專利名稱：燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化除汞方法
技術領域：
本發明涉及環境保護技術領域，具體涉及到一種鍋爐煙氣汞排放控制方法，適用于燃煤、燃油鍋爐和工業窯爐。
背景技術：
汞是一種有毒的微量重金屬元素，各種形態的汞從污染源進入大氣、水體后，在生物作用下形成甲基汞。甲基汞能在藻類、魚類等水體生物體內富集，通過生物鏈進入人體，由于汞在人體內部不能被解毒排出，造成對人體健康的長期危害。全球每年向大氣排放的汞總量為5000噸，其中4000噸為人為的結果。汞的人為排放來源主要是生產汞的廠礦，有色金屬的冶煉，氯堿工業，電器工業以及礦物燃料的燃燒。以美國為例，美國每年汞的排放量占全球向大氣汞排放的3％，，大約158噸左右，其中87％來源于燃燒行業，10％來源于制造行業，1％來源于其他行業。1983年大氣環境中有35％的汞來自煤燃燒，我國能源結構中煤炭占75％以上，80％用于直接燃燒，1978-1995年我國累計向大氣排放汞2493噸，平均年增長率4.8％，并且隨著經濟的發展，排放速度還將進一步增長。
由燃煤造成的汞污染已引起世界各國的重視，美國EPA于2004.1月頒布燃煤電站汞的排放的初步標準，2004年12月15日國會正式頒布燃煤電站鍋爐汞排放最終標準，2007年底前電站鍋爐都將必須執行汞排放標準。我國也必將在不久的將來對于燃煤汞排放進行控制。
目前的汞排放控制方法主要有活性炭吸附法，在垃圾焚燒爐等汞濃度較高場合，采用適當的C/Hg比例，可以達到90％以上的除汞效率，而對于濃度較低的燃煤鍋爐，需要采用較高的C/Hg比例，才能達到30％以上的除汞效率，活性炭消耗成本較高，往往難以接受。
鈣基吸收劑法，利用CaO，Ca(OH)2，CaCO3，CaSO4·2H2O來脫除汞，Ca(OH)2對HgCl2的吸附效率可達到85％，但對單質汞(Hg0)，只有在SO2存在的情況下，才可去除18％的Hg0，而燃煤電站鍋爐排放的汞當中50～60％為零價汞，因此，鈣基吸收劑對總汞脫除效率不高，仍小于50％。
利用濕法煙氣脫硫(WFGD)脫汞，由于煙氣中的Hg2+如HgCl2是溶于水的，可以在濕法脫硫裝置中將其捕獲。研究表明濕法煙氣脫硫裝置可以捕獲80-95％的Hg2+除去，但對于Hg0捕捉效果不明顯。據統計，WFGD對于總汞的捕獲效率在45～55％范圍內。
利用飛灰的吸附作用脫汞，燃煤產生的飛灰對于汞具有吸附作用，較高的含碳量對汞的吸附能有利，但飛灰含碳量的增加會降低鍋爐效率，影響飛灰電阻率，降低靜電除塵器對于飛灰的捕集效率。另外該方法對于燃煤鍋爐總汞的脫除效率較低，難以大規模推廣應用。
發明內容
針對現有技術中的不足，本發明提供了一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化除汞方法，包括以下步驟(1)在溫度范圍為110～150℃的鍋爐煙道低溫段噴入臭氧O3，將鍋爐煙氣中不溶于水的零價汞氧化成為易溶于水的二價汞，反應時間至少為0.5秒。
(2)在洗滌塔中對煙氣進行水洗，將二價汞溶于水中，在溶液中加入H2S固定劑，使二價汞生成HgS沉淀。
在鍋爐煙道低溫段噴入臭氧，臭氧的噴入點位置是在煙道除塵器之前或在煙道除塵器之后。
所述噴入的O3與鍋爐煙氣中NO的摩爾質量比例為1.1～1.5∶1。
所述洗滌塔采用水或者堿液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。
所述作為吸收劑的堿液可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣其中至少一種。
本發明的有益效果是對比目前燃煤電站汞排放脫除效率不高于50～60％的現狀，本發明提供的煙氣脫汞方法，總汞脫除效率可達到80％以上。
圖1是一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化汞排放控制含塵布置方案圖2是一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化汞排放無塵布置方案具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發明。
研究發現濕法脫硫裝置可以除去80～95％的二價汞Hg2+，然而對于零價汞Hg0卻無能為力，煙氣中50～60％的汞是Hg0。本方法利用燃煤鍋爐煙氣中的NO，用臭氧將其氧化為NO3，利用NO3改變Hg的形態，將氣態Hg0轉換成Hg2+，從而結合濕法洗滌裝置或現有濕法煙氣脫硫裝置對總汞進行有效控制。燃煤鍋爐煙氣中均含有大量的NO，其濃度在100～500ppm左右甚至更高。其基本原理的化學方程式為
洗滌液中發生的固汞反應為
