燃煤电厂脱除重金属的系统和方法

技术领域

本公开涉及重金属脱除技术领域，具体地，涉及一种燃煤电厂脱除重金属的系统和方法。

背景技术

目前，电厂中汞等重金属污染物的控制主要有三种途径：燃烧前脱除、燃烧中脱除和燃烧后脱除。燃烧前脱除主要通过洗选煤技术、配煤技术、煤炭改制技术；燃烧中脱除主要有煤炭添加剂技术、低氮燃烧技术、循环流化床技术；燃烧后脱除污染物除利用电厂现有的烟气治理设备进行优化而协同脱除污染物外，改性吸附剂的喷射可有效降低烟气中污染物的含量。常用的吸附剂有活性炭、飞灰和钙基吸附剂等，但是燃煤电厂烟气量大，吸附剂的连续喷射量也大，造成吸附剂消耗费用的激增。

发明内容

本公开的目的是提供一种燃煤电厂脱除重金属的系统和方法，该燃煤电厂脱除重金属的系统可以通过等离子体改性装置对飞灰吸附的重金属进行脱附，并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性，同时对脱附后的飞灰进行重复利用，以至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本公开的第一方面，提供一种燃煤电厂脱除重金属的系统，包括通过烟道依次连通于锅炉的脱硝装置、空气预热器、静电除尘器、脱硫装置、湿式电除尘装置以及烟囱，还包括：脱附系统，包括等离子体改性装置，所述等离子体改性装置的一端连接于所述湿式电除尘装置的出口，另一端管路连通于所述湿式电除尘装置和所述脱硫装置之间的烟道，用于对所述湿式电除尘装置捕获的飞灰中吸附的重金属进行脱附，并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性。

可选地，所述脱附系统还包括：过滤装置，连接于所述湿式电除尘装置，用于对经由所述湿式电除尘装置捕获的飞灰进行过滤；干燥装置，连接于所述过滤装置，用于对经由所述过滤装置的飞灰进行干燥。

可选地，所述过滤装置包括分别连接于所述湿式电除尘装置和所述干燥装置的过滤器，以及与所述过滤器连接的第一回收装置，所述第一回收装置用于回收所述过滤器内的废弃物。

可选地，所述等离子体改性装置包括连接于所述干燥装置的改性器以及与所述改性器连接的第二回收装置，所述改性器配置为能够通过加热脱附飞灰中重金属，以及通入改性气体对飞灰进行放电改性，所述第二回收装置用于回收所述改性器内的金属蒸汽。

可选地，所述改性气体包括空气、氧气、氯气和氯化氢气体。

可选地，所述脱附系统还包括连接于所述干燥装置和所述等离子体改性装置之间的研磨装置，用于对经由所述干燥装置的飞灰研磨后输送至等离子体改性装置内。

可选地，所述脱附系统还包括连接于所述研磨装置和所述等离子体改性装置之间的筛分装置，用于对经由所述研磨装置的飞灰筛分后输送至所述等离子体改性装置内。

本公开的第二方面，提供一种燃煤电厂脱除重金属的方法，所述方法应用于上述任意一项可选方案所述的燃煤电厂脱除重金属的系统，所述方法包括：通过湿式电除尘装置对烟道中的飞灰进行捕获；将所述飞灰输送至所述等离子体改性装置，通过等离子体改性装置对所述飞灰中吸附的重金属进行脱附并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性；将改性后的飞灰输送至脱硫装置与所述湿式电除尘装置之间的烟道中，通过放电改性的飞灰对所述烟道中的重金属进行二次吸附。

可选地，所述通过所述等离子体改性装置对所述飞灰中吸附的重金属进行脱附并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性，包括：通过改性器对所述飞灰进行加热，将所述飞灰表面的重金属脱附后通过第二回收装置进行回收；向所述改性器内通入改性气体对脱附重金属后的飞灰进行放电改性。

