在廢氣淨化系統中抑制硫酸氣溶膠形成的方法
2023-05-15 13:12:41 1
專利名稱：在廢氣淨化系統中抑制硫酸氣溶膠形成的方法
為了從燃燒礦物燃料或火力發電廠或焚燒裝置系統所產生的廢氣中分離出二氧化硫和三氧化硫，應將硫從廢氣中去除。由於採用廢氣去硫法而使廢氣中二氧化硫和三氧化硫的量急劇地減少，因而在釋放時避免了這些物質對環境的汙染。
最重要的廢氣去硫法是石灰石或氫氧化鈣懸浮液的洗滌氣體的方法。由於採用這些所謂的溼式法，廢氣在滌氣塔裡用霧化的洗滌氣體懸浮液處理，並進行冷卻，可以達到95％以上的去硫效果。
除二氧化硫之外，燃燒廢氣也包含氣態硫酸形式的硫，該硫在廢氣溫度超過硫酸的露點(大約130℃)時為氣態。
硫酸氣溶膠是在將滌氣塔中的廢氣急速冷卻至45℃-65℃時形成的。硫酸氣溶膠是高濃度硫酸的極細微滴，其無法在滌氣塔中或在滌氣塔下遊的集霧器裡得到分離。因此，廢氣淨化系統的下遊所得到的是需要大量投資才能去除的液體硫酸。
硫酸的氣溶膠可以導致釋放和腐蝕的問題。腐蝕的出現首先是由於侵蝕接自煙道氣滌氣塔的乾淨氣體通道和接自煙囪的上遊管路和裝備所至；其次，該問題過去一直發生在燃燒煤的發電廠附近，這是由於釋放出的酸粒子所造成的。
從德國專利DE4,125,214A1可以知道，氣體混合物可以在滌氣塔裡在洗滌氣體前用水預先噴淋(驟冷)。然而，在已知的方法中，上述溫度的快速下降與硫酸氣體的生成有關。
因此，本發明的目的就是在發電廠和焚燒裝置系統中，儘可能地降低或避免廢氣淨化系統裡硫酸氣體的產生。
該目的通過抑制廢氣淨化系統中的硫酸氣體的產生來達到，其中要用水預先噴淋發電廠或焚燒裝置系統中廢氣淨化系統裡的廢氣，使得燃燒廢氣被冷卻到硫酸露點以上的溫度。因此，冷卻必須在燃燒廢氣溫度不低於硫酸露點的前提下進行。
當使用含硫燃料時，廢氣裡氣態硫酸的濃度高達50毫克/立方米。根據本發明的一個優選具體實施例，利用預噴淋的方式將廢氣冷卻至110℃-150℃；根據尤其優選的具體實施例，冷卻到120℃-140℃。
預噴淋在廢氣離開灰塵分離器之後及進入滌氣塔之前進行。例如，廢氣可以進入溫度高於150℃的滌氣塔。廢氣的溫度也可以隨發電廠或焚燒裝置系統而改變，而且可以高達500℃或更高。
就本發明的方法而言，不會自發地以大的溫度梯度將洗滌氣體液態溫度冷卻到45℃-65℃，例如，就如同已知的系統裡的情形一樣。相反，預先噴淋會使廢氣冷卻的溫度梯度較小，因此造成仍是氣態的硫酸被水預先吸收。因此，氣態的硫酸在其溫度降低到硫酸露點之前，就大部分被水吸收。
根據本發明方法的一個優選具體實施例，在廢氣離開靜電過濾器之後和進入滌氣塔(吸收塔)之前，將氣體送入預淋塔(冷凝器)並在廢氣管進入預淋塔前直接通過設置的噴嘴用水預先噴淋。根據本發明方法的另外一個優選具體實施例，在進入與滌氣塔上遊相連接的熱交換器前預先噴淋廢氣。
因此，只要硫酸為氣體就能被吸收，因此明顯降低或甚至避免滌氣塔或預淋塔裡產生硫酸液滴(氣溶膠)。由於本發明採用預先噴淋步驟，所以不增加處理水的用量。
預噴淋步驟裡噴淋的用水量可以酌量使用以使在一部分水分蒸發時，廢氣(煙道氣)只冷卻到溫度接近或恰好高於硫酸露點。例如，噴成氣體的水量可以是0.01到0.02升/立方米。因此，本發明用來預先噴淋的水量比用已知方法時預淋塔裡接觸廢氣的水量低1000倍。
為了保證高效率，在優選的幾個位置，逆廢氣氣流的方向噴水。為了保證高效率分離氣體硫酸，應產生足夠的液滴以覆蓋整個煙道氣管的橫切面，避免煙道氣從旁邊流過。液滴的密度可以通過噴嘴的數量和排列及通過噴嘴的壓力來控制。自然可以明白的是，噴嘴的數量和根據需要的排列方式由運送廢氣裝置的直徑及形狀來確定。對於預噴淋或驟冷步驟而言，來自發電廠或焚燒裝置系統的處理水可以用來噴淋。
首先，選擇液滴光譜以使噴淋的液體具有吸收氣態硫酸的足夠大的表面積；其次，設定液滴的大小以使液滴不能太細小，否則全部體積的水將會蒸發。
可以利用測定所謂乾淨氣體通道裡的硫酸來確定是否已設定最佳的預噴淋條件。
圖1顯示的是非常簡化的文丘裡滌氣塔1圖示。用水噴淋廢氣以吸收氣態硫酸(氣體預噴淋)的噴嘴4設置在廢氣載管2上，也就是接自滌氣塔的氣體入孔3的下遊。主要是用氫氧化鈣水懸浮液噴淋以硫酸鈣二水合物的形式沉澱硫，該過程是通過置於滌氣塔裡的噴嘴5進行的。
為檢測本發明方法的效率，在煙道氣上遊及煙道氣脫硫通道下遊裡，通過使用或不使用在預滌塔裡預先噴淋步驟，來對硫酸的氣態和氣溶膠測試。為了在來自煙道氣脫硫作用的原氣體上物流中達到適當的硫酸含量以確定測量結果，要在鍋爐廠裡將石灰加入到煤的過程設定在測試期間內，以便增加SO2鍋爐轉化率，使得來自煙道氣脫硫工廠的原氣體上物流裡氣態SO3的濃度由1-2毫克/立方米增加到12-15毫克/立方米SO3(STP、乾燥、5％O2)。
