一种燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统

摘要

本发明涉及一种燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统。该系统针对我国电厂燃煤组分复杂，重金属含量较高导致烟气危害性较大、固体废物重金属残留的特点，在燃煤电厂现有污染物净化设施的基础上，耦合催化氧化技术、高氯浓缩液喷洒脱汞技术、电袋除尘技术、湿法络合氧化技术、超滤反渗透技术、深度水洗固液分离技术、蒸发结晶技术等多种相关技术，构建起一个前端拦截处理处置-末端富集分离回收的复合系统，以实现燃煤电厂烟气重金属污染物气液固三相全方位脱除净化目的。该系统构建容易、效果突出、针对性强、具有良好的环境效益。

说明书

技术领域

本发明包含一种燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统，属于环保技术领域。

背景技术

砷、汞等是具有极强生物积累性和致癌致畸性的全球性污染物，对人类的身体健康以及生态环境都具有重要影响。煤炭燃烧是砷、汞等重金属污染的重要排放源。因此，燃煤电厂重金属污染排放控制刻不容缓。我国目前虽未对燃煤过程重金属污染排放作出明确限定，但随着环境问题的日益突出和人们高质量生活水平的迫切需要，燃煤电厂烟气重金属污染物排放控制必将很快提上日程，并得到充分重视。

现有研究表明，烟气中的汞主要以Hg⁰的形式存在，其难溶于水，常规的污染物控制设备难以脱除，利用强氧化剂或催化反应使烟气中的Hg⁰转化为易于被除尘器或湿法脱硫去除的Hg²⁺，是具有潜力的一种脱汞方式。而对于As、Pb等半挥发性金属，CaO、金属氧化物、活性炭等是比较有效的吸附剂。目前，许多研究多侧重单一重金属污染物汞的控制，而忽视了As、Pb等其它具有明显危害性重金属污染的控制，大多方法效果单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统。整个系统包括前端拦截处理系统和末端富集回收系统两大部分组成。其中前端拦截处理系统包括燃煤电厂已有污染物净化设施SCR反应区、除尘反应区、脱硫反应区和浆液处置系统，末端富集分离回收系统主要为飞灰处置系统。

（1）SCR反应区

对SCR反应区进行催化剂布置方式和催化剂活性的改进。在SCR反应区设置替代催化剂层，替代催化剂层选用失活或部分失活的SCR催化剂，利用其吸附性能剔除一部分重金属携裹飞灰颗粒、重金属蒸气及其它烟气杂质，为后续SCR反应提供适宜环境；另外对SCR催化剂进行适度改性，添加Mn、Pt、Nb等活性组分使其兼具一定的Hg⁰ 催化氧化效果使Hg⁰转化为易于捕集的Hg²⁺，并抑制NH₃对Hg²⁺的还原，实现对烟气中重金属污染物的初步控制。

（2）除尘反应区

除尘反应区为布袋除尘器与电除尘器组合除尘。烟气进入SCR反应区和除尘反应区之间的烟道，与雾化后的高氯高钙浓缩喷洒液接触混合，使得飞灰捕集重金属能力大大增强，喷洒液在一定程度上浸湿了烟气，颗粒物比电阻降低，能够提高电除尘器除尘效率；经过电除尘器处理后，由于荷电效应使粉尘在滤袋上沉积速度加快，飞灰携裹重金属颗粒能悉数被捕集，固相重金属均脱离烟气转移至飞灰中。

（3）脱硫反应区

脱硫反应区为控制燃煤烟气重金属污染排放的最终手段，经过前述SCR反应区以及除尘反应区，固相重金属污染物已完全转移至飞灰中，仅有少量气态单质汞存在于烟气中。通过向浆液循环池投加适量常规氧化型添加剂如NaClO、Fe²⁺-H₂O₂或金属络合剂，即可去除烟气中残余的气态重金属物质，实现燃煤烟气重金属零排放。

