專利名稱:廢氣的凈化方法
本發(fā)明涉及的是干法凈化廢氣，即用一種鈣型吸收劑吸收并除去廢氣中的有害酸性物質(zhì)。
鍋爐或廢物焚燒爐排出的高溫廢氣通常含有10-2000ppm的有害酸性物質(zhì)，如硫氧化物(SOx)，氯化氫(HCl)，和氟化氫(HF)。根據(jù)污染控制規(guī)定，這些物質(zhì)需要除去。在此以前，一般采用濕法去除這些有害酸性物質(zhì)，即用一種含有堿性吸收劑的吸收液或漿與冷卻到較低溫度的廢氣直接接觸，從而使廢氣凈化。這種方法雖然去除效率高，但仍存在一些問題，如最終出水很難處理，對廢氣需重新加熱，且設(shè)備昂貴，運(yùn)行費(fèi)用也高。
鑒于上述問題，人們研究了許多其它方法以取代濕法。如，設(shè)想用活性炭吸附有害物質(zhì)，繼而又有解吸法，或像一種半濕法，向廢氣中噴熟石灰漿。然而這些方法的去除效率都不高。雖然研究已涉及到了干法-把鈣型吸收劑的顆粒(生石灰、熟石灰、石灰石、白云石或同類物質(zhì))擴(kuò)散到熱爐或煙道內(nèi)部，但是除了環(huán)境規(guī)定很不完善的地區(qū)作為特例外，這種方法一直未被付諸實(shí)踐，因?yàn)榇宋談┑姆磻?yīng)活性低，例如，吸收劑與SO之間的反應(yīng)活性大約至多不過20%，與HCl之間的反應(yīng)活性不高于50%一般認(rèn)為減小吸收劑顆粒的粒度可以提高反應(yīng)活性，然而減小顆粒粒度并沒有明顯提高石灰的反應(yīng)活性。
本發(fā)明旨在提供一種凈化廢氣的干法，這一方法的確提高了鈣型吸收劑，如熟石灰或生石灰，與有害的酸性物質(zhì)間的反應(yīng)活性。
為滿足上述目的，本發(fā)明提供的廢氣凈化法的特征即在于，把載氣和吸收劑供給一種分離-擴(kuò)散裝置，由此裝置把載氣中的鈣型吸收劑擴(kuò)散成高濃度的彼此分離的微粒，吸收劑的平均顆粒直徑達(dá)10微米，將得到的高濃度氣溶膠輸入廢氣中，與廢氣均勻混合，而后將廢氣導(dǎo)入集塵器，然后吸收了廢氣中的有害酸性物質(zhì)的吸收劑顆粒與塵、煙灰一起從廢氣中除去。
本發(fā)明的原理和具體內(nèi)容將參照如下，其中圖1 為顆粒物的平均直徑與顆粒表面粘聚性間的關(guān)系;
圖2 為簡要說明本發(fā)明方法具體實(shí)施的系統(tǒng)圖;
圖3 為系統(tǒng)剖面的局部放大圖;
圖4 為噴射器的縱剖面，是在系統(tǒng)中使用分離-擴(kuò)散裝置的一個(gè)實(shí)例;
圖5 為孔管的縱剖面，是在系統(tǒng)中使用分離-擴(kuò)散裝置的一個(gè)實(shí)例;
圖6 為鈣型吸收劑(熟石灰)的平均顆粒直徑與其對HCl的去除率之間的關(guān)系;
圖7 為吸收劑(熟石灰)的平均顆粒直徑與其對SOx的去除率之間的關(guān)系;
首先，將敘述本發(fā)明的原理。
通常，彼此分離的細(xì)顆粒(此后稱為“一級顆?！?在大小約為幾微米的狀態(tài)趨于凝聚。這種趨勢，如圖1所示，隨顆粒粒度減小而增強(qiáng)。因此，在常規(guī)干法中，當(dāng)粒度為1～2微米的顆粒經(jīng)細(xì)管或噴嘴噴入廢氣中時(shí)，這些一級顆粒在擴(kuò)散到廢氣中以前將發(fā)生二次凝聚，所以一級顆粒在廢氣中呈粗顆粒。因此，采用常規(guī)方法時(shí)，吸收劑的反應(yīng)活性并不因顆粒粒度減小而顯著提高。
