專利名稱：一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護/廢氣凈化技術領域，具體涉及一種通過放電活化鹵族物質，將氣態(tài)汞氧化為易脫除形態(tài)并脫除的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法。
背景技術：
汞(Hg)污染物揮發(fā)性高、性質穩(wěn)定，可以影響人類神經系統(tǒng)、腎功能，同時還會污染土壤和水體。氣態(tài)中汞具有三種形態(tài)元素汞Hgci (氣態(tài))，氧化態(tài)汞Hg2+C氣態(tài))，顆粒附著汞Hgp (固態(tài))。Hg0揮發(fā)性強，不易溶于水，在工業(yè)過程中極難去除，而Hg2+和Hgp則能夠在煙氣出口下游的煙氣除塵裝置和煙氣脫硫裝置(flue gas desulfurization，FGD)中被去除，化石燃料中的汞元素會伴隨其燃燒過程以氣相形式排入大氣。我國除塵、脫硫、脫硝成套設備齊全，現有煙氣凈化系統(tǒng)通常包括換熱器等預處理裝置，以及除塵裝置和吸收裝置。如圖I所示煙氣從鍋爐I中排出，依次經過預處理裝置2， 除塵裝置5和吸收裝置8進行處理。圖中除塵裝置5為電除塵器，在電除塵器中，煙塵、氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞均可在高壓電暈作用下被荷電收集，從電除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣再進入吸收裝置8，圖中所示為脫硫吸收塔，煙氣中殘余的氧化態(tài)、顆粒態(tài)汞在吸收塔中被吸收，與吸收副產物一同被排出。脫汞后的煙氣經過除霧器9，從煙囪10排出?？梢姮F有煙氣凈化系統(tǒng)只能脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞，無法脫除氣態(tài)元素汞。然而我國燃煤的主要煤種是褐煤，褐煤產生的汞以元素態(tài)Hg°為主。因此，目前氣態(tài)汞的脫除仍以元素汞的形態(tài)轉化和低價氧化劑的開發(fā)為研究重點。如何利用現有煙氣除塵系統(tǒng)對氣態(tài)汞進行有效脫除，提高脫汞效率是目前需要解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決有效脫除煙氣中的氣態(tài)汞的問題，提供了一種效率高、成本低，利用放電活化鹵族物質，氧化并脫除氣態(tài)汞的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法，能有效脫除煙氣中的汞。一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞系統(tǒng)，包括依次對煙氣進行處理的預處理裝置、除塵裝置、吸收裝置，以及設置于所述預處理裝置和除塵裝置之間的鹵族物質活化裝置，所述齒族物質活化裝置包括有殼體，以及位于所述殼體兩端的煙道，所述殼體內設有放電反應器，在所述放電反應器中或位于其前的煙道內設有噴嘴。所述的放電反應器可以采取介質阻擋放電、輝光放電或電暈放電等放電形式；放電反應器連接有高壓電源為其供電，所述的高壓電源為正、負脈沖高壓電源或高頻交流高壓電源或交直流疊加高壓電源或直流疊加正、負脈沖高壓電源或直流高壓電源。所述的放電反應器采用介質阻擋放電反應器，介質阻擋反應器包括高壓極與接地極，所述高壓極與接地極中間通過介質層隔開。所述的介質阻擋放電反應器為板板式介質阻擋放電反應器，所述的接地極和介質層及高壓極為平板，高壓極附著在介質層平板上，接地極平板與介質層平板平行放置，所述接地極平板與介質層平板間留有空隙，供煙氣通過和放電。所述接地極板可以設置為雙層，在層內設置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣用來散熱。所述的板板式介質阻擋反應器可用于水平、垂直氣流等，便于直接在煙道中進行改造。優(yōu)選地，所述的介質阻擋放電反應器為線筒式介質阻擋放電反應器，所述接地極及介質層附著在一起構成便于煙氣通過的通道，所述接地極位于通道的外層，所述介質層位于通道的內層，所述高壓極為高壓極線，位于所述接地極及介質層構成的通道的中軸線處。