（4）浆液处置系统

浆液处置系统包括澄清过滤池、超滤单元、反渗透区以及喷洒装置。浆液循环池废水含有大量的Cl^-、石膏颗粒、Ca、Al、Fe等阳离子以及一定含量的Hg²⁺，通过澄清过滤池分离出粗石膏，上清液则通过超滤单元截留脱硫废水中的油类等大分子物质，出水调节pH为6左右，为反渗透过程提供更好的工作环境，反渗透则将脱硫废水高度浓缩得到高氯高钙浓缩液和工业淡水，浓缩液喷入烟道用以增强飞灰对重金属的捕集功效，淡水则作为飞灰处理系统深度水洗池水源。所述的高氯高钙浓缩液Cl^-和Ca²⁺浓度达到100000mg/L以上，同时含有其它常见阳离子以及Hg²⁺，液相重金属污染物通过浆液处置系统最终汇入飞灰。

（5）飞灰处置系统

飞灰处置系统作为末端富集分离回收系统，用以对重金属污染物的彻底处理。飞灰处置系统包括飞灰贮存箱、深度水洗池、一次沉淀池、二次沉淀池以及蒸发结晶池。所述的飞灰来自SCR反应区替代催化剂层以及除尘反应区拦截颗粒。飞灰与预先加热至100℃左右清洗水在深度水洗池内通过内置搅拌装置充分混合形成灰浆，后送入一次沉淀池池，通过格栅分离出上清液和高品质飞灰，所述清洗水来自反渗透淡水以及蒸发结晶池冷凝水；所述上清液中含有重金属离子以及其它盐类，将其送入二次沉淀池，期间投加重金属沉淀剂，重金属沉淀聚合物通过二次沉淀池出水口的密孔滤网拦截形成重金属泥并收集处置，滤液通过蒸发结晶池进行蒸发处理，混合盐收集回用，冷凝水作为深度水洗池补给水循环利用。

    本发明提供的燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统，包括与燃煤锅炉连接的SCR反应区，SCR反应区依次连接电除尘器、袋式除尘器和脱硫反应区，脱硫反应区中的浆液中添加有氧化剂或金属络合剂，并且脱硫反应区中的浆液加入絮凝剂后依次与澄清过滤池、超滤单元连接，超滤单元出来的上清液调节pH为6后与反渗透单元连接，从反渗透单元出来的高氯高钙浓缩液经过浓水箱、输送泵、雾化喷嘴与SCR反应区与电除尘器之间烟道相通，从反渗透单元出来的淡水经过淡水箱、加热装置进入深度水洗池，飞灰贮存箱中的飞灰也进入深度水洗池，搅拌成灰浆后进入一次沉淀池，分离出上清液进入二级沉淀池，投加重金属沉淀剂，重金属沉淀聚合物通过出水口滤网形成金属泥，滤液进入蒸发结晶池，蒸发所得混合盐收集，冷凝水进入淡水箱。

    所述的雾化喷嘴还与压缩空气动力源连接，压缩空气动力源配合雾化喷嘴工作，提供动力。

    所述飞灰贮存箱中收集的飞灰为收集的SCR反应区、电除尘器、布袋除尘器拦截的颗粒。

飞灰含有CaO、金属氧化物、未燃尽碳等，其本身就是一种很好的As、Pb等重金属吸附剂。脱硫浆液中富含氯和钙，将其高度浓缩后喷入SCR反应区与除尘器之间的烟道，可以大大增强飞灰对重金属的氧化吸附去除能力。与此同时，对SCR催化剂改进使其兼具一定的Hg⁰催化氧化性能以及脱硫浆液中添加氧化络合添加剂强化烟气中Hg²⁺的形成减少烟气Hg⁰的排放，并对飞灰进行脱重金属等无害化处理，分离出高品质飞灰、重金属泥和混合盐回收利用，满足环境效益要求，又具有一定经济效益。