可选地，所述将所述飞灰输送至所述等离子体改性装置之前，该方法还包括：通过过滤装置对由所述湿式电除尘装置输送来的所述飞灰进行过滤；通过干燥装置对经过所述过滤装置的所述飞灰进行干燥；通过研磨装置对经过所述干燥装置的所述飞灰进行研磨；通过筛分装置对经过所述研磨装置的所述飞灰进行筛分，并将筛分后的所述飞灰输送至所述等离子体改性装置。

通过上述技术方案，即本公开提供的燃煤电厂脱除重金属的系统，通过等离子体改性装置可以对飞灰吸附的重金属进行脱附和放电改性，经放电改性后的飞灰表面会生成活性官能团，带有活性官能团的飞灰会被再次输送到湿式电除尘装置和脱硫装置之间的烟道中，被输送至烟道中的飞灰会通过活性官能团再次对烟道中存在打的重金属进行吸附，并且可以再次被湿式电除尘装置补货，再次进入等离子体改性装置中进行重金属的脱附和放电改性，既对烟道中烟气的重金属进行了脱附，又能对脱附重金属后的飞灰进行重复利用，可以降低重金属脱除的经济成本。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式中提供的燃煤电厂脱除重金属的系统的平面示意图；

图2是本公开示例性实施方式中提供的等离子体改性装置的平面示意图；

图3是本公开示例性实施方式中提供的燃煤电厂脱除重金属的方法的流程图；

图4是本公开示例性实施方式中提供的通过等离子体改性装置对飞灰中吸附的重金属进行脱附并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性方法的流程图；

图5是本公开示例性实施方式中提供的将飞灰输送至等离子体改性装置之前的方法的流程图。

附图标记说明

1-锅炉；2-脱硝装置；3-空气预热器；4-静电除尘器；5-脱硫装置；6-湿式电除尘装置；7-烟囱；8-脱附系统；801-流量计；802-介质阻挡放电等离子体反应器；803-电压控制器；804-示波器；805-控制器；806-排气管；807-第一阀体；808-第二阀体；81-等离子体改性装置；811-改性器；812-第二回收装置；82-过滤装置；821-过滤器；822-第一回收装置；83-干燥装置；84-研磨装置；85-筛分装置。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于单个设备或部件自身的内、外，“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性，此外，不同参考附图中的同一标记表示相同的要素。

发明人经研究发现，相关技术中，电厂中汞等重金属污染物的控制主要有三种途径：燃烧前脱除、燃烧中脱除和燃烧后脱除。燃烧前脱除主要通过洗选煤技术、配煤技术、煤炭改制技术；燃烧中脱除主要有煤炭添加剂技术、低氮燃烧技术、循环流化床技术；燃烧后脱除污染物除利用电厂现有的烟气治理设备进行优化而协同脱除污染物外，改性吸附剂的喷射可有效降低烟气中污染物的含量。常用的吸附剂有活性炭、飞灰和钙基吸附剂等，但是燃煤电厂烟气量大，吸附剂的连续喷射量也大，造成吸附剂消耗费用的激增。

基于此，本公开的第一方面，提供一种燃煤电厂脱除重金属的系统，参考图1和图2所示，该燃煤电厂脱除重金属的系统包括通过烟道依次连通于锅炉1的脱硝装置2、空气预热器3、静电除尘器4、脱硫装置5、湿式电除尘装置6以及烟囱7，除此之外，该燃煤电厂脱除重金属的系统还包括脱附系统8，脱附系统8包括等离子体改性装置81，等离子体改性装置81的一端连接于湿式电除尘装置6的出口，另一端管路连通于湿式电除尘装置6和脱离装置5之间的烟道，用于对湿式电除尘装置6捕获的飞灰中吸附的重金属进行脱附，并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性。

