一种垃圾焚烧飞灰中汞回收装置及回收方法与流程

1.本发明属于飞灰中汞回收领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰中汞回收装置及回收方法。


背景技术：

2.目前城市生活垃圾的主要处理方式有焚烧、填埋、堆肥等三种方式，由于城市规模、人口数量不断增长扩大，土地资源稀缺，可用垃圾填埋场的数量不断减少，而垃圾焚烧的减容、减量及无害化程度都很高，同时焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，国内许多城市纷纷建设垃圾焚烧发电站。
3.目前，填埋、水泥窑协同处置为我国飞灰处置的主要方式，但是填埋需要占用大量土地资源，且存在着二次污染风险，随着标准的提高，飞灰填埋将逐渐减少。水泥窑协同处置技术是把飞灰进行预处理后作为水泥原料，水泥窑的高温可以分解二噁英并固化重金属，是《国家先进污染防治技术名录》和《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录(2018—2019年本)》内推荐的技术。
4.但是，水泥窑协同处置飞灰也存在着一系列问题，其中突出的就是汞的富集。由于我国水泥生产普遍采用新型干法工艺，在这个过程中，飞灰中的汞在水泥窑中循环、富集，最终达到较高浓度，高浓度的汞由于超出水泥制造标准，无法利用，限制了垃圾焚烧飞灰的利用。
5.中国专利文献cn108237137a提供一种飞灰脱汞装置，包括热解析单元，用于使飞灰中的汞挥发形成气态汞；等离子体反应器，用于将所述气态汞氧化成氧化态汞以及吸附单元，用于吸附所述氧化态汞。还提供一种飞灰脱汞方法，通过将飞灰的热解析和汞的超氧化过程有机结合，确保了汞从飞灰上的解析。回收方法：首先利用热解析单元使飞灰中的汞挥发成含汞烟气，再利用等离子体技术对烟气中，氧化形成hg
2
和hg

