CN100354027C - 用于通过吸收来从高温工艺气体中分离气体污染物的方法和设备以及用于润湿粒状粉尘的混合器 - Google Patents

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Abstract

在一种从高温工艺气体中分离气体污染物的方法中，使工艺气体通过接触反应器(22)，其中引入润湿状态下的粒状吸收性材料，以便将气体污染物转化成可分离的粉尘。工艺气体在粉尘分离器(10)中分离。分离出来的粉尘在第一步骤中通过与冷却流体直接接触而被冷却。在第二步骤中，已冷却的粉尘与含有水蒸气的气体混合，所述气体的饱和温度高于已冷却粉尘的温度。将通过水蒸气冷凝而润湿的粉尘引入到接触反应器(22)中，以便与工艺气体混合。用于润湿吸收性材料的混合器(24)具有第一端(26)和第二端(28)，并且被分成两个区。第一区是设在第一端(26)中的冷却区(68)。第二区是设在第二端(28)中的润湿区(80)。

Description

用于通过吸收来从高温工艺气体中分离气体污染物的方法和设备以及用于润湿粒状粉尘的混合器
发明领域
本发明涉及一种从高温工艺气体如烟道气中分离气体污染物如二氧化硫的方法，在该方法中使工艺气体通过接触反应器，其中将可与气体污染物反应的粒状吸收性材料在润湿状态下引入到工艺气体中，以便将气体污染物转化成可分离的粉尘，之后使工艺气体通过粉尘分离器，在其中将粉尘从工艺气体中分离出来，并将经净化的工艺气体从中排出。
本发明还涉及用于润湿粒状粉尘的混合器，该粒状粉尘可与工艺气体如烟道气中的气体污染物发生反应，以形成可分离的粉尘。
本发明还涉及用于从高温工艺气体如烟道气中分离气体污染物如二氧化硫的设备，所述设备具有用于使工艺气体从中通过的接触反应器，该接触反应器具有用于将处于润湿状态下的可与气体污染物发生反应的粒状吸收性材料引入到工艺气体中以便将气体污染物转化成可分离粉尘的装置，所述设备还具有适于将粉尘从工艺气体中分离出来并排出经净化的工艺气体的粉尘分离器。
背景技术
当从工艺气体如来自烧煤或烧油的火力发电厂的烟道气中分离气体污染物时，通常使用这样的方法，其中将含石灰的吸收性材料引入到工艺气体中，以便与气体污染物发生反应。当吸收性材料与气体污染物反应时，气体污染物被化学性地或物理性地转化成粉尘，然后在过滤器中分离粉尘。
WO 96/16722公开了一种方法，其中在混合器中将含石灰的粉尘与水混合，然后将其引入接触反应器中以便与烟道气中的气体污染物发生反应。然后粉尘在过滤器中被分离出来，并被再循环至混合器中以便与水再次混合，之后被再次引入到接触反应器中。因此，粉尘将在混合器中循环若干次。在每次循环中将少量粉尘从过滤器中除去，并将少量新鲜的含石灰材料如煅石灰即CaO或者含有一定量煅石灰的粉尘提供至混合器中。
现在已经发现，以上方法导致了对所供应煅石灰的较低程度的利用，即从过滤器中除去的粉尘也含有一些煅石灰，即某种类型的吸收性材料。这增加了煅石灰的消耗，并意味着从过滤器中除去的粉尘将含有大量尚未反应的煅石灰。煅石灰的这种较低程度的利用增加了发电厂的运行成本，并使得处理所除去的粉尘变得困难。
发明概要
因此，本发明的一个目的是提供一种从工艺气体如烟道气中分离气体物质的有效方法，在该方法中消除了或显著减少了现有技术的以上缺点。
该目的通过如导言中所述类型且特征如下所述的方法来实现，
在第一步骤中通过与冷却流体形成直接接触来冷却在粉尘分离器中被分离出的粉尘的循环部分，
在第二步骤中使已冷却的粉尘与含有水蒸气的气体混合，所述气体的饱和温度高于已冷却粉尘的温度，和
将已通过水蒸气的冷凝而被润湿的粉尘作为吸收性材料而引入到接触反应器中，以便与工艺气体混合。
本发明的另一目的是提供一种用于对可从工艺气体如烟道气中分离气体物质的吸收性材料进行处理的混合器，所述混合器消除了或显著减少了现有技术的以上缺点。