另外，我們已經(jīng)知道，在氣體中加入一定量的擴(kuò)散能，二次凝聚物會在氣體中分散為分離的細(xì)顆粒。由此可見，加入一個(gè)文丘里(Venturi)(即加入擴(kuò)散能)是很有用的，比如，在廢氣道中用它把已發(fā)生二次凝聚的吸收劑擴(kuò)散到文丘里以后的管道中，吸收劑便可在與廢氣均勻混合之前分離為一級顆粒，從而提高了去除廢氣中的有害酸性物質(zhì)的效率。然而把二次凝聚體分離為最初的一級顆粒，如使其粒度在5微米左右，需要使用一個(gè)阻塞力很強(qiáng)的文丘里管，并需把廢氣速度提高到高達(dá)幾十至六十、三百米/秒，這將會損耗掉很大的壓力。相應(yīng)地，提高廢氣速度本身首先需要耗費(fèi)大量動力，這是不實(shí)際的。依照本發(fā)明，把吸收劑和載氣供給一個(gè)用以擴(kuò)散吸收劑一級顆粒的分離-擴(kuò)散裝置，在裝置中吸收劑在載氣中小量高速地流動形成顆粒濃度很高的氣溶膠，然后將氣溶膠與廢氣均勻混合。這樣，消耗動力很少，卻能獲得高去除效率或去除率。
下面敘述的將是本發(fā)明的具體內(nèi)容。
根據(jù)圖2，廢氣1從未畫在圖上的鍋爐或廢物焚燒鍋中排出，經(jīng)廢氣道進(jìn)入管道的混合段2，另一方面，將載氣4和鈣型吸收劑5輸入分離-擴(kuò)散裝置3，該裝置將吸收劑5分離成一級顆粒并使之在載氣4中擴(kuò)散成高濃度的氣溶膠，高濃度的氣溶膠霧從裝置3中進(jìn)入管道的混合段2，與廢氣1均勻混合。鈣型吸收劑(如生石灰或熟石灰)與廢氣中的有害酸性物質(zhì)(如SO2和HCl)接下列方程式反應(yīng)。
吸收劑吸收了有害酸性物質(zhì)后同煙灰，塵等一起由集塵器6收集，并從集塵器6底端排出(如圖7所示)。同時(shí)，經(jīng)凈化的廢氣經(jīng)煙囪8排入大氣。
利用上述系統(tǒng)，載氣中的吸收劑一級顆粒濃度可達(dá)50～500g/Nm3，而混合后的廢氣中的吸收劑一級顆粒濃度已降低到1～20g/Nm3。換句話說，載氣量可小到廢氣量的1/25～1/50。此時(shí)，動力消耗量要比加速廢氣流動小得多。由于混合降低了吸收劑一級顆粒的濃度，而使其碰撞頻率降低，進(jìn)而也就減小了一級顆粒再凝聚的可能性。
可以用作分離-擴(kuò)散裝置3的是射流器，孔管，文丘里管，噴射器，以及可讓載氣通過并具有擴(kuò)散功能的機(jī)械破碎機(jī)，或與之相似的裝置。如圖4所示，射流器包括內(nèi)管9和外管10，載氣4由內(nèi)管9噴出，從而提高了速度。外管10出口處產(chǎn)生的負(fù)壓使出自管10a中的吸收劑5的二次凝聚物5a在出口處分離為一級顆粒5b并擴(kuò)散到載氣4中。如圖5所示，孔管包括一個(gè)輸送載氣4和形成二次凝聚物的吸收劑5的管11，和一個(gè)有孔管12的通氣板，攜帶吸收劑二次凝聚物的載氣流經(jīng)孔管12時(shí)速度加快，以此將凝聚物分離成一級顆粒5b并散布在載氣中。文氏管的結(jié)構(gòu)除通氣板由文丘里代換外，其余部分與圖5所示相同。文氏管的工作原理與圖5中所示的管子的相同。在噴射器里，載氣中攜帶的固體顆粒互相碰撞，從而使粒度減小。二次凝聚物把由此分離成特定粒度的最初的一級顆粒，或使其粒度小到不會發(fā)生二次凝聚時(shí)的一級顆粒分成更小的一級顆粒。機(jī)械破碎機(jī)單獨(dú)用作把粗顆粒分離成特定粒度的一級顆粒，并使之在氣體中擴(kuò)散開。在任何情況下，最終擴(kuò)散到載氣中的一級顆粒的平均直徑應(yīng)在10微米上下。因?yàn)楸痉椒▽τ泻λ嵝晕镔|(zhì)的去除率同濕法一樣高，所以要求去除HCl時(shí)的一級顆粒的平均直徑在5微米上下，去除SO時(shí)的平均直徑在1～3微米。