所述放電反應器外或介質層中可以設置有冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣，用于冷卻所述放電反應器。所述線筒式介質阻擋反應器結構緊湊，多用于垂直氣流煙道，當氣速較高時，也可用于水平氣流。所述的放電反應器也可以為電暈放電反應器，由高壓極與多個接地極組成，高壓極位于接地極之間，高壓極與接地極間留有放電間隙，優(yōu)選的放電間隙為200_。一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞方法，包括如下步驟(I)將鹵族物質與含汞煙氣混合；(2)在有氧氣體條件下，通過高壓放電活化鹵族物質，使煙氣中的元素態(tài)汞形成為氧化態(tài)汞和顆粒附著汞；(3)進行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞。本發(fā)明活化鹵族物質脫汞的原理是在氣體或液體中發(fā)生放電時，可以激發(fā)高化學活性的自由基(· 0H、· H、· O、· N等)及其他活性物質(03、H2O2等)。這些活性物質可以進行常規(guī)化學技術難以實現的具有工業(yè)應用價值的化學反應，從而高效活化鹵族物質， 將其轉化為鹵素單質、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質易與汞結合，使元素態(tài)汞轉化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)，被下游脫除裝置捕集脫除。本發(fā)明中采用的高壓電壓一般為IOkV以上，電流數十毫安以上，所述的高壓放電可以采取介質阻擋放電、輝光放電或電暈放電等放電形式。含汞煙氣通過鹵族物質活化裝置處理后，可以單獨采用除塵裝置或吸收裝置進行進一步脫除，也可以先后被除塵裝置和吸收裝置脫除。除塵裝置可以為電除塵器、過濾式除塵器、濕式除塵器、機械式除塵器或其他除塵設備。吸收裝置可以為填料塔、湍球塔、篩板塔、噴灑式吸收器、固定床吸附器、移動床吸附器、沸騰床吸附器或其他吸收/吸附設備。本發(fā)明中鹵族物質為鹵單質、鹵鹽，如氯單質Cl2、溴單質Br2、碘單質I2、氯化鈉 NaCl、溴化鈉NaBr，碘化鈉Nal，溴化鈣CaBr2等；注入鹵族物質可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)或者混合態(tài)；本發(fā)明中含氧氣體為氧氣、空氣、煙氣，或含有S02、NH3、N0x的氣體。本發(fā)明所提供的基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法與常規(guī)環(huán)保技術相比，能夠產生如下有益效果I)、本發(fā)明的煙氣脫汞系統(tǒng)在現有煙氣凈化系統(tǒng)中的預處理裝置和除塵裝置之間設置齒族物質活化裝置來有效脫除氣態(tài)汞，還可以直接對現有煙氣管道進行改造，有效利用了現有煙氣凈化系統(tǒng)，降低脫汞成本；2)、本發(fā)明的煙氣脫汞方法，通過高壓放電活化鹵族物質從而將含汞煙氣中的氣態(tài)汞轉化為氧化態(tài)汞和顆粒態(tài)汞并脫除，可以有效脫除含汞煙氣中的氣態(tài)汞，提高了脫汞效率。


圖
圖
圖
圖
圖
具體實施例方式如圖2所示，本發(fā)明基于放電活化鹵族物質的脫汞系統(tǒng)包括依次對煙氣進行處理的預處理裝置2、除塵裝置5、吸收裝置8，預處理裝置2和除塵裝置5之間設有鹵族物質活化裝置3。除塵裝置電源6為除塵裝置5供電，除塵裝置5還設置有除塵灰斗7。含汞煙氣經過換熱器等預處理裝置2后進入鹵族物質活化裝置3，鹵族物質活化裝置3向煙氣中投加鹵族物質，與煙氣混合。鹵族物質活化裝置3在含氧氣體的條件下，高效活化鹵族物質，與煙氣中的鹵族物質充分混合反應，產生鹵素單質、鹵素原子等。鹵素單質、原子與煙氣中的元素態(tài)汞結合，形成鹵化汞等氧化態(tài)汞以及顆粒態(tài)汞。隨后，煙氣進入除塵裝置5，煙塵、氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞均可被脫除，從除塵器灰斗7排出。除塵后的煙氣進入吸收裝置8，煙氣中殘余的氧化態(tài)、顆粒態(tài)汞在吸收裝置8中被吸收，與吸收副產物一同被排出。