该目的通过如导言中所述类型且特征如下所述的混合器来实现，该混合器具有第一端和第二端，并被分成两个区，其中第一区是设在第一端处并设有用于供应冷却流体的装置的冷却区，第二区是设在第二端处并设有用于供应含有水蒸气的气体的装置的润湿区，该混合器适于首先使粉尘从设在第一端处的粉尘入口通过冷却区，在冷却区中供应温度比粉尘的温度更低的冷却流体，并使粉尘与该流体混合，然后使粉尘经过润湿区，在润湿区中供应含有水蒸气且饱和温度设于已冷却粉尘的温度的气体，并使该气体与已冷却粉尘混合，然后通过设在第二端处的出口来将已润湿粉尘作为吸收性材料引入到工艺气体中。
本发明的另一目的是提供一种用于从工艺气体如烟道气中分离气体污染物的设备，该设备消除了或显示减少了现有技术的以上缺点。
该目的通过如导言中所述类型且特征如下所述的设备来实现，它具有用于冷却在粉尘分离器中分离出来的粉尘的至少循环部分的冷却区，用于将冷却流体供应至冷却区以便通过流体与粉尘之间的直接接触来冷却粉尘的装置，用于将已冷却粉尘供应给润湿区的装置，用于将含有水蒸气且饱和温度高于已冷却粉尘的温度的气体供应至已冷却粉尘中以便通过水蒸气的冷凝而使其润湿的装置，以及用于将已润湿粉尘供应给接触反应器的装置。
本发明的其它优点和特征从以下介绍和所附权利要求中可以清楚。
附图简介
现在将通过多个实施例并参考附图来更详细地介绍本发明。
图1是设有用于净化烟道气的设备的发电厂的示意性侧视图。
图2是根据图1的混合器的详细的示意性剖视图。
图3是根据本发明第二实施例的混合器的示意性剖视图。
图4是根据本发明第三实施例的示意性剖视图。
图5是根据本发明第四实施例的示意性剖视图。
本发明的详细介绍
在本发明中，粉尘被处理以便被引入到工艺气体如烟道气中。粉尘是可与工艺气体中所含的气体污染物发生反应并与这些气体污染物一起形成可分离粉尘的那些类型。粉尘被分离并可随后全部地或部分地循环，以便再次处理和再次被引入到烟道气中而与更多的气体污染物反应。
根据本发明，粉尘在两步步骤中进行处理。在第一步骤中，粉尘通过与冷却介质直接接触而被冷却至合适的温度。在第二步骤中，供应含有水蒸气且饱和温度高于已冷却粉尘的温度的气体。在第二步骤中，水蒸气将冷凝在粉尘中的已冷却颗粒上。因此，已经经过了第二步骤的粉尘中的颗粒将包覆上一层冷凝水膜。已经发现，该冷凝水膜大大提高了已处理粉尘与气体污染物发生反应和相结合的能力。对粉尘的与气体物质发生反应的提高能力的一种可能的解释是，冷凝膜比较薄和均匀，非常适合于溶解气体污染物，因此气体污染物可参与到与粉尘的反应中。对粉尘的提高反应性的另一可能的解释是，冷凝水膜导致在单个颗粒中发生化学反应。化学反应产生热量并使颗粒裂开，使得其内部也参与化学反应。一个例子是含有煅石灰即CaO的粉尘，根据该解释它可以被活化，即可更容易参与化学反应，例如将在下文中介绍的熟化反应。
粉尘在所述第一步骤中的直接冷却具有多种好处。由于冷却介质与粉尘所含颗粒之间的接触面较大，因此冷却是高效的。供给粉尘的冷却流体通常可具有另外的作用。这种流体的例子为压缩空气和水，压缩空气可与冷却作用同时地用于流化粉尘，而水可与冷却作用同时地用于熟化粉尘中所含的煅石灰即CaO。通过使这些流体中的一种在所述第一步骤中与粉尘直接接触而冷却粉尘，就可以简单的方式来实现非常高效的冷却。通过热交换器等的间接冷却是不合适的，这是因为考虑到在工艺气体净化中所涉及的粉尘类型，热交换器被堵塞的风险非常大。
在本发明中，已润湿粉尘随后被供应给工艺气体，以便与工艺气体进行反应。在该反应中，气体污染物与粉尘所含颗粒相结合，并因此转化成可分离的粉尘。该粉尘在粉尘分离器中分离，并在集尘斗中收集起来。将收集在集尘斗中的部分粉尘除去以便进行填埋或处理。所收集的大部分粉尘被供应给混合器，在这里它被冷却和润湿，以便以吸收性材料的形式而被再次被引入到工艺气体中。混合器被连续地供应一定量新鲜的吸收性材料，以便补偿与气体污染物发生反应所消耗掉的吸收性材料。新鲜的吸收性材料适当地含有煅石灰即CaO。煅石灰可以多种形式来提供。新鲜的吸收性材料的例子是新鲜的煅石灰和来自锅炉浇注(boiler injection)的飞灰。常见的做法是将石灰石即CaCO3直接注入到锅炉如烧油的锅炉中，以便分离二氧化硫。然而，该净化方法的效率较低，在设于锅炉之后的粉尘分离器中所分离出的飞灰含有包括石膏表面和煅石灰即CaO芯的颗粒。现在已经令人惊奇地发现，通过本发明，可以再利用来自锅炉浇注的飞灰作为新鲜的吸收性材料。对此的一种可能解释是，直接冷却和蒸气冷凝的结合使得可以活化颗粒内的煅石灰。因此，一方面，新鲜吸收性材料可通过将石灰石供应到锅炉中形成煅石灰，并且随后使煅石灰在粉尘分离器中收集起来并经过冷却区和润湿区来形成，另一方面，新鲜吸收性材料可通过被提供给混合器的、来自采用了石灰石锅炉浇注的另一发电厂的被收集起来的飞灰来形成。还已经发现，可以采用来自焚烧含石灰燃料的锅炉中的飞灰来作为新鲜吸收性材料。