，最后使用环保功能材料靶向吸附hg
2
和hg

。该技术最终实现了飞灰中汞的脱除，但设备复杂，成本高昂。
6.中国专利文献cn109848174a公开了一种生活垃圾飞灰中汞的脱除方法，包括脱附器、换热器、冷冻式汞收集器和排料斗，垃圾燃烧飞灰由输送机送入脱附器内进行加热，此时，汞及汞化合物在高温影响下达到其沸点温度分解后形成气态汞，汽化后的单质汞由引风机转移至换热器进行降温，此时的汞以液态的形式收集于冷冻式汞收集器中，收集到一定程度后由底部的排料口排出。通过加热使汞及汞化合物在高温影响下达到其沸点温度分解后形成气态汞，之后降温冷凝再以液态的形式收集于冷冻式汞收集器中，收集到一定程度后由底部的排料口排出。该发明提到了hg
2
和hg0的变为气态的过程，但是没有给出二者冷凝后分离的方法，同时，风机将气体中汞从脱附器内吹走的同时，还会带走一部分飞灰，该发明没有给出解决方案。
7.因此，开发一种可以脱除垃圾焚烧飞灰中汞的装置，对水泥窑协同他处置垃圾焚烧飞灰具有重要意义。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种垃圾焚烧飞灰中汞回收装置及回收方法，以实现不同形态汞的回收利用，提高回收率。
9.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
10.一种垃圾焚烧飞灰中汞回收装置，所述的装置包括：
11.分离单元，包括第一除尘器、第一换热器、风机、第二换热器、第二除尘器，所述的第一除尘器与垃圾焚烧炉连通用于收集飞灰；所述的第一换热器具有第一进口、第二进口、第一出口、第二出口，所述的第一换热器的第一进口与所述的风机连通，所述的第一换热器的第一出口与所述的第一除尘器连通；
12.所述的第二换热器具有第一进口和第一出口，所述的第二换热器的第一进口与所述的第一除尘器连通，所述的第二换热器的第一出口与所述的第二除尘器连通，所述的第二除尘器与所述的第一换热器的第二进口连通；
13.收集单元，包括电解池、阳极、阴极、电源，所述的电解池与所述的第一换热器的第二出口连通，所述的阳极、阴极至少部分位于所述的电解池内，所述的电源与所述的阳极、阴极连接。
14.优选地，所述的第二换热器还具有第二进口、第二出口，所述的第二换热器的第二进口与垃圾焚烧炉连通用于接收经垃圾焚烧炉排出的烟气，所述的第二换热器的第二出口与垃圾焚烧炉连通用于排出烟气。
15.优选地，所述的第二换热器包括壳体，所述的壳体内设置有盘管，所述的盘管具有进口和出口，所述的盘管的进口与所述的第一除尘器的出口连通，所述盘管的出口与所述的第二除尘器的进口连通，所述的盘管的进口与所述的壳体连通。
16.优选地，所述的第二换热器位于所述的第一除尘器的下方。
17.优选地，所述的第一换热器包括壳体，所述的壳体内设置有盘管，所述的盘管具有进口和出口，所述的盘管的进口与所述的第二除尘器的出口连通，所述盘管的出口与所述的电解池连通，所述的盘管的进口与所述的壳体连通。
18.优选地，所述的盘管呈螺旋状。
19.优选地，所述的收集单元还包括吸附管，所述的吸附管至少部分位于所述的电解池内。
20.优选地，所述的电解池位于所述的第一换热器的下方。
21.优选地，所述的第一除尘器包括布袋除尘器和灰斗，所述的布袋除尘器与垃圾焚烧炉连通，所述的灰斗与所述的布袋除尘器、所述的第二换热器的第一进口连通用于收集飞灰。
22.优选地，所述的第二除尘器包括布袋除尘器和灰斗，所述的布袋除尘器与所述的第二换热器的第一出口、所述的第一换热器的第二进口连通，所述的灰斗与所述的布袋除尘器连通用于收集飞灰。
23.使用所述的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置进行汞回收的方法，其包括：运行风机，送风至第一除尘器内，同时将高温气体输送至第二换热器内；高温气体和飞灰进入第二换热器内换热，换热后飞灰气流中汞挥发，飞灰收集在第二除尘器中，气流与汞进入第一换热器，换热后气体进入电解池，得到单质汞。
24.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过设置分离单元和收集单元，实现飞灰和汞的分离，并实现不同形态汞的回收利用，回收率高，避免二次污染，且设备成本低，利于推广。
附图说明
25.附图1为本发明的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置的整体结构示意图；
26.附图2为本发明的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置的第二换热器的结构示意图；
27.附图3为本发明的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置的第一换热器的结构示意图。
28.以上附图中，1-垃圾焚烧炉，2-第一除尘器的除尘器，3-第一除尘器的灰斗，4-第二换热器，41-第二换热器的壳体，42-第二换热器的第二进口，43-隔板，44-第二换热器的第二出口， 45-冷空气进气口，46-换热管，47-冷空气出气口，5-高温烟气，6-换热后烟气，7-第二除尘器， 8-第一换热器，81-第一换热器的壳体，82-第二进口，83-第二出口，84-冷空气进气口，85
‑ꢀ
冷空气出气口，9-风机，10-盘管，11-电解池，12-电源，13-阳极，14-阴极，15-吸附管，16
‑ꢀ
飞灰，17-第二除尘器的灰斗。
具体实施方式
29.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