通过上述技术方案，由于被湿式电除尘装置6捕获的飞灰在之前的烟道流通中会携带大量重金属，等离子体改性装置81可以对飞灰所吸附的重金属进行脱附，飞灰中的重金属被等离子体改性装置81脱附后，等离子体改性装置81会对飞灰进行放电改性，经放电改性后的飞灰表面会生成活性官能团，带有活性官能团的飞灰会被再次输送到湿式电除尘装置6和脱硫装置5之间的烟道中，被输送至烟道中的飞灰会通过活性官能团再次对烟道中存在的重金属进行吸附，并且可以再次被湿式电除尘装置6所捕获，再次进入等离子体改性装置81中进行重金属的脱附和放电改性，这样，既可以对烟道中烟气的重金属进行脱附，同时也能对脱附重金属后的飞灰进行重复利用，可以降低重金属脱除的经济成本。

在一些实施方式中，等离子体改性装置81可以是任意合适的设备，例如，参考图2所示，等离子体改性装置81可以包括流量计801、介质阻挡放电等离子体反应器802、电压控制器803、示波器804和控制器805，其中，介质阻挡放电等离子体反应器802可以接收湿式电除尘装置6所捕获的飞灰，通过电压控制器803可以控制对介质阻挡放电等离子体反应器802内飞灰的放电电压，控制器805可以对介质阻挡放电等离子体反应器802进行内部加热，例如汞等重金属会在介质阻挡放电等离子体反应器802被加热升温后变为汞蒸汽而与飞灰进行脱附，示波器805可以供工作人员实时观测电压的波形，可以更好地控制对飞灰中重金属脱附的程度，流量计801可以控制通入介质阻挡放电等离子体反应器802内的改性气体的量，进而可以控制改性气体与飞灰进行反应生成的活性官能团的量，可以提高脱附重金属后的飞灰再次进入烟道中对重金属进行二次吸附的效率。

此外，参考图2所示，为了提高介质阻挡放电等离子体反应器802内的气体压强的稳定，流量计801可以为如图2所示的两个，其中一个流量计801用于向介质阻挡放电等离子体反应器802内输送改性气体，另一个流量计801用于向介质阻挡放电等离子体反应器802内输送氮气，由于氮气的化学性质不活泼且不易与金属或其他气体发生化学反应，因此氮气可以为介质阻挡放电等离子体反应器802内提供一定的气体压力，且可以为改性气体与飞灰进行化学反应时的气氛进行保护，间接地加快改性气体与飞灰的化学反应速率，进一步提高飞灰的多次利用率。

参考图2所示，等离子体改性装置81还包括连接于介质阻挡放电等离子体反应器802的排气管806，排气管806的另一端可以与湿式电除尘装置6和脱硫装置5之间的烟道进行连接，这样，被介质阻挡放电等离子体反应器802放电改性后的飞灰可以通过排气管806再次排到烟道中，此时飞灰表面的活性官能团可以再次吸附烟道中的重金属，以达到对飞灰的重复利用的目的。

在一些实施方式中，参考图1所示，脱附系统8还包括过滤装置82和干燥装置83，过滤装置82连接于湿式电除尘装置6，用于对经由湿式电除尘装置6捕获的飞灰进行过滤；干燥装置83连接于过滤装置82，用于对经由过滤装置82的飞灰进行干燥。通过这种布置方式，由于被湿式电除尘装置6所捕获的飞灰中会含有废水等杂质，过滤装置82可以对飞灰中的废水进行过滤，可以提高飞灰的纯洁度；干燥装置83可以对经过过滤装置82的飞灰进一步进行干燥，以进一步对飞灰中的水分进行挥发处理，可以提高飞灰的干燥性，便于对飞灰进行后续的重金属脱附和放电改性等操作。

在一些实施方式中，参考图1所示，过滤装置82包括分别连接于湿式电除尘装置6和干燥装置83的过滤器821，以及与过滤器821连接的第一回收装置822，第一回收装置822用于回收过滤器821内的废弃物。通过这种布置方式，过滤器821可以对飞灰中的废水进行过滤，在将废水过滤后，与过滤器821连接的第一回收装置822可以对过滤后的废水进行回收处理，这样，可以减少该燃煤电厂脱除重金属的系统中，废水对于环境的污染。

