專利名稱:凈化廢氣的方法及系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明是用于凈化鍋爐、焚化爐和爐子排放廢氣的干法及系統(tǒng)。
鍋爐或焚化爐排放熱廢氣中的廢物一般包括10到2，000ppm酸性有害物，例如氧化硫(SOx)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)等等。必須除去這些物質(zhì)使污染得以控制。
通常利用濕法從廢氣中去除這種酸性有害物，在該方法中，使包含堿性吸收劑的液體或泥漿直接與冷卻到低溫的廢氣接觸，以凈化氣體。盡管去除效率高，但這種方法在處理由此而產(chǎn)生的廢水時卻遇到困難，還必須重新加熱廢氣，以及存在著設(shè)備和運行費用高的問題。
鑒于上述問題，已經(jīng)研究了取代濕法的各種方法。至今推薦的一些方法包括，通過活性炭吸收這種物質(zhì)以去除有害物的方法、將熟石灰泥漿噴入廢氣的半干法。盡管如此，這些方法還是不能達(dá)到高去除效率。
另外，對干法處理進(jìn)行了調(diào)研，在該方法中，使鈣型吸收劑(例如生石灰、熟石灰、石灰石、白云石等等)的粒子直接分散在熱爐子或煙道內(nèi)部，以去除有害物，但是吸收劑反應(yīng)性低，使該方法不適于實用，除非是環(huán)境控制很松的特殊情況。
特別指出，在干法中，吸收劑同SOx的反應(yīng)性低達(dá)約20%，而吸收劑同HCl的反應(yīng)性僅限于50%或更低。
鈣型吸收劑(例如CaO粒子)反應(yīng)性低可歸因于以下原因。CaO粒子同SOx、HCl或HF的反應(yīng)首先發(fā)生在CaO粒子的表面上，在其表面形成一層CaSO4、CaCl2或CaF2薄殼。隨著SOx、HCl或HF滲入粒子，反應(yīng)進(jìn)一步繼續(xù)。然而，表面殼密實，因此妨礙SOx等滲入CaO粒子，迅速地阻止了SOx等同CaO的反應(yīng)。
可以用美國專利3，481，298 Ishihara等人提出的方法克服上述問題。用這種方法，使CaO粒子被CaSO4、CaCl2、CaF2等化合物殼覆蓋、并使所得之反應(yīng)不活潑的CaO粒子，同水發(fā)生水合作用，CaO粒子由于水合作用發(fā)生膨脹，使表面殼破裂重新活化粒子。所以，重復(fù)使用活化了的粒子，達(dá)到的反應(yīng)性比使用初始粒子而不經(jīng)重新活化時更高。
然而，將水用于水合作用的Ishihara等人的方法是一種濕法，因此水合處理而產(chǎn)生的CaO粒子包含大量水，并且成為體積變大的團(tuán)塊。由于這些粗大的濕粒子無法直接噴入廢氣，需要使該粒子進(jìn)行干燥、粉碎、分選處理，以制備用于干法處理的若干微米的CaO粒子。這種處理在勞動力，時間和費用方面都存在問題。此外，鑒于極高的溫度不能用于反應(yīng)，上述濕水合處理本身也有需要延長時間周期的問題。
本發(fā)明的目的是，提供一種使用鈣型吸收劑凈化廢氣的方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用上述美國專利的優(yōu)點，卻不存在其中的問題。
按照本發(fā)明的第一個方面，將鈣型吸收劑的細(xì)粒子噴入廢氣，并用除塵器捕集吸收了廢氣中酸性有害物和其它粒子的吸收劑粒子，提供一種凈化含有酸性有害物廢氣的方法，該方法的特征在于，使捕集的吸收劑粒子同水蒸汽發(fā)生水合作用，借此使粒子膨脹，并使由于吸收酸性有害物在粒子表面形成的不活潑殼破裂，再次向廢氣供給所得之活化了的吸收劑粒子。
