专利名称：吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法
技术领域：
本发明涉及一种烟气净化技术，具体来说是一种吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，适用于脱除烟气中硫氧化物/氮氧化物的技术领域。
背景技术：
无论是在发电厂还是在其它工业，锅炉燃煤产生的烟气中含有的硫化物和氮氧化合物是造成空气污染的主要污染源之一。随着环境污染问题越来越严重，人们对环境治理及环境保护越来越重视，并制定了严格的烟气排放标准，出现了多种锅炉烟气净化处理技术，以脱除烟气中的硫化物和氮氧化合物。采用吸收剂进行干法烟气脱硫/脱氮是烟气净化处理的主要方法之一，例如炉内喷钙尾部增湿活化脱硫技术(周全等，下关电厂炉内喷钙炉后活化烟气脱硫工程评述，电力环境保护，2001，NO.2，P1～7)、炉内喷钙催化脱硫技术(中国专利文献ZL01114874.8)、吸收剂喷射脱硫脱氮技术(钟秦，燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例，化学工业出版社，北京，2002，4，P335～336)；均公开了采用吸收剂、催化剂或其它助剂进行烟气净化处理的方法。
现有的采用吸收剂或含有催化剂以及其它助剂的吸收剂脱硫/脱氮技术其共同的特点就是先将采用机械方式磨制成平均粒径为30～100μm左右的吸收剂运送至脱硫/脱氮工艺所需的现场并储存于储存罐，再通过运送机构使吸收剂二次输送至炉前缓冲仓，经计量给料装置并借助于助推机构由喷射气体经喷射点的喷射口喷射入烟气中进行脱硫/脱氮。这种工艺主要有如下缺点①吸收剂有效活性低由于吸收剂制备采用机械研磨方式，因此，在获得细小颗粒的同时会使颗粒原有的微孔隙填塞，虽然颗粒的粒径变小，外表面积相应增大，但孔隙的损失使孔隙率降低，不但在一定程度上部分抵消了粒径变小对吸收剂比表面积增加的贡献，损失了吸收剂部分的表面活性，而且使烟气难以扩散至颗粒内部，使其内部的活性不能得到有效发挥；②吸收剂粒径较大为了避免吸收剂在中间转运、储存以及二次输送等中间环节发生团聚、粘结、甚至吸潮结块等导致反应活性降低，不宜采用对脱硫/脱氮更为有效的超细颗粒(粒径≤20μm)吸收剂；③吸收剂活性降低在吸收剂使用过程中，不但不能实现动态连续地对吸收剂进行提高活性的改性活化处理，而且由于过多的中间环节还会出现吸收剂不能良好地分散而造成凝并、团聚等导致原有活性降低的情况；④吸收剂利用率低在上述工艺技术使用的吸收剂正常粒径范围(30～100μm)内，在Ca/S摩尔比为2.5左右时，其脱硫效率只有65～75％左右，此时吸收剂的利用率即脱除效率/钙硫摩尔比也只有约26-30％，特别是炉内喷钙尾部增湿活化脱硫技术，如果剔除在尾部增湿条件下粉煤灰自身有15％左右脱硫效率的因素，则吸收剂的实际利用率只有约20％～24％左右。可见，现有同类技术吸收剂的利用率极低，大量的吸收剂被白白浪费而形成新的固体废物。通常不得不通过牺牲吸收剂用量来保持或提高脱硫/脱氮效率，与此同时又增大了副产物的后续处理难度。
⑤由于吸收剂利用率低导致吸剂用量大，因此造成运行成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述已有技术存在的缺点，研究出一种使原吸收剂在使用过程中既能被动态地改性活化，显著提高其反应活性，又能使其改性活化后的活性良好保持并得以充分发挥的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，使其成为吸收剂喷射烟气脱硫/脱氮技术的核心工艺环节。
本发明的技术方案是将原吸收剂送入气流粉碎装置，在气流粉碎装置内经过粉碎气流粉碎，使原吸收剂进一步破碎并产生新的裂纹缝隙，使其比表面积和孔隙增加，同时在粉碎气流的湍混和颗粒相互撞击的作用下吸收剂相互掺混、附着，从而使原吸收剂得到改性活化处理；在气流粉碎装置内被改性活化后的吸收剂由粉碎作功后的粉碎气流送入与气流粉碎装置出口相连的气力输送管路，并通过气力输送管路以气固两相流的形式输送至喷射点直接经喷嘴喷出至烟气进行脱硫/脱氮。