另外，已经发现，在本发明中可以使用以前未用过类型的新鲜煅石灰。这类煅石灰的例子是僵烧石灰，以及从含有大量作为污染物的镁的石灰石中所生产出来的煅石灰。
在采用煅石灰即CaO来将气态二氧化硫即SO2转化成可分离粉尘时的总反应如下所示：
CaO(s)+SO2(g)+1/2O2＝＞CaSO4(s)
如从上式中所看出的那样，在理想条件下，需要一摩尔CaO来分离出一摩尔SO2；该条件被称为化学当量＝1.0。在实践中，所添加的CaO的摩尔量通常必须远远大于SO2的摩尔量，以便实现所需的SO2分离。化学当量＝2.0意味着所供应的CaO的摩尔量是未经净化的气体中所含SO2的摩尔量的两倍。已经发现，通过本发明，可以低得多的化学当量、即可以添加比现有技术所用量更少的CaO来分离一定量的SO2。
经处理的吸收性材料具有与气体污染物的提高反应性的事实还具有这样的优点，即在不减少从工艺气体中分离出气体污染物的同时，可以减少必须循环通过混合器的粉尘量。因此，用于本发明中的混合器可制成为比较小，并消耗比现有技术中更少的能量。
可以特别方便地用水来作为冷却区中的冷却流体。水比较便宜，并且如果需要的话可以容易地冷却至低于已分离粉尘温度的温度。如果新鲜吸收性材料含有煅石灰，那么水将根据以下熟化反应来熟化石灰：
CaO+H2O＝＞Ca(OH)2+热量
因此，在该熟化反应中产生了热量，并且消耗了水。煅石灰在冷却区中的熟化具有若干优点。熟石灰即Ca(OH)2与气体污染物的反应性比煅石灰更好，这意味着吸收性材料与这些污染物相结合的能力将得以提高。另一优点是，所提供的水在冷却区中熟化了可在粉尘所含颗粒的表面上容易得到的煅石灰。当粉尘到达润湿区时，从所提供蒸气中冷凝的水将不会被熟化反应消耗掉，也不会产生任何会较大程度地蒸发掉所形成的薄水膜的热量。结果，在润湿区中冷凝在颗粒上的水可形成均匀和较薄的膜，其具有良好的溶解气体污染物的能力。均匀和较薄的膜还似乎能够通过微裂纹而渗透到颗粒中，以便通过颗粒内的熟化反应而使颗粒裂开，因此，在下一次粉尘循环期间经过冷却区时，煅石灰的内部能够被熟化。
压缩空气是可用于冷却区中的冷却流体的另一示例。由压缩机产生的压缩空气通常保持比较高的温度，因此可方便地将压缩空气冷却至较低温度。例如可采用气冷或水冷式热交换器来进行冷却，或者通过直接与冷空气或冷水混合来进行冷却。例如，冷却的压缩空气可在实际的混合器中用作流化空气，或者用于收集了在粉尘分离器中分离出的粉尘的容器中。
一种合适的混合器具有第一端和第二端。粉尘分离器的粉尘入口和冷却区适当地设在第一端处，而润湿区和用于待引入到工艺气体中的已润湿吸收性材料的出口设在第二端处。已经发现，在基本水平的方向上将粉尘从冷却区输送至润湿区是合适的。然而，也可在一定的角度下或垂直地将粉尘输送通过混合器。非常重要的是，不要将已在润湿区中被润湿的吸收性材料以任何较大的程度而再循环到冷却区中。为混合器提供机械搅拌器通常是比较合适的。该搅拌器应使粉尘分别与冷却流体和含有蒸气的气体混合，但不应使润湿区中的粉尘与冷却区中的粉尘混合。
第一步骤即直接冷却粉尘可适当地执行一段达2-600秒、更优选为2-20秒的时间。已经发现，在冷却区中小于2秒的停留时间导致粉尘中的颗粒的不充分冷却。结果，在随后的润湿步骤中蒸气的冷凝将是效率不高的。在600秒以上的停留时间下，颗粒的内部也会被冷却，这导致了所供应的冷却流体的利用效率不足。另外，较长的停留时间具有需要较大混合器的缺点。在冷却区中冷却的粉尘应在10秒内输送至润湿区。在较长的期间内，颗粒的较热内部将再次加热颗粒表面，这不利于润湿步骤中的蒸气冷凝。
第二步骤即粉尘的润湿可适当地执行一段平均为2-30秒的时间。已经发现，在润湿区中小于2秒的停留时间产生了水蒸气在粉尘中的颗粒上的不均匀和不充分的冷凝。在润湿区中大于30秒的停留时间具有这样的缺点，即来自颗粒内部的热量传导至颗粒表面上，并导致冷凝的薄水膜蒸发。较长的停留时间还要求较大的混合器，这导致投资成本增加并造成消耗了更多流化空气。已润湿的吸收性材料应在5秒内被引入到工艺气体中，以便使冷凝的薄水膜不会在颗粒内部的热量传导至其表面的时候被蒸发。
含有水蒸气且饱和温度高于已冷却粉尘温度的气体可通过将压缩空气和水蒸气以合适的比例进行混合来适当地产生。也可以设想只采用水蒸气。由于气体在润湿期间通常用于流化粉尘，因此要求有较大量的气体。为此，在许多情况下可以方便地添加一定量的压缩空气，并用该压缩空气来稀释水蒸气。
含有水蒸气的气体可以具有比已冷却粉尘的温度高5-30℃的水蒸气饱和温度。如果气体的饱和温度比粉尘的温度高不足5℃，则冷凝将因为较弱的驱动力而变慢。还存在着并非整个颗粒都包覆有冷凝水薄膜的较大风险。当气体的饱和温度比已冷却粉尘的温度高30℃以上时，存在着这样的风险，即冷凝将变快，使得粉尘被局部地润湿和/或在混合器的某些部分中是有粘性的，而粉尘在混合器的其它部分中仍然是干燥的。
根据本发明的一个实施例，将一定量的水直接供应到接触反应器中，在这里已润湿粉尘和工艺气体如烟道气混合起来。因此，一项特别的优点在于，例如已在润湿区中因颗粒裂开而被活化的煅石灰在接触反应器中通过所添加的水而被直接熟化成熟石灰，从而几乎瞬时地与气体污染物发生反应。因此，已润湿粉尘的与气体污染物发生反应的能力得到进一步的提高。直接供应到接触反应器中的水可全部地或部分地取代在冷却区中提供给粉尘的水。例如，可以在冷却区中仅使用冷却的压缩空气、冷却的压缩空气和水的组合，或仅仅是温度低于沉积器中所收集的粉尘的温度的水，在这种情况下，熟化煅石灰并在接触反应器中提供合适温度和含湿量所需的水的总量的全部和一部分被直接供给接触反应器。
优选实施例的介绍
图1示意性地显示了发电厂1。发电厂1具有其中煤在空气中燃烧的烧煤锅炉2。通过鼓风机4将空气经由预热器6而供给到锅炉2中。在燃烧中产生了含有粉尘如飞灰和气体污染物如二氧化硫的烟道气。热烟道气在管道8中通过其中烟道气与来自鼓风机4的燃烧空气交换热量的预热器6，到达形式为静电式粉尘分离器的粉尘分离器10，其也称为静电沉积器。粉尘在沉积器10中从烟道气中分离出来。沉积器10具有三个集尘斗12，其可收集在沉积器10中分离出来的粉尘。
已净化的烟道气通过管道14而离开沉积器10，并通过鼓风机16经由管道18而提供给烟囱20，以便排到大气中。
管道8具有构成了接触反应器22的垂直管部。混合器24与接触反应器22的下部连通。
图2更详细地显示了混合器24。混合器24具有第一端26和第二端28。在集尘斗12中收集的粉尘的循环部分经由管道30而输送给设在混合器24的第一端26处的入口32。在集尘斗12中收集起来的少量粉尘经图1所示的管道34而输送至进行处理或填埋。煅石灰即CaO形式的新鲜吸收性材料经由管道36并通过设在混合器的第一端26处的吸收剂入口38而供应到混合器24中。在第二端28处，混合器24具有出口40，其形成为设置在一个长侧面上的用于已润湿吸收性材料的溢流口。在图2中未示出的另一长侧面上形成有用于已润湿吸收性材料的相应出口。混合器24的第二端28的一部分设置在接触反应器22中，使得经由出口40离开混合器24的已润湿的吸收性材料将被夹带于在接触反应器22中向上流动的烟道气中。
混合器24具有机械搅拌器42，其具有从第一端26延伸至第二端28并由各端26，28中的轴承来支撑的轴44。电动机46设置成可转动轴44和固定连接在该轴上的倾斜的椭圆片48。
在混合器24的下部50固定有可透气的布料52。隔板54从混合器24的底部56延伸至布料52，并因此将布料52和底部56之间的空间分成第一腔室58和第二腔室60。在混合器24内的第一腔室58之上设有一排喷嘴62。水管64设置成可将温度比经由粉尘入口32供应至混合器24中的粉尘更低的水送到喷嘴62中。空气管线66设置成可将压缩空气提供给腔室58。混合器24的在其第一端26处形成于第一腔室58和喷嘴62之间的空间将构成冷却区68，供应给混合器24的粉尘与经由喷嘴62来供应的水在此处混合，并被水冷却。
