噴霧干燥器吸收器和相關(guān)方法
【專利說明】噴霧干燥器吸收器和相關(guān)方法 本發(fā)明專利申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年9月12日，申請(qǐng)?zhí)枮?00810213897. 0,發(fā)明名稱為 "噴霧干燥器吸收器和相關(guān)方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明總體涉及用于從燃燒礦物燃料時(shí)產(chǎn)生的氣體中除去污染物的環(huán)境污染控制設(shè) 備領(lǐng)域，更具體地，涉及用于從上述氣體除去酸氣體混合物的噴霧干燥器吸收器。所述氣體 是通過工業(yè)過程以及產(chǎn)生發(fā)電用蒸汽的燃燒過程中產(chǎn)生的。 【背景技術(shù)】 發(fā)電廠和其他燃燒礦物燃料（如，煤、油品、石油焦和/或廢棄物）的工業(yè)在燃燒過程 中產(chǎn)生各種污染物，除了其他物質(zhì)外，包括在產(chǎn)生的廢氣中的酸氣體（如硫氧化物）和其他 不需要和/或不希望的化學(xué)混合物。 降低廢氣中硫氧化物含量的最常用方法之一是通過噴霧干燥的化學(xué)吸收方法，也稱作 干洗滌，該方法中，將堿水溶液或漿液細(xì)霧化（通過例如機(jī)械霧化器，雙重流體霧化器或旋 轉(zhuǎn)霧化器細(xì)霧化），并噴入熱廢氣中，以除去污染物。為更好理解噴霧干燥的化學(xué)吸收過程 或干洗潘，讀者可參考STEAM its generation and use,第41版，Kitto和Stultz著，版 權(quán)所有? 2005,鮑勃科克和威爾考克斯公司（The Babcock&Wilcox Company),特別是第35 章，第35-12至35-18頁(yè)，其內(nèi)容全文參考結(jié)合于本文。 噴霧干燥吸收（SDA)反映了該過程中涉及的主要反應(yīng)機(jī)理：將堿試劑漿液在熱廢氣流 中霧化為細(xì)小液滴，并從該氣流吸收S02和其他酸氣體。該過程也稱作半干燥洗滌，區(qū)別于 將干固體試劑注入廢氣的過程。 在典型的鍋爐設(shè)施中，SDA設(shè)置在集塵器之前。離開最后的熱阱（通常是空氣加熱器） 的廢氣的溫度為250-350° F(121-177°C )，該廢氣進(jìn)入噴霧室，在該噴霧室中將試劑漿液 噴入氣流中，將該氣流冷卻至150-170° F(66-77°C)?？梢允褂渺o電集塵器（ESP)或織物 過濾器（集塵袋（集塵袋）來收集試劑、飛灰和反應(yīng)產(chǎn)物。集塵袋s主要選擇用于U. S. SDA 設(shè)施（超過90% )，并在達(dá)到類似的總系統(tǒng)放減少情況提供更低的試劑消耗。 S02吸收主要發(fā)生在通過噴射使水蒸發(fā)和使廢氣絕熱冷卻時(shí)。試劑的化學(xué)計(jì)量和近似 溫度（approach temperature)是控制滌氣器的S02去除效率的兩個(gè)主要變量?；瘜W(xué)計(jì)量 量是消耗的試劑與進(jìn)口 S02或在該過程中除去的SO 2量的摩爾比值。依據(jù)可獲得的試劑和 廢氣中的酸氣體含量，該化學(xué)計(jì)量可以在很寬的范圍內(nèi)變化；如，約為1至大于10。離開干 滌氣器的廢氣溫度與絕熱飽和溫度之間的差稱作近似溫度（approach temperature)。對(duì)低 水分的煙煤，廢氣的飽和溫度通常在115-125° F(46-52°C)范圍，對(duì)高水分次煙煤或褐煤， 廢氣的飽和溫度在125-135° F(52-57°C)范圍。302吸收的最佳條件必須與實(shí)際的干燥條 件綜合考慮。 在干滌氣器中使用的主要試劑是石灰衆(zhòng)液，可通過對(duì)高1丐石灰卵石（peddle lime)進(jìn) 行熟化而形成。該熟化過程可以使用球磨或簡(jiǎn)便的滯留熟化器（detention slaker)。只使 用石灰漿液的SDA系統(tǒng)被稱作單程系統(tǒng)。一些石灰在廢氣最初從噴霧室通過后仍未反應(yīng)， 并可能用于進(jìn)一步的S02收集。收集在ESP或者集塵袋中的固體可與水混合，與SDA試劑 一起再注入到SDA的噴霧室內(nèi)。 如果燃料硫含量較低和/或燃料含有足量的堿，如已知一些類型的煤和油頁(yè)巖的情 況，灰份顆粒本身可以用作SDA中的試劑源。通常，燃料中能實(shí)現(xiàn)足夠的硫捕獲的堿是碳酸 鈣（CaC03)。 