活性炭粉末与飞灰在垃圾焚烧厂布袋除尘器上脱汞的实验研究.pdf
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1、2023.22 科学技术创新活性炭粉末与飞灰在垃圾焚烧厂布袋除尘器上脱汞的实验研究刘荣春(福建龙净环保股份有限公司,福建 龙岩)垃圾焚烧所释放的汞是重要污染性物质,对生态环境的危害较大。垃圾焚烧时,大多数汞元素会通过挥发进入气相,留在飞灰及底灰中的汞则具有稳定性强、溢出率低的特征。气相汞进入大气后会被人体吸入,或是在干湿沉降中渗入土壤及水体,会通过农作物或饮用水而间接危害人体。为此,有必要利用布袋吸附装置展开脱汞实验,探寻气相汞污染控制的有效路径。1实验装备及方法1.1实验装备1.1.1实验装置及主要设备脱汞实验主要采用布袋除尘器装置,吸附剂添加到装置上安装的布袋中,用于吸附气态单质汞1。实验
2、所用仪器主要是特制的汞渗透器及布袋除尘器吸附装置,汞渗透器要具备较强的渗透率,在水浴温度 100 时,其渗透率应能达到 3100 ng/min。同时,应采用由石英法兰及纤维毡滤布两部分结构组成的布袋除尘吸附器。布袋除尘器装置结构见图 1 所示。1.1.2实验辅助器具脱汞实验要应用功率为 1 050 w、温度范围为 RT+10250 的恒温鼓风干燥箱,功率2 kw 且温控范围为 RT+5100、温度偏差不超过 0.5 的温水浴锅,检测下限低于 0.03 g/L、测量范围介于 0.01 g/L 与 100 g/L 之间的荧光测汞仪,并需两只量程范围分别为 0.060.6 m3/h、0.00180.
3、018 m3/h 的玻璃转子流量计,还要准备精度为0.01/0.1 mg、量程为 105 g 与 210 g 的电子天平。1.1.3实验材料与试剂本次实验需应用规格为137-022-0030-S56-C100 的汞渗透管及木质、煤质、椰壳三种活性炭粉末,这些粉末的粒径均为 200 目,但比表面积分别为 1 450 m2/g、1 100 m2/g、800 m2/g,孔容积分别是 1.05 cm3/g、0.95 cm3/g、0.90 cm3/g。还要准备克重为 500 g/m2、透气性为 90 m3/m2/S 的纤维毡滤布及纯度高于 99%的氯化亚锡、高锰酸钾及重铬酸摘要:文章采用实验研究的方式对
4、垃圾焚烧厂利用布袋附尘器除脱烟气中的汞元素展开了实验探讨,首先介绍了实验装备、实验与分析方法,展开了纯活性炭粉末脱汞、纯飞灰脱汞、活性炭粉末与飞灰混合物脱汞三种实验,验证了活性炭粉末在脱汞效率、吸附时间方面的优势,并总结出 80 益吸附温度条件下,在脱汞效率降低后继续添加新活性炭粉末仍能提升脱汞效率的结论。关键词:活性炭粉末;飞灰;布袋除尘器;脱汞实验中图分类号院X701;TE644文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0065-04作者简介:刘荣春(1981-),男,本科,机械中级,研究方向:大气治理。图 1布袋除尘器装置结构示意图65-科学技术创新 2023.22钾,
5、另需应用浓硫酸分析纯,其纯度应介于 95%与98%之间。此外,还要准备优级纯级别的浓硝酸、浓度高于 99.999%的高纯氮气以及粒径为 200 目的飞灰2。1.2实验与分析方法1.2.1实验方法1.2.1.1预处理吸附剂实验前称量不同重量的活性炭粉末与飞灰,装入研钵中研磨成粉,制成比例不同的炭灰混合物。再将之放入烘箱,以 120 温度加热烘干 8 h,将烘干得到的吸附剂放入恒温鼓风干燥箱中备用。1.2.1.2制备烟气将与两个尾气吸收瓶相连通的阀门开启,闭合其他阀门,再将钢瓶打开,通过调节气体流量计调整空气流量,而后开启电热恒温水浴锅,加热生成相应浓度汞蒸汽会随洁净空气从渗透管中渗出,并与另一管