具體過程為在鍋爐尾部煙道110～150℃溫度區間噴入臭氧，噴入位置可以在靜電除塵器之前或之后，臭氧噴入量根據煙氣中NO濃度按O3/NO摩爾比1.1～1.5∶1選取，可以將零價汞Hg0氧化為易溶于水的二價汞Hg2+，通過濕法洗滌塔進行脫除，吸收液采用水，吸收液循環利用，富集二價汞的吸收液通入H2S生成穩定的HgS沉淀，析出后填埋或進一步處理。如果已配備石灰石/石膏濕法煙氣脫硫設備，可與該方法進行整合。
具體實施例1中是燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化除汞法濕法洗滌含塵布置方式，實現方式如圖1所示。空氣經干燥凈化后送入干燥過濾制氧裝置2，產生的氧氣送入臭氧發生裝置3以制備高濃度臭氧，臭氧送入空氣預熱器后靜電除塵器5前的溫度為110℃的含塵煙道，噴入量根據煙氣NO濃度按O3/NO摩爾比1.1∶1時時調整，保證至少0.5s反應時間。噴口采用多孔網格噴射，噴入位置在空預器煙氣出口1m處。經靜電除塵器5后進入濕法洗滌塔7，將Hg2+溶解吸收，利用H2S處理生成穩定硫化汞HgS，吸收液循環利用，硫化汞沉淀析出后做進一步處理，煙氣經濕法洗滌塔7、除霧器8處理后送入煙囪。洗滌塔采用水或者堿液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。作為吸收劑的堿液是氫氧化鈉，也可以是水、氫氧化鉀或氫氧化鈣。
圖中1為鍋爐爐膛；2為干燥過濾制氧裝置；3為臭氧發生裝置；4為尾部煙道；5為靜電除塵器；6為儲液槽；7為濕法洗滌塔；8為除霧器；9為煙囪；10硫化汞沉淀處理裝置。11oH2S添加裝置。
具體實施例2、具體實施例3中O3噴入點溫度分別為130℃和150℃，保證至少0.5s反應時間；O3噴入量分別根據煙氣NO濃度按O3/NO摩爾比1.3∶1和1.5∶1調整。其他步驟與具體實施例1相同。
具體實施例4中是燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化除汞法無塵布置方式，實現方式如圖2所示。將臭氧送入電除塵器之后溫度110℃的無塵環境，送入量根據NO濃度按O3/NO摩爾比1.2∶1選取，噴入位置在除塵器之后距洗滌塔入口，可根據實際管道確定噴入位置，保證至少0.5s反應時間。二價Hg2+在進入洗滌塔之后進行吸收脫除。洗滌塔采用水或者堿液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。作為吸收劑的堿液是氫氧化鈣，也可以是氫氧化鉀或氫氧化鈉。其他步驟與具體實施例1相同。
圖2中12為干燥過濾制氧裝置；13為臭氧發生裝置；14為尾部煙道；15為靜電除塵器；16為儲液槽；17為洗滌塔；18為除霧器；19為煙囪；20為硫化汞沉淀處理裝置；21為鍋爐爐膛；22為H2S添加裝置。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本發明可用其他的不違背本發明的精神和主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的范圍，而上述的說明并未指出本發明的范圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種燃煤鍋爐煙氣臭氧氧化除汞方法，包括以下步驟(1)在溫度范圍為110～150℃的鍋爐煙道低溫段噴入臭氧O3，將鍋爐煙氣中不溶于水的零價汞氧化成為易溶于水的二價汞，反應時間至少為0.5秒。(2)在洗滌塔中對煙氣進行水洗，將二價汞溶于水中，在溶液中加入H2S固定劑，使二價汞生成HgS沉淀。
2.根據權利要求1所述的煙氣臭氧氧化除汞方法，其特征在于，在鍋爐煙道低溫段噴入臭氧，臭氧的噴入點位置是在煙道除塵器之前或在煙道除塵器之后。
3.根據權利要求1所述的煙氣臭氧氧化除汞方法，其特征在于，所述噴入的O3與鍋爐煙氣中NO的摩爾質量比例為1.1～1.5∶1。
4.根據權利要求1所述的煙氣臭氧氧化除汞方法，其特征在于，所述洗滌塔采用水或者堿液作為吸收劑，洗滌塔為噴淋塔或填料塔。
5.根據權利要求4所述的煙氣臭氧氧化除汞方法，其特征在于，所述作為吸收劑的堿液可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣其中至少一種。
全文摘要
本發明涉及一種環境保護技術領域，旨在提供一種鍋爐煙氣汞排放控制方法。本發明提供的方法包括在溫度范圍為110～150℃的鍋爐煙道低溫段噴入臭氧，將鍋爐煙氣中不溶于水的零價汞氧化成為易溶于水的二價汞，然后在洗滌塔中對煙氣進行水洗，將二價汞溶于水中，在溶液中加入H
文檔編號B01D53/64GK1768904SQ20051006112
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月14日 優先權日2005年10月14日
發明者岑可法, 周俊虎, 王智化, 劉建忠, 楊衛娟, 周志軍, 黃鎮宇, 程軍 申請人:浙江大學