在本發(fā)明中使用的鈣型吸收劑包括石灰石(CaCO3)、熟石灰[Ca(OH)2]、生石灰(CaO)、白云石(CaCO3·MgCO3)、熟白云石[Ca(OH)2·Mg(OH)2或Ca(OH)2·MgO]、煅燒白云石(CaO·MgO或CaCO3·MgO)和含CaO或者能夠在高溫(約不低于300℃)下形成CaO的任何材料。此外，顆粒性鈣型吸收劑原來就包含CaO或在至少約300℃高溫下通過以下反應(yīng)產(chǎn)生CaO。
(2)
CaO根據(jù)以下反應(yīng)從廢氣中吸收酸性有害物(SOx、HCl、HF)。
從反應(yīng)(3)到(6)產(chǎn)生的Ca SO4、Ca Cl2和Ca F2形成了一層覆蓋在吸收劑粒子表面的不活潑殼。然而按照本發(fā)明方法，使吸收劑粒子內(nèi)部的CaO同水蒸汽發(fā)生水合作用生成Ca(OH)2，隨后粒子膨脹，表面殼破裂而被活化。況且，由于使用水蒸汽的水合作用處理貫穿整個干燥過程，可以再次直接向廢氣供給活化了的吸收劑粒子，而無須任何專門的后續(xù)處理。
除有害物之外，廢氣常常含有大粒度飛灰。在這種情況中，希望將除塵器捕集的粒子，分為主要包含飛灰的粗粒子部分和主要包含不大于預(yù)定粒度吸收劑粒子的細(xì)粒子部分，并且僅僅使細(xì)粒子部分同水蒸汽發(fā)生水合作用。
水蒸汽的溫度最好為150至300℃，更可取的溫度是200℃至250℃。如果溫度低于150℃，水合作用將不會迅速地繼續(xù)下去，而在高于300℃溫度時，Ca(OH)2釋放HO的反應(yīng)，優(yōu)先于CaO變成Ca(OH)2的反應(yīng)。因此，不能按希望實現(xiàn)水合反應(yīng)。
上述鈣型吸收劑中，白云石、熟石灰和煅燒白云石有著較大空隙體積，因此它們有使酸性有害物容易滲入粒子的優(yōu)點。
按照本發(fā)明的第二個方面，通過將鈣型吸收劑的細(xì)粒子噴入廢氣，并用除塵器捕集吸收了廢氣中酸性有害物和其它粒子的吸收劑粒子，提供一種凈化煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的含有酸性有害物廢氣的系統(tǒng);該系統(tǒng)的特征在于，系統(tǒng)還包括使捕集的吸收劑粒子同水蒸汽發(fā)生水合作用的水合反應(yīng)器，利用它使粒子膨脹，并使由于吸收酸性有害物在粒子表面形成的不活潑殼破裂，以及向廢氣再次供給所得之活化了的吸收劑粒子。參照附圖，說明以下實施例將會容易理解本發(fā)明的各種特性和優(yōu)點。
附圖是表達(dá)本發(fā)明廢氣凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
最佳實施例參照附圖，1表示燒煤鍋爐、燃油鍋爐、廢物焚化爐或類似產(chǎn)生高溫廢氣的爐子，或者同爐子或煤氣發(fā)生爐相接的煙道。通過管道2，將具有預(yù)定平均粒度的鈣型吸收劑粒子供入爐子或煙道1，吸收劑粒子從廢氣中吸收酸性有害物(例如SOx、HCl和HF)。將氣體送入除塵器3，通過除塵器去除各種類型的粒子。然后通過管道4和煙囪5，將氣體排入大氣。通過管道6，將除塵器3捕集的粒子送入分粒器7，在分粒器內(nèi)，將它們分為主要含有飛灰的粗粒子部分和主要含有由于吸收酸性有害物以致表面鈍化的吸收劑粒子的細(xì)粒子(平均粒度2至3微米)部分。
在燒煤鍋爐和廢物焚化爐中，飛灰的數(shù)量為鈍化了的吸收劑粒子數(shù)量的若干倍，因此必需使用分粒器7，而在燃油鍋爐中，飛灰量小于鈍化了的吸收劑粒子量。在后者情況中，并不總是需要分粒段。