所述的粉碎气流优选的是水蒸汽。特别是对氧化钙吸收剂或其他金属氧化物吸收剂，水蒸汽的优点主要体现在一是使吸收剂吸水变成活性更高的氢氧化钙，另一个方面是使吸收剂吸水后的化学反应产生的体积膨胀使已有的裂缝加剧，使吸收剂再次破裂成粒径更小的颗粒，第三是吸收剂表面可吸附一层水蒸汽膜，使烟气与吸收剂的反应界面由“气-固”改善为“气-液-固”，更有利于脱硫/脱氮的化学反应；第四个优点还在于利于使用锅炉本身产生的蒸汽，能源利用效率比压缩空气高。
所述的水蒸汽的绝对压力优选0.7～2.2MPa，且以过热度大于等于10℃的过热蒸汽为佳，以保证在改性活化处理和气力输送的全过程中没有明显导致吸收剂团聚、粘结以及影响气力输送的凝结水析出。
所述的粉碎气流还可以为压缩空气，其绝对压力可以为0.7～1.6MPa。
所述的粉碎气流也可以为水蒸气与空气的混合气体，混合气体的绝对压力可以0.7～2.2MPa，且温度比选定压力所对应的露点温度高10℃及以上为佳，混合气体露点温度可根据查阅相关手册的湿空气参数表来确定。
所述的粉碎气流中还可以有部分氨气。
在气力输送管路入口至末端吸收剂喷射口的沿程可以设置一处或多处助推气，以提供足够的气力输送或喷射动力，并可减小气流粉碎所需的粉碎气流的压力。
所述的粉碎气流的压力P，在无助推气设置时，根据气流粉碎装置所处理吸收剂的破碎强度所要求的气流喷嘴前后的压差ΔP0和ΔP1以及输送管路末端吸收剂喷射口处烟气压力Pg来选取，且满足P＞ΔP0+ΔP1+Pg的条件。
所述的粉碎气流的压力P，在有助推气设置时，根据气流粉碎装置所处理吸收剂破的碎强度所要求的气流喷嘴前后的压差ΔP0和吸收剂气力输送及喷射过程施加在气流粉碎装置中气流喷嘴后的背压Pb来选取，且满足P＞ΔP0+Pb的条件。在所述的气力输送过程中还可以采用助推气通入气力输送管道中，以提供输送动力。
所述的输送助推气可以是压缩空气、或过热度5℃及以上过热水蒸汽，也可以是水蒸汽与空气的混合气体，且混合后的温度大于压力所对应的露点温度5℃及以上，以防止产生结露现象。
所述的气固两相流中的固/气(汽)质量比以控制在0.02～8(kg/kg)为佳，固/气(汽)质量比过高时在气力输送过程中改性活化后的吸收剂在气流中的颗粒浓度过高而发生团聚、凝并增大并导致反应活降低，固气比过低气力输送效率低，造成输送成本增加。
在原吸收剂送入气流粉碎装置之前可以先采用计量给料机构以调控给料速度，通过计量给料机构将其送入气流粉碎装置。计量给料机构的原吸收剂供给速度由烟气脱硫/脱氮工艺要求的单位时间吸收剂需要量来确定。输送固/气(汽)比的控制通过调整粉碎气流流量以及输送助推气流量来实现。
所述的气流粉碎后的微细颗粒吸收剂的粒径可以为1～20μm，以得到较好的反应活性。
本发明的方法能够处理的原吸收剂可以是用于烟气脱硫/脱氮的新鲜吸收剂、乏吸收剂、助剂等其中一种或两种及以上的混合物，或其中一种及以上与催化剂的混合物，其粒径大小满足所选用的气流粉碎装置的入料要求即可。
所述新鲜吸收剂的优选范围包括钙基的CaO、Ca(OH)2、CaCO3，镁基的MgO、Mg(OH)2、MgCO3，纳基的Na2O、NaOH、Na2CO3、NaHCO3等其中一种或两种及以上的混合物。
所述的乏吸收剂是指经过一次及以上脱硫/脱氮使用后的产物被用来重复使用的吸收剂。
所述的助剂其优选范围为粉煤灰、CaCl2、NaCl、尿素、铵盐等其中一种或两种及以上的混合物，或其中一种及一种以上与CaSO4/CaSO3的混合物。
所述的催化剂是指对烟气中硫氧化物/氮氧化物具有催化氧化作用，且与新鲜吸收剂、乏吸收剂、助剂其中一种及以上混合使用后有利于吸收剂脱硫/脱氮效率和吸收剂利用率提高的添加物，其优选范围为铁基的Fe、Fe2O3、Fe3O4、FeSO4，锰基的Mn、MnO2、MnSO4，铜基的Cu、CuO、CuSO4，锌基的Zn、ZnO、ZnSO4、以及V2O5、TiO2等其中一种或两种及以上的混合物。