能用作為SDA中捕獲S02的試劑源的灰份顆粒的另一個(gè)實(shí)例是來自循環(huán)流化床（CFB) 鍋爐的灰份。這種類型的鍋爐通常使用石灰石，石灰石具有碳酸鈣作為主要組分，將石灰石 輸入爐中，用于在爐中捕獲燃燒過程中產(chǎn)生的S02。 無論是燃料部分還是石灰石部分，碳酸鈣在爐中都進(jìn)行煅燒，即釋放二氧化碳?xì)怏w并 產(chǎn)生固體氧化鈣，CaO(也稱作石灰）： CaC03- CaO+CO 2 CaO與爐氣體中的S02反應(yīng)，因此產(chǎn)生硫酸鈣： Ca0+S02+l/202- CaSO 4 該反應(yīng)中產(chǎn)生的硫酸鈣覆蓋顆粒表面，形成S02不能透過的殼，因此停止反應(yīng)并使其芯 中的CaO未能被利用。 為與SDA中的S02反應(yīng)，含堿的灰份顆粒必須再活化。這可以通過噴霧水濕潤(rùn)這些顆 粒來實(shí)現(xiàn)。這種情況下，替代噴射石灰漿液，可將水噴入SDA的廢氣中。 典型的SDA過程如下。廢氣進(jìn)入噴霧干燥器吸收器，在該吸收器中氣流被試劑漿液或 水噴霧冷卻。然后，混合物繼續(xù)通過積塵袋，用來除去顆粒，然后進(jìn)入感應(yīng)通風(fēng)機(jī)（induced draft fan)，向上通過堆疊 （passing up the stack)。如果使用石灰衆(zhòng)液作為試劑，將石 灰卵石（CaO)與水按照控制的比例混合以保持高熟化溫度，該溫度有助于在水合石灰漿液 (18-25%固體）中產(chǎn)生高表面積的細(xì)小水合石灰（Ca(0H)2)顆粒。收集在集塵袋中的一部 分飛灰、未反應(yīng)的石灰和反應(yīng)產(chǎn)物與水混合，作為高固體含量（通常35-45%)的漿液返回 SDA。將剩余的固體導(dǎo)入儲(chǔ)存筒倉(cāng)，供副產(chǎn)物利用或處置。將新鮮的石灰和循環(huán)的漿液（如 果存在）在到達(dá)霧化器之前進(jìn)行合并，以便能快速響應(yīng)氣流、進(jìn)口 S02濃度和SO 2排放中的 變化，以及將結(jié)垢的可能性減至最小。 SDA中的502吸收發(fā)生在各漿液液滴或者濕潤(rùn)的灰顆粒中。大多數(shù)反應(yīng)在含水相中發(fā) 生；S02和堿組分溶入液相，液相中的離子反應(yīng)產(chǎn)生相對(duì)不溶的產(chǎn)物。該反應(yīng)歷程可描述如 下：
上述反應(yīng)總體描述了當(dāng)從廢氣傳熱至漿液液滴或濕潤(rùn)的灰顆粒，使?jié){液液滴或水從濕 潤(rùn)的灰顆粒表面蒸發(fā)時(shí)發(fā)生的情況。當(dāng)存在液態(tài)水時(shí)發(fā)生so2的快速吸收。通過在試劑進(jìn) 料的漿液中加入潮解性的鹽可減慢干燥速度，延長(zhǎng)有效去除so2的時(shí)間。如氯化鈣的鹽還 提高了最終產(chǎn)物中的平衡水分含量。但是，因?yàn)槭褂眠@些添加劑改變了系統(tǒng)的干燥性能，必 須對(duì)操作條件進(jìn)行調(diào)整（一般是提高近似溫度），以提供SDA和灰處理系統(tǒng)良好的長(zhǎng)期可操 作性。在干滌氣器上游注入氨也能提高S02的去除性能。通過在下游顆粒收集器中與固體 反應(yīng)能以較慢的速率繼續(xù)進(jìn)行S02吸收。 SDA/集塵袋組合通過以下總結(jié)的反應(yīng)也提供了對(duì)HC1，HF和放的有效控制：
[0034] 對(duì)試劑消耗的適當(dāng)計(jì)量除了要考慮在該過程中去除302外，還必須考慮這些副反 應(yīng)。 噴霧干燥器吸收器（SDA)可以是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，或者是整合煙道的一部分，位于一個(gè)或 多個(gè)顆粒收集裝置，如一個(gè)或多個(gè)集塵袋或靜電集塵器之前。在任一情況，一個(gè)或多個(gè)SDA 應(yīng)對(duì)石灰漿液和/或水（噴射用于對(duì)灰顆粒潤(rùn)濕）的液滴提供足夠的停留時(shí)間，以能完全 干燥。不能完全干燥將導(dǎo)致膠接的灰生長(zhǎng)沉積在一個(gè)或多個(gè)SDA的壁上，使它們不能操作。 試劑分配部件可能發(fā)生故障，如噴嘴堵塞，這可能會(huì)導(dǎo)致試劑液滴急劇增大。這種情況下， 即使是大型SDA也不能實(shí)現(xiàn)完全干燥。因此，降低這種SDA的長(zhǎng)期可靠性。 因此，本領(lǐng)域需要能提高SDA操作可靠性、同時(shí)減小其尺寸的設(shè)備和/或方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