气体管道70设置成可提供压缩空气至第二腔室60。经由空气管线72为气体管道70供应压缩空气，而经由蒸气管线74为气体管道70供应水蒸气。测湿计76设置成可测量压缩蒸气和压缩空气混合物的含湿量。控制单元78设置成可接受来自测湿计76的信号，并响应于该信号来控制水蒸气经由蒸气管线74的供应，使得在经由气体管道70供应给第二腔室60的气体中可得到所需的饱和温度。控制经由气体管道70来供应的气体的饱和温度，使得处于混合器24压力下的饱和温度高于已在冷却区68中冷却的粉尘的温度。
在操作混合器24时，来自沉积器10的粉尘和新鲜吸收性材料将分别经由粉尘入口32和吸收剂入口38而连续地供应给混合器。由于布料52可透气，因此经由管线66来供应的压缩空气将流化被供给到第一腔室58上方的粉尘。经由混合器24的第一端26处的粉尘入口32的粉尘供应和流化将使粉尘在冷却区68内的混合和冷却期间从混合器24的第一端26到其第二端28的方向上被输送，如图2中的箭头P所示。经由气体管道70来供应的气体将流化第二腔室60上方的已冷却粉尘。由于经由气体管道70来供应的气体的饱和温度高于已冷却粉尘的温度，因此水蒸气将在粉尘上冷凝。这样，在混合器24的第二端28处将提供位于第二腔室60之上的润湿区80，其中已在冷却区68中冷却的粉尘通过经由管道70来供应并冷凝在粉尘所含颗粒的表面上的水蒸气被润湿。已润湿粉尘沿着箭头P的方向而输送通过混合器24，并经由出口40离开混合器24。由于出口40与接触反应器22直接连通，因此已润湿粉尘将与烟道气混合，并与烟道气中所含的气体污染物发生反应。
图3显示了本发明的形式为混合器124的第二实施例。混合器124与上述混合器24的不同之处主要在于冷却区的设计。因此，混合器124的冷却区168还包括喷淋反应器169。喷淋反应器169具有喷嘴162和设置成可将水供应至喷嘴162的水管164。来自集尘斗12的粉尘经由设于其上端处的入口131而供应到喷淋反应器169中。因此，喷淋反应器169设置成可使温度低于在沉积器10中分离出来的粉尘的水与粉尘的循环部分相混合，并因此冷却粉尘。在喷淋反应器169的下部具有出口132，已冷却粉尘可经由该出口132而在混合器124的第一端126处供应到混合器124中。与混合器24类似，混合器124具有水平的可透气布料152，其设置在其底部156的正上方。隔板154将布料152和底部156之间的空间分成设于混合器124的第一端126处的第一腔室158，以及设于混合器124的第二端128处的第二腔室160。压缩空气管线166设置成可供应压缩空气至第一腔室158中，并流化和混合来自喷淋反应器169的已冷却粉尘。因此，位于第一腔室158之上的混合器124的空间将与喷淋反应器169一起形成冷却区168。气体管道170设置成可将经由压缩空气管线172供应的压缩空气和经由蒸气管线174供应的水蒸气的混合物供应到第二腔室160中，其方式与针对混合器24所述的类似。位于第二腔室160之上的混合器124的空间将因此而形成润湿区180。如图3所示，热交换器167可设置在压缩空气管线166上。可采用适当地用水作为冷却介质的热交换器167来将被供应到第一腔室158中的压缩空气冷却至比来自喷淋反应器169的粉尘的温度更低的温度下。结果，由此而被冷却的压缩空气将在混合器124内的位于腔室158之上的空间中提供对粉尘的额外冷却。
图4显示了本发明的形式为混合器224的第三实施例。混合器224基本上与图2所示的混合器24相同，因此具有第一腔室258和第二腔室260。压缩空气管线266设置成可将压缩空气供应至第一腔室258中，以便流化粉尘。气体管道270设置成可将经由压缩空气管线272供应的压缩空气和经由蒸气管线274供应的水蒸气的混合物提供到第二腔室260中，以便在将已润湿粉尘作为吸收性材料引入到接触反应器22(图4中未示出)之前以与针对混合器24所述的类似方式来流化和润湿粉尘。水管264设置成可将水供应至设于第一腔室258之上的多个喷嘴262中。沉积器10中的集尘斗12通到流化式收集容器214中。收集容器214具有可透气的布料216。压缩空气管线218设置成可提供压缩空气至形成于容器214的布料216与底部220之间的空气腔室222中，以便在容器214中使已被集尘斗12收集的粉尘流化。