在盤管鍋爐中，飛灰粗大，即令是細(xì)飛灰，其平均粒度也約為15微米，而鈍化了的顆粒性吸收劑平均粒度卻為2～3微米。此外，當(dāng)使用空氣分離器作為分粒器7時，能夠有效地將吸收劑從飛灰中分離出來。使用空氣分粒器進(jìn)行的實驗表明，可以將捕集的顆粒性混合物，分為包含10%鈍化了的吸收劑粒子的飛灰部分和包含10%飛灰的鈍化了的吸收劑粒子部分。
通過管道8，將包括鈍化了的吸收劑和用分粒器7分離出來的細(xì)粒子部分送入水合反應(yīng)器9，通過管道10，將200-250℃的過熱水蒸汽供入水合反應(yīng)器9。使鈍化了的吸收劑粒子分散在整個過熱水蒸汽中，借此使內(nèi)部的CaO組分快速水合、膨脹。所以，覆蓋各個吸收劑粒子的不活潑殼(CaSO4，CaCl2，CaF2等)破裂露出內(nèi)部未反應(yīng)部分。
水合反應(yīng)器7可以是一種利用使過熱水蒸汽高速通過的噴射機(jī)。在這種情況中，噴射機(jī)本身的粉碎作用和水合反應(yīng)引起的膨脹，共同使覆蓋在吸收劑粒子表面的不活潑殼迅速破裂。在這種情況中可以獲得另一個優(yōu)點，即能夠使由此產(chǎn)生的活化了的吸收劑粒子，迅速地供入并分散在廢氣中。不論是否使用噴射機(jī)，包含水蒸汽的高溫氣體可以用于代替過熱水蒸汽。
通過回流管11，再次將活化了的吸收劑粒子供入爐子或煙道1，通過管道2，同時將部分新吸收劑粒子供入爐子或煙道1。于是，重復(fù)以上相同過程。為了防止通過系統(tǒng)的循環(huán)吸收劑粒子過剩，可以通過排氣管12部分地去除從分粒器7排出的鈍化了的吸收劑粒子。
在使用本發(fā)明方法的條件下，通過使CaO變成Ca(OH)2的水合作用引起的體積膨脹，破碎或破裂不活潑殼，因此，當(dāng)進(jìn)行水合處理時，鈣型吸收劑必須包含CaO。另一方面，利用在兩個溫度范圍的鈣型吸收劑去除酸性有害物，也就是，在800-1200℃的高溫范圍吸收SOx，而在150-400℃的低溫范圍吸收HCl和HF。在高溫范圍，使Ca(OH)2和CaCO3二者熱分解產(chǎn)生CaO，因此全部上述鈣型吸收劑都是可用的。然而在低溫范圍，CaCO3無法分解，因此要使用的鈣型吸收劑限于那些包含CaO和Ca(OH)2的物質(zhì)。在150-300℃低溫范圍時，Ca(OH)2根本不可能熱分解，而CaO卻會變成Ca(OH)2。因此，本發(fā)明應(yīng)用于300℃以上的溫度。
用產(chǎn)生2000N米3/小時(N系指標(biāo)準(zhǔn)狀況)廢氣的燃煤試驗爐進(jìn)行廢氣凈化實驗，將如下所述。
在以下條件進(jìn)行實驗1和2。
廢氣中SOx濃度740ppm(袋式過濾出口處)吸收劑入口處理度1070℃在有效溫度范圍(800-1050℃)內(nèi)用于脫硫反應(yīng)的吸收劑停留時間3秒實驗1當(dāng)輸進(jìn)30N米3/小時的空氣時，以13.5公斤/小時的進(jìn)料率，供給平均粒度1.8微米的石灰石(CaCO3)粒子作為鈣型吸收劑。通過爐壁上的噴管，以200-300米/秒的速度，同空氣一起將吸收劑噴入廢氣。
結(jié)果，在用作除塵器的袋式過濾器出口處，處理過的氣體僅含有濃度為73ppm的SOx。處理脫硫效率達(dá)90%。CaCO3/SO摩爾比為0。
當(dāng)實驗連續(xù)進(jìn)行10小時，從袋式過濾器捕集到347公斤的粒子。
用空氣分粒器分選粒子，得到220公斤平均粒度為20微米的粗粒子部分，和127公斤平均粒度為2.2微米的細(xì)粒子部分。進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒子部分包含57.0%的CaSO4、25.8%的CaO、5.1%的CaCO3和12.1%的SiO2、Al2O3、MgO及其它化合物。
實驗2在中斷新石灰石粒子供應(yīng)的條件下，同100公斤/小時、450℃、壓力為6公斤/厘米2G(當(dāng)從噴射機(jī)流出時，冷卻至上述膨脹時的溫度范圍)的過熱水蒸汽一起，將實驗1回收的細(xì)粒子部分送入噴射機(jī)，利用它使該部分中的顆粒性石灰石重新活化。在維持有效組分(CaO和CaCO3)使CaO/SOx摩爾比為2.0的條件下，通過爐上的噴管，以25.8公斤/小時的噴射率和200-300米/秒的噴射速度，將重新活化了的顆粒性石灰石噴入爐子。
處理結(jié)果是，在作為除塵器的袋式過濾器出口處，SOx的濃度僅有75ppm，脫硫效率達(dá)89%。
當(dāng)實驗連續(xù)進(jìn)行4小時，從袋式過濾器捕集到209公斤的粒子。用分粒器分選粒子，得到89公斤平均粒度為20微米的粗粒子部分，和120公斤平均粒度為2.3微米的細(xì)粒子部分。進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒子部分包含67.6%的CaSO4、11.0%的CaO、2.2%的CaCO2和19.2%的SiO2、Al2O3、MgO及其它化合物。
在以下條件下進(jìn)行實驗4和3。
廢氣中SOx濃度730ppm(在袋式過濾出口處)吸收劑入口處溫度1050℃在有效溫度(800-1050℃)范圍內(nèi)用于脫硫反應(yīng)的吸收劑停留時間3秒實驗3以21.0公斤/小時的噴射率和150-250米/秒的噴射速度，通過噴射器和噴管，將作為鈣型吸收劑的平均粒度為1.7微米的白云石粒子噴入廢氣，上述白云石粒子包含16.3%的MgO、35.3%的CaO、45.5%的CO2和2.1%的SiO2。同45N米3/小時的空氣一起，將吸收劑供入廢氣。
處理結(jié)果是，在袋式過濾器出口處，SOx的濃度僅有65ppm(相當(dāng)于91%的脫硫效率)。CaO/SOx摩爾比為2.0。
在上述條件下，實驗連續(xù)進(jìn)行10小時，因此從作為除塵器的袋式過濾器捕集到385公斤的粒子。使用空氣分粒器分選粒子，得到219公斤平均粒度為20微米的粗粒子部分，和166公斤平均粒度為2.0微米的細(xì)粒子部分。進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒子部分包含40.7%的CaO、18.5%的MgO、25.7%的SO3、0.7%的CO2和14.4%的SiO2、Al2O3等化合物。
實驗4在中斷新石灰石粒子供應(yīng)的條件下，同110公斤/小時、400℃、壓力為6公斤/厘米2G的過熱水蒸汽一起，將實驗3回收的細(xì)粒子部分送入噴射機(jī)，利用它使該部分中的顆粒性石灰石重新活化。通過噴管，以30公斤/小時的噴射率和150-250米/秒的噴射速度，將重新活化了的顆粒性石灰石噴入爐子。
處理結(jié)果是，在袋式過濾器出口處，SOx的濃度僅有90ppm，從而達(dá)到88%的脫硫效率。
在上述條件下，實驗連續(xù)進(jìn)行4小時，從袋式過濾器捕集到228公斤的粒子。
使用空氣分粒器分選粒子，得到87公斤平均粒度為20微米的粗粒子部分，和140公斤平均粒度為2.0微米的細(xì)粒子部分。進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒子部分包含32.5%的CaO、14.3%的MgO、31.6%的SO3、0.5%的CO2和21.1%的SiO2、Al2O3等化合物。