本发明根据烟气脱硫/脱氮所用的吸收剂以及具体工艺的特点，将气流粉碎技术与气力输送技术有机结合，同传统的机械粉碎、运送、储存，再通过运送机构输送至炉前缓冲仓，经计量给料装置并借助于助推机构由喷射气流经喷射点喷嘴喷射入烟气中进行脱硫/脱氮过程相比，具有以下突出优点(1)由于采用了高效成熟的气流粉碎技术进行吸收剂的粉碎，经过气流喷嘴被加速到亚音速、或音速、或超音速流动的高速气流，使待粉碎的原吸收剂由高速气流吸卷入射流区被加速，被不同射流区加速的物料以很高的相对速度相互撞击而破碎，可比通常采用的研磨等机械方式获得粒经更加细小，外表面积更加不规则、微细裂缝更加丰富、比表面积更大、孔隙率更高、反应活性更强的微细颗粒。很容易获得粒经在20μm以下的微细颗粒，且由于气流粉碎技术破碎的颗粒粒径分布具有较好的可控制性，平均粒径完全可以控制在1～10μm范围内甚至更小。
以下对粒径D90为22.3μm的原吸收剂采用不同方式改性活化处理的试验结果充分证实了气流粉碎的优越性处理方式粒径D50(μm) 粒径D90(μm) 实测的BET比表面积(m2/g)原吸收剂6.4822.30 3.82机械式振动磨6.4521.33 2.89机械式冲击磨8.6128.57 2.73机械式辊式磨5.0623.53 2.65气流粉碎3.376.574.55从上述试验结果可以看出，对D50为6.48μm、D90为20μm左右的原吸收剂用机械磨方式处理，粒径变化不大，略有减小或增大趋势，但比表面积不但没有得到改善，反而都出现大幅度降低，这是由于孔隙被填塞和表面积被磨制平滑所致。而气流粉碎处理后，粒径显著减小，使烟气向吸附剂内部扩散的阻力减小；比表面积大幅度增加，使烟气能够与吸附剂颗粒充分接触，这对吸收剂脱硫/脱氮活性的提高十分有益；②由于在气流粉碎过程中粉碎气流的湍混以及吸收剂的相互撞击作用，可使两种及以上吸收剂充分掺混，使助剂、催化剂微细颗粒更能附着在吸收剂表面，充分发挥其作用；③当粉碎气流为过热水蒸气或过热水蒸气与空气的混合气体时，在粉碎、输送的过程和压力环境下，气流中的水蒸气对粉碎后的吸收剂进行蒸气活化，吸收剂吸附水蒸气产生化学反应，化学反应的体积膨胀导致吸收剂裂缝加剧进一步产生“化学破碎”，使吸收剂的脱硫/脱氮反应流活性进一步增强；④由于本发明集吸收剂改性活化处理与余压气力输送及喷射过程一体化，改性活化处理的微细颗粒物吸收剂在气固两相流输送过程中以稀相分散悬浮在输送气流中，微细颗粒之间被气相分割包围，减少了颗粒发生团聚和凝并增大的几率；同时对吸收剂改性活化处理是在使用过程中动态连续地进行，整个过程没有对改性活化处理后的吸收剂进行二次收集、缓存、机械给料等能使吸收剂相互紧密接触的环节，从而避免了团聚、凝并增大等降低活性的发生。即使采用了经过处理过的团聚或凝并的吸收剂，经过气流粉碎装置粉碎以及气力输送后也会变成良好分散的微细颗料，保证经喷射点的喷嘴喷出的是分散的、高活性的微细颗料。因此，该一体化方法，既能使原吸收剂在使用过程中得到改性活化，反应活性显著增强，又能使其增强的活性良好地得到保持和发挥。
⑤本发明的改性活化处理是集撞击破碎，“化学破碎”(有水蒸气存在时)、掺混、附着、蒸气活化(有水蒸气存在时)等多种改性活化途径为一体，原吸收剂在使用过程中可使其物理性质、化学性质(有水蒸气或催化剂存在时)、表面形态、内部孔隙结构得到显著改善，反应活性明显增强，吸收剂的利用率和脱硫/脱氮效率显著提高。
