一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法和用途与流程

本发明属于粉体分散技术领域，涉及一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法和用途，尤其涉及一种用于脱硫、脱硝或脱汞等过程的超细复合添加剂和/或超细石灰石粉的分散和喷射系统及其处理方法和用途。

背景技术：

传统的炉内喷钙脱硫工艺是采用气力输送方式向炉内添加廉价的钙基脱硫剂(以石灰石为主)的脱硫方式，相比于炉外尾部烟气脱硫(湿法或半干法)，炉内喷钙脱硫工艺具有占地面积少、初投资和运行成本低、不耗水、无副产品以及系统简单等优势，炉内脱硫效率可达40％(煤粉炉)或90％(循环流化床锅炉)。

炉内喷钙脱硫工艺系统通常由石灰石供料和输送系统、气化系统和压缩空气系统组成。石灰石粉通过罐车由上粉管进入到石灰石粉仓，经电加热器加热气化风干燥和流化后，经电动给料机均匀输送进入缓冲仓，再由缓冲仓经变频给料机计量送入喷射器，石灰石粉在喷射器中被罗茨风机提供的高压风携带进入输粉管道，从二次风管喷入炉膛，从而实现炉内脱硫。如cn105817136a公开了一种循环流化床锅炉炉内脱硫系统。

石灰石粒度是影响脱硫效率的重要因素之一。在以往的炉内喷钙工程实践中，通常使用-200目(-74微米)的细石灰石粉；大量工程实践表明，虽然-200目的石灰石颗粒经煅烧后比表面积较大，具有更为发达的微孔结构，反应活性较高，然而其喷入炉膛后被迅速夹带上升，并从循环流化床旋风分离器逃逸(分离器分离临界粒径一般为70μm～100μm)，从而造成石灰石粉与烟气中so2接触时间太短，不仅so2脱除效率低，而且造成飞灰中残余cao过量，降低飞灰品质。

对于超细复合添加剂喷射脱硫，理论研究表明，随着脱硫剂尺寸减小，直接脱硫反应逐渐从产物层控制阶段向化学反应控制阶段过渡。在反应控制条件下，脱硫剂微孔畅通，反应活化能很低，so2在脱硫剂表面和内部同时快速反应，因此可以实现高效脱硫。采用超细脱硫剂脱硫，由于反应速度快，所需反应时间短，仅需数秒钟即可实现高度转化。

超细粉体复合添加剂一般指粒径小于10微米，具有与烟气中的硫氧化物、氮氧化物和汞等进行化学反应，物理和/或化学吸附等，从而实现降低这些污染物排放的固体或液体物质。超细粉体复合添加剂由于其粒度小、质量均匀，同常规脱硫剂相比，具有良好的表面性能，并具有一系列优异的电性、磁性、光学性能及力学和化学等宏观特性。然而，在空气中，超细粉体颗粒极易产生自发凝并，表现出强烈的聚团特性，生成较大粒度的二次颗粒，其分散性和流变性变差，导致其制备、分级、混匀和储运等加工该厂无法正常进行，从而降低了材料的性能，这是世界范围内一直无法解决的问题。

粉体在空气中的聚团主要有以下几方面原因：

(1)分子间作用力引起的颗粒聚团。

分子之间存在的范德华氏引力会引起颗粒聚团，且与颗粒直径成正比。

(2)颗粒间静电作用力引起的聚团。

粉体在干空气中会由于以下三种途径带荷电：①颗粒在其生产过程中荷电，如在干法研磨过程中颗粒靠表面摩擦带电；②与荷电表面接触可使颗粒接触荷电；③气态离子的扩散作用使颗粒带电，气态离子可由电晕放电、放射线、宇宙线、光电离及火焰的电离作用产生。

(3)颗粒在湿空气中的粘结引起聚团。

在潮湿空气中由于蒸汽压的不同和颗粒表面不饱和力场的作用，颗粒均要或多或少凝结或吸附一定量的水蒸汽，在其表面形成水膜。水膜厚度和颗粒表面的亲水程度及空气的湿度有关。亲水性越强，湿度越大，水膜越厚。当空气相对湿度超过65％时，水蒸气开始在颗粒表面及颗粒间凝聚，颗粒间因形成液桥而大大增强了粘结力。