脫汞后的煙氣經過除霧器等后處理裝置，從煙 排出。鹵族物質活化裝置3通過高壓放電來高效活化鹵族物質，其中放電反應可以采用介質阻擋放電、輝光放電或電暈放電放電形式，本發(fā)明的實施例采用介質阻擋放電反應器和電暈放電反應器來對本發(fā)明做進一步的說明。如圖3所示，為本發(fā)明板板式介質阻擋放電鹵族物質活化裝置的結構圖，包括殼體18以及位于所述殼體18兩端的煙道12a和12b ;在殼體18內設有放電反應器11，在位于放電反應器11前的煙道12a內設有噴嘴16。放電反應器電源4為放電反應器11供電。 放電反應器11由高壓極13與接地極14，以及介質層15組成，高壓極13與接地極14中間通過介質層15隔開。如圖所示的放電反應器11為板板式介質阻擋放電器，高壓極13附著在介質層15 板上，接地極14板與介質層15板平行放置，所述接地極14板與介質層15板間留有空隙， 放電間隙優(yōu)選為100_，供煙氣通過。還可以設置有下部灰斗17用于回收鹵族物質，同時也可作為儲槽使用。但當鹵族物質活化裝置3布置于氣路管道內，氣體流速較高，也可不布置灰斗。接地極板14可設置為雙層，在中部設置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣，將接地極板處的冷卻部分作為換熱器的一部分，降低熱量損失。由圖中可見，鹵族物質活化裝置3中可以設置多組放電反應器11并聯、串聯或串并聯，由多組放電反應器11構成放電反應區(qū)用來活化鹵族物質。含汞煙氣由介質阻擋放電反應器11前端的煙道12a進入鹵族物質活化裝置3后， 噴嘴16向煙氣中噴灑鹵族物質。介質阻擋放電反應器11進行高壓放電，從而高效活化鹵族物質，將其轉化為鹵素單質、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質易與汞結合，使元素態(tài)汞轉化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)汞。隨后煙氣從介質阻擋放電反應器11后端的煙道12b排出到下游的除塵和吸收裝置脫除氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞。如圖4所示為本發(fā)明的放電反應器的又一實施例線筒式介質阻擋放電反應器， 由高壓極13與接地極14，以及介質板15組成，其中接地極14及介質層15附著在一起構成便于煙氣通過的圓筒通道，高壓極13為高壓極線，位于接地極14及介質層15構成的圓筒通道中軸線。其中接地極14位于通道的外層，介質層15位于通道的內層。放電反應器電源4為放電反應器11供電。由圖中可見，鹵族物質活化裝置3中可以設置多組放電反應器 11，由多組放電反應器11構成放電反應區(qū)用來活化鹵族物質。放電反應器11外可以設置冷卻管道，布置冷卻水或冷卻氣進行冷卻，降低熱量損失。由于一般氣路管道內氣體流速約為10_15m/s, —般無積灰產生,可以不布置灰斗。含汞煙氣與鹵族物質混合后，進入放電反應器11組成的通道，放電反應器進行高壓放電，從而高效活化鹵族物質，將其轉化為鹵素單質、鹵族中間體及原子?；罨蟮柠u族物質易與汞結合，使元素態(tài)汞轉化成為氧化態(tài)和顆粒附著態(tài)汞。經過放電反應器后的煙氣排出到下游的除塵和吸收裝置脫除氧化態(tài)汞、顆粒態(tài)汞。這種結構的脫汞裝置可以實現氧化60%以上的元素汞，能耗水平約72Wh/m3。出于緊湊布置的目的，也可以將圓筒形改為正六邊形等。如圖5所示為本發(fā)明的放電反應器的又一實施例電暈放電反應器，由高壓極13 與接地極板14組成，高壓極線13位于二接地極板14之間，高壓極13與接地極14之間留有放電間隙，優(yōu)選的放電間隙為200_。放電反應器電源4為放電反應器11供電。由圖可見，鹵族物質活化裝置3中可以設置多組放電反應器11，由多組放電反應器11構成放電反應區(qū)來活化鹵族物質。這種實施方式可以直接對現有煙道進行改造，將高壓極13與接地極板14布置于煙道中。由于一般氣路管道內氣體流速約為10-15m/s, —般無積灰產生,可以不布置灰斗。該類型電暈放電反應器一般米取正極性放電，放電峰值電壓為10 100kV?？梢圆捎枚堂}沖或直流疊加交流高壓電源供電，以獲得較好的活化效果。電壓上升時間一般為數十納秒至數十微秒，以采用上述方法處理煙氣為例，煙氣中汞含量為13μ g/m3時，當向鍋爐中投加Br2濃度超過4ppm，汞的凈脫除率可達64%，總汞控制率達80%。 本發(fā)明可以用于各類鍋爐或焚燒爐等的煙氣脫汞。
