一種麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脫硫除汞技術(shù)，尤其是涉及一種麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞的裝 置和方法，屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] S02和Hg是當(dāng)今人類面臨危害較大的大氣污染，其主要來(lái)源于人類活動(dòng)的排放。人 類活動(dòng)排放源中，燃煤排放是主要來(lái)源之一。煤中含有多種有害微量元素，煤炭燃燒的過(guò)程 中除了產(chǎn)生SOdPNOx，目前最受關(guān)注的是汞污染。
[0003] 我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，決定了我國(guó)的煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量一直處于世界首 位。每年火電燃煤消耗大量燃煤，產(chǎn)生大量酸性氣體，直接引起酸雨，嚴(yán)重影響環(huán)境。
[0004] 汞是一種有毒有害的污染物。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)在2005年對(duì)全球Hg的排放 量進(jìn)行了研究，認(rèn)為燃煤電站是最大的人為汞污染源。2013年聯(lián)合國(guó)政府談判通過(guò)了一項(xiàng) 關(guān)于汞的國(guó)際公約，國(guó)際社會(huì)對(duì)汞污染的關(guān)注提高到一個(gè)新高度。汞排放總量主要取決于 汞的形態(tài)，在燃煤煙氣中元素態(tài)Hg占?xì)鈶B(tài)Hg總量的52%~83%，二價(jià)Hg僅占17%~48%，還 有非常少量的顆粒汞。元素態(tài)Hg難溶于水，在大氣中的平均停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年至2年，可以 在大氣中長(zhǎng)距離輸運(yùn)并且在環(huán)境積累而形成全球性的Hg污染。
[0005]我國(guó)造紙工藝為麥草制漿，應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)漿法，其產(chǎn)量占總制漿產(chǎn)量的 70%以上，主要是堿法。但是化學(xué)制漿過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)環(huán)境有害的黑液。產(chǎn)生的黑液成分 復(fù)雜，其中包括NaOH、硫化物、碳酸鹽以及其他鈉鹽等無(wú)機(jī)物，堿木素、多縮戊糖、糖尾酸類 糖氧化物、碳水化合物的堿性降解產(chǎn)物、有機(jī)鈉鹽等有機(jī)物，還有相當(dāng)一部分目前還分析不 出來(lái)的物質(zhì)(約5%)。
[0006] 目前煙氣脫硫一般分為濕法煙氣脫硫、半干法煙氣脫硫和干法煙氣脫硫技術(shù)，應(yīng) 用最廣泛的是石灰石-石膏煙氣脫硫法。雖然目前煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是在我國(guó) 大部分中小型燃煤鍋爐運(yùn)用中還存在著問(wèn)題:脫硫漿液的成分單一;脫硫運(yùn)行成本高，影響 企業(yè)的發(fā)展;采用石灰石漿液脫硫易造成結(jié)垢堵塞和腐蝕。
[0007] 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煙氣Hg排放的控制主要有三個(gè)途徑，即活性炭吸附法、添加鹵素或 鹵化物氧化法和利用現(xiàn)有煙氣凈化裝置除Hg?；钚蕴课椒ù嬖诘膯?wèn)題是活性炭的利用率 較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)利用，吸附Hg后的活性炭隨飛灰一起進(jìn)入灰斗，含Hg飛灰的資源化 利用受到嚴(yán)重制約。添加鹵素或鹵化物氧化法在美國(guó)的運(yùn)用較我國(guó)廣泛，其原理是通過(guò)增 加煤中氯或溴含量以提高煙氣中HgO轉(zhuǎn)化為水溶性Hg2+的效率。我國(guó)煤中的氯含量較小，采 用此方法脫Hg有明顯的局限性。另外，KBr雖然用量較小，但價(jià)格比KC1高，且KBr帶來(lái)的腐蝕 及廢水處理難度和費(fèi)用會(huì)明顯增加，進(jìn)一步制約了此方法的深入研究和推廣應(yīng)用。研究表 明燃煤電站現(xiàn)存的污染物控制裝置對(duì)Hg脫除有一定的作用，但效率不高?，F(xiàn)有燃煤電廠濕 法脫硫裝置僅能去除煙氣中的Hg2+，而對(duì)單質(zhì)Hg幾乎沒(méi)有去除能力。
