吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法
2023-04-27 14:17:16 1
專利名稱：吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法
技術領域：
本發明涉及一種煙氣淨化技術，具體來說是一種吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，適用於脫除煙氣中硫氧化物/氮氧化物的技術領域。
背景技術：
無論是在發電廠還是在其它工業，鍋爐燃煤產生的煙氣中含有的硫化物和氮氧化合物是造成空氣汙染的主要汙染源之一。隨著環境汙染問題越來越嚴重，人們對環境治理及環境保護越來越重視，並制定了嚴格的煙氣排放標準，出現了多種鍋爐煙氣淨化處理技術，以脫除煙氣中的硫化物和氮氧化合物。採用吸收劑進行幹法煙氣脫硫/脫氮是煙氣淨化處理的主要方法之一，例如爐內噴鈣尾部增溼活化脫硫技術(周全等，下關電廠爐內噴鈣爐後活化煙氣脫硫工程評述，電力環境保護，2001，NO.2，P1～7)、爐內噴鈣催化脫硫技術(中國專利文獻ZL01114874.8)、吸收劑噴射脫硫脫氮技術(鍾秦，燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例，化學工業出版社，北京，2002，4，P335～336)；均公開了採用吸收劑、催化劑或其它助劑進行煙氣淨化處理的方法。
現有的採用吸收劑或含有催化劑以及其它助劑的吸收劑脫硫/脫氮技術其共同的特點就是先將採用機械方式磨製成平均粒徑為30～100μm左右的吸收劑運送至脫硫/脫氮工藝所需的現場並儲存於儲存罐，再通過運送機構使吸收劑二次輸送至爐前緩衝倉，經計量給料裝置並藉助於助推機構由噴射氣體經噴射點的噴射口噴射入煙氣中進行脫硫/脫氮。這種工藝主要有如下缺點①吸收劑有效活性低由於吸收劑製備採用機械研磨方式，因此，在獲得細小顆粒的同時會使顆粒原有的微孔隙填塞，雖然顆粒的粒徑變小，外表面積相應增大，但孔隙的損失使孔隙率降低，不但在一定程度上部分抵消了粒徑變小對吸收劑比表面積增加的貢獻，損失了吸收劑部分的表面活性，而且使煙氣難以擴散至顆粒內部，使其內部的活性不能得到有效發揮；②吸收劑粒徑較大為了避免吸收劑在中間轉運、儲存以及二次輸送等中間環節發生團聚、粘結、甚至吸潮結塊等導致反應活性降低，不宜採用對脫硫/脫氮更為有效的超細顆粒(粒徑≤20μm)吸收劑；③吸收劑活性降低在吸收劑使用過程中，不但不能實現動態連續地對吸收劑進行提高活性的改性活化處理，而且由於過多的中間環節還會出現吸收劑不能良好地分散而造成凝並、團聚等導致原有活性降低的情況；④吸收劑利用率低在上述工藝技術使用的吸收劑正常粒徑範圍(30～100μm)內，在Ca/S摩爾比為2.5左右時，其脫硫效率只有65～75％左右，此時吸收劑的利用率即脫除效率/鈣硫摩爾比也只有約26-30％，特別是爐內噴鈣尾部增溼活化脫硫技術，如果剔除在尾部增溼條件下粉煤灰自身有15％左右脫硫效率的因素，則吸收劑的實際利用率只有約20％～24％左右。可見，現有同類技術吸收劑的利用率極低，大量的吸收劑被白白浪費而形成新的固體廢物。通常不得不通過犧牲吸收劑用量來保持或提高脫硫/脫氮效率，與此同時又增大了副產物的後續處理難度。
⑤由於吸收劑利用率低導致吸劑用量大，因此造成運行成本高。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述已有技術存在的缺點，研究出一種使原吸收劑在使用過程中既能被動態地改性活化，顯著提高其反應活性，又能使其改性活化後的活性良好保持並得以充分發揮的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，使其成為吸收劑噴射煙氣脫硫/脫氮技術的核心工藝環節。