在實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)，首要的是要保證已擴(kuò)散的吸收劑一級顆粒不再凝聚。為此需要縮短從分離-擴(kuò)散裝置3到混合段之間輸送高濃度的氣溶膠的管道的長度。并去掉這段管道的極彎段，以防止出現(xiàn)湍流。當(dāng)用射流器，孔管，或文氏管作分離-擴(kuò)散裝置3時(shí)，此裝置最好按圖3所示設(shè)置。照此安排，裝置3直接接到廢氣管道13的彎曲部分13a，而且裝置3的出口通向與從彎曲部分13a流出的廢氣流方向相同。相應(yīng)地，從裝置3中噴出的一級顆粒5b，未經(jīng)中間管道而直接噴入混合段2。這樣就幾乎完全消除了再凝聚的可能性。最好，將混合段2處裝一個(gè)用以增加一級顆粒5b在廢氣1中擴(kuò)散的噴霧器2a。廢氣道13從彎曲段13a到集塵器6的部分留有一空間，一級顆粒5b在到達(dá)集塵器6前在此懸浮1到3秒。噴霧器2a雖然與文氏管基本相同，但它并不通過增加廢氣1的速度而把二級凝聚體擴(kuò)散為一級顆粒，實(shí)際上，不發(fā)生阻塞，而且也不產(chǎn)生壓力損失的麻煩。吸收劑一級顆粒能噴入鍋爐或廢物焚燒爐。
可在900-1200℃高溫下使用的鈣型吸收劑的實(shí)例有石灰石(主要成份為CaCO3)，生石灰(CaO)，熟石灰(CaOH)，白云石(CaMg(CO3)2)。煅白云石(CaMgO2)和消白云石(CaMg(OH)4)。在900-1200℃高溫下，石灰石、熟石灰、白云石和消白云石經(jīng)瞬間的熱分解(同時(shí)釋放出H2O，CO2)生成多孔的，反應(yīng)活性高的生石灰或煅白云石，故這些物質(zhì)的效用優(yōu)于生石灰或煅白云石(商業(yè)產(chǎn)品常是結(jié)晶化的)。當(dāng)在溫度高于1200℃時(shí)，生石灰和煅白云石將逐漸結(jié)晶，從而使反應(yīng)活性降低。另一方面，可在150-400℃溫度范圍內(nèi)使用的鈣型吸收劑的例子有生石灰、熟石灰、煅白云石、消白云石，其中優(yōu)先選用熟石灰和消白云石。
通常，把一個(gè)袋式濾器或電除塵器用作集塵器6。
本方法的優(yōu)點(diǎn)可見于下列例子實(shí)施例1用熟石灰作圖2系統(tǒng)中的鈣型吸收劑，系統(tǒng)中的分離-擴(kuò)散裝置是一射流器(TB-1型，Atsuji Tekko有限公司產(chǎn)品)，用以產(chǎn)生高濃度的氣溶膠，射流器插入廢氣管;廢氣管中流經(jīng)一種250℃含HCl 1000ppm的模擬廢氣。射流器出口定位于廢氣流動方向。為使氣溶膠和廢氣有效地混合，把廢氣管在緊接射流器后面的位置壓縮以形成一個(gè)噴霧器，射流器由流經(jīng)的壓縮空氣(壓力5kg/cm2.G，流速為6.0Nm3/hr.)操作。同時(shí)熟石灰由此以5kg/hr，的速度噴入廢氣管。熟石灰的一級顆粒約2秒到達(dá)集塵器。
使用不同粒度的熟石灰顆粒(不同直徑的一級顆粒)時(shí)將重復(fù)上述過程，結(jié)果如圖6所示。
圖6中A表示采用本發(fā)明的方法時(shí)熟石灰對HCl的去除率，B表示用常規(guī)干法時(shí)熟石灰對HCl的去除率。由此可見，采用本發(fā)明時(shí)，減小顆粒粒度而使反應(yīng)能力提高較常規(guī)方法明顯得多。
實(shí)施例2除以下條件，其它與例1過程相同。
模擬廢氣所含物質(zhì)約1000ppm SOx溫度約1100℃流速約1900Nm3/hr.