压缩空气管线218设有热交换器225。温度低于在沉积器10中分离出来的粉尘的温度的水经由管道227而供应到热交换器225中。热交换器225具有一定的传热面，其可使经由管线218供应的压缩空气被冷却至比在沉积器10中分离出来的粉尘的温度更低的温度下。供应到容器214中的已冷却压缩空气将在流化过程中冷却粉尘。在容器214中冷却的粉尘然后经由粉尘管线230和设在混合器224的第一端226处的入口232而供应到混合器224中，以便随后被经由喷嘴262供应到混合器224中的水来进一步冷却。设置了管线(未示出)以除去容器214中所收集的少量粉尘以便填埋。图4所示的实施例将因此而具有冷却区268，其一方面包括收集容器214，另一方面包括混合器224的位于第一腔室258之上的空间。在该实施例中，混合器224的位于第二腔室260之上的空间还形成了润湿区280，其通向图4中未示出的用于润湿粉尘的出口。
图5显示了本发明的第四实施例。在该实施例中，收集容器314用作冷却区368，混合器324全部用作润湿区380。沉积器10中的集尘斗12通向流化式收集容器314，其具有可透气的布料316。压缩空气管线318设置成可将压缩空气提供至形成于容器314的布料316和底部320之间的空气腔室322中，以用于流化已收集在集尘斗12中的粉尘。压缩空气管线318设有热交换器325。温度低于在沉积器10中分离出来的粉尘的温度的水经由管道327而供应到热交换器325中。热交换器325具有一定的传热面，其可使经由管线318供应的压缩空气可被冷却至比在沉积器10中分离出来的粉尘的温度更低的温度。经由管线318供应到容器314中的已冷却压缩空气将在流化过程中冷却粉尘。在容器314中冷却的粉尘然后经由粉尘管线330和设在混合器324的第一端326处的入口332而供应到混合器324中。
可透气布料352固定在混合器324的下部350中。混合器324的布料352和底部356之间的空间形成了腔室360。气体管道370设置成可提供压缩空气至腔室360中。可经由空气管线372为气体管道370供应压缩空气，而经由蒸气管线374为气体管道370供应水蒸气。以与参考图2所述的方式来控制气体的饱和温度，使得该饱和温度保持高于已冷却粉尘的温度。由于经由气体管道370供应的气体的饱和温度高于已冷却粉尘的温度，因此水蒸气将在润湿区380中冷凝在粉尘所含颗粒上。这样润湿的颗粒经由用于已润湿粉尘的出口340而离开混合器324，该出口340设在混合器的第二端328处并形成为溢流口。粉尘与在锅炉(图5中未示出)中产生的烟道气混合。锅炉设有用于石灰石即CaCO3的锅炉浇注的装置。因此，在锅炉中产生并通过经出口340与混合器324连通的管道308来供应的烟道气还含有一些煅石灰即CaO，其因锅炉浇注的结果而已在锅炉中产生。在图5所示的实施例中，锅炉中产生的煅石灰将因此构成了额外的新鲜吸收剂。当管道308中的烟道气通过出口340时，它将夹带已润湿的粉尘，其经由出口340离开混合器324。然后使与已润湿粉尘相混合的烟道气到达流化床322形式的接触反应器。已润湿粉尘、烟道气、以及通过水管364和喷嘴362而注入到流化床322的下部321中的水在流化床322中混合。喷嘴362设计成使得水被雾化，并与烟道气和已润湿粉尘混合。因此，通过在润湿区380中的处理而因颗粒裂开被活化的煅石灰可被通过喷嘴362而注入到床322中的水熟化，因此立即与气体污染物反应。烟道气和颗粒然后通过管道323从流化床322到达沉积器10，在这里颗粒被分离并再次传送到收集容器314中，以便在冷却区368中重新冷却并随后在润湿区380中润湿。在沉积器10中收集的粉尘的一部分被连续地除去，以便补偿连续供应的新鲜吸收性材料。例如，粉尘可从集尘斗12中、从实际容器314中或经由图5未示出的排放管线而从管线330中连续地除去，在第一种情况下，所除去的量不必在容器314中冷却。
可以理解，在所附权利要求限定的本发明范围内，可以构思出上述实施例的多种修改。