本發明的技術方案是將原吸收劑送入氣流粉碎裝置，在氣流粉碎裝置內經過粉碎氣流粉碎，使原吸收劑進一步破碎並產生新的裂紋縫隙，使其比表面積和孔隙增加，同時在粉碎氣流的湍混和顆粒相互撞擊的作用下吸收劑相互摻混、附著，從而使原吸收劑得到改性活化處理；在氣流粉碎裝置內被改性活化後的吸收劑由粉碎作功後的粉碎氣流送入與氣流粉碎裝置出口相連的氣力輸送管路，並通過氣力輸送管路以氣固兩相流的形式輸送至噴射點直接經噴嘴噴出至煙氣進行脫硫/脫氮。
所述的粉碎氣流優選的是水蒸汽。特別是對氧化鈣吸收劑或其他金屬氧化物吸收劑，水蒸汽的優點主要體現在一是使吸收劑吸水變成活性更高的氫氧化鈣，另一個方面是使吸收劑吸水後的化學反應產生的體積膨脹使已有的裂縫加劇，使吸收劑再次破裂成粒徑更小的顆粒，第三是吸收劑表面可吸附一層水蒸汽膜，使煙氣與吸收劑的反應界面由「氣-固」改善為「氣-液-固」，更有利於脫硫/脫氮的化學反應；第四個優點還在於利於使用鍋爐本身產生的蒸汽，能源利用效率比壓縮空氣高。
所述的水蒸汽的絕對壓力優選0.7～2.2MPa，且以過熱度大於等於10℃的過熱蒸汽為佳，以保證在改性活化處理和氣力輸送的全過程中沒有明顯導致吸收劑團聚、粘結以及影響氣力輸送的凝結水析出。
所述的粉碎氣流還可以為壓縮空氣，其絕對壓力可以為0.7～1.6MPa。
所述的粉碎氣流也可以為水蒸氣與空氣的混合氣體，混合氣體的絕對壓力可以0.7～2.2MPa，且溫度比選定壓力所對應的露點溫度高10℃及以上為佳，混合氣體露點溫度可根據查閱相關手冊的溼空氣參數表來確定。
所述的粉碎氣流中還可以有部分氨氣。
在氣力輸送管路入口至末端吸收劑噴射口的沿程可以設置一處或多處助推氣，以提供足夠的氣力輸送或噴射動力，並可減小氣流粉碎所需的粉碎氣流的壓力。
所述的粉碎氣流的壓力P，在無助推氣設置時，根據氣流粉碎裝置所處理吸收劑的破碎強度所要求的氣流噴嘴前後的壓差ΔP0和ΔP1以及輸送管路末端吸收劑噴射口處煙氣壓力Pg來選取，且滿足P＞ΔP0+ΔP1+Pg的條件。
所述的粉碎氣流的壓力P，在有助推氣設置時，根據氣流粉碎裝置所處理吸收劑破的碎強度所要求的氣流噴嘴前後的壓差ΔP0和吸收劑氣力輸送及噴射過程施加在氣流粉碎裝置中氣流噴嘴後的背壓Pb來選取，且滿足P＞ΔP0+Pb的條件。在所述的氣力輸送過程中還可以採用助推氣通入氣力輸送管道中，以提供輸送動力。
所述的輸送助推氣可以是壓縮空氣、或過熱度5℃及以上過熱水蒸汽，也可以是水蒸汽與空氣的混合氣體，且混合後的溫度大於壓力所對應的露點溫度5℃及以上，以防止產生結露現象。
所述的氣固兩相流中的固/氣(汽)質量比以控制在0.02～8(kg/kg)為佳，固/氣(汽)質量比過高時在氣力輸送過程中改性活化後的吸收劑在氣流中的顆粒濃度過高而發生團聚、凝並增大並導致反應活降低，固氣比過低氣力輸送效率低，造成輸送成本增加。
在原吸收劑送入氣流粉碎裝置之前可以先採用計量給料機構以調控給料速度，通過計量給料機構將其送入氣流粉碎裝置。計量給料機構的原吸收劑供給速度由煙氣脫硫/脫氮工藝要求的單位時間吸收劑需要量來確定。輸送固/氣(汽)比的控制通過調整粉碎氣流流量以及輸送助推氣流量來實現。
所述的氣流粉碎後的微細顆粒吸收劑的粒徑可以為1～20μm，以得到較好的反應活性。
本發明的方法能夠處理的原吸收劑可以是用於煙氣脫硫/脫氮的新鮮吸收劑、乏吸收劑、助劑等其中一種或兩種及以上的混合物，或其中一種及以上與催化劑的混合物，其粒徑大小滿足所選用的氣流粉碎裝置的入料要求即可。
所述新鮮吸收劑的優選範圍包括鈣基的CaO、Ca(OH)2、CaCO3，鎂基的MgO、Mg(OH)2、MgCO3，納基的Na2O、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等其中一種或兩種及以上的混合物。
所述的乏吸收劑是指經過一次及以上脫硫/脫氮使用後的產物被用來重複使用的吸收劑。
所述的助劑其優選範圍為粉煤灰、CaCl2、NaCl、尿素、銨鹽等其中一種或兩種及以上的混合物，或其中一種及一種以上與CaSO4/CaSO3的混合物。