在一些实施方式中，参考图1所示，等离子体改性装置81包括连接于干燥装置83的改性器811以及与改性器811连接的第二回收装置812，改性器811配置为能够通过加热脱附飞灰中重金属，以及通入改性气体对飞灰进行放电改性，第二回收装置812用于回收改性器811内的金属蒸汽。通过这种布置方式，改性器811可以对从干燥装置83排出的飞灰进行重金属脱附并通入改性气体进行放电改性，第二回收装置812可以对改性器811内被加热气化的高温金属蒸汽进行回收，这样，可以防止高温金属蒸汽通过管路流至烟道进而从烟囱7排出，可以减少该燃煤电厂脱除重金属的系统对于环境的污染。

在其他实施方式中，为了更好地提高第二回收装置812对高温金属蒸汽的回收效果，可以参考图2所示，其中，改性器811可以是图2中的介质阻挡放电等离子体反应器802，排气管806可以包括第一端、第二端和第三端，其中，第一端可以与介质阻挡放电等离子体反应器802的排气端连接，第二端可以与脱硫装置5和湿式电除尘装置6之间的烟道连接，第三端可以与第二回收装置812进行连接，其中，排气管806的第二端上可以设置能够启闭的第一阀体807，排气管806的第三端上可以设置能够启闭的第二阀体808，在介质阻挡放电等离子体反应器802进行工作时，先对飞灰中的重金属进行加热脱附，再通入改性气体对飞灰进行放电改性，在此过程中，可以将第一阀体807关闭，将第二阀体808打开，飞灰被介质阻挡放电等离子体反应器802加热后，重金属会汽化为高温金属蒸汽，高温金属蒸汽会通过排气管806排至第二回收装置812中，第二回收装置812会对高温金属蒸汽进行回收，由于第一阀体807处于关闭状态，高温金属蒸汽便不会通过排气管806排到脱硫装置5和湿式电除尘装置6的烟道中，可以防止高温金属蒸汽通过烟道和烟囱7排出至空气中，可以减少对环境的污染，当第二回收装置812对高温金属蒸汽全部回收完毕后，可以关闭第二阀体808，通过介质阻挡放电等离子体反应器802对飞灰进行放电改性，当飞灰表面经放电改性产生活性官能团后，可以打开第一阀体807，带有活性官能团的飞灰会通过排气管806排到脱硫装置5和湿式电除尘装置6的烟道中，带有活性官能团的飞灰会对烟道中存在的重金属进行再次吸附，以提高飞灰的利用率。

在一些其他可行的实施方式中，第二回收装置812中可以设置高锰酸钾溶液和双氧水溶液，由于高锰酸钾溶液和双氧水溶液均具有强氧化性，可以对改性器811内脱附的重金属所形成的高温金属蒸汽有较好的回收效果，以回收高温汞蒸气为例，在第二回收装置812中可以参考如下化学反应式：

在上述反应式中，高温的汞蒸气与高锰酸钾溶液发生反应后，会生成具有沉淀效果的氧化汞，进而可以将重金属回收在第二回收装置812内，可以减少重金属对于环境的污染。

在一些实施方式中，改性气体包括空气、氧气、氯气和氯化氢气体，通过这种布置方式，空气、氧气、氯气和氯化氢气体在放电的反应下可以较容易地在飞灰表面生成活性官能团，以氧气对飞灰进行放电改性为例，具体可以参照下列化学式：