權(quán)利要求
1.一種凈化含有酸性有害物廢氣的方法，該方法是將鈣型吸收劑的細(xì)粒噴入廢氣，并用除塵器捕集吸收了廢氣中的酸性有害物和其它粒子的吸收劑粒子；其特征在于，使捕集的吸收劑粒子同水蒸汽發(fā)生水合作用，借此使該粒子膨脹，并使由于吸收酸性有害物而在粒子表面上形成的不活潑殼破裂，而且再次向廢氣提供由此而產(chǎn)生的活化了的吸收劑粒子。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，將除塵器捕集的粒子分為，主要包含飛灰的粗粒子部分和主要包括不大于預(yù)定粒度吸收劑粒子的細(xì)粒子部分，僅僅使細(xì)粒子部分同水蒸汽發(fā)生水合作用。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，水蒸汽是溫度為150-300℃，最好是200-250℃的過熱水蒸汽。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，用噴射機(jī)粉碎具有不活潑殼的吸收粒子，同時使其同水蒸汽發(fā)生水合作用。
5.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于，鈣型吸收劑包含一種或至少兩種石灰石、熟石灰、生石灰、白云石、熟白云石和煅燒白云石的混合物。
6.一種用于凈化煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的并含有酸性有害物廢氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將鈣型吸收劑的細(xì)粒子噴入廢氣，并用除塵器捕集吸收了廢氣中的酸性有害物和其它粒子的吸收劑粒子;其特征在于，該系統(tǒng)還包括用于使捕集的吸收劑粒子同水蒸汽發(fā)生水合作用的水合反應(yīng)器，利用它使該粒子膨脹，并使由于吸收酸性有害物而在粒子表面上形成的不活潑殼破裂;從而再次向廢氣提供由此而產(chǎn)生的活化了的吸收劑粒子。
7.按照權(quán)利要求
6的系統(tǒng)，其特征在于，在除塵器和水合反應(yīng)器之間設(shè)置分粒器，用于將除塵器捕集的粒子分為，主要包含飛灰的粗粒子部分和主要包括不大于預(yù)定粒度吸收劑粒子的細(xì)粒子部分，并僅僅向水合反應(yīng)器提供細(xì)粒子部分。
8.按照權(quán)利要求
7的系統(tǒng)，其特征在于，分粒器是空氣分粒器。
9.按照權(quán)利要求
6的系統(tǒng)，其特征在于，水合反應(yīng)器裝有噴射機(jī)。
專利摘要
按照用于凈化廢氣的本發(fā)明干法，將白云石之類的鈣型吸收劑的細(xì)粒子噴入廢氣，用除塵器捕集吸收了廢氣中酸性有害物和其它粒子的吸收劑粒子。使用分粒器將捕集的粒子分為，主要包含飛灰的粗粒子部分和不大于預(yù)定粒度的吸收劑粒子部分，并僅僅向水合反應(yīng)器供給后一部分。使反應(yīng)器中的吸收劑粒子同過熱水蒸汽發(fā)生水合作用，借此使吸收劑粒子膨脹，并使由于吸收酸性有害物而在每個粒子表面上形成的不活潑殼破裂，以重新活化粒子。再次向廢氣提供活化了的吸收劑粒子。因此用較小量的吸收劑是可以有效地去除酸性有害物的。
文檔編號B01D53/81GK85106271SQ85106271
公開日1986年7月2日 申請日期1985年8月20日
發(fā)明者小林義雄, 三浦祥正 申請人:日立造船株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan