炭(焦)廢物在等離子體爐內燃燒的原理是 袋裝的活性炭(焦)廢物在等離子體熔融裝置中熔融燃燒，微細粉塵最終成為玻 璃體固定下來，熔融過程中，空氣中的氮、氧、水蒸汽等吸收能量，生成大量的離子、自由基、 原子、電子和各種激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性物質，如OH自由基、0原子、HO自由基、N自由 基等，它們可將活性炭(焦)中的單質汞等氧化成易被濕法吸收的二價汞；同樣，其他一些 重金屬也被氧化成易被濕法吸收的價態(tài)，二噁因則被高溫裂解，生成無害的氣體。
引風機將二次等離子爐中燃燒產生的氣體輸送到余熱回收裝置，余熱回收裝置通 過熱交換將二次等離子爐中燃燒產生的高溫氣體溫度降至900 80(TC，該廢氣進入急冷 裝置繼續(xù)冷卻至200 18(TC并進入脫硫除塵塔。 脫硫除塵塔的結構如圖3所示，包括漿液貯段111、煙氣穩(wěn)定段(即噴淋)112、過 濾段113和除霧器114。脫硫除塵塔(濕法吸收裝置)對廢氣進行脫硫、除塵，用硫化物或 含有機硫的復合物的重金屬吸收劑將廢氣氧化為二價汞和一些其他重金屬吸收掉。
過濾段113如圖4所示，由若干過濾單元組成，過濾單元入口呈圓筒形，出口呈喇 叭形，直徑小1為80 500mm，直徑小2為200 900mm，擴張角a為4 9° ，長度Ll為 100 450mm長度L2為600 2500mm。煙氣在過濾段的過濾單元內加速，然后膨脹、冷凝， 對粉塵發(fā)生聚集作用，二氧化硫亦與漿液貯段內的漿液發(fā)生強烈摻混，從而除去微細粉塵、 二氧化硫、二價汞及其他重金屬。 脫硫除塵塔前部對應煙氣穩(wěn)定段進口的急冷裝置由內襯防腐材料的碳鋼殼體 101、冷卻水管102和噴嘴103組成，參見圖5，循環(huán)泵是將脫硫除塵塔下部漿液貯段的漿液 循環(huán)泵入過濾段。 經過脫硫除塵塔凈化后的廢氣進入冷凝裝置，然后排放到大氣中。 —種處理含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦的方法，其工藝流程如圖6所
示，具體步驟是
1、投料 起吊裝置將袋裝含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦吊起并放入到給料裝置， 給料裝置通過其進料口將袋裝含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦送入等離子體爐中。
2、焚燒熔融
5
(1)將等離子槍調至非轉移弧工作狀態(tài)，加熱等離子體爐中的袋裝活性炭或活性
焦，使等離子體爐內的溫度迅速升高至120(TC以上，此時活性炭或活性焦開始被熱解、燃
燒，未燒盡的殘留物在等離子體爐里逐步熔化成液態(tài)，在熔鍋中形成熔池； (2)將等離子槍的運行方式由非轉移弧切換至轉移弧狀態(tài)，加快熔池的升溫速率，
熔池中的液體經冷卻后變成無毒無害的顆粒狀物質，通過出渣口排出到熔渣池； (3)等離子體爐內燃燒產生的有毒氣體通過煙氣出口進入二次等離子爐中，由二
次等離子槍加熱燃燒； (4) 二次等離子爐中有毒氣體燃燒產生的固體殘留物進入等離子體爐的熔池中冷
卻后排出，二次等離子爐中燃燒產生的廢氣通過引風機進入余熱回收裝置。 3、余熱回收 廢氣在余熱回收裝置內通過熱交換，溫度降至800 900 °C 。
4、急冷 降至800 900°C的廢氣進入急冷裝置繼續(xù)冷卻至180 200°C ，經過急冷裝置急 速降溫處理(低于20(TC )過程中，能有效防止再次生成二噁英。
5、脫硫、除塵、吸收重金屬 急冷至180 200°C的廢氣進入脫硫除塵塔，經煙氣穩(wěn)定段均壓后進入過濾段，煙
氣在過濾段的過濾單元內加速，然后膨脹、冷凝，對粉塵發(fā)生聚集作用，二氧化硫亦與漿液
發(fā)生強烈摻混，從而除去微細粉塵、二氧化硫、二價汞及其他重金屬，最后經除霧器除去細
小的霧滴后排入冷凝裝置。 6、冷凝、排放 經過脫硫除塵塔凈化后的廢氣進入冷凝裝置，冷凝水通管程，煙氣通殼程，煙氣中
大部分的水份冷凝后回收，然后排放到大氣中。 本發(fā)明未詳細說明的內容為本領域技術人員公知常識。 本發(fā)明原理將袋裝的活性炭(焦)廢物通過自動裝置送入等離子體熔融裝置中， 微細粉塵最終成為玻璃體固定下來，熔融過程中，空氣中的氮、氧、水蒸汽等吸收能量，生成 大量的離子、自由基、原子、電子和各種激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性物質，如OH自由基、0原 子、N自由基等，將它們可將活性炭(焦)中的單質汞等氧化成易被濕法吸收的二價汞，同 樣，其他一些重金屬也被氧化成易被濕法吸收的價態(tài)。二噁因則被高溫裂解，生成無害的氣 體。從熔融裝置中排出的廢熱氣經余熱回收裝置回收熱量后，進入濕式吸收裝置(脫硫除 塵塔)，廢氣急冷至15(TC左右，有效防止了二噁因的再生成。同時，廢氣中二價汞及其他重 金屬被吸收，并被吸收劑固定下來，吸收劑為硫化物或含有機硫的復合物。