為了測量硫酸含量，要通過加熱至廢氣溫度的吸入連接管，從液滴分離器下遊取出廢氣樣品，在薄膜上將任何可能包含在其中的硫酸分離，並水吸收已分離的硫酸之後，滴定測量硫酸。
結果顯示在圖表1和2上，其中從圖表1的結果可以看出，本發明煙道氣進行預先噴淋，但是從圖表2的結果可以看出，沒有預先噴淋。
圖表1.來自預先噴淋煙道氣的煙道氣脫硫裝置裡上物流及下物流的SO3[sic；SO3]濃度SO3(毫克/立方米)[STP，乾燥，5％O2]
來自煙道氣脫硫裝置的上物流 來自煙道氣脫硫裝置的下物流(來自靜電過濾器的下物流)橫坐標上的字母A到J表示間隔一個小時，其中中斷半個小時進行測定。
在測試期間，來自靜電過濾器的原氣體下物流和來自煙道氣脫硫裝置(煙道氣溫度134-136℃)上物流裡氣態三氧化硫的濃度為12-15毫克/立方米(STP，乾燥，5％O2)。同時，來自煙道氣脫硫裝置(溫度在72-75℃之間)的乾淨氣體下物流裡氣溶膠形式的硫酸低於1毫克/立方米SO3的檢測限度。除此之外，為了證實所測得的值，在煙道氣溫度為138-142℃時，測定來自煙道氣脫硫裝置的第二熱交換器下物流的區域裡氣態SO2的濃度。由於本發明用水預先噴淋的緣故，所以只測得小於1毫克/立方米(STP，乾燥，5％O2)的SO3濃度。
圖表2.沒有預先噴淋來自煙道氣脫硫裝置的上物流及下物流裡的SO3濃度SO3(毫克/立方米)[STP，乾燥，5％O2]
來自煙道氣脫硫裝置的上物流來自煙道氣脫硫裝置的下物流(來自靜電過濾器的下物流)字母A到J的解釋與圖表1相同。
在測試期間，測定來自靜電過濾器的原氣體下物流和來自煙道氣脫硫裝置上物流裡氣態三氧化硫的濃度為13-15毫克/立方米(STP，乾燥，5％O2)。同時，在第一熱交換器之後及在第二熱交換器之前，3-4毫克/立方米SO3濃度的氣溶膠形式的硫酸存在於來自硫酸煙道氣脫硫裝置的下物流裡。為了證實測量結果，同時測定在來自煙道氣脫硫裝置的第二熱交換器下物流的區域裡(STP，乾燥，5％O2)氣態三氧化硫的濃度。在周邊穩定狀態的操作條件下，測得3-5毫克/立方米測定的氣態三氧化硫濃度，其與所述氣溶膠測量的值相關聯。測量結果顯示，如果沒有預先噴淋的話，則30-40％進入煙道氣脫硫裝置裡的氣態硫轉化成硫酸氣溶膠。
這些實驗的發現清楚地顯示，預滌器裡的煙道氣的預噴淋明顯地將硫酸氣溶膠的產生量減到最少。而且發現熱交換器的材料的酸腐蝕現象在開始預先噴淋煙道氣之後得到了明顯的改善。在開始操作煙道氣脫硫裝置後，在熱交換器上所看到的大量腐蝕現象與來自煙道氣脫硫滌氣塔的乾淨氣體下物流裡負載H2SO4氣溶膠有直接的關係。
權利要求
1.一種在發電廠或燃燒裝置系統的廢氣淨化系統中抑制硫酸氣溶膠形成的方法，其特徵在於用水預先噴淋廢氣淨化系統中的廢氣，使其溫度不低於廢氣中硫酸的露點。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於通過設在廢氣進入滌氣塔上遊的噴嘴，用水預先噴淋廢氣。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於在廢氣進入預滌塔前用水噴淋。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於廢氣的預先噴淋的步驟是在廢氣進入上遊熱交換器前進行的。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於廢氣的溫度在預先噴淋中降至110℃-150℃。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於廢氣的溫度經預先噴淋而降至120℃-140℃。
全文摘要
在一種廢氣淨化系統中抑制硫酸氣溶膠形成的方法,該方法包括用水預先噴淋廢氣淨化系統中的廢氣,使其溫度不低於廢氣中硫酸的露點,該噴淋的步驟是從滌氣塔上遊,滌氣塔之前的預滌塔上遊或滌氣塔上遊的熱交換器的上遊開始進行的,而且氣態硫酸在溫度降到低於廢氣中的硫酸的露點之前被水吸收。
文檔編號B01D53/34GK1248176SQ98802428
公開日2000年3月22日 申請日期1998年2月13日 優先權日1997年2月15日
發明者漢斯－約阿希姆·迪克曼, 海因茨·古伯勒特 申請人:普羅伊森工程有限公司