国内外学者的研究工作已经表明，仅依靠单一的分散技术，不足以将已经团聚粒子分散。因此，如何解决超细复合添加剂在脱硫、脱硝或脱汞等过程中存在的容易聚团凝并的问题，并提高脱除效率是亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有超细复合粉体和/或添加剂在脱硫、脱硝或脱汞等过程中存在的容易二次聚团凝并的问题，以及脱除效果有待提高等问题，本发明提供了一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法和用途。本发明将干燥、多粒度流态化、高速气流以及静电等四种分散技术相结合，实现超细粉体的充分分散。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种超细粉体分散和喷射系统，其特征在于，所述系统包括粉体流化装置、高压气流分散装置、静电分散装置和粉体输出装置；其中，粉体流化装置侧壁设有超细粉体进料口，粉体流化装置底部设有气体入口，粉体流化装置顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置的物料入口相连；高压气流分散装置的物料出口与静电分散装置的物料入口相连，静电分散装置的物料出口与粉体输出装置的物料出口。

本发明所述的超细粉体分散和喷射系统适用于超细复合添加剂和/或超细石灰石粉等超细粉体用于脱硫、脱硝或脱汞等过程。其适用于各种固体、液体或气体燃烧装置的炉内以及尾部烟气管道内的添加剂的喷射，更进一步的适用于燃煤锅炉或循环流化床锅炉等的脱硫、脱硝或脱汞等。

本发明中，所述高压气流分散装置中的“高压”是指压力为80kpa～100kpa，例如80kpa、83kpa、85kpa、87kpa、90kpa、93kpa、95kpa、97kpa或100kpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

由于分散的超细粉体颗粒在气流输送过程中极易产生二次凝并团聚，因而本发明所述系统通过将干燥、多粒度流态化、高压气流分散以及静电等多种分散技术相结合，实现超细粉体的充分分散。

本发明采用多组分和/或多粒径流态化技术，利用较粗颗粒流化，对超细粉体粉体进行干燥、初级分散和加料速率控制。

本发明利用高压气流分散技术对超细粉体进行二次分散，利用高压空气对其进行不断干燥、松动，以减少粉体颗粒间的液桥力，同时增加其流动性；同时，经加热后的高压气流可以对粉体进行加热，与粉体共同进入荷电装置，使粉体颗粒携带上大量静电荷，利用荷电颗粒之间的静电斥力阻止颗粒间的相互团聚，防止已分散粉体在入炉前发生再聚团，使其处于完全均匀的分散状态，具有最佳活性状态，最后由最前端的粉体输出装置喷出。在此过程中，让粉体颗粒最大限度的荷电是实现粉体分散、抗团聚的关键。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述超细粉体的平均粒径＜10μm，例如9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm或1μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述超细粉体进料口连接超细粉体进料装置。

优选地，所述超细粉体进料装置包括超细粉体储罐和送料组件，储罐通过送料组件与超细粉体进料口连接。

优选地，所述送料组件包括螺旋输送泵和/或链条输送机，但并不仅限于所列举的送料组件，只要可以满足将物料送入粉体流化装置的送料组件均可用于本申请所述的系统。

本发明中，所述螺旋输送机是一种利用电机带动螺旋回转，推移物料以实现输送目的的机械。它能水平、倾斜或垂直输送，具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易和便于封闭运输等优点。当物料加入螺旋输送机固定的机槽内时，由于物料的重力及其与机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不随螺旋体旋转，而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不旋转的螺母沿着转动的螺杆作平移运动一样，达到输送物料的目的。该机便于多点装料与卸料，输送过程中可同时完成混合、搅拌功能。

优选地，所述粉体流化装置包括流化床，气体以较高的流速通过流化床床层，带动床内的固体颗粒运动，并具有类似流体流动特性的装置。特点是气体与固体接触相当充分，气流速度比固定床的气速大三四倍以上，采用多组分或多粒径流态化技术，利用较粗颗粒流化和布风，对超细粉体复合添加剂进行干燥，初级分散，和加料速率控制。