射流器空氣流速6.3Nm3/hr.
顆粒噴霧速度7.4kg/hr.
圖7所示為上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。其中A′和B′分別表示本發(fā)明和常規(guī)方法所獲得的結(jié)果?？梢姡景l(fā)明的方法對SOx亦是有效的。
權(quán)利要求
1.一種凈化廢氣的方法，其特征在于，將載氣和吸收劑供給一個(gè)分離擴(kuò)散裝置，由它將鈣型吸收劑的彼此分離的微粒在載氣中擴(kuò)散成高濃度，吸收劑平均顆粒直徑約達(dá)10微米，將得到的高濃度的氣溶膠導(dǎo)入廢氣中并與廢氣均勻混合，然后再將廢氣導(dǎo)入集塵器，從而，吸收了廢氣中有害酸性物質(zhì)的吸收劑微顆粒，與塵、煙灰一起從廢氣中除去。
2.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于，廢氣溫度在900-1200℃，鈣型吸收劑至少是下列物質(zhì)中的一種石灰石、生石灰、熟石灰、白云石、煅白云石和消白云石。
3.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于，廢氣溫度在150-400℃，鈣型吸收劑至少是下列物質(zhì)中的一種生石灰、熟石灰、煅白云石和消白云石。
4.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的鈣型吸收劑微粒的平均直徑為5～10微米，最好為1～3微米。
5.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置是一個(gè)射流器。
6.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置是一個(gè)有孔管。
7.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置是一個(gè)文氏管。
8.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置是一噴射器。
9.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)1至7中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置裝配在廢氣道上，裝置在廢氣道中的出口定向于廢氣流動方向。
10.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)9所述的方法，其特征在于，所述的分離-擴(kuò)散裝置的出口位于廢氣道的彎曲段。
11.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)10所述的方法，其特征在于，所述的廢氣管位于彎曲段的后面，并帶有用以促進(jìn)高濃度氣溶膠與廢氣的混合的裝置。
12.一種根據(jù)權(quán)項(xiàng)11所述的方法，其特征在于，所述的促進(jìn)混合的裝置是在廢氣道中形成一個(gè)噴霧器。
專利摘要
凈化廢氣方法，將載氣和吸收劑供給分離—擴(kuò)散裝置，將鈣型吸收劑的彼此分離的微粒在載氣中擴(kuò)散成高濃度，吸收劑平均粒徑約達(dá)10微米，將所得高濃度氣溶膠導(dǎo)入廢氣并均勻混合，再將廢氣導(dǎo)入集塵器，吸收了廢氣中有害酸性物質(zhì)的吸收劑顆粒與塵、煙在一起從廢氣中除去。在到達(dá)分離—擴(kuò)散裝置前已形成二級凝聚的吸收劑分離成彼此分離的一級顆粒并在載氣中擴(kuò)散，在導(dǎo)入廢氣時(shí)，吸收劑在增大的接觸區(qū)內(nèi)與有害酸性物質(zhì)反應(yīng)，從而獲得更高的去除效率。
文檔編號B01D53/34GK85105996SQ85105996
公開日1987年3月4日 申請日期1985年8月9日
發(fā)明者小林義雄 申請人:日立造船株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan