專利名稱：煙道氣的洗滌和廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及煙道氣洗滌系統(tǒng)。具體而言，本專利涉及從工業(yè)/商業(yè)/公共機構(gòu)(ICI)的鍋爐所產(chǎn)生的煙道氣中去除有害的空氣污染物(諸如顆粒物、酸雨氣體、有機毒素、臭味等)，特別是去除氮氧化物(NOX)的濕式洗滌塔。
背景技術(shù)：
研究一種成本—效益良好的減少固定式燃燒裝置NOX排放的技術(shù)的動機是由美國國會在1990年頒布清潔空氣法的修正案(CAAA)引起的。環(huán)境保護署(EPA)最新公布的文件(EPA-453/R.94-022)明確指出，減少NOX的新日程表應(yīng)適應(yīng)于ICI鍋爐(其熱輸出范圍為0.4～1500MBtu/hr)，特別適用于每年排出25噸以上NOX的鍋爐。一個5MW的燃油鍋爐或一個10MW的燃氣鍋爐即能達到這樣的NOX年排出率。
有多種方法能夠減少現(xiàn)有鍋爐的NOX排放。改進燃燒過程常常是最簡單和最便宜的方法。典型的例子是a)轉(zhuǎn)用N含量低的燃料；b)最少使用過量空氣；c)注入水或蒸汽降低燃燒溫度；d)減少在火焰區(qū)的停留時間；e)循環(huán)或重燒全部或部分煙道氣；f)添置后燃燒器；或g)改用新型低NOX燃燒器。其它降低NOX的工藝包括某些處理煙道氣的方法。其中主要的三種是a)選擇性催化還原(SCR)或選擇性非催化還原(SNCR)反應(yīng)，這種反應(yīng)發(fā)生在NOX和氨(或尿素)之間并生成N2；b)用氧化劑濕法洗滌氣流(使NO轉(zhuǎn)化為可溶性NO2或使用NO的專門吸收劑)；或c)用放電方法產(chǎn)生壽命短但活性高的自由基。
就減少NOX而言，目前受ICI鍋爐擁有者歡迎的改進工藝之中，包括轉(zhuǎn)用天然氣、裝備新型低NOX燃燒器和循環(huán)煙道氣再燃燒的三重改進仿佛最好的。但是，選擇性催化還原裝置(SCR)似乎是唯一受偏愛的一種煙道氣處理工藝，雖然其裝備費用較高。SCR工藝目前被工業(yè)界和環(huán)保署視為最適用的工藝(BAT)，因為它能使燃氣及燃油兩種鍋爐的NOX排出物減少80％以上。
在燃煤或使用高含硫的燃料情況下，非催化的NH3誘發(fā)NOX還原(SNCR)代替了SCR工藝。與SCR相比，SNCR的主要優(yōu)點在于，即使NOX減少很難優(yōu)于60％，但其成本效益也高兩倍。SNCR的主要缺點是它要求高的煙道氣溫度，一般說來高于800℃。但是，大多數(shù)ICI鍋爐目前皆裝有節(jié)能器，它將煙道廢氣溫度降到300℃或更低。
目前，大量的研究包括向煙道氣放電，例如脈沖電暈放電，介電勢壘放電，直流(DC)輝光放電，電子束等。其目的在于產(chǎn)生短壽命的自由基，它們將自發(fā)地與NOX分子反應(yīng)，可望將其大部分還原為N2，而不將CO2分子還原為CO。高的裝備費用，以及預計高的運行和維護費用看來是這些工藝商業(yè)化的主要障礙。另一問題在于放電產(chǎn)生OH自由基(以及O、H、O3等自由基)，它們與CO和N2反應(yīng)生成NO，反而使NOX增加而不是減少。
上述減少NOX排出物的方法和系統(tǒng)之主要缺點在于它們需要投入不能復用的或者是經(jīng)常性的不可回收的基建費用。因此，希望能找到更為經(jīng)濟的減少NOX排放物的方法和系統(tǒng)。
在黃磷(P4)氧化過程中產(chǎn)生氧的自由基(O或O3)多年來已成為眾所周知的事實(Thad D.Farr，Phosphorus、磷的元素特性及其化合物，Tennessee Valley Authority，Wilson Dam，Alabama，Chem.Eng.Report #8，1950；J.R.Van Wazer，磷以及化合物，Interscience，New York 1958)。S.G Chang and G.C.Liu曾經(jīng)建議，將P4以噴霧的方式引入濕式洗滌塔中使鍋爐煙道氣流中的NOX氧化至N2(Nature 343151-3，1990)。經(jīng)過進一步的實驗室試驗，作者(S.G.Chang and D.K.Lee，Emironmental Prog，1166-73，1992)提出了將P4引入濕式洗滌器誘發(fā)NO轉(zhuǎn)化為NO2以減少NOX排出的經(jīng)濟現(xiàn)實性，特別是在能通過銷售從洗滌液中分離得的磷酸鹽而回收費用的情況下更是為此。但是，不克服一系列的工程問題，所公布的實驗室結(jié)果轉(zhuǎn)化為全規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用是不易達到的。P4非常活潑，總是需要密封貯存和處理，即總要與空氣隔絕，處理相當大數(shù)量的恒定物流就會帶來一些工程問題。此外，為在P4和水之間形成液/液乳劑，噴霧溫度在任何時候都不應(yīng)低于45℃。
Chang等人所建議的洗滌器噴霧中P4/NO相互作用的位置難以保證完全包容不希望有的反應(yīng)產(chǎn)物，即臭氧和磷氧化物。其次，濕式洗滌器中氣/液界面上的P4/NO相互作用難以達到成本效益所需的最佳P/N摩爾比。將P4引入濕式洗滌器液體噴霧中的建議的另一些問題在于，如果槽內(nèi)物需要澄清或過濾，則濕式洗滌器底部的貯槽內(nèi)P4的含量不能過高，并且氧的自由基和NO分子之間的反應(yīng)效率與反應(yīng)劑在噴霧塔中的停留時間有關(guān)。最后，P4和NO之間的反應(yīng)被認為是發(fā)生在汽相。因此，將磷添加入洗滌液噴霧中在很多方面是不利的。
現(xiàn)在這些問題已被本發(fā)明的方法和系統(tǒng)所克服，在本發(fā)明中P4/NO的相互作用發(fā)生在濕式洗滌器上游的煙道氣集氣管中，而與任何濕式洗滌工序無關(guān)。這種位置的改變和隔離允許i)在P4的貯存和處理方面獲得最大的安全性；ii)使汽相中P4/NO的相互作用最佳化；iii)能包容所有的危險副產(chǎn)品。其次，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)用組合濕法洗滌和廢熱回收的方法保證了經(jīng)濟合理的控制污染物。因此，本發(fā)明的洗滌系統(tǒng)將NO用臭氧誘發(fā)氧化為NO2與濕式洗滌和熱回收聯(lián)接在一起，結(jié)果形成了一個完善的防污染的改進型系統(tǒng)，它能夠去除80％以上的NOX，95％SO2以及99％的顆粒物，而且，需要的話，可回收并利用能量。
發(fā)明概述本發(fā)明之目的在于提供一種減少NOX排放的系統(tǒng)和方法，這種系統(tǒng)和方法克服了上述技術(shù)和經(jīng)濟上的問題。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種與廢熱回收相聯(lián)接的減少NOX排放的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明之目的還在于提供一種污染控制和廢熱回收一體化系統(tǒng)，它能連續(xù)去除SOX和顆粒物，并能回收相關(guān)的基建投資。
因此，本發(fā)明減少煙道氣中NOX含量的系統(tǒng)包括制備P4—水液液乳劑的裝置；以霧狀形式將定量乳劑注入煙道氣中的裝置；及從煙道氣中去除NO2和磷氧化物的裝置。后者置于注入裝置所選位置的下游，因而煙道氣中NO由于注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化在NO2排除之前已基本完成。
去除裝置優(yōu)選為濕式洗滌塔，注入裝置優(yōu)選為噴霧嘴，其所選位置位于煙道氣中并處于洗滌塔的上游，這樣，在煙道氣和洗滌塔中水相洗滌液接觸之前，其中的NOX由于注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化已基本完成。
制備磷—水乳劑的優(yōu)選裝置包括熱水浴，其作用是熔化貯存于容器中的固態(tài)磷，此容器完全浸沒在水浴中以防止磷和空氣接觸；與環(huán)境密封隔離的乳劑罐；從容器向乳劑罐供給液化磷的供料裝置和在乳劑罐中按預選比例將液化磷和水混合的裝置。在優(yōu)選的實施方案中，優(yōu)選系統(tǒng)還包括用重鉻酸鹽的酸性溶液洗滌液化磷的裝置以除去微量雜質(zhì)。
優(yōu)選洗滌塔包括一個貯槽，其作用是收集用過的洗滌液，以及洗滌液調(diào)制回路，其作用是從洗滌液中回收它從煙道氣中取來的熱能。
另一方面，本發(fā)明提供了減少煙道氣中NOX含量的方法，這種方法包括的工序有制備P4—水液/液乳劑；注入選定量的乳劑，使其在選定的位置以噴霧的形式進入煙道氣；在預定注入位置下游的一定距離處去除煙道氣中的NO2，此距離能使由于注入乳劑而誘發(fā)磷加速煙道氣中NO的氧化在NO2排出之前基本完成。
煙道氣以優(yōu)選方式與水相洗滌液接觸，從而去除NO2和磷氧化物。乳劑的有效制備方法是用水浴加熱固態(tài)P4，防止磷與空氣接觸，并在N2氣氛下將液化磷與水按預定比例混合。
換言之，本發(fā)明提供了一套減少煙道氣中NOX含量的系統(tǒng)，這套系統(tǒng)包括具有煙道氣處理室的濕式洗滌塔；；煙道氣進口，其作用是將煙道氣引入處理室；噴霧裝置，其作用是將洗滌液引入處理室中的煙道氣流中；洗滌液貯罐，其作用是收集用過的洗滌液；以及處理后的煙道廢氣的出口。磷乳劑注入系統(tǒng)包括制備P4—水液/液乳劑的裝置和計量的乳劑在進入洗滌塔之前以噴霧形式注入煙道氣的裝置，注入裝置置于煙道氣進口的上游所選定的位置上，其目的是使在；煙道氣與洗滌塔中洗滌液接觸之前煙道氣中NO被磷的加速氧化已基本完成。
附圖簡述用圖表示的優(yōu)選實施方案的詳細的示例性敘述，將使本發(fā)明之其余特性及優(yōu)點變得更加明顯，其中

圖1為本發(fā)明提出的減少NOX排出的系統(tǒng)優(yōu)選實施方案的流程圖。
圖2為說明圖1所示的各個單元加上全部輔助設(shè)備的相互關(guān)系的流程框圖，這些輔助設(shè)備皆與使效率、安全、包容最大化的關(guān)鍵變量的監(jiān)測與控制有關(guān)。
圖3是圖1中A部分的放大圖，以及圖4是圖1中B部分的放大圖。
優(yōu)選實施方案的詳述示于圖1的優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括磷的處理和注入系統(tǒng)10和濕式洗滌和廢熱回收系統(tǒng)50。磷處理和注入系統(tǒng)由磷的貯存和乳化單元A和B及磷乳劑注入裝置C組成，后者將在下面說明圖3和圖4時更為詳細的敘述。濕式洗滌和廢熱回收系統(tǒng)50包括濕式洗滌塔52和洗滌液調(diào)制和熱回收回路54。
本發(fā)明的優(yōu)選流程以流程框圖方式示于圖2，其中，P4—水液/液乳劑通過注入裝置C注入煙道氣流中。注入發(fā)生在濕式洗滌塔52的上流，其準確位置的選擇，要使煙道氣中NO被磷的加速氧化在煙道氣與洗滌液接觸之前基本完成。從注入點的煙道氣流的速度和煙道氣中存在的NO氧化反應(yīng)所需的時間可以計算出從注入點到洗滌塔52的距離，而反應(yīng)時間可以從文獻中的數(shù)據(jù)確定。
洗滌塔52去除煙道氣中的水溶性氣體(包括酸氣及溫室氣體)和顆粒物，同樣還起著氣液直接接觸的熱交換器的作用。經(jīng)化學處理并調(diào)節(jié)過PH值的水被優(yōu)選為洗原始滌液，并從頂部通過噴嘴58引入塔52。然后，洗滌液在塔52內(nèi)下流，通過一個內(nèi)構(gòu)床層60(Glith，Canada)，后者提供的大面積能有效地傳質(zhì)和傳能。洗滌液收集在塔52底部的貯槽62中。熱煙道氣從高于貯槽的煙道氣入口72送入塔52，與下游的洗滌液逆流接觸。選定的洗滌液的溫度能使水蒸汽凝結(jié)，從而使顯熱和潛熱兩者均能從煙道氣傳入洗滌液。被加熱了的洗滌液從貯槽62泵入熱交換器64(Nixon-Vicarb，Newmarket，Ontario)。液體在通過熱交換器的過程中，在洗滌液返回塔52頂部之噴嘴58之前已被冷卻，同時，在熱交換器中循環(huán)的冷卻液體亦被加熱，其加熱的程度與洗滌液被冷卻的程度相當。然后，被加熱的冷卻液體可用去加熱鍋爐房或其它建筑物，制備公用熱水或做其它用途。貯存于冷卻液體中的未被鍋爐和洗滌過程(如將在下面詳述的磷的加熱)用完的能量，可出售給商業(yè)機構(gòu)或居民。這樣就可逐步全部回收或至少基本回收洗滌系統(tǒng)的購置費用和運行費用。因此，與通常煙道氣洗滌，特別是那些不能通過銷售回收能量來償還購置、安裝和運行費用的減少NOX的系統(tǒng)相比，本發(fā)明所具有之熱回收特性保證了系統(tǒng)顯著的經(jīng)濟效益。位于塔52的尾氣出口70的變速抽風機68，可自動控制改變塔的抽力，從而控制靜壓和保持鍋爐運行所需的參數(shù)。
洗滌塔52通常安裝在排氣煙囪的附近，這樣，煙道氣可以最方便、最經(jīng)濟的從煙囪(未表示出來)的底部改向進入塔的進口72。洗滌塔52的尺寸要足以接受全部排出氣流的體積，且尾氣的優(yōu)選冷卻溫度為38℃，其目的在于在尾氣被冷卻的同時，取出最大量的潛熱和顯熱，并捕集顆粒物、SO2和NO2。傳熱和傳質(zhì)的效率決定于洗滌塔中氣/液界面的大小，相對逆流溫度梯度(氣體的溫度由下至上降低，液體則自上而下增高)，液/氣比的選擇與保持，最終尾氣溫度選擇與保持，控制洗滌液PH值的緩沖溶液的選擇以及洗滌液的溫度。污染物控制和熱回收過程的最佳化是靠一個監(jiān)測系統(tǒng)來達到的，后者包括壓力和溫度傳感器74、76，PH傳感器78(Base Controls，Newmarket，Ontario)，抽風機68，洗滌液回路54中的循環(huán)泵81(Pump Tech Inc，Mississauga，Ontario)，中央控制器82及緩沖溶液計量泵84。傳感器74、76、78通過相關(guān)的導體74a、76a、78a與控制器82電動聯(lián)接，傳遞代表相應(yīng)監(jiān)測變量值的信號。而控制器82又與抽風機66，循環(huán)泵81，計量泵84分別通過導體66a、81a、84a電動聯(lián)接，并根據(jù)控制器中所貯存的參數(shù)分別控制煙道氣流量，洗滌液調(diào)制和熱回收回路54的通過能力，以及從噴霧噴嘴58注入的洗滌液的溫度和PH值。回路54的通過能力同時由一個電動調(diào)節(jié)閥75(Base Contral，Nepean，Ontario)控制，后者通過導體75a與控制器聯(lián)接?？稍O(shè)置多路熱交換器64(未示出)與洗滌液分配裝置(未示出)相聯(lián)，這樣總是有足夠大的熱阱能容納洗滌液貯能之傳遞。此外，為使煙道氣中的顆粒物及可溶性組份的去除最佳化，要控制噴入煙道氣中洗滌液的溫度和數(shù)量，使最終排出氣體的溫度低于露點溫度(低于50℃)。這樣就可捕集煙道氣的顯熱和潛熱。洗滌塔底之貯槽62接受噴淋液體和煙道氣中的水蒸汽冷凝液。貯槽62中的液體同時含有全部被捕集的顆粒物和可溶性氣體，后者轉(zhuǎn)化為酸，然后被洗滌液中的緩沖劑所中和。貯槽帶有補給水管86，并優(yōu)選地裝有普通自動球型浮閥88控制液位。但是，由于煙道氣流原來帶有的水蒸汽的凝結(jié)，貯槽中的水通常多于洗滌液循環(huán)的需求。因此，一般說來，部分液體或者連續(xù)地，或者間歇地通過廢水閥90排出。本實施方案中，這一工序可在澄清和/或經(jīng)過濾器92過濾后進行(EMCO Process Equipment，Mississauga，Ontario)?？刂葡礈煲篜H值的堿性緩沖劑從緩沖液貯槽98經(jīng)計量泵84打入洗滌液回路54，泵84通過導體84a與中央控制泵82電動聯(lián)接。貯槽98裝有攪拌裝置100，根據(jù)緩沖液的選用，連續(xù)或間歇地對緩沖液進行攪拌。優(yōu)選的緩沖化合物為Na2CO3和/或NaHCO3，它們以水溶液的形式貯存于緩沖液貯槽內(nèi)。配制水經(jīng)配給水管線94和配給水閥96加入緩沖液貯槽98。在洗滌液回路54上裝有旁通回路102，后者可允許維護和檢修過濾器92，并可由此控制洗滌液流量。
此類基本結(jié)構(gòu)和功能的濕式洗滌塔已被用于凈化各類電廠的排出氣體(Tilsonburg Distirct Memorial Hospital，Tilsonburg，ON；OttawaCivic Hospital，Ottwa，ON；Gatineau Sewage Treatment Plant，Gatineau，PQ)，其功率為20～60MBtu/hr。這些洗滌塔全部在為回收和利用廢熱而運行。在防污染性能方面，這種洗滌系統(tǒng)一般能去除95％以上的顆粒物，幾乎全部SOX氣體，但對NOX的去除只能達到50％?，F(xiàn)在本發(fā)明增加磷處理和注入系統(tǒng)，而使這種性能得到改善。
NOX氣體由N2O、NO和NO2組成，每種氣體被洗滌塔捕集的程度取決于它在水中的溶解度和它能被傳遞(通過化學反應(yīng))到水相的難易程度。三種NOX氣體中NO最難溶解，NO2最易溶解。當集氣管溫度為300℃或更高的條件下，N2O先期自發(fā)轉(zhuǎn)化為N2，因而，在洗滌器區(qū)域內(nèi)，N2O幾乎不存在。在300℃下，NO約為NOX的90％。但是，在達到洗滌器之前，NO可能占50～60％，因為NO緩慢地自發(fā)氧化為NO2i轉(zhuǎn)化的程度取決于O2的含量，O*自由基的含量，CO的含量，溫度以及鍋爐和洗滌塔52之間的集氣管的長度。
