处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置及方法.pdf

本发明涉及一种处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置及方法，包括给料装置、等离子体炉、余热回收装置和急冷装置、脱硫除尘塔和冷凝装置，脱硫除尘塔包括浆液贮段、烟气稳定段、过滤段和除雾器，所述脱硫除尘塔的过滤段由若干过滤单元组成，过滤单元入口呈圆筒形，出口呈喇叭形，直径φ1为80～500mm，直径φ2为200～900mm，扩张角α为4～9°，长度L1为100～450mm长度L2为600～2500mm。本发明采用改造的脱硫除尘塔，其特点是在脱硫的同时，能够脱除微细粉尘及重金属，其中1～5μm的粉尘去除率可达90％以上，二价汞的去除率可达85％以上。

1.  一种处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置，包括给料装置、等离子体炉、余热回收装置、急冷装置、脱硫除尘塔和冷凝装置，脱硫除尘塔包括浆液贮段、烟气稳定段、过滤段和除雾器，其特征在于：所述脱硫除尘塔的过滤段由若干过滤单元组成，过滤单元入口呈圆筒形，出口呈喇叭形，直径φ1为80～500mm，直径φ2为200～900mm，扩张角α为4～9°，长度L1为100～450mm，长度L2为600～2500mm。

2.  根据权利要求1所述的处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置，其特征在于：所述等离子体炉包括等离子枪、二次等离子枪和二次等离子炉，等离子枪和二次等离子枪为直流转移弧和非转移弧两用等离子发生器。

3.  根据权利要求1或2所述的处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置，其特征在于：所述的等离子体炉由金属制成封闭结构，内衬耐火材料，等离子体炉顶部安装等离子枪，右上方设置烟气出口与二次等离子炉连通，下部安装熔锅，左侧设置进料口与给料装置连通，炉体侧面设置防爆安全阀，底部开有出渣口与熔渣池连通。

4.  根据权利要求1所述的处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置，其特征在于：所述的过滤段的过滤单元采用单个或并联组合形式。

5.  一种如权利要求1所述的处理含重金属和微细粉尘活性炭的方法，其特征在于：通过以下步骤实现：
(1)给料装置通过其进料口将袋装含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦送入等离子体炉中；
(2)将等离子枪调至非转移弧工作状态，加热等离子体炉中的袋装活性炭或活性焦，使等离子体炉内的温度迅速升高至1200℃以上，此时活性炭或活性焦在熔锅中形成熔池；
(3)将等离子枪的运行方式由非转移弧切换至转移弧状态，熔池中的液体经冷却后变成无毒无害的颗粒状物质，通过出渣口排出到熔渣池；
(4)等离子体炉内燃烧产生的有毒气体通过烟气出口进入二次等离子炉中，由二次等离子枪加热燃烧；
(5)二次等离子炉中有毒气体燃烧产生的固体残留物进入等离子体炉的熔池中冷却后排出，二次等离子炉中燃烧产生的废气通过引风机进入余热回收装置；
(6)废气在余热回收装置内通过热交换，温度降至800～900℃；
(7)降至800～900℃的废气进入急冷装置继续冷却至180～200℃；
(8)急冷至180～200℃的废气进入脱硫除尘塔，经烟气稳定段均压后进入过滤段，烟气在过滤段的过滤单元内加速，然后膨胀、冷凝，对粉尘发生聚集作用，二氧化硫亦与浆液发生强烈掺混，最后经除雾器除去细小的雾滴后排入冷凝装置；
(9)经过脱硫除尘塔净化后的废气进入冷凝装置，烟气中大部分的水份冷凝后回收，然后排放到大气中。

处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置及方法。
背景技术
燃煤电厂、石油化工以及垃圾在焚烧过程中产生大量的废气，废气中又含有大量的以Hg为代表的重金属和微细粉尘，采用活性炭(焦)对重金属和微细粉尘进行脱除是行之有效的方法。该方法充分考虑了活性炭(焦)强大的吸附和催化作用，将重金属、微细粉尘及二噁因吸附脱除，因此，使用过的活性炭(焦)含有大量的重金属、微细粉尘和二噁因，均为有毒有害物质，必须采取适当的方式处理。目前，全世界都采用特殊包装后进行填埋。该法的突出缺点是：需选择特殊的填埋地点，而且填埋时，对填埋地点的处理要求也非常高(例如，对防渗的要求就非常高)，尽管如此，仍然面临产生二次污染的可能性。此外，由于活性炭(焦)密度小，可压缩性小，占地面积也很大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种安全、可靠、减少二次污染的处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置及方法。
本发明实现目的的技术方案是：
一种处理含重金属和微细粉尘活性炭的装置，包括给料装置、等离子体炉、余热回收装置和急冷装置、脱硫除尘塔和冷凝装置，脱硫除尘塔包括浆液贮段、烟气稳定段、过滤段和除雾器，其特征在于：所述脱硫除尘塔的过滤段由若干过滤单元组成，过滤单元入口呈圆筒形，出口呈喇叭形，直径φ1为80～500mm，直径φ2为200～900mm，扩张角α为4～9°，长度L1为100～450mm，长度L2为600～2500mm。
而且，所述等离子体炉包括等离子枪、二次等离子枪和二次等离子炉，等离子枪和二次等离子枪为直流转移弧和非转移弧两用等离子发生器。
而且，所述的等离子体炉由金属制成封闭结构，内衬耐火材料，等离子体炉顶部安装等离子枪，右上方设置烟气出口与二次等离子炉连通，下部安装熔锅，左侧设置进料口与给料装置连通，炉体侧面设置防爆安全阀，底部开有出渣口与熔渣池连通。
而且，所述的过滤段的过滤单元采用单个或并联组合形式。
一种处理含重金属和微细粉尘活性炭的方法，通过以下步骤实现：
(1)给料装置通过其进料口将袋装含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦送入等离子体炉中；
(2)将等离子枪调至非转移弧工作状态，加热等离子体炉中的袋装活性炭或活性焦，使等离子体炉内的温度迅速升高至1200℃以上，此时活性炭或活性焦在熔锅中形成熔池；
(3)将等离子枪的运行方式由非转移弧切换至转移弧状态，熔池中的液体经冷却后变成无毒无害的颗粒状物质，通过出渣口排出到熔渣池；
(4)等离子体炉内燃烧产生的有毒气体通过烟气出口进入二次等离子炉中，由二次等离子枪加热燃烧；
(5)二次等离子炉中有毒气体燃烧产生的固体残留物进入等离子体炉的熔池中冷却后排出，二次等离子炉中燃烧产生的废气通过引风机进入余热回收装置；
(6)废气在余热回收装置内通过热交换，温度降至800～900℃；
(7)降至800～900℃的废气进入急冷装置继续冷却至180～200℃；
(8)急冷至180～200℃的废气进入脱硫除尘塔，经烟气稳定段均压后进入过滤段，烟气在过滤段的过滤单元内加速，然后膨胀、冷凝，对粉尘发生聚集作用，二氧化硫亦与浆液发生强烈掺混，最后经除雾器除去细小的雾滴后排入冷凝装置；
(9)经过脱硫除尘塔净化后的废气进入冷凝装置，烟气中大部分的水份冷凝后回收，然后排放到大气中。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明采用改造的脱硫除尘塔，其特点是在脱硫的同时，能够脱除微细粉尘及重金属，其中1～5μm的粉尘去除率可达90％以上，二价汞的去除率可达85％以上。
(2)本发明采用转移弧和非转移弧两用的直流等离子枪作为焚烧热源，在焚烧开始阶段使用非转移弧，熔池溶化后采用转移弧的工作方式，与单一的非转移弧运行方式相比，热传输性更好、焚烧的效率更高、更节能。
(3)本发明采用的等离子枪所产生的高温，使熔池温度超过1200℃，足以使无机物、炉渣及重金属熔合在一起，并固化在呈中性的玻璃体中，使活性炭或活性焦处理一步到位，热灼减率＜3％。
(4)本发明采用的等离子枪所产生的高温使炉内温度较高，留存的二噁英被彻底焚烧，夹杂在烟气中的二噁英经二次燃烧也被焚毁，同时烟气在经过急冷器急速降温处理(低于200℃)过程中，也不会再次生成二噁英。
(5)本发明利用废热气经余热回收装置回收热量，充分有效地利用资源；
(6)本发明中等离子体炉安装有防爆安全阀，防爆安全阀直接与急冷器相连，当焚烧炉内压力突然升高，安全阀自动打开，烟气经急冷器和脱硫除尘塔排放，保证系统和人员的安全。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图；
图2为本发明等离子体熔融装置结构示意图；
图3为本发明脱硫除尘塔结构示意图；
图4为本发明过滤单元结构示意图；
图5为本发明急冷装置结构示意图；