所述的催化劑是指對煙氣中硫氧化物/氮氧化物具有催化氧化作用，且與新鮮吸收劑、乏吸收劑、助劑其中一種及以上混合使用後有利於吸收劑脫硫/脫氮效率和吸收劑利用率提高的添加物，其優選範圍為鐵基的Fe、Fe2O3、Fe3O4、FeSO4，錳基的Mn、MnO2、MnSO4，銅基的Cu、CuO、CuSO4，鋅基的Zn、ZnO、ZnSO4、以及V2O5、TiO2等其中一種或兩種及以上的混合物。
本發明根據煙氣脫硫/脫氮所用的吸收劑以及具體工藝的特點，將氣流粉碎技術與氣力輸送技術有機結合，同傳統的機械粉碎、運送、儲存，再通過運送機構輸送至爐前緩衝倉，經計量給料裝置並藉助於助推機構由噴射氣流經噴射點噴嘴噴射入煙氣中進行脫硫/脫氮過程相比，具有以下突出優點(1)由於採用了高效成熟的氣流粉碎技術進行吸收劑的粉碎，經過氣流噴嘴被加速到亞音速、或音速、或超音速流動的高速氣流，使待粉碎的原吸收劑由高速氣流吸捲入射流區被加速，被不同射流區加速的物料以很高的相對速度相互撞擊而破碎，可比通常採用的研磨等機械方式獲得粒經更加細小，外表面積更加不規則、微細裂縫更加豐富、比表面積更大、孔隙率更高、反應活性更強的微細顆粒。很容易獲得粒經在20μm以下的微細顆粒，且由於氣流粉碎技術破碎的顆粒粒徑分布具有較好的可控制性，平均粒徑完全可以控制在1～10μm範圍內甚至更小。
以下對粒徑D90為22.3μm的原吸收劑採用不同方式改性活化處理的試驗結果充分證實了氣流粉碎的優越性處理方式粒徑D50(μm) 粒徑D90(μm) 實測的BET比表面積(m2/g)原吸收劑6.4822.30 3.82機械式振動磨6.4521.33 2.89機械式衝擊磨8.6128.57 2.73機械式輥式磨5.0623.53 2.65氣流粉碎3.376.574.55從上述試驗結果可以看出，對D50為6.48μm、D90為20μm左右的原吸收劑用機械磨方式處理，粒徑變化不大，略有減小或增大趨勢，但比表面積不但沒有得到改善，反而都出現大幅度降低，這是由於孔隙被填塞和表面積被磨製平滑所致。而氣流粉碎處理後，粒徑顯著減小，使煙氣向吸附劑內部擴散的阻力減小；比表面積大幅度增加，使煙氣能夠與吸附劑顆粒充分接觸，這對吸收劑脫硫/脫氮活性的提高十分有益；②由於在氣流粉碎過程中粉碎氣流的湍混以及吸收劑的相互撞擊作用，可使兩種及以上吸收劑充分摻混，使助劑、催化劑微細顆粒更能附著在吸收劑表面，充分發揮其作用；③當粉碎氣流為過熱水蒸氣或過熱水蒸氣與空氣的混合氣體時，在粉碎、輸送的過程和壓力環境下，氣流中的水蒸氣對粉碎後的吸收劑進行蒸氣活化，吸收劑吸附水蒸氣產生化學反應，化學反應的體積膨脹導致吸收劑裂縫加劇進一步產生「化學破碎」，使吸收劑的脫硫/脫氮反應流活性進一步增強；④由於本發明集吸收劑改性活化處理與餘壓氣力輸送及噴射過程一體化，改性活化處理的微細顆粒物吸收劑在氣固兩相流輸送過程中以稀相分散懸浮在輸送氣流中，微細顆粒之間被氣相分割包圍，減少了顆粒發生團聚和凝並增大的機率；同時對吸收劑改性活化處理是在使用過程中動態連續地進行，整個過程沒有對改性活化處理後的吸收劑進行二次收集、緩存、機械給料等能使吸收劑相互緊密接觸的環節，從而避免了團聚、凝並增大等降低活性的發生。即使採用了經過處理過的團聚或凝並的吸收劑，經過氣流粉碎裝置粉碎以及氣力輸送後也會變成良好分散的微細顆料，保證經噴射點的噴嘴噴出的是分散的、高活性的微細顆料。因此，該一體化方法，既能使原吸收劑在使用過程中得到改性活化，反應活性顯著增強，又能使其增強的活性良好地得到保持和發揮。
⑤本發明的改性活化處理是集撞擊破碎，「化學破碎」(有水蒸氣存在時)、摻混、附著、蒸氣活化(有水蒸氣存在時)等多種改性活化途徑為一體，原吸收劑在使用過程中可使其物理性質、化學性質(有水蒸氣或催化劑存在時)、表面形態、內部孔隙結構得到顯著改善，反應活性明顯增強，吸收劑的利用率和脫硫/脫氮效率顯著提高。