作为本发明优选的技术方案，所述高压气流分散装置包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴，用以利用高压气流对从粉体流化装置产生的物料进行高压气流冲击分散，所述高压气嘴的喷射压力为80kpa～100kpa。

优选地，所述系统还包括气体加热干燥设备，所述气体加热干燥设备的气体出口与粉体流化装置的气体入口和高压气流分散装置的输气管道入口相连。

优选地，所述气体加热干燥设备的气体出口与高压气流分散装置的输气管道入口之间设置压力输送组件。

优选地，所述压力输送组件包括高压风机，其输送压力为80kpa～100kpa，例如80kpa、83kpa、85kpa、87kpa、90kpa、93kpa、95kpa、97kpa或100kpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述静电分散装置包括荷电针、荷电针支架、绝缘管、接地环和电源，其中，荷电针和荷电针支架置于绝缘管内，荷电针和荷电针支架垂直并相连，荷电针支架固定于绝缘管内，接地环环绕包围绝缘管，电源与荷电针支架相连。

本发明中，所述荷电装置的荷电针与荷电针支架安装在绝缘管内，荷电针通过支架与电源相连，电源、荷电针及接地环形成一个较强的电晕场，使粉体颗粒经过该绝缘管时由于静电场的荷电作用，使粉体最大限度的荷电，从而使颗粒间存在较大的库仑排斥力。

作为本发明优选的技术方案，所述粉体输出装置包括拉瓦尔喷管，所述喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷管的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，是一种提高气体流速、加快粉体混合扰动的分散装置。

优选地，所述粉体输出装置连接待进行超细粉体的装置，待进行超细粉体的装置为本发明所述系统外的装置。

优选地，所述待进行超细粉体的装置包括燃烧装置的炉内以及尾部烟气管道内。

优选地，所述燃烧装置包括燃煤锅炉和/或循环流化床锅炉。

作为本发明优选的技术方案，所述系统包括超细粉体进料装置、气体加热干燥设备、粉体流化装置、高压气流分散装置、静电分散装置和粉体输出装置。

粉体流化装置侧壁设有超细粉体进料口，超细粉体进料口连接超细粉体进料装置，超细粉体进料装置包括超细粉体储罐和送料组件，储罐通过送料组件与超细粉体进料口连接；

粉体流化装置底部设有气体入口，气体入口连接气体加热干燥设备的气体出口，气体加热干燥设备的气体出口还与高压气流分散装置的输气管道入口相连，气体加热干燥设备的气体出口与高压气流分散装置的输气管道入口之间设置高压风机；

粉体流化装置顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置的物料入口相连，高压气流分散装置包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴；

高压气流分散装置的物料出口与静电分散装置的物料入口相连，静电分散装置包括荷电针、荷电针支架、绝缘管、接地环和电源，其中，荷电针和荷电针支架置于绝缘管内，荷电针和荷电针支架垂直并相连，荷电针支架固定于绝缘管内，接地环环绕包围绝缘管，电源与荷电针支架相连；

静电分散装置的物料出口与粉体输出装置的物料出口，粉体输出装置包括拉瓦尔喷管；

其中，送料组件包括螺旋输送泵和/或链条输送机。

第二方面，本发明提供了上述系统的处理方法，所述方法包括：

将超细粉体依次经流态化、高压气流分散和静电分散后输出。

作为本发明优选的技术方案，所述流态化在粉体流化装置中进行。

优选地，所述气体流态化中所用气体为经过加热的空气。

优选地，所述经过加热的空气的温度为60℃～90℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述气体流态化中所用气体的流速为3m/s～5m/s，例如3m/s、3.5m/s、4m/s、4.5m/s或5m/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述高压气流分散在高压气流分散装置中进行。

优选地，所述高压气流分散中所用高压气流的压力为80kpa～100kpa，例如80kpa、83kpa、85kpa、87kpa、90kpa、93kpa、95kpa、97kpa或100kpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述高压气流分散中所用高压气流为进过加热后的空气，其温度为60℃～90℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述静电分散在静电分散装置中进行。