權利要求
一種處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置，包括給料裝置、等離子體爐、余熱回收裝置、急冷裝置、脫硫除塵塔和冷凝裝置，脫硫除塵塔包括漿液貯段、煙氣穩(wěn)定段、過濾段和除霧器，其特征在于所述脫硫除塵塔的過濾段由若干過濾單元組成，過濾單元入口呈圓筒形，出口呈喇叭形，直徑φ1為80～500mm，直徑φ2為200～900mm，擴張角α為4～9°，長度L1為100～450mm，長度L2為600～2500mm。
2. 根據權利要求1所述的處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置，其特征在于所述 等離子體爐包括等離子槍、二次等離子槍和二次等離子爐，等離子槍和二次等離子槍為直 流轉移弧和非轉移弧兩用等離子發(fā)生器。
3. 根據權利要求1或2所述的處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置，其特征在于 所述的等離子體爐由金屬制成封閉結構，內襯耐火材料，等離子體爐頂部安裝等離子槍，右 上方設置煙氣出口與二次等離子爐連通，下部安裝熔鍋，左側設置進料口與給料裝置連通， 爐體側面設置防爆安全閥，底部開有出渣口與熔渣池連通。
4. 根據權利要求1所述的處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置，其特征在于所述的過濾段的過濾單元采用單個或并聯(lián)組合形式。
5. —種如權利要求1所述的處理含重金屬和微細粉塵活性炭的方法，其特征在于通 過以下步驟實現(1) 給料裝置通過其進料口將袋裝含重金屬和微細粉塵的活性炭或活性焦送入等離子體爐中；(2) 將等離子槍調至非轉移弧工作狀態(tài)，加熱等離子體爐中的袋裝活性炭或活性焦，使 等離子體爐內的溫度迅速升高至120(TC以上，此時活性炭或活性焦在熔鍋中形成熔池；(3) 將等離子槍的運行方式由非轉移弧切換至轉移弧狀態(tài)，熔池中的液體經冷卻后變 成無毒無害的顆粒狀物質，通過出渣口排出到熔渣池；(4) 等離子體爐內燃燒產生的有毒氣體通過煙氣出口進入二次等離子爐中，由二次等 離子槍加熱燃燒；(5) 二次等離子爐中有毒氣體燃燒產生的固體殘留物進入等離子體爐的熔池中冷卻后 排出，二次等離子爐中燃燒產生的廢氣通過引風機進入余熱回收裝置；(6) 廢氣在余熱回收裝置內通過熱交換，溫度降至800 900°C ;(7) 降至800 90(TC的廢氣進入急冷裝置繼續(xù)冷卻至180 200°C ;(8) 急冷至180 20(TC的廢氣進入脫硫除塵塔，經煙氣穩(wěn)定段均壓后進入過濾段，煙 氣在過濾段的過濾單元內加速，然后膨脹、冷凝，對粉塵發(fā)生聚集作用，二氧化硫亦與漿液 發(fā)生強烈摻混，最后經除霧器除去細小的霧滴后排入冷凝裝置；(9) 經過脫硫除塵塔凈化后的廢氣進入冷凝裝置，煙氣中大部分的水份冷凝后回收，然 后排放到大氣中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理含重金屬和微細粉塵活性炭的裝置及方法，包括給料裝置、等離子體爐、余熱回收裝置和急冷裝置、脫硫除塵塔和冷凝裝置，脫硫除塵塔包括漿液貯段、煙氣穩(wěn)定段、過濾段和除霧器，所述脫硫除塵塔的過濾段由若干過濾單元組成，過濾單元入口呈圓筒形，出口呈喇叭形，直徑φ1為80～500mm，直徑φ2為200～900mm，擴張角α為4～9°，長度L1為100～450mm長度L2為600～2500mm。本發(fā)明采用改造的脫硫除塵塔，其特點是在脫硫的同時，能夠脫除微細粉塵及重金屬，其中1～5μm的粉塵去除率可達90％以上，二價汞的去除率可達85％以上。
文檔編號B09B3/00GK101745517SQ20091024488
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者劉濤, 尹君, 朱鵬程, 王大勇, 王海龍, 郭東明, 郭文博, 黃娟, 齊峰 申請人:航天環(huán)境工程有限公司