-C+O

-C+O

参考上述化学式，由于飞灰中含有未燃尽碳，氧气在进入等离子体环境时，会快速地附着在飞灰表面，氧气被电离成活性氧离子O

以氯气对飞灰进行放电改性为例，具体可以参照下列化学式：

参考上述化学式，氯气在进入等离子体环境时，氯气Cl

以氯化氢对飞灰进行放电改性为例，具体可以参照下列化学式：

参考上述化学式，氯化氢在进入等离子体环境时，氯化氢HCl被电离成活性的氢离子H

由上述实施方式的化学反应可知，改性气体在等离子体环境下经电离产生的活性官能团和/或碳氯键均可以对脱硫装置5和湿式电除尘6之间的烟道中的重金属进行吸附，提高了该燃煤电厂脱除重金属的系统中飞灰的利用率。

在一些实施方式中，参考图1所示，脱附系统8还包括连接于干燥装置83和等离子体改性装置81之间的研磨装置84，用于对经由干燥装置83的飞灰研磨后输送至等离子体改性装置81内。通过这种布置方式，由于较大颗粒的飞灰内含有较多的重金属，研磨装置84可以对颗粒较大的飞灰进行研磨，研磨成颗粒较小的飞灰后，飞灰所吸附的重金属会更多地被等离子体改性装置81所脱附，可以防止部分未被脱附重金属的飞灰再次回到脱硫装置5与湿式电除尘装置6之间的烟道中对环境造成污染，提高了燃煤电厂脱除重金属的系统对于环境的保护度。

在一些实施方式中，参考图1所示，脱附系统还包括连接于干燥装置83和等离子体改性装置81之间的筛分装置85，用于对经由研磨装置84的飞灰筛分后输送至等离子体改性装置81内。通过这种方式，筛分装置85可以根据飞灰的颗粒大小不同而进行筛分，将颗粒较小的飞灰通过筛分装置85进入等离子体改性装置81进行重金属脱附和放电改性，将颗粒较大的飞灰阻拦在筛分装置85处，或者，筛分装置85也可以将颗粒较大的飞灰再次输送回研磨装置84进行研磨，直至飞灰被研磨装置84研磨至能够通过筛分装置85后再进入等离子体改性装置81进行重金属脱附和放电改性。

本公开的第二方面，提供一种燃煤电厂脱除重金属的方法，该方法可以应用于上述任意一条具体实施方式中所提供的燃煤电厂脱除重金属的系统，参考图3所示，该方法包括：

S10，通过湿式电除尘装置对烟道中的飞灰进行捕获。

S20，将飞灰输送至等离子体改性装置，通过等离子体改性装置对飞灰中吸附的重金属进行脱附并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性。

S30，将改性后的飞灰输送至脱硫装置与湿式电除尘装置之间的烟道中，通过放电改性的飞灰对烟道中的重金属进行二次吸附。

通过上述方法，经由湿式电除尘装置6将烟道中的飞灰进行捕获后，可以通过等离子体改性装置81先对飞灰中吸附的重金属进行脱附，脱附后的飞灰在经由放电改性后，飞灰表面会形成活性官能团，带有活性官能团的飞灰会重新回到脱硫装置5和湿式电除尘6之间的烟道中，再次对烟道中的重金属进行吸附，这样，通过将表面具有活性官能团的飞灰用作脱除重金属的吸附剂，可以提高燃煤电厂脱除重金属的系统中排出的飞灰的利用率，也可以降低对于重金属脱附的经济成本。

在一些实施方式中，参考图4所示，在步骤S20中，即通过等离子体改性装置对飞灰中吸附的重金属进行脱附并对脱附重金属后的飞灰进行放电改性的步骤，包括：

S21，通过改性器对飞灰进行加热，将飞灰表面的重金属脱附并通过第二回收装置进行回收。

S22，向改性器内通入改性气体对脱附重金属后的飞灰进行放电改性。

通过上述方法，在对飞灰进行加热过程中，飞灰所吸附的重金属会汽化而变成高温金属蒸汽，高温金属蒸汽会通过第二回收装置812中的高锰酸钾溶液和双氧水溶液进行氧化和回收，将所有高温金属蒸汽均回收完毕后，可以向改性器811内通入改性气体，例如上述具体实施方式中的空气、氧气、氯气、氯化氢等气体，为改性器811内提供改性气体氛围，这样，飞灰的表面会在改性气体进行放电改性过程中更容易生成活性官能团，以提高后续生成活性官能团的气体回到烟道中吸附更多的重金属，可以减少重金属从烟囱7排出而造成的环境污染程度。