[0008] 黑液成分復(fù)雜，處理難度大，污染重，對(duì)黑液的處理和資源化是研究熱點(diǎn)，由于黑 液中的含堿量高還有較多的木質(zhì)素，所以比較普遍的資源化方法是堿回收法和酸析法，分 別回收蒸煮用堿和木質(zhì)素。但是由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的原因，很多中小企業(yè)難以達(dá)到要求， 即使達(dá)到要求，也存在一些資源和人力利用方面的問(wèn)題，若其管理不合格，對(duì)黑液進(jìn)行不規(guī) 范的排放，必定造成難以挽回的損失。目前新型的黑液資源化利用方式則是采用單陽(yáng)膜電 滲析法進(jìn)行堿回收，而對(duì)于黑液的綜合資源化利用可以采用雙模電滲析法，可同時(shí)回收堿 和木質(zhì)素，以及采用超濾微濾等膜處理的方式，但是這些都處于試驗(yàn)室階段，能耗較大成本 較高。
[0009]黑液對(duì)煙氣脫硫的前人研究也不乏，他們主要針對(duì)的是燃煤酸性煙氣對(duì)黑液以及 其他工業(yè)廢水的中和處理，焦點(diǎn)更多的事放在了黑液的成分變化上面，對(duì)于煙氣中污染氣 體的去除率并沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，特別是沒(méi)有結(jié)合脫硫塔來(lái)優(yōu)化模擬處理煙氣的工作參數(shù)。 [0010]本技術(shù)為制漿黑液治理尋找一條環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏之路，也為燃煤鍋爐煙 氣高效脫硫除Hg提供新的思路。因此本領(lǐng)域深入研究開(kāi)發(fā)麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞這種 技術(shù)非常有必要。為此，對(duì)"麥草制漿黑液協(xié)同控制燃煤煙氣S0 2和Hg機(jī)理研究"，國(guó)家特批 了國(guó)家自然科學(xué)基金，基金批準(zhǔn)號(hào)為"No. 51208502"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明旨在提供一種麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞的裝置和方法，即在傳統(tǒng)典型濕 法脫硫設(shè)備和技術(shù)方法基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有濕法脫硫設(shè)備和技術(shù)方法，以麥草制漿黑液作為 吸收劑，實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫除汞。
[0012] 本發(fā)明目的通過(guò)以下方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn):一種麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞的裝置，包 括反應(yīng)塔、煙氣入口、霧化噴嘴、除霧器、漿液循環(huán)栗;所述反應(yīng)塔的底部設(shè)置漿液槽，頂部 設(shè)置除霧器和煙氣出口，漿液槽設(shè)有出液口和廢液排出口；所述反應(yīng)塔的筒壁下部設(shè)置煙 氣入口，并位于煙氣入口的上方依次設(shè)置多個(gè)漿液管口；每個(gè)漿液管口連接有輸液管，輸液 管位于反應(yīng)塔內(nèi)部的一端連接霧化噴嘴，另一端連接漿液循環(huán)栗，漿液循環(huán)栗與漿液槽的 出液口連接;其特征在于:所述反應(yīng)塔內(nèi)部對(duì)應(yīng)每個(gè)霧化噴嘴的下方設(shè)置篩板;反應(yīng)塔內(nèi)還 設(shè)有將反應(yīng)塔分成至少兩級(jí)脫硫除汞腔的穿孔板。
[0013] 所述穿孔板上均布直徑為15~25mm的氣液導(dǎo)管，氣液導(dǎo)管的高度為150~250mm。 穿孔板與反應(yīng)塔內(nèi)壁之間形成漿液暫存槽，承接其上方篩板流下的黑液，所述漿液暫存槽 由輸液管連接至漿液槽。
[0014] 所述穿孔板還可設(shè)置成上下平行的兩塊板體，上部板上均布進(jìn)液孔和導(dǎo)管孔，進(jìn) 液孔連通漿液暫存槽，導(dǎo)管孔連通氣液導(dǎo)管。
[0015] 所述漿液槽包括一個(gè)主漿液槽和至少一個(gè)輔漿液槽。
[0016] 所述漿液槽設(shè)有新鮮漿液補(bǔ)充栗，新鮮漿液補(bǔ)充栗的出液口設(shè)置通向漿液槽的輸 液管。
[0017] 所述反應(yīng)塔內(nèi)最下部為一級(jí)脫硫除汞腔，向上依次設(shè)置二到多級(jí)脫硫除汞腔，一 級(jí)脫硫除汞腔的霧化噴嘴通過(guò)漿液循環(huán)栗連接主漿液槽;二到多級(jí)脫硫除汞腔的霧化噴嘴 通過(guò)漿液循環(huán)栗連接輔漿液槽。
[0018] 所述煙氣出口處設(shè)置引風(fēng)機(jī)，使反應(yīng)塔內(nèi)形成負(fù)壓，使煙氣沿反應(yīng)塔流向煙氣出 口處。
[0019] 所述脫硫除汞裝置設(shè)有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括用于檢測(cè)漿液槽中黑液PH值 的PH值檢測(cè)器，用于測(cè)量漿液槽中黑液量的液位計(jì)，以及安裝在漿液循環(huán)栗、新鮮漿液補(bǔ)充 栗上的開(kāi)關(guān)，安裝在漿液槽廢液排出口上的閥門，設(shè)置在煙氣入口處的閥門，設(shè)置在各級(jí)脫 硫除汞腔內(nèi)的氣體檢測(cè)器，以及單片機(jī)，所述PH值檢測(cè)器、開(kāi)關(guān)、液位計(jì)、閥門和氣體檢測(cè)器 分別與單片機(jī)連接；當(dāng)PH檢測(cè)器檢測(cè)到漿液槽中黑液的PH值小于單片機(jī)設(shè)定的下限值時(shí)， 單片機(jī)控制廢液排出口的閥門打開(kāi)，將黑液排出，液位計(jì)將所測(cè)得的液位信息傳給單片機(jī)； 當(dāng)液位達(dá)到單片機(jī)設(shè)定的下限時(shí)，廢液排出口的閥門關(guān)閉，新鮮漿液補(bǔ)充栗的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，向 漿液槽中補(bǔ)入新鮮漿液，直到其PH值達(dá)到單片機(jī)設(shè)定的上限，新鮮漿液補(bǔ)充栗關(guān)閉；此時(shí)， 一級(jí)脫硫除汞腔的漿液循環(huán)栗和煙氣入口的閥門打開(kāi)，黑液和煙氣進(jìn)入反應(yīng)筒，氣液逆流 反應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫硫除汞;氣體檢測(cè)器即時(shí)檢測(cè)一級(jí)脫硫除汞腔內(nèi)的煙氣信息，并傳給單片機(jī)，如 果煙氣中硫和汞的含量高于單片機(jī)中設(shè)置的上限值，二級(jí)脫硫除汞腔的漿液循環(huán)栗的開(kāi)關(guān) 打開(kāi)，進(jìn)行二次脫硫除汞，依次類推直到煙氣中硫和汞的含量小于單片機(jī)設(shè)定的下限，達(dá)到 排放標(biāo)準(zhǔn)，最終排出反應(yīng)筒;輔助漿液槽中的液位計(jì)和黑液PH值的檢測(cè)器即時(shí)監(jiān)測(cè)其液位 及黑液的PH值信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助漿液槽中漿液的補(bǔ)充，使其保持合適的PH值。
[0020] -種麥草制漿黑液同時(shí)脫硫除汞的方法，具體步驟為：
[0021 ]步驟1)啟動(dòng)漿液循環(huán)栗，黑液經(jīng)輸液管進(jìn)入反應(yīng)塔，經(jīng)霧化噴嘴變成無(wú)數(shù)小液滴， 噴灑在篩板上形成液膜；
[0022]步驟2)打開(kāi)引風(fēng)機(jī)，煙氣在負(fù)壓的作用下進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)，并沿反應(yīng)塔向上流動(dòng)，氣 體在篩板處與步驟1中形成的液膜相接觸形成鼓泡，液膜破碎，再次產(chǎn)生小液滴，增大氣液 接觸機(jī)率;煙氣經(jīng)過(guò)氣液導(dǎo)管時(shí)，進(jìn)一步增大氣液接觸面積和接觸機(jī)率；
[0023]步驟3)煙氣與黑液接觸時(shí)，S02和Hg2+、Hgp、HgO在氣相主體中無(wú)阻力擴(kuò)散，然后進(jìn) 入液膜;S02和Hg2+、HgO被黑液吸收，由氣態(tài)變成液態(tài)，并在液膜中分子擴(kuò)散，Hgp被溶液吸 附：
[0024]
[0025]同時(shí)黑液中成分也由液相向氣相擴(kuò)散，并且可溶