图6为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种处理含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦的装置，总体结构如图1所示，包括起吊装置1、给料装置2、等离子体炉4、引风机8、余热回收装置9、急冷装置10、脱硫除尘塔11、冷凝装置12、循环泵13和熔渣池14，在等离子体炉上安装有等离子枪5、二次等离子炉7和二次等离子枪6。起吊装置将袋装含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦吊起并放入到给料装置，给料装置通过进料口3与等离子体炉连接，将含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦投入到等离子体炉中。
等离子体炉的结构如图2所示，等离子体炉由金属制成封闭结构，内衬耐火材料47，等离子体炉顶部安装等离子枪，右上方设置与二次等离子炉连通的烟气出口41，下部炉体46内安装熔锅42，左侧设置进料口43与给料装置连通，炉体侧面设置防爆安全阀44，底部开有出渣口45与熔渣池连通。等离子枪和二次等离子枪均为直流转移弧和非转移弧两用等离子发生器。
活性炭(焦)废物在等离子体炉内燃烧的原理是：
袋装的活性炭(焦)废物在等离子体熔融装置中熔融燃烧，微细粉尘最终成为玻璃体固定下来，熔融过程中，空气中的氮、氧、水蒸汽等吸收能量，生成大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，如OH自由基、O原子、HO自由基、N自由基等，它们可将活性炭(焦)中的单质汞等氧化成易被湿法吸收的二价汞；同样，其他一些重金属也被氧化成易被湿法吸收的价态，二噁因则被高温裂解，生成无害的气体。
引风机将二次等离子炉中燃烧产生的气体输送到余热回收装置，余热回收装置通过热交换将二次等离子炉中燃烧产生的高温气体温度降至900～800℃，该废气进入急冷装置继续冷却至200～180℃并进入脱硫除尘塔。
脱硫除尘塔的结构如图3所示，包括浆液贮段111、烟气稳定段(即喷淋)112、过滤段113和除雾器114。脱硫除尘塔(湿法吸收装置)对废气进行脱硫、除尘，用硫化物或含有机硫的复合物的重金属吸收剂将废气氧化为二价汞和一些其他重金属吸收掉。
过滤段113如图4所示，由若干过滤单元组成，过滤单元入口呈圆筒形，出口呈喇叭形，直径φ1为80～500mm，直径φ2为200～900mm，扩张角α为4～9°，长度L1为100～450mm长度L2为600～2500mm。烟气在过滤段的过滤单元内加速，然后膨胀、冷凝，对粉尘发生聚集作用，二氧化硫亦与浆液贮段内的浆液发生强烈掺混，从而除去微细粉尘、二氧化硫、二价汞及其他重金属。
脱硫除尘塔前部对应烟气稳定段进口的急冷装置由内衬防腐材料的碳钢壳体101、冷却水管102和喷嘴103组成，参见图5，循环泵是将脱硫除尘塔下部浆液贮段的浆液循环泵入过滤段。
经过脱硫除尘塔净化后的废气进入冷凝装置，然后排放到大气中。
一种处理含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦的方法，其工艺流程如图6所示，具体步骤是：
1、投料
起吊装置将袋装含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦吊起并放入到给料装置，给料装置通过其进料口将袋装含重金属和微细粉尘的活性炭或活性焦送入等离子体炉中。
2、焚烧熔融
(1)将等离子枪调至非转移弧工作状态，加热等离子体炉中的袋装活性炭或活性焦，使等离子体炉内的温度迅速升高至1200℃以上，此时活性炭或活性焦开始被热解、燃烧，未烧尽的残留物在等离子体炉里逐步熔化成液态，在熔锅中形成熔池；
(2)将等离子枪的运行方式由非转移弧切换至转移弧状态，加快熔池的升温速率，熔池中的液体经冷却后变成无毒无害的颗粒状物质，通过出渣口排出到熔渣池；
(3)等离子体炉内燃烧产生的有毒气体通过烟气出口进入二次等离子炉中，由二次等离子枪加热燃烧；
(4)二次等离子炉中有毒气体燃烧产生的固体残留物进入等离子体炉的熔池中冷却后排出，二次等离子炉中燃烧产生的废气通过引风机进入余热回收装置。
3、余热回收
废气在余热回收装置内通过热交换，温度降至800～900℃。
4、急冷
降至800～900℃的废气进入急冷装置继续冷却至180～200℃，经过急冷装置急速降温处理(低于200℃)过程中，能有效防止再次生成二噁英。
5、脱硫、除尘、吸收重金属
急冷至180～200℃的废气进入脱硫除尘塔，经烟气稳定段均压后进入过滤段，烟气在过滤段的过滤单元内加速，然后膨胀、冷凝，对粉尘发生聚集作用，二氧化硫亦与浆液发生强烈掺混，从而除去微细粉尘、二氧化硫、二价汞及其他重金属，最后经除雾器除去细小的雾滴后排入冷凝装置。
6、冷凝、排放
经过脱硫除尘塔净化后的废气进入冷凝装置，冷凝水通管程，烟气通壳程，烟气中大部分的水份冷凝后回收，然后排放到大气中。
本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。
本发明原理：将袋装的活性炭(焦)废物通过自动装置送入等离子体熔融装置中，微细粉尘最终成为玻璃体固定下来，熔融过程中，空气中的氮、氧、水蒸汽等吸收能量，生成大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质，如OH自由基、O原子、N自由基等，将它们可将活性炭(焦)中的单质汞等氧化成易被湿法吸收的二价汞，同样，其他一些重金属也被氧化成易被湿法吸收的价态。二噁因则被高温裂解，生成无害的气体。从熔融装置中排出的废热气经余热回收装置回收热量后，进入湿式吸收装置(脱硫除尘塔)，废气急冷至150℃左右，有效防止了二噁因的再生成。同时，废气中二价汞及其他重金属被吸收，并被吸收剂固定下来，吸收剂为硫化物或含有机硫的复合物。