一旦進入溶液，特別是在用于去除H+離子的緩沖劑存在的條件下，NO2較易水解生成亞硝酸根和硝酸根離子，如反應(yīng)式iiii仍有少量溶于洗滌液的NO能與NO2作用生成亞硝酸鹽和硝酸鹽，反應(yīng)如下iii
理論計算表明，如果全部以NO2形式進入洗滌器，則NOX的總回收率可達90％。Chang和Lee(1992)已經(jīng)證明，在洗滌器中NO氧化到NO2的反應(yīng)被在同一位置上P4的氧化所加速。據(jù)認為，發(fā)生下列反應(yīng)鏈iv.aiv.biv.c其中n在1～9之間。這些反應(yīng)被認為主要在汽相發(fā)生。由此，如Chang等人所建議的那樣，將P4加入塔內(nèi)的洗滌液噴霧中是有缺陷的。為使這些反應(yīng)的效率最大化，本發(fā)明將反應(yīng)的位置置于洗滌器前的集氣管中，其溫度保證P4的蒸汽壓較高。在熔點(44℃)到沸點(280℃)的范圍內(nèi)，P4的分壓呈指數(shù)上升，從0.000233增到1.0大氣壓。洗滌器前集氣管的溫度一般在480～180℃之間。當溫度高于280℃時，四面體P4轉(zhuǎn)化為反應(yīng)性較低的紅磷(無定型)。因此，鏈式反應(yīng)(iv)的最佳溫度范圍為180～280℃之間。
為貯存、液化、稀釋、乳化、輸入集氣管以及P4—水液/液乳劑之霧化而設(shè)計的磷處理工序和注入系統(tǒng)10示于圖1之A、B、C設(shè)備單元。單元A和B的放大圖分別示于圖3和4。
市售白磷(Brander’s，Baltimore，MD)裝于250公斤密封桶12(見圖3)，內(nèi)含200公斤固態(tài)磷14，上層約20公斤水16(固態(tài)磷的比重為1.828g/cc)。在移開普通的纖維填充物蓋，接上連接A、B兩單元管道之前，出于安全的原因，最好是將整個桶浸沒在水浴18之中。除了保證空氣不與磷接觸(在進行連接時)，水浴18還用于將P4加熱至高于其熔點(44.1℃)。為此目的，水浴18保持50～55℃的恒溫。溫度為55℃的熱水經(jīng)水浴槽22側(cè)面的進口閥19進入水浴槽22底部，經(jīng)過位于進口閥對面的水浴槽上部的出口閥20排出。水浴進口和出口管路最好焊在水浴槽22上，其角度要使水浴18能夠形成循環(huán)。泵(未示出)用以保證供應(yīng)足夠的熱水。水浴18應(yīng)大到足夠容納數(shù)個桶12，桶數(shù)取決于所用P4的量。加熱水浴的能量由熱交換器用蒸汽供給，或者與熱回收回路54相聯(lián)(見圖1)。
液化后的P4，在需要時最好用重鉻酸鹽的酸性溶液洗滌，以去除雜質(zhì)(As和油)，洗液經(jīng)洗滌液管24和四通閥26供料。用排液計量泵28(Pump Tech Inc，Mississauga，Ontario)并經(jīng)三通閥30將水壓入桶12以置換出液化P4，保證以預定流速將其送入乳化單元，液化后的P4以預先確定的流速從桶12經(jīng)輸送管27、四通閥26和提升管29送入乳化單元B。
熱水可經(jīng)洗滌水供給管32進入桶12，提升管29，輸送管27，三通閥30和四通閥26以便從管道內(nèi)帶走凝固的P4。設(shè)置兩套管路系統(tǒng)可快速而有效地切換到第二個桶12。
空氣密封的乳化單元的放大圖示于圖4。液化P4和水以預定流速泵入乳劑槽34，其目的在于制備和保持恒定的P4/水的稀釋比(在NOX排出率為300ppm時，約為1∶100)，并在其中用普通的攪拌器38乳化。水浴18(＞50℃)和乳化槽34(＞70℃)之間的未加熱的輸送管27(見圖3)進行保溫處理，以防止溫度降至低于磷的固化溫度(45℃)。輸送管27伸入乳劑槽，其上P4的出口36直接位于攪拌器38的剛性葉輪37之上，防止較重的未混合的P4沉積并保證兩種液體直接乳化。乳劑39的溫度最好用普通的浸沒加熱器35保持為70℃。P4/水乳劑39用普通計量泵40(Pump Tech Inc，Mississauga，Ontario)以預定的流速送入噴霧嘴41，后者位于濕式洗滌塔52的進口集氣管51(見圖1)的煙道氣流中。借助于供給噴嘴41的壓縮空氣(或蒸汽)，乳劑被噴嘴瞬間內(nèi)分散為微粒(＜60微米直徑)，這些微粒被射入煙道氣流。壓縮空氣由普通的空氣壓縮機產(chǎn)生(未示出)，并符合噴嘴生產(chǎn)廠家的技術(shù)要求。噴霧嘴41的選擇將取決于希望獲得的噴霧的幾何情況(角距、寬度、截面形狀)。市售的多孔噴嘴(TurboSonic Inc，Waterloo，Ontario)可產(chǎn)生任意截面和任意尺寸的噴霧，因此，任何尺寸的煙道氣集氣管所需的噴霧截面都能準確地得到滿足。選擇噴霧嘴應(yīng)考慮的變量為a)P4/水乳劑39合適的流量和溫度；b)由流量和溫度傳感器44、45確定的集氣管51中煙道氣的流量和溫度；c)供給噴嘴41的壓縮空氣壓力；以及d)噴嘴上小孔的數(shù)量、大小、形狀及分組情況。