採用本發明的原理，對脫除煙氣中硫氧化物的試驗表明，脫除效率可提高10～25％，吸收劑利用率也相應提高10～25％，如果利用蒸汽為粉碎和輸送氣流，還可提高5～10％，從而可節約大量的吸收劑用量和採購及相應的儲運成本；⑥系統工藝流程中改性活化處理、餘壓氣力輸送及噴射的功能集成化程度高，所需設備數量少，工藝流程和控制要求簡單，且氣流粉碎的原理主要是利用氣流加速物料後物料之間相互高速撞擊而破碎，從而氣流粉碎裝置易損件少。因此，整個系統設備投資和運行費用低，檢修維護工作量少，設備投運率高；⑦對工業鍋爐特別是電站鍋爐而言，本發明所需過熱水蒸氣現場極易獲得，且要求的壓力和溫度參數屬於低品質範圍；⑧從改性活化處理裝置到噴射點是通過氣力輸送管路相連，長度可達1500m左右，當有輸送助推氣時可輸送至更長距離，輸送管路可在空間任意彎曲分叉，使改性活化後的吸收劑送至一個或多個噴射點。因此，不受噴射點附近場地的限制，現場布置十分靈活，特別適合於中小機組或現有老機組改造的現場條件；
⑨由於本發明使原吸收劑在使用過程中被動態地改性活化處理，因此對外購吸收劑的粒徑要求可適當放寬，滿足氣流粉碎裝置的入料粒徑要求即可，一般可放寬至100～500μm，是常規吸收劑粒徑的3～5倍，因而大大降低了對原吸收劑採購的成本和製備、運輸、儲存的要求。
圖1為本發明無助推氣的實施方案示意圖；圖2為本發明噴射口設置有助推氣的實施方案示意圖；圖3為本發明在氣力輸送管路沿程設置有助推氣的實施方案示意圖；圖4為發明在氣力輸送管路沿程和噴射口均設置有助推氣的實施方案示意圖。
圖1～圖4中1-原吸收劑；2-計量給料機構；3-待處理吸收劑；4-粉碎氣流；5-氣流粉碎裝置；6-改性活化後的吸收劑；7-氣力輸送管路；8-進一步改性活化後的吸收劑；
9-噴嘴；10-煙氣通道(煙道、或鍋爐尾部、或吸收反應塔)；11-待處理煙氣；12-經吸收劑處理的煙氣；13-收塵裝置；14-淨化後煙氣；15-噴射助推氣；16-輸送助推氣。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法作進一步說明。
實施例1如圖1所示，用於煙氣中硫氧化物/氮氧化物脫除的一種或二種及以上原吸收劑1經計量給料機構2按要求的速度(可調速)調整成待處理吸收劑3供給氣流粉碎裝置5，氣流粉碎裝置5可根據需要選用目前市場上不同處理量的氣流粉碎機。在溫度為250～350℃，絕對壓力為0.9～1.3MPa的水蒸汽為粉碎氣流4的作用下，待處理吸收劑3在氣流粉碎裝置5中被加速並以很高的相對速度相互撞擊或與靶區撞擊破碎成更加細小的微細顆粒、產生豐富的微細裂縫、新鮮表面外露、同時相互摻混、附著，從而使其成為改性活化後的吸收劑6，粉碎氣流4在粉碎處理作功後與改性活化後的吸收劑6形成氣固兩相流並在剩餘壓力的作用下通過氣力輸送管路7將改性活化後的吸收劑6輸送至脫硫/脫氮工藝所需的噴射點，輸送管道路7應採取保溫措施，防止管內氣流結露；與此同時，在粉碎處理、輸送的過程和壓力環境下，氣流中的水蒸汽使吸收劑進行蒸汽活化，化學反應導致體積膨脹使改性活化後的吸收劑6原有的裂縫加劇進而產生破碎，即所謂的「化學破碎」，使吸收劑進一步活化，待處理吸收劑3的蒸汽活化是在粉碎和輸送的同一時間段1.5～5.0分鐘(具體時間視其粉碎粒徑的要求和輸送距離長短而定)內完成；在氣力輸送管路末端噴射點處獲得進一步改性活化後的吸收劑8，並利用在噴射點處自身所具有的速度直接通過噴嘴9噴入煙氣通道10對待處理煙氣11進行脫硫/脫氮處理，經吸收劑處理的煙氣12再經收塵裝置13處理後形成淨化後煙氣14並正常排放。
實施例2如圖2所示，在實施例1的基礎上，在噴嘴9處設置有噴射助推氣15，使進一步改性活化後的吸收劑8獲得更高的噴射速度，以滿足在煙氣通道10更大空間截面與煙氣混合的要求。
實施例3如圖3所示，在實施例1的基礎上，在氣力輸送管路7的沿程一處或多處設置有輸送助推氣16，以彌補粉碎氣流4對待處理吸劑3粉碎處理作功完成後，剩餘壓力不能滿足輸送距離或噴射速度要求的不足。
實施例4
如圖4所示，在實施例1的基礎上，在噴射口和輸送管路7的沿程均分別設置有噴射助推氣15和輸送助推氣16，以達到如實施例2和實施例3所述的各自效果。
實施例5在實施例1、或實施例2、或實施例3、或實施例4中的粉碎氣流4由水蒸氣改用絕對壓力為0.7～1.2MPa的壓縮空氣。
實施例6在實施例1、或實施例2、或實施例3、或實施例4中的粉碎氣流4由水蒸汽改用水蒸汽和空氣的混合氣體，混合氣體絕對壓力為0.9～1.3MPa，溫度為比選定壓力所對應的溼空氣露點溫度高10℃及上，以保證在改性活化處理和輸送過程中沒有明顯導致吸收劑團聚、粘結等降低吸收劑活性或影響氣力輸送的凝結水析出或結露。
權利要求
1.一種吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於，該方法包括如下過程將原吸收劑送入氣流粉碎裝置，在氣流粉碎裝置內經過粉碎氣流粉碎，使原吸收劑進一步破碎並產生新的裂紋縫隙，使其比表面積和孔隙增加，同時在粉碎氣流的湍混和顆粒相互撞擊的作用下吸收劑相互摻混、附著，從而使原吸收劑得到改性活化處理；在氣流粉碎裝置內被改性活化後的吸收劑由粉碎作功後的粉碎氣流送入與氣流粉碎裝置出口相連的氣力輸送管路，並通過氣力輸送管路以氣固兩相流的形式輸送至噴射點直接經噴嘴噴出至煙氣進行脫硫/脫氮。
2.如權利要求1所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的粉碎氣流為水蒸汽或水蒸汽與空氣的混合氣體或壓縮空氣。
3.如權利要求2所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的水蒸汽的絕對壓力0.7～2.2MPa。
4.如權利要求2或3所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的水蒸汽為過熱度大於等於10℃的過熱蒸汽。
5.如權利要求2所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於水蒸汽與壓縮空氣的混合氣體的絕對壓力為0.7～2.2MPa，其溫度比選定壓力所對應的露點溫度高10℃及以上。
6.如權利要求2所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的壓縮空氣的絕對壓力為0.7～1.6MPa。
7.如權利要求1或2所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於在氣力輸送管路入口至末端吸收劑噴射口的沿程設置有一處或多處助推氣，以提供足夠的氣力輸送或噴射動力。
8.如權利要求7所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的助推氣為水蒸汽或水蒸汽與空氣的混合氣體或壓縮空氣。
9.如權利要求1所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於所述的氣固兩相流的輸送固/氣或固/汽質量比為0.02～8。
10.如權利要求1所述的吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法，其特徵在於經氣流粉碎後的吸收劑顆粒粒徑為1～20μm。
全文摘要
本發明涉及煙氣脫硫/脫氮技術領域中一種吸收劑改性活化處理集輸送噴射一體化方法。將原吸收劑送入氣流粉碎裝置，在氣流粉碎裝置內經過粉碎氣流粉碎，使原吸收劑進一步破碎並產生新的裂紋縫隙，使其比表面積和孔隙增加，同時在粉碎氣流的湍混和顆粒相互撞擊的作用下吸收劑相互摻混、附著，從而使原吸收劑得到改性活化處理；在氣流粉碎裝置內被改性活化後的吸收劑由粉碎作功後的粉碎氣流送入與氣流粉碎裝置出口相連的氣力輸送管路，並通過氣力輸送管路以氣固兩相流的形式輸送至噴射點直接經噴嘴噴出至煙氣進行脫硫/脫氮。這種方法能夠使吸收劑的利用率顯著提高。
文檔編號B01D53/81GK1559655SQ20041000795
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月11日 優先權日2004年3月11日
發明者陶國龍 申請人:陶國龍