如下面詳細(xì)描述的，本發(fā)明中，向一個(gè)或多個(gè)SDA提供不含堿或堿含量低的顆粒物質(zhì)， 以提高SDA的可靠性和/或緊密性。 本發(fā)明總體涉及在一種或多種酸氣體的來源下游使用噴霧干燥器吸收器。在一個(gè)實(shí)施 方式中，本發(fā)明涉及改進(jìn)的噴霧干燥器吸收器，該噴霧干燥器吸收器可以與一種或多種酸 氣體的來源如循環(huán)流化床（CFB)鍋爐組合使用。 一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及用于降低噴霧干燥器吸收器中膠接可能性的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括至少一種氣體如包含至少一種酸化合物的至少一種氣體的至少一個(gè)來源，至少一種 氣體中酸化合物的濃度必須降低。還提供至少一種噴霧干燥器吸收器，該噴霧干燥器吸收 器使用至少一種含堿試劑，用于和至少一種酸化合物反應(yīng)。此外，提供至少一種用于將至少 一種顆?；旌衔锱c至少一種含堿試劑組合引入至少一種氣體的裝置，其中至少一種顆?；?合物不含堿或堿含量很低。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及操作具有噴霧干燥器吸收器的系統(tǒng)，來降低噴霧干 燥器吸收器中膠接的可能性的方法，該方法包括以下步驟：(A)自至少一個(gè)來源提供至少 一種氣流，其中，所述至少一種氣流含有至少一種酸化合物，該酸化合物的含量必須降低； (B) 提供噴霧干燥器吸收器，該噴霧干燥器吸收器設(shè)計(jì)用來接受自至少一個(gè)氣源的至少一 種氣流，噴霧干燥器吸收器中使用至少一種含堿試劑，用于和所述至少一種酸化合物反應(yīng)； (C) 提供至少一種用于將至少一種顆粒混合物引入至少一種氣流的裝置，以降低操作期間 噴霧干燥器吸收器中發(fā)生膠接的可能性，其中，至少一種顆?；旌衔锊缓瑝A或堿含量很低。 在所附權(quán)利要求書中具體指出了表征本發(fā)明的新穎性的各種特征，并形成本說明書的 一部分。為了更好理解本發(fā)明，對(duì)本發(fā)明的操作益處以及使用本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)的具體益處可 參見附圖和說明內(nèi)容，在附圖和說明內(nèi)容中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。 附圖簡(jiǎn)述 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)在將含堿試劑從氣流之外的來源（如含堿試劑是石灰漿液）注入該 氣流中時(shí)的簡(jiǎn)化示意圖；和 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)在將含堿試劑從與氣流相同的來源（如含堿試劑是來自燃燒器的飛 灰石灰）注入時(shí)的簡(jiǎn)化示意圖。 【具體實(shí)施方式】 參見附圖，設(shè)計(jì)相同的附圖標(biāo)記來表示附圖中的相同元件或功能類似的元件，參見圖 1，本發(fā)明涉及一種用來降低氣體中所含酸化合物的濃度的噴霧干燥器吸收器（SDA)法以 及設(shè)備。SDA提供在氣體來源的下游。 在如圖1所示的一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括含至少一種酸化合物的氣體的來源1，所 述酸化合物在該氣體中的濃度必須降低；SDA 2 ;顆粒收集設(shè)備3,如織物過濾器（集塵袋 (baghouse))或靜電集塵器（ESP)，以及煙囪4。氣體來源1可以是化學(xué)反應(yīng)器，燃燒器，鍋 爐等。來自氣體來源1的氣流5從SDA 2、顆粒收集設(shè)備3通過，至煙囪4,從煙囪釋放到 大氣。將來自外部源的含堿試劑6a，如石灰漿液在SDA 2中注入氣流5中，該漿液與氣流5 中的至少一種酸化合物反應(yīng)。將不含堿或堿含量低的顆?；旌衔?，如來自另一個(gè)燃燒器的 飛灰或砂通過注射裝置注入氣流5中，可以