30.如图1至图3所示的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置，装置包括分离单元和收集单元，分离单元的包括第一除尘器、第一换热器8、风机9、第二换热器4、第二除尘器7。
31.第一换热器8包括具有中空的空间的壳体81，壳体81上开设第一进口、第二进口82、第一出口、第二出口，第一换热器8的第一进口与风机9连通(通过管道连通)，第一换热器8的第一出口与第一除尘器连通(通过管道连通)。壳体81内设置有盘管10，盘管具有进口和出口，盘管的进口与第二除尘器7的出口连通，盘管10的出口与电解池11连通，盘管10的进口、出口均与壳体81连通。盘管10呈螺旋状，延长换热时间。
32.第一除尘器与垃圾焚烧炉1连通用于收集飞灰，第一除尘器包括布袋除尘器2和灰斗3，该布袋除尘器2与垃圾焚烧炉1连通(通过管道连通)，该灰斗3与布袋除尘器2、第二换热器4的第一进口连通用于收集飞灰。
33.第二换热器4包括壳体41，壳体41上开设第一进口、第一出口、第二进口42、第二出口44，第二换热器4的第一进口与第一除尘器连通(通过管道连通)，第二换热器4的第一出口与第二除尘器7连通(通过管道连通)，第二除尘器7与第一换热器8的第二进口82连通(通过管道连通)；第二换热器4的第二进口42与垃圾焚烧炉1连通(通过管道连通)用于接收经垃圾焚烧炉1排出的高温烟气5，第二换热器4的第二出口44与垃圾焚烧炉1连通 (通过管道连通)用于接收换热后烟气，优选通过高温烟气5对飞灰加热。壳体41内设置有盘管，盘管具有进口和出口，盘管的进口与第一除尘器的灰斗3的出口连通，盘管的出口与第二除尘器7的进口连通，盘管的进口、出口均与壳体连通。
34.第二除尘器7包括布袋除尘器和灰斗，布袋除尘器与第二换热器4的第一出口、第一换热器8的第二进口连通(通过管道连通)，灰斗与布袋除尘器连通用于收集飞灰。
35.第一除尘器的出口设置高度高于第二换热器4的设置高度，第二换热器4以位于第一除尘器的下方为最优，以便于飞灰在重力作用下较快进入第二换热器4内，提高流通速
率。
36.第二除尘器7的布袋除尘器的出口设置高度高于第一换热器8的第二进口设置高度，便于气流在重力作用下较快进入第一换热器8内，提高流通速率。
37.收集单元包括电解池11、阳极13、阴极14、电源，电解池11与第一换热器8的第二出口连通，阳极13、阴极14至少部分位于电解池11内，电源与阳极13、阴极14连接。收集单元还包括吸附管15，吸附管15至少部分位于电解池11内，吸附管15靠近阴极14设置。
38.电解池11可位于第一换热器8的下方，便于气流较快进入电解池11内。
39.收集单元包括电解池11、阳极13、阴极14、电源，电解池11与第一换热器8的第二出口82连通，阳极13、阴极14至少部分位于电解池11内，电源与阳极13、阴极14连接。电解池11内的电解液为氢氧化钠、硫酸钠、硫化钠复合溶液。
40.使用垃圾焚烧飞灰中汞回收装置进行汞回收方法，其包括：运行风机9，送风至第一除尘器内，同时将高温气体输送至第二换热器4内；高温气体和飞灰进入第二换热器4内换热，换热后飞灰气流中汞挥发，飞灰收集在第二除尘器7中，气流与汞进入第一换热器8，换热后气体进入电解池11，得到单质汞。
41.以下具体阐述下本实施例的工作过程：
42.装置使用时，第一步，运行风机9，送风至第一除尘器灰斗3；
43.第二步，风将灰斗中的飞灰16带走，同时抽取炉内高温烟气5；
44.第三步，第二换热器4中，高温烟气和飞灰气流换热；
45.第四步，换热后，飞灰气流中汞挥发，在流经第二除尘器时，飞灰被捕集并收集在第二除尘器灰斗17中，气流与汞继续前进不受影响；
46.第五步，气体进入第一换热器8时与风机引来的风换热；
47.第六步，换热后，气体温度降低，hg
2
和hg0冷凝，沿着第一换热器8内螺旋盘管10进入电解池11；
48.第七步，hg0不溶于水沉淀在电解池底部，hg
2
在阴极14得到电子生成hg0并析出，由汞吸附管15将生成的hg0吸走并收集利用。
49.垃圾焚烧炉1焚烧后产生的飞灰在第一除尘器的除尘器中被收集并集中在第一除尘器的灰斗中，风机9送来的风(初始为冷风)在第一换热器8中换热后温度升高，气体流至第一除尘器的灰斗后将灰斗中的飞灰带走。飞灰和气体的温度不高，为了实现汞的挥发，气体携带飞灰至第二换热器4，在第二换热器4内与垃圾焚烧炉1抽出来的高温烟气5(高温烟气5 最高温度为800℃，对飞灰气流进行非接触换热)进行换热，换热后的飞灰气流达到较高的温度，换热后的烟气返回垃圾焚烧炉1，此时，升温后飞灰中的汞挥发，实现了灰和汞的初步分离。气流携带飞灰及汞流经第二除尘器7时，飞灰被第二除尘器7的除尘器捕集并收集在除尘器除尘器的灰斗中，气流与汞继续前进不受影响，实现了飞灰和汞的分离。
50.气体携带hg
2
和hg0进入第一换热器8的盘管，在第一换热器8的盘管内向下流动，携带hg
2
和hg0的气体经换热后温度降低，hg
2
和hg0冷凝，沿着螺旋盘管在气体的作用下进入电解池11。进入电解池11后，hg0不溶于水，直接沉淀在电解池11底部，hg
2
在阴极14 得到电子生成hg0并析出，由汞吸附管15将生成的hg0吸走并收集利用。垃圾焚烧后氯离子含量较高，溶液中的cl
－
在阳极13失去电子生成cl2，cl2易溶于水并与水发生反应生成次氯酸根离子(clo
－
)、clo
－
不影响溶液中的电解反应，定期更换电解液即可。
51.在阴极14，离子得电子的能力，hg
2
强于h

，h

强于na

，no
3－
离子基本不存在还原性，阴极14发生的反应为：hg
2
2e-＝hg。
52.在阳极13，离子失电子的能力，cl
－
强于oh
－
，阳极13发生的反应为：2cl-‑
2e-＝cl2(g)。
53.反应生产的cl2重新溶于水与水发生反应，反应如下：
54.cl2(g) h2o(l)＝hclo(aq) hcl(aq)，
55.hclo不稳定，分解为clo
－
，与溶液中的na

结合生成naclo。
56.经历过上述电解反应，hg
2
被还原为hg0在阴极14管富集后被吸附管15收集，溶液中的cl
－
在阳极13管被氧化反应生成naclo，既实现了汞的回收利用，也实现了次氯酸钠溶液的再生。
57.本发明提供的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置，飞灰被风机9通过气力输送从第一除尘器的灰斗输送至第二换热器4，从垃圾焚烧炉1炉排上方引高温烟气5在第二换热器4内对飞灰加热，飞灰中的hg
2
和hg0蒸发为气态，之后，飞灰和气态汞被气流携带经过第二除尘器7，飞灰被第一除尘器的灰斗捕集下来，实现了飞灰和汞的分离；分离后的气体携带气态汞经过第一换热器8，加热风机9出来的常温气体，第一换热器8的结构为螺旋向下的盘管，气体在热交换的过程中温度逐渐降低，气体中hg0冷凝下来并沿向下盘管流动至第一换热器8下方的电解池11，气体携带剩余的hg
2
和hg0通入电解池11，在电解池11内，hg0沉淀在电解池11底部，hg
2
被电解还原成hg0，同样沉淀在电解池11底部。最终，使用汞吸附管15 将底部的hg0收集，回收利用。
58.本发明提供的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置，通过高温烟气5对飞灰加热，飞灰中的hg
2
和hg0蒸发为气态，之后、经过第二除尘器7，飞灰被捕集下来，实现了飞灰和汞的分离；分离后的气体携带气态汞经过第一换热器8，加热风机9出来常温气体的同时，hg0冷凝下来并沿向下盘管流动至下面的电解池11并沉淀，剩余的hg
2
被电解还原成hg0，沉淀在电解池 11底部。最终，使用汞吸附管15将底部的hg0收集，回收利用。
59.本发明提出的垃圾焚烧飞灰中汞回收装置，可将飞灰和汞分离，通过换热器冷凝hg0，通过电解还原hg
2
，最终实现不同形态汞的回收利用。
60.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。