例如，在不同于图5所示实施例的其它实施例中，可以在粉尘的直接冷却中仅使用冷却空气。在这种情况下，可以在如图4所示的实施例中取消第一腔室和喷嘴，并且使混合器更短一些。因此，冷却区完全地位于收集容器中，只有润湿区位于实际的混合器中。还可以提供一些水至收集容器中，以便进一步增强直接冷却。在某些情况下，所提供压缩空气的温度即使在开始时也足够低，即低于已在沉积器中收集的粉尘的温度，从而不必通过热交换器来进行冷却。因此在这种情况下，可在如图4和图5所示的实施例中分别取消热交换器225和325。
或者，上述静电沉积器也可由包括其他一些合适的粉尘沉积器，例如织物过滤器如袋滤器，或者旋风分离器，或者适用于粒状材料的分离和再循环的其他一些过滤器。
如图5所示的添加水至实际的接触反应器中也可在如图2-4所示的实施例中进行。因此，例如喷嘴可布置在图2所示实施例中的接触反应器22中，以便喷入水并使水与已润湿粉尘和烟道气混合。这是有利的，因为已在润湿区80中活化的煅石灰可通过喷入到接触反应器中的水而在烟道气中被直接熟化。这意味着已在润湿区中活化的煅石灰甚至可在与烟道气的首次混合中便与气体污染物反应。
混合器的搅拌器可以各种方式来设计。一种优选的设计是根据图2的纵向叶轮轴，或者多个纵向的叶轮轴。另一优选的设计涉及如美国专利6213629所述的平行的叶轮轴。也可以在混合器中不设置机械搅拌器，而是让流化压缩空气或含有水蒸气的流化气体在混合器中进行搅拌。重要的是，应提供水或气体与粉尘的令人满意的混合，并且润湿区中的粉尘不应与冷却区中的粉尘发生任何较大程度的重新混合。
示例1
通过如图2所示类型的混合器24来进行实验。使用了含有1000ppm的二氧化硫即SO2的合成烟道气。烟道气经接触反应器22来供给，并通过混合器24的出口40，之后粉尘在织物过滤器形式的粉尘分离器中分离。已净化的合成烟道气具有约74℃的温度。分离出来的粉尘然后再循环到混合器24中。在提供到混合器24中之前，粉尘的温度为约72℃，即略微低于已净化烟道气的温度。平均来说，粉尘在被排出以进行处理之前35次地循环通过混合器、接触反应器和过滤器。
采用从烧煤式发电厂中收集到的飞灰作为新鲜吸收剂，这种发电厂采用了石灰石的锅炉浇注，这意味着将石灰石即CaCO3直接供应至锅炉中。飞灰含有30％重量的可用煅石灰即CaO含量(根据ASTMC25测得)。飞灰形式的新鲜吸收剂的供应设定在1.6的化学当量，即对于未净化的烟道气中的每摩尔SO2而言，要将1.6摩尔飞灰形式的CaO供应至混合器中。
将水供应到混合器的冷却区68中。水具有约10℃的温度。以公斤/秒为单位的水的量是以公斤/秒为单位的再循环粉尘的量的约二十分之一。当经过冷却区时，粉尘的平均温度降低约2-3℃，但在颗粒表面的局部位置上，可假定温度已经降低了相当大的程度。粉尘在冷却区中的平均停留时间为约10秒。
已冷却粉尘然后离开冷却区，并几乎瞬时地即在1秒内通过润湿区80。经由气体管道70供应到润湿区中的气体是压缩空气和水蒸气的混合物，其具有86℃的温度，并在该温度下饱和(气体的含湿量为约60％)。因此，在混合器的润湿区中，大量的水蒸气冷凝在粉尘的颗粒上。粉尘在润湿区中的平均停留时间为约15秒。粉尘然后作为已润湿的吸收性材料几乎瞬时地、即在约1秒内经由出口40提供至接触反应器22。测量结果表明，未净化烟道气中所存在的约84％的SO2已经转化成可分离的粉尘，在已净化的烟道气中只发现了SO2总量的16％。
示例2
在示例2中，使用了与示例1相同类型的混合器24。另外，其他实验参数也与示例1中的相同，不同之处在于，已净化的烟道气具有较低温度，更具体地说为65℃的温度。另外，与示例1中的高14℃相比，示例2中的烟道气的温度仅比烟道气的当前饱和温度高11℃。与示例1相比，因产生合成烟道气的差异而导致的这两种不同在同等条件下预期将会提高示例2中的SO2分离。
仅仅将压缩空气供应到混合器的“润湿区”中，不供应水蒸气。因此，仅含有压缩空气并经由气体管道70供应到润湿区中的气体具有约12℃的饱和温度，这对应于约1.5％的含湿量和86℃的温度。当被供给混合器的冷却区时，粉尘具有约63℃的温度。因此在该示例中，在混合器的“润湿区”中几乎没有发生水蒸气的任何冷凝。测量结果表明，未净化烟道气中只有约61％的SO2已经转化成可分离的粉尘，在已净化的烟道气中发现有多达SO2总量的39％。