由此往上，計量泵40的泵速由中央控制器82，經(jīng)導體40a控制，使乳劑槽34中進入液體的流速與流出液體的流速保持平衡。應(yīng)該特別防止在乳劑槽34中產(chǎn)生負壓，因為它能在設(shè)備失效時(即泵和閥的泄漏)使空氣進入。為安全起見，乳劑上部的槽空間充氮氣(N2)維持輕微正壓。普通調(diào)節(jié)閥45裝在乳劑槽34和N2瓶之間，并進行程序化，當壓力降至0時開啟，當稍有正壓時關(guān)閉。
從上面的鏈式反應(yīng)(iv)可以看出，一個四面體P4的分子具有產(chǎn)生10個氧基的潛力，而后者又有氧化10個NO分子的潛力。因此，最佳P/N摩爾比可望為0.4。當O基(或O*或O3)的半壽期(t1/2)長到足夠使其與一個NO分子相碰撞，則即可達到理論最佳比。表2的t1/2值表明，臭氧的壽命與溫度和臭氧濃度的關(guān)系(Kirk Othmer，“化學技術(shù)百科全書”，John Wiley & Sons，2nd ed.，Vol.14；410-416，1967)。
表2 O3+O2混合物中臭氧的非催化熱分解
(t1/2)＝150K/(Wt％)其中K為溫度和O3O2的分解常數(shù)(k)的復合函數(shù)。
例子本發(fā)明之系統(tǒng)可用于功率為100MBtu/hr的鍋爐，其所排出的煙道氣流在200℃溫度下為21000cu.ft/MBtu，煙道氣含4％O2和300ppm的NOX(90％為NO)。從這些資料可以得出總的體積流量為583cu.ft/sec，NO含量為0.16cu.ft/sec(F.D.Friedrich & A.C.S.Hayden，“燃燒手冊”，Vol.2，礦物專論分卷879，InformationCanada，Ottawa，1973)。根據(jù)上述反應(yīng)iv.c，煙道氣流中生成的臭氧的含量(體積流量)至少應(yīng)與NO含量(體積流量)相等。取200℃下的轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.73moles/cu.ft，可以算出，所需臭氧(以及NO)的含量為0.115moles/sec。取P/N摩爾比為0.4，可以算出，P應(yīng)以0.05moles/sec的速度噴入煙道氣流中。
磷乳劑39從噴嘴41(1％P4/水乳劑)噴出并被壓縮空氣分散，在60psig下產(chǎn)生的流量為20cu.ft/min(Turbosonic Inc.instructions)。其次，噴出蒸汽的體積約為12cu.ft/sec，大約使煙道氣流增加2％。新產(chǎn)生的體積流量中水蒸汽占絕大部分。在P4/水乳劑噴入之后，煙道氣中的O2含量(體積流量)為(0.04)(583)cu.ft/sec。由于臭氧的含量為0.16cu.ft/sec，則可算出O3/O2比(W/W)約為1.0％。在這種O3/O2比下，根據(jù)表2，臭氧的半壽期t1/2應(yīng)為4.5秒。若在集氣管51中的流速為30ft/sec，在洗滌塔52中為15ft/sec(基于幾何)，而且如果P4/水乳劑39大約在進口72上流20ft的地方噴入，再假設(shè)塔52的洗滌路程約為25，則總的停留時間將為2.3秒，在這期間，在P4/O2/O3/NO之間發(fā)生相互作用(iv)(在集氣管51中約為0.7秒，在塔52中約為1.6秒)。
根據(jù)Chang & Lee(1992)的中試結(jié)果，在NO和P4(僅在洗滌室)的接觸時間為1.2秒后，90％NOX以NO2的形式被吸收。毫無疑問，他們的試驗中，鏈式反應(yīng)(iv.a-c)的速度限制因素被確定為液/氣相界面面積較小，以及80℃下P4的分壓較低。
本發(fā)明之優(yōu)選系統(tǒng)中所生成的微粒，有助于增加液/氣相界面面積。同時，由于噴霧區(qū)的溫度約為200℃，可以預計，與O2作用的P4的分壓要高得多，從而產(chǎn)生更多的臭氧(iv.a，iv.b)。因此，鏈式反應(yīng)(iv)完成的時間將比Chang & Lee(1992)所觀察到的短得多。在本發(fā)明之優(yōu)選系統(tǒng)中，P4到NO2的反應(yīng)將在1秒內(nèi)即在煙道氣與洗滌液進行接觸之前完成。在這個時間內(nèi)，可以預計，部分臭氧將按簡單的指數(shù)衰變方程式分解。利用此方程并取表2中半壽期4.5秒(200℃下)，可以算出，在O3與NO作用之前的第一秒內(nèi)，O3僅分解14％。因此，煙道氣中的大部分NO將在煙道氣進入洗滌塔52之前，即在它與向下流過塔填料的緩沖液接觸之前，轉(zhuǎn)化為NO2。
在洗滌塔52的尺寸足以回收90％以上的煙道氣廢熱的條件下，它會有足夠的洗滌液流量去捕集更易溶解的氣體(NO2，SO2)，特別是在天然氣做燃料的條件下，能捕集更多的有機物?？梢灶A計，洗滌塔52附帶吸附P4O10，P4O10水解為磷酸，及用洗滌液中的循環(huán)緩沖劑中和磷酸等不要求對通用的濕式洗滌塔的標準操作和設(shè)計原則作重大的修改。
防止O3和P4O10過量排入大氣的最好方法是在P4的噴入和NO的含量之間建立平衡。臭氧連續(xù)地用位于洗滌塔52出口70處的臭氧傳感器46監(jiān)測。NO、O2、CO和NO2連續(xù)用氣體傳感器47在最接近P4注入口的上流位置監(jiān)測。這些傳感器的信號經(jīng)過電導體46a，47a傳到中央控制器82。而中央控制器82則根據(jù)貯存在控制器中的預先選定的P4/NO比操縱P4注入系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置(計量泵40，空氣壓縮機)。
出口70處的臭氧含量是過量P4，從而也是過量P4O10的一個很好證據(jù)，因為臭氧的壽期隨其濃度的降低和溫度的降低而急劇增加(表2)。P4O10在出口70處的含量將低于按反應(yīng)iv化學式計算出的過剩量，因為P4O10的溶解度優(yōu)于O3的溶解度。因此，P4O10在洗滌液中的吸收率較O3為高。
反應(yīng)式v.a表明，一旦P4O10被洗滌液吸收，磷氧化物(其余類似)發(fā)生水解。
v.a由于洗滌液含有堿性緩沖劑，大部分H3PO4將以H2PO4-形式存在。貯于化學罐中的預選量石灰在48處加入澄清器92的洗滌液中，以極不易溶解的磷酸鈣的形式，選擇性沉淀H2PO4-(v.b)。
v.b磷酸鈣可以出售，例如，出售給肥料生產(chǎn)企業(yè)，這又可以進一步回收運行費用。
對于具體描述的實施方案，可在不偏離本發(fā)明的專利要求所規(guī)定的范圍內(nèi)進行變化和調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種減少煙道氣流中NOX含量的系統(tǒng)，包括將磷—水制備成液/液乳劑的裝置；將計量的乳劑呈霧狀注入煙道氣流的裝置；以及將NO2和磷氧化物從煙道氣流中去除的裝置，此裝置位于注入裝置的下游，從而使煙道氣流中的NO被注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化在NO2去除之前基本完成。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中去除裝置是濕式洗滌塔，注入裝置是噴霧嘴，噴嘴裝在位于洗滌塔上游的某一選定位置處的煙道氣流之中，從而使煙道氣流中的NO被注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化在煙道氣流與洗滌塔中洗滌液接觸之前基本完成。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中制備磷—水乳劑的裝置包括熔化貯存于容器中的磷的熱水浴，該容器完全浸沒于水浴中，以防止磷和空氣接觸；與環(huán)境隔離的乳劑罐；液化磷從容器送入乳劑罐的供料裝置；以及使液化磷與水按預選比例在乳劑罐中混合的裝置。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中乳劑罐包括浸沒式加熱器，使乳劑保持在高于P4熔點的某一預定溫度上；以及充N2的裝置，使乳劑罐中未被乳劑占據(jù)之空間保持預定正壓。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，還包括重鉻酸鹽的酸性溶液洗滌液化磷的裝置。
6.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中的供料裝置是一保溫輸送管，乳劑保持在70℃左右，選定的P4/水的比為1∶100。
7.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中的洗滌塔包括收集廢洗滌液的貯槽和洗滌液調(diào)制回路，以便從洗滌液中回收其從煙道氣流中取出之熱能。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中的洗滌液在被回收熱量之后再循環(huán)到洗滌塔。
9.一種減少煙道氣中NO2含量的方法，包括磷—水液/液乳劑的制備工序；選定量的乳劑在某一預選位置呈霧狀注入煙道氣中的注入工序；在距上一預選位置下流一定距離上從煙道氣中去除NO2的工序，這個距離的選擇要使煙道氣中的NO由于注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化在NO2去除之前基本完成。
10.權(quán)利要求9的方法，其中煙道氣與水相洗滌液相接觸，以去除NO2和磷氧化物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中乳劑是用水浴加熱固體磷，以防止磷和空氣接觸，并將液化磷與水按預定比例在N2氣氛下混合而制備。
12.權(quán)利要求9的方法，其中乳劑用壓縮空氣或蒸汽霧化注入煙道氣。
13.一種減少煙道氣中NOX含量的系統(tǒng)，包括洗滌塔，此塔帶有煙道氣處理小室，將煙道氣流引入處理小室的煙道氣入口，將水相洗滌液引入處理小室中的煙道氣流的噴霧裝置，一個收集廢洗滌液的貯槽及被處理過的煙道氣的出口；以及磷乳劑注入設(shè)備，此設(shè)備包括將磷—水制成液/液乳劑的裝置和將定量乳劑呈霧狀在進入洗滌塔之前注入煙道氣的裝置，此注入設(shè)備置于煙道氣入口上游某一選定位置，從而使煙道氣中的NOX由注入乳劑而誘發(fā)的磷加速氧化在煙道氣與洗滌液接觸之前基本完成。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中制備P4—水乳劑之裝置包括熔化貯存于容器中的磷的熱水浴，該容器完全浸沒于水浴中，以防止磷和空氣接觸；與環(huán)境隔離的乳劑罐；液化磷從容器送入乳劑罐的供料裝置；以及使液化磷與水按預定比例在乳劑罐中混合的裝置。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中乳劑罐包括浸沒式加熱器，使乳劑保持在高于P4熔點的某一預定溫度上；以及充N2的裝置，使乳劑罐未被乳劑占據(jù)的空間保持選定的正壓。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，還包括一種重鉻酸鹽的酸性溶液洗滌液化磷的裝置。
17.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中的供料裝置是保溫輸送管，乳劑保持在70℃左右，選定的P4/水比為1∶100。
18.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中的洗滌塔包括收集廢洗滌液的貯槽和洗滌液調(diào)制回路，以便從洗滌液中回收其從煙道氣流中取出的熱能。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中的洗滌液在被回收熱量之后再循環(huán)到洗滌塔。
20.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中注入裝置至少有一個用壓縮空氣或蒸汽使乳劑霧化的噴霧嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少煙道氣中NO
文檔編號B01D53/77GK1190907SQ96195619
公開日1998年8月19日 申請日期1996年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月30日
發(fā)明者T·V·欣基, R·特里貝, J·欣基 申請人:熱能國際公司