采用本发明的原理，对脱除烟气中硫氧化物的试验表明，脱除效率可提高10～25％，吸收剂利用率也相应提高10～25％，如果利用蒸汽为粉碎和输送气流，还可提高5～10％，从而可节约大量的吸收剂用量和采购及相应的储运成本；⑥系统工艺流程中改性活化处理、余压气力输送及喷射的功能集成化程度高，所需设备数量少，工艺流程和控制要求简单，且气流粉碎的原理主要是利用气流加速物料后物料之间相互高速撞击而破碎，从而气流粉碎装置易损件少。因此，整个系统设备投资和运行费用低，检修维护工作量少，设备投运率高；⑦对工业锅炉特别是电站锅炉而言，本发明所需过热水蒸气现场极易获得，且要求的压力和温度参数属于低品质范围；⑧从改性活化处理装置到喷射点是通过气力输送管路相连，长度可达1500m左右，当有输送助推气时可输送至更长距离，输送管路可在空间任意弯曲分叉，使改性活化后的吸收剂送至一个或多个喷射点。因此，不受喷射点附近场地的限制，现场布置十分灵活，特别适合于中小机组或现有老机组改造的现场条件；
⑨由于本发明使原吸收剂在使用过程中被动态地改性活化处理，因此对外购吸收剂的粒径要求可适当放宽，满足气流粉碎装置的入料粒径要求即可，一般可放宽至100～500μm，是常规吸收剂粒径的3～5倍，因而大大降低了对原吸收剂采购的成本和制备、运输、储存的要求。
图1为本发明无助推气的实施方案示意图；图2为本发明喷射口设置有助推气的实施方案示意图；图3为本发明在气力输送管路沿程设置有助推气的实施方案示意图；图4为发明在气力输送管路沿程和喷射口均设置有助推气的实施方案示意图。
图1～图4中1-原吸收剂；2-计量给料机构；3-待处理吸收剂；4-粉碎气流；5-气流粉碎装置；6-改性活化后的吸收剂；7-气力输送管路；8-进一步改性活化后的吸收剂；
9-喷嘴；10-烟气通道(烟道、或锅炉尾部、或吸收反应塔)；11-待处理烟气；12-经吸收剂处理的烟气；13-收尘装置；14-净化后烟气；15-喷射助推气；16-输送助推气。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法作进一步说明。
实施例1如图1所示，用于烟气中硫氧化物/氮氧化物脱除的一种或二种及以上原吸收剂1经计量给料机构2按要求的速度(可调速)调整成待处理吸收剂3供给气流粉碎装置5，气流粉碎装置5可根据需要选用目前市场上不同处理量的气流粉碎机。在温度为250～350℃，绝对压力为0.9～1.3MPa的水蒸汽为粉碎气流4的作用下，待处理吸收剂3在气流粉碎装置5中被加速并以很高的相对速度相互撞击或与靶区撞击破碎成更加细小的微细颗粒、产生丰富的微细裂缝、新鲜表面外露、同时相互掺混、附着，从而使其成为改性活化后的吸收剂6，粉碎气流4在粉碎处理作功后与改性活化后的吸收剂6形成气固两相流并在剩余压力的作用下通过气力输送管路7将改性活化后的吸收剂6输送至脱硫/脱氮工艺所需的喷射点，输送管道路7应采取保温措施，防止管内气流结露；与此同时，在粉碎处理、输送的过程和压力环境下，气流中的水蒸汽使吸收剂进行蒸汽活化，化学反应导致体积膨胀使改性活化后的吸收剂6原有的裂缝加剧进而产生破碎，即所谓的“化学破碎”，使吸收剂进一步活化，待处理吸收剂3的蒸汽活化是在粉碎和输送的同一时间段1.5～5.0分钟(具体时间视其粉碎粒径的要求和输送距离长短而定)内完成；在气力输送管路末端喷射点处获得进一步改性活化后的吸收剂8，并利用在喷射点处自身所具有的速度直接通过喷嘴9喷入烟气通道10对待处理烟气11进行脱硫/脱氮处理，经吸收剂处理的烟气12再经收尘装置13处理后形成净化后烟气14并正常排放。
实施例2如图2所示，在实施例1的基础上，在喷嘴9处设置有喷射助推气15，使进一步改性活化后的吸收剂8获得更高的喷射速度，以满足在烟气通道10更大空间截面与烟气混合的要求。
实施例3如图3所示，在实施例1的基础上，在气力输送管路7的沿程一处或多处设置有输送助推气16，以弥补粉碎气流4对待处理吸剂3粉碎处理作功完成后，剩余压力不能满足输送距离或喷射速度要求的不足。
实施例4
如图4所示，在实施例1的基础上，在喷射口和输送管路7的沿程均分别设置有喷射助推气15和输送助推气16，以达到如实施例2和实施例3所述的各自效果。
实施例5在实施例1、或实施例2、或实施例3、或实施例4中的粉碎气流4由水蒸气改用绝对压力为0.7～1.2MPa的压缩空气。