在一些实施方式中，参考图5所示，在步骤S20中，即将飞灰输送至等离子体改性装置之前，该方法还包括：

S201，通过过滤装置对由湿式电除尘装置输送来的飞灰进行过滤。

S202，通过干燥装置对经过过滤装置的飞灰进行干燥。

S203，通过研磨装置对经过干燥装置的飞灰进行研磨。

S204，通过筛分装置对经过研磨装置的飞灰进行筛分，并将筛分后的飞灰输送至等离子体改性装置。

通过上述方法，过滤装置82可以对飞灰中的水分和其他的杂质进行初步过滤，干燥装置83可以对飞灰中未被过滤装置82所过滤的水分进行干燥挥发，研磨装置84可以将较大颗粒的飞灰研磨成较小颗粒的飞灰，可以提高后续对飞灰中重金属进行脱附的完全度，筛分装置85可以防止颗粒较大的飞灰进入等离子体改性装置81，将颗粒较小的飞灰输送进等离子体改性装置81进行重金属的脱附和放电改性，颗粒较大的飞灰可以再输送回研磨装置84中进行研磨，直至所有飞灰被研磨装置84研磨至较小的颗粒后通过筛分装置85后进行重金属的脱附和放电改性，这样，较小颗粒的飞灰在重金属脱附和放电改性后再次回到烟道中，可以吸附烟道中更多的重金属，提高了飞灰的重复利用效率。

参考图1至图5所示，本公开下面用一个具体实施例对燃煤电厂脱除重金属的方法进行详细阐述：

烟气和飞灰经由锅炉1的排出口排出，依次经过脱硝装置2、空气预热器3、静电除尘器4、脱硝装置5后，飞灰被湿式电除尘装置6捕获，捕获后的飞灰进入过滤装置82，飞灰中的废水被过滤器821过滤后进入第一回收装置822进行回收，被过滤后的飞灰进入干燥装置83进行进一步干燥，对飞灰表面的水分进行挥发等处理工序后，进入研磨装置84将飞灰研磨成较小的颗粒，较小颗粒的飞灰会通过筛分装置85后进入等离子体改性装置81内，未被研磨充分的较大颗粒的飞灰会再次回到研磨装置84中进行研磨，进入等离子体改性装置81内的飞灰会在改性器811内被加热，飞灰中附着的重金属在高温加热的情况下会变为高温金属蒸汽而与飞灰脱附，高温金属蒸汽通过第二回收装置812回收后，再向改性器811内通入改性气体并进行放电，改性气体与飞灰表面进行放电改性后，飞灰的表面会生成活性官能团，带有活性官能团的飞灰可以通过改性器811的排气管806再回到脱硫装置5与湿式电除尘装置6之间的烟道中，对烟道中的重金属进行吸附，吸附重金属的飞灰会再次被湿式电除尘装置6捕获，进行重复上述方法的循环。

本公开的燃煤电厂脱除重金属的方法具有如下优点：

1、通过等离子体改性装置可以对飞灰中的重金属进行加热脱附，且在放电过程中产生的热量也可以进一步提高对飞灰中重金属的脱附效果。

2、等离子体改性装置可以为飞灰提供改性气体氛围，可以在飞灰表面生成更多的活性官能团，能够吸附烟道中更多的重金属，有效阻止重金属颗粒对于环境的污染。

3、生成活性官能团的飞灰可以用作吸附剂再次回到脱硫装置与湿式电除尘装置之间的烟道中对重金属进行吸附，对脱附重金属的飞灰进行重复利用，可以降低重金属脱附的经济成本。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。