權利要求
1.一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞系統(tǒng)，包括依次對煙氣進行處理的預處理裝置(2)、除塵裝置(5)、吸收裝置(8)，其特征在于所述的預處理裝置(2)和除塵裝置(5)之間設有鹵族物質活化裝置(3)。
2.如權利要求I所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述鹵族物質活化裝置(3)包括殼體(18)以及位于所述殼體(18)兩端的煙道(12a，12b);所述殼體(18)內設有放電反應器(11)，在位于殼體(8)前端的煙道(12a)內設有噴嘴(16)。
3.如權利要求2所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述放電反應器(11)為介質阻擋放電反應器，所述的介質阻擋反應器包括高壓極(13)與接地極(14)，所述高壓極(13)與接地極(14)中間通過介質層(15)隔開。
4.如權利要求3所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的介質阻擋放電反應器為板板式介質阻擋放電反應器，所述的接地極(14)和介質層(15)及高壓極(13)為平板，高壓極(13)附著在介質層(15)上，接地極(14)與介質層(15)平行放置，所述接地極(14)與介質層(15)間留有空隙。
5.如權利要求3所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的介質阻擋放電反應器為線筒式介質阻擋放電反應器，所述接地極(14)及介質層(15)附著在一起構成通道，所述接地極(14)位于通道的外層，所述介質層(15)位于通道的內層，所述高壓極(13)為高壓極線， 位于所述接地極(14)及介質層(15)構成通道的中軸線處。
6.如權利要求2所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述放電反應器(11)為電暈放電反應器，由高壓極(13)與多個接地極(14)組成，高壓極(13)位于接地極(14)之間，所述高壓極(13)與接地極(14)之間留有放電間隙。
7.如權利要求2-6任一項權利要求所述的煙氣脫汞系統(tǒng)，其特征在于所述的放電反應器(11)外接的放電反應器電源⑷為高壓電源。
8.一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將鹵族物質與含汞煙氣混合；(2)在有氧氣體條件下，通過高壓放電活化鹵族物質，使含汞煙氣中的元素態(tài)汞形成為氧化態(tài)汞和顆粒附著汞；(3)對步驟(2)處理后的含汞煙氣進行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞和顆粒附著汞。
9.如權利要求8所述的煙氣脫汞方法，其特征在于所述高壓放電為介質阻擋放電。
10.如權利要求8所述的煙氣脫汞方法，其特征在于所述高壓放電為電暈放電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于放電活化鹵族物質的煙氣脫汞系統(tǒng)和方法，包括依次對煙氣進行處理的預處理裝置、除塵裝置、吸收裝置，所述的預處理裝置和除塵裝置之間設置有鹵族物質活化裝置，所述的鹵族物質活化裝置設置有噴嘴、放電反應器。所述的鹵族物質活化裝置向煙氣中注入鹵族物質，并通過高壓放電活化所述的鹵族物質，將煙氣中元素態(tài)汞轉變?yōu)檠趸瘧B(tài)汞以及顆粒態(tài)汞后，進行除塵和吸收脫除氧化態(tài)汞以及顆粒態(tài)汞。本發(fā)明能有效利用現有煙道氣凈化裝置，降低脫汞成本，同時提高脫汞、除塵效率。
文檔編號B01D53/74GK102580493SQ20121004506
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2012年2月27日
發(fā)明者馮衛(wèi)強, 劉振, 李樹然, 王飛飛, 閆克平 申請人:浙江大學