示例3
在与示例2基本相同的条件下，尝试增大化学当量，即相对于SO2量来增加煅石灰即CaO的量，以便增加被转化和分离的SO2量。因此，将化学当量从1.6增加至3.9。然而，测量结果表明，尽管大大增大了化学当量，然而未净化烟道气中的只有略高于60％的SO2转化成可分离的粉尘。
从上述示例中可以清楚，与示例2和3中所示的供应到“润湿区”的气体的饱和温度未高于粉尘温度的情况相比，如示例1所示的本发明在分离气体污染物特别是SO2的能力方面具有较大的优点。

Claims (17)

1.一种从高温工艺气体中分离气体污染物的方法，所述方法包括：
使工艺气体通过接触反应器(22；322)，其中将可与气体污染物反应的粒状吸收性材料在润湿状态下引入到工艺气体中，以便将气体污染物转化成可分离的粉尘，以及使工艺气体通过粉尘分离器(10)，以将粉尘从工艺气体中分离出来，其特征在于所述方法还包括：
冷却步骤，其中通过与冷却流体直接接触来冷却在所述粉尘分离器(10)中被分离出的粉尘的循环部分，和
混合步骤，其中使已冷却的粉尘与含有水蒸气的气体混合，所述气体的饱和温度高于已冷却粉尘的温度，和
将通过水蒸气的冷凝而被润湿的粉尘作为吸收性材料而引入到所述接触反应器(22；322)中，以便与工艺气体混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已冷却粉尘含有煅石灰即CaO，其在所述冷却和混合步骤的至少之一中被至少部分地熟化成熟石灰即Ca(OH)2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将新鲜的吸收性材料连续地供应到工艺气体中，在所述粉尘分离器(10)中分离出来的粉尘的一部分在不与所述冷却流体直接接触的情况下被除去。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粉尘在所述冷却步骤中通过与水混合而被冷却，所述水具有比在所述粉尘分离器(10)中分离出来的粉尘更低的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述粉尘分离器中分离出来的粉尘的所述循环部分被引入到混合器(24；124；224)中，所述混合器具有位于第一端(26；126；226)处的入口(32；132；232)和位于第二端(28；128)处的出口(40)，在所述粉尘分离器(10)中分离出来的粉尘的所述循环部分从所述第一端(26；126；226)到所述第二端(28；128)水平地通过所述混合器(24；124；224)，并在与所述混合器(24；124；224)的第一端(26；126；226)相邻的冷却区(68；168；268)中与水混合和冷却，以便随后在与所述混合器(24；124；224)的第二端(28；128)相邻的润湿区(80；180；280)中与含有水蒸气的气体混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉尘在所述冷却步骤中通过与空气混合而被冷却，所述空气具有比在所述粉尘分离器(10)中分离出来的粉尘更低的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将空气至少部分地供应到与所述粉尘分离器(10)相连并用于收集分离出来的粉尘的收集容器(214)中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将水直接供应到所述接触反应器(322)中并与所述已润湿粉尘和工艺气体混合。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤的执行时间平均为2-600秒，然后使所述已冷却粉尘在10秒内进行所述混合步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合步骤的执行时间平均为2-30秒，然后将所述已润湿粉尘在5秒内引入到工艺气体中。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合步骤中