优选地，所述静电分散中所施加的电源为高压电源，其电压为50kv～90kv，例如50kv、55kv、60kv、65kv、70kv、75kv、80kv、85kv或90kv等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述静电分散中电流为6ma～8ma，例如6ma、6.5ma、7ma、7.5ma或8ma等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述输出通过粉体输出装置进行。

优选地，所述粉体输出采用拉瓦尔喷管进行喷射。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：

将平均粒径＜10μm的超细粉体在粉体流化装置中通过加热的空气进行流态化，经过流态化后的粉体在压力为80kpa～100kpa，温度为60℃～90℃的高压气流的作用下进行高压分散，经高压气流分散后的粉体在电压为50kv～90kv电流为6ma～8ma的条件下进行静电分散，静电后通过拉瓦尔喷管进行喷射。

第三方面，本发明提供了上述系统的用途，所述系统用于燃烧装置的炉内和/或尾部烟气管道内的添加剂的喷射。

优选地，所述系统用于燃煤锅炉和/或循环流化床锅炉炉内和/或尾部烟气管道内的添加剂的喷射。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述系统采用流态化技术对超细粉体进行干燥和初级分散，再通过高压气流分散结合静电分散可以有效避免超细粉体颗粒在气流输送过程中的二次凝并团聚，进而提升脱硫、脱硝或脱汞效率。

附图说明

图1是本发明实施例1所述的超细粉体分散和喷射系统结构示意图；

图2是本发明实施例1所述的静电分散装置的结构示意图；

其中，1-粉体流化装置，2-高压气流分散装置，3-静电分散装置，4-粉体输出装置，5-储罐，6-送料组件，7-气体加热干燥设备，8-高压风机，31-荷电针，32-荷电针支架，33-绝缘管，34-接地环，35-电源。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法，所述系统包括粉体流化装置1、高压气流分散装置2、静电分散装置3和粉体输出装置4；其中，粉体流化装置1侧壁设有超细粉体进料口，粉体流化装置1底部设有气体入口，粉体流化装置1顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置2的物料入口相连；高压气流分散装置2的物料出口与静电分散装置3的物料入口相连，静电分散装置3的物料出口与粉体输出装置4的物料出口。

所述系统的处理方法包括：

将超细粉体依次经流态化、高压气流分散和静电分散后输出。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种用于循环流化床锅炉炉内脱硫脱硝的超细粉体分散和喷射系统，如图1所示，所述系统包括超细粉体进料装置、气体加热干燥设备7、粉体流化装置1、高压气流分散装置2、静电分散装置3和粉体输出装置4；

超细粉体进料装置包括细粉体储罐5和送料组件6，送料组件6为螺旋输送泵，送料组件6与粉体流化装置1侧壁设有的超细粉体进料口相连；

气体加热干燥设备7的气体出口与粉体流化装置1底部的气体入口和高压气流分散装置2的输气管道入口相连，且气体加热干燥设备7的气体出口与高压气流分散装置2的输气管道入口之间设有高压风机8；

粉体流化装置1顶部设有物料出口，物料出口与高压气流分散装置2的物料入口相连，高压气流分散装置2包括输气管道，输气管道末端设置高压气嘴；高压气流分散装置的物料出口与静电分散装置3的物料入口相连，静电分散装置3的物料出口与粉体输出装置4的物料出口。

其中，粉体流化装置1为流化床；

如图2所示，所述静电分散装置3包括荷电针31、荷电针支架32、绝缘管33、接地环34和电源35，其中，荷电针31和荷电针支架32置于绝缘管33内，荷电针31和荷电针支架32垂直并相连，荷电针支架32固定于绝缘管33内，接地环34环绕包围绝缘管33，电源35与荷电针支架32相连；

所述粉体输出装置4为拉瓦尔喷管。

所述系统的处理方法包括以下步骤：

(a)通过超细粉体进料装置将平均粒径＜10μm的超细复合脱硫脱硝剂送入粉体流化装置1中，通过气体加热干燥设备7将加热至温度为80℃的热空气从粉体流化装置1底部送入粉体流化装置1，对超细复合脱硫脱硝剂进行干燥和流态化；

(b)经流态化后的超细复合脱硫脱硝剂进入高压气流分散装置2，气体加热干燥设备7产生温度为80℃的热空气经加压至压力为90kpa的高压气流进入高压气流分散装置2对超细复合脱硫脱硝剂进行高压分散；