实施例6在实施例1、或实施例2、或实施例3、或实施例4中的粉碎气流4由水蒸汽改用水蒸汽和空气的混合气体，混合气体绝对压力为0.9～1.3MPa，温度为比选定压力所对应的湿空气露点温度高10℃及上，以保证在改性活化处理和输送过程中没有明显导致吸收剂团聚、粘结等降低吸收剂活性或影响气力输送的凝结水析出或结露。
权利要求
1.一种吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于，该方法包括如下过程将原吸收剂送入气流粉碎装置，在气流粉碎装置内经过粉碎气流粉碎，使原吸收剂进一步破碎并产生新的裂纹缝隙，使其比表面积和孔隙增加，同时在粉碎气流的湍混和颗粒相互撞击的作用下吸收剂相互掺混、附着，从而使原吸收剂得到改性活化处理；在气流粉碎装置内被改性活化后的吸收剂由粉碎作功后的粉碎气流送入与气流粉碎装置出口相连的气力输送管路，并通过气力输送管路以气固两相流的形式输送至喷射点直接经喷嘴喷出至烟气进行脱硫/脱氮。
2.如权利要求1所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的粉碎气流为水蒸汽或水蒸汽与空气的混合气体或压缩空气。
3.如权利要求2所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的水蒸汽的绝对压力0.7～2.2MPa。
4.如权利要求2或3所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的水蒸汽为过热度大于等于10℃的过热蒸汽。
5.如权利要求2所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于水蒸汽与压缩空气的混合气体的绝对压力为0.7～2.2MPa，其温度比选定压力所对应的露点温度高10℃及以上。
6.如权利要求2所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的压缩空气的绝对压力为0.7～1.6MPa。
7.如权利要求1或2所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于在气力输送管路入口至末端吸收剂喷射口的沿程设置有一处或多处助推气，以提供足够的气力输送或喷射动力。
8.如权利要求7所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的助推气为水蒸汽或水蒸汽与空气的混合气体或压缩空气。
9.如权利要求1所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于所述的气固两相流的输送固/气或固/汽质量比为0.02～8。
10.如权利要求1所述的吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法，其特征在于经气流粉碎后的吸收剂颗粒粒径为1～20μm。
全文摘要
本发明涉及烟气脱硫/脱氮技术领域中一种吸收剂改性活化处理集输送喷射一体化方法。将原吸收剂送入气流粉碎装置，在气流粉碎装置内经过粉碎气流粉碎，使原吸收剂进一步破碎并产生新的裂纹缝隙，使其比表面积和孔隙增加，同时在粉碎气流的湍混和颗粒相互撞击的作用下吸收剂相互掺混、附着，从而使原吸收剂得到改性活化处理；在气流粉碎装置内被改性活化后的吸收剂由粉碎作功后的粉碎气流送入与气流粉碎装置出口相连的气力输送管路，并通过气力输送管路以气固两相流的形式输送至喷射点直接经喷嘴喷出至烟气进行脱硫/脱氮。这种方法能够使吸收剂的利用率显著提高。
文档编号B01D53/81GK1559655SQ20041000795
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者陶国龙 申请人:陶国龙