    本发明的优势在于：

（1）将燃煤电厂烟气重金属污染进行前端拦截处理处置和末端富集分离回收两级控制，实现重金属污染物固液气三相全方位脱除净化。

（2）本系统在原有污染物净化设备基础上进行改进和技术优化组合，系统构建容易、效果突出、针对性强、具有良好的环境效益和经济效益。

（3）本系统产生的高品质飞灰、重金属泥、混合盐以及粗石膏都可以资源化再利用，同时脱硫废水也进行了合理处置，减少了污染物的排放。

附图说明

    图1，一种燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统结构示意图。

1-     锅炉；2-SCR反应区；3-电除尘器；4-袋式除尘器；5-脱硫反应区；6-烟囱；7-澄清过滤池；8-超滤单元；9-反渗透单元；10-浓水箱；11-淡水箱；12-飞灰贮存箱；13-深度水洗池；14-一次沉淀池；15-二次沉淀池；16-蒸发结晶池；17-压缩空气动力源；18-输送泵；19-雾化喷嘴；20-加热装置。

具体实施方式

    如附图1所示，本发明提供的燃煤电厂烟气重金属污染物综合拦控系统，包括与燃煤锅炉连接的SCR反应区，SCR反应区依次连接电除尘器、袋式除尘器和脱硫反应区，脱硫反应区中的浆液中添加有氧化剂或金属络合剂，并且脱硫反应区中的浆液加入絮凝剂后依次与澄清过滤池、超滤单元连接，超滤单元出来的上清液调节pH为6后与反渗透单元连接，从反渗透单元出来的高氯高钙浓缩液经过浓水箱、输送泵、雾化喷嘴与SCR反应区与电除尘器之间烟道相通，从反渗透单元出来的淡水经过淡水箱、加热装置进入深度水洗池，飞灰贮存箱中的飞灰也进入深度水洗池，搅拌成灰浆后进入一次沉淀池，分离出上清液进入二级沉淀池，投加重金属沉淀剂，重金属沉淀聚合物通过出水口滤网形成金属泥，滤液进入蒸发结晶池，蒸发所得混合盐收集，冷凝水进入淡水箱。

    所述的雾化喷嘴还与压缩空气动力源连接，压缩空气动力源配合雾化喷嘴工作，提供动力。

（1）SCR反应区

选取的SCR催化剂为常见的V-W-Ti催化剂，通过浸渍活化焙烧、机械负载等手段添加1%-5%的Mn、Nb、Pt等活性组分，使其具备一定的Hg⁰催化氧化效果；同时适度拓宽SCR反应区长度，催化剂采用多层布置，并设置替代催化剂层，所述替代催化剂为失活或部分失活SCR催化剂，并均已通过常规清洗吹灰等步骤疏通孔道，替代催化剂层数与改性SCR催化剂层数相当，所述SCR反应区重金属捕集率不低于20%。

（2）除尘反应区

除尘反应区采用电除尘器与袋式除尘器组合除尘，除尘区域烟气温度为100-150℃，电除尘区总集尘面积不小于10000m²，布袋除尘区总过滤面积不小于12000m²，控制电场内烟气流速1.5 -2m/s，布袋滤料选用耐酸性耐久性较好的涤纶绒布和涤纶针刺毡等材质，过滤风速控制在1-1.5m/min，除尘反应区总收尘效率不低于80%，清灰周期根据实际运行情况优化确定，所述除尘反应区重金属捕集率不低于85%。除尘器其它各项指标按照DL/T 514-2004和GB/T 6719-2009等相关行业标准和国家标准进行设计与实施。

（3）脱硫反应区

脱硫反应区为控制燃煤烟气重金属污染排放的最终手段，经过前述SCR反应区以及除尘反应区，固相重金属污染物已完全转移至飞灰中，仅有少量气态单质汞存在于烟气中。为保证最终排出烟气汞及其化合物满足GB 13223-2011所规定的0.03mg/m³排放限值要求，需向浆液循环池投加适量的氧化型添加剂及络合性添加剂。氧化型添加剂为NaClO₂、KMnO₄、K₂S₂O₈等中的一种或多种组合，络合性添加剂为黄原酸酯类、二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类）等中的一种或多种组合，添加剂投加量占浆液总质量的0.1-0.8%。从经济角度考虑，可在脱硫区入口处进行烟气汞浓度抽样检测或在线监测，若汞浓度低于0.05mg/m³，则无需投加添加剂，所述脱硫反应区重金属捕集率不低于95%。

（4）浆液处置系统

浆液处置系统包括澄清过滤池、超滤单元、反渗透区以及喷洒装置。澄清过滤池采用平流式斜板沉淀池，异向进水，斜板与水平面呈55-65⁰角，斜板间距不小于50mm，斜板长度0.9-1.3m，斜板净距90-110mm，出水为多排孔管集水，过流率不低于30m³/（m²·h），其它指标根据实际情况和相关规定进行设计。循环浆液进入澄清过滤池前在管道内投加适量絮凝剂，絮凝剂为PAM或PAC，提高沉淀效率。添加量为浆液质量的0.1ppm-1ppm，可根据水质实际情况确定，以出现适量矾花容易澄清为宜。澄清过滤池所得粗石膏重金属含量低于0.01%，液相重金属大部进入上清液。澄清过滤池上清液送入超滤单元以截留废水中的油类等大分子物质。特别的，调节超滤出水pH为6左右，为反渗透过程提供最佳工作环境。超滤出水进入反渗透区处理后得到高氯高钙浓缩液和工业淡水，高氯高钙浓缩液由浓水箱送入喷洒装置，喷洒装置为压缩空气动力源和雾化喷嘴。雾化喷嘴设置在SCR反应区和除尘反应区间的烟道中，此处烟气温度约为100-150℃。浓缩液喷入烟道用以增强飞灰对重金属的捕集功效，淡水箱所得工业淡水则作为飞灰处理系统深度水洗池水源。特别的，高氯高钙浓缩液Cl^-和Ca²⁺浓度达到100000mg/L以上，同时含有其它常见阳离子以及Hg²⁺，液相重金属污染物通过浆液处置系统最终汇入飞灰。

（5）飞灰处置系统

飞灰处置系统作为末端富集分离回收系统，用以对重金属污染物的彻底处理。飞灰处置系统包括飞灰贮存箱、深度水洗池、一次沉淀池、二次沉淀池以及蒸发结晶池。所述的飞灰来自SCR反应区替代催化剂层以及除尘反应区拦截颗粒。蒸发结晶池冷凝水与淡水箱出水送入加热装置进行预热，加热温度为100-150℃。深度水洗池内设置搅拌装置，清洗水与飞灰充分混合，平均接触时间不少于2h，清洗水与飞灰质量体积比不小于5：1。深度水洗池固液混合物送入一次沉淀池进行澄清分离，一次沉淀池出水处布有密制格栅，格栅栅条间宽度为15-25mm，水力停留时间为1.5-2.5h。一次沉淀池排泥管与液面距离不小于1.2m，所得飞灰浆体收集后进行脱水稳定等后续处理。一次沉淀池上清液送入二次沉淀池，期间投加重金属沉淀剂，重金属沉淀剂为黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物等，重金属沉淀剂溶液浓度为0.5%-1%，根据废水中的重金属离子的含量，确定总的投放量，可根据实际效果适量加入为重金属沉淀剂质量5-15%的无机或有机絮凝剂提高沉淀效率。二次沉淀池出水处设置滤网，滤网孔径10-15mm，二次沉淀池排泥管与液面距离不小于0.8m，水力停留时间为10min左右，所得重金属泥收集处置。二次沉淀池出水送入蒸发结晶池进行蒸发处理，混合盐收集回用，冷凝水作为深度水洗池补给水循环利用。

特别的，所述浆液处置系统和飞灰处置系统多采用自流设计，根据实际要求需要物料快速转移的采用输送泵完成。