(c)经高压分散后的超细复合脱硫脱硝剂进入静电分散装置3中进行静电分散，其中电压为70kv，电流为7ma，经静电分散后的超细复合脱硫脱硝剂通过粉体输出装置4送入循环流化床锅炉内对烟气进行脱硫脱硝。

通过本实施例所述的系统将超细复合脱硫脱硝剂送入循环流化床锅炉内进行脱硫脱硝，所述超细复合脱硫脱硝剂不会出现二次凝并团聚现象，超细复合脱硫脱硝在炉内快速反应，可以实现高效脱硫脱硝。

实施例2：

本实施例提供了一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法，所述系统结构参照实施例1中系统的结构，区别仅在于：所述送料组件6为链条输送机，所述系统用于燃煤锅炉炉内脱硫脱硝。

所述处理方法参照实施例1中方法，区别仅在于：步骤(a)中热空气被加热至60℃；步骤(b)中高压气流的压力为80kpa；步骤(c)静电分散装置3中电压为50kv，电流为6ma。

通过本实施例所述的系统，超细复合脱硫脱硝剂不会出现二次凝并团聚现象，在炉内快速反应，可以实现高效脱硫脱硝。

实施例3：

本实施例提供了一种超细粉体分散和喷射系统及其处理方法，所述系统结构参照实施例1中系统的结构，区别仅在于：所述系统用于燃煤锅炉。

所述处理方法参照实施例1中方法，区别仅在于：步骤(a)中热空气被加热至90℃；步骤(b)中高压气流的压力为100kpa；步骤(c)静电分散装置3中电压为90kv，电流为8ma。

通过本实施例所述的系统，超细复合脱硫脱硝剂不会出现二次凝并团聚现象，在炉内快速反应，可以实现高效脱硫脱硝。

对比例1：

本对比例提供了一种超细粉体分散和喷射系统，所述系统及其处理方法参照cn105817136a中系统和方法。

对比实施例1和对比例1中的系统，采用实施例1所述系统对燃煤循环流化床锅炉内喷射超细复合脱硫脱硝剂，其脱硫脱硝效率较对比例1中系统提高了15％以上；并且，采用对比例1中的系统喷射超细复合添加剂会出现严重的团聚凝并现象。

对比例2：

本对比例提供了一种超细粉体分散和喷射系统，所述系统结构参照实施例1中结构，区别在于：不包括粉体流化装置1，即超细复合脱硫脱硝剂不经气态流化，而是经高压分散和静电分散后喷入循环流化床锅炉内进行脱硫脱硝。

对比实施例1和对比例2，对比例2由于未对超细复合脱硫脱硝剂进行流态化，会使超细复合添加剂没有进行初级干燥和分散.，进而使脱硫脱硝效率较实施例1中降低5％。

对比例3：

本对比例提供了一种超细粉体分散和喷射系统，所述系统结构参照实施例1中结构，区别在于：不包括高压气流分散装置2，即超细复合脱硫脱硝剂经流态化后不经高压气流分散，而是直接进行静电分散。

对比例实施例1和对比例3，对比例2由于未对流态化后的超细复合脱硫脱硝剂进行高压气流分散，会使超细复合添加剂没有进行二次干燥和分散..，进而使脱硫脱硝效率较实施例1中降低5％左右。

对比例4：

本对比例提供了一种超细粉体分散和喷射系统，所述系统结构参照实施例1中结构，区别在于：不包括静电分散装置3，即超细复合脱硫脱硝剂经流态化后和高压分散后不经静电分散而直接喷入循环流化床锅炉内进行脱硫脱硝。

对比例实施例1和对比例3，对比例2由于未对高压气流分散后的超细复合脱硫脱硝剂进行静电分散，会使超细复合添加剂细粉再团聚，进而使脱硫脱硝效率较实施例1中降低5％-10％。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述系统采用流态化技术对超细粉体进行干燥和初级分散，再通过高压气流分散结合静电分散可以有效避免超细粉体颗粒在气流输送过程中的二次凝并团聚，进而提升脱硫、脱硝或脱汞效率。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。