6、管路空气混合,在恒温鼓燥箱中加热后会生成烟气,其流量值应达到 1.0 L/min。1.2.1.3汞初始浓度测定待气流稳定一段时间,可关闭与两个尾气吸收瓶连通的阀门,再开启 U 形瓶与布袋之间的第一个阀门及与吸收瓶串联的阀门,再从串联吸收瓶中提取高锰酸钾及硫酸样品,取样间隔为10 min,取样后立即测定汞浓度,取样测定三次后,若测定值一致,说明汞初始浓度相对稳定,之后便可开展吸附试验。1.2.1.4吸附反应将称量后的吸附剂均匀加入布袋吸附器的布袋中,闭合与两尾气吸收瓶及两吸收瓶相连的两个阀门,并开启其他阀门,以便气体向反应器中流入,之后利用两串联吸收瓶吸取反应后产生的气体。然后闭合与单独吸收瓶连
7、接的阀门,开启与两吸收瓶相连的阀门,取样完成后再将这两个阀门恢复到之前的状态。若脱汞效率不足 75%,需将吸附剂倒出并添加到吸附装置中,重新开始脱汞实验3。1.2.2分析方法1.2.2.1分析前处理利用冷原子吸收光谱测定吸收瓶中提取溶液的含汞量,先将液体倒入采样管,再滴入浓度为 10%的盐酸羟胺溶液,待采样管中颜色消退后摇匀并静止 10 min,氯气及氯化物释放完成后,加入 HNO3溶液定容,加入量应为 0.1 mol/L。与此同时,需准备空白样品,取空试管加入浓度为 32%的高锰酸钾与浓度为 10%的硫酸混合液 10 ml,褪色及定容后放置 10 min 便可应用。1.2.2.2分析步骤检查
8、并处理反应瓶中的残液,之后初始化测汞仪,关闭压力表调节旋扭及载气流量计,同时开启屏蔽气流量计,再打开钢瓶总阀,通过调控压力表调整载气量及屏蔽气流量计值。15 min 后气源流量稳定时,可开启泵开关,将 5 ml 试样及 1 ml浓度为 10%的氯化亚锡溶液添加到反应瓶中,在显示屏处于峰值状态时启动测量,高纯氮流入反应瓶中后均匀搅拌试样及氯化亚锡溶液,再使汞蒸汽流入荧光池,并记录最高峰值数据。每种样品实施三次检测并绘制标准曲线,再从曲线上取三次检测的平均值4。2基于布袋除尘器的活性炭粉末与飞灰脱汞实验2.1纯活性炭粉脱汞实验80 吸附温度条件下,取 0.3 g 纯活性炭粉末,初次吸附压取值为 1
9、.32 KPa,将活性炭粉末厚度控制为 1.7 mm,以 2 m/min 的速度进行吸附过滤。纯活性炭粉末脱汞效率详见图 2。图 2纯活性炭粉末脱汞效率初次吸附时,前 85 min 时段的脱汞效率达到了99.1%,脱汞效率高于 75%的吸附时间段共计 575min,脱汞效率最快的时间段是 85 min215 min 之间,随后脱汞效率逐渐降低。前四次重复吸附的脱汞效率均比初始吸附低,脱汞效率高于 75%的时间分别为 305 min、225 min、144 min、95 min,5 至 85 min内的平均脱汞效率分别为 88%、84%、84%、78%。在初次吸附结束时,脱汞效率虽已降至 75%
10、之下,然而重纯活性炭粉脱汞效率纯活性炭粉脱汞效率0204060801001205205405605吸附时间/min脱汞效率/%初次吸附一次重复吸附二次重复吸附三次重复吸附四次重复吸附五次重复吸附66-2023.22 科学技术创新复脱汞实验时,又出现了较高的脱汞效率。这是由于重复脱汞时,翻动活性炭粉末后,部分没有充分接触到汞原子的活性位对汞产生了吸附作用。重复吸附后,活性位越来越少,至第五次重复吸附时,脱汞效率为 75%的时间还不足 10 min。2.2纯飞灰脱汞实验在 80 吸附温度条件下开展飞灰脱汞实验,加入纯飞灰量应为 0.3 g,厚度调整为 0.8 mm,压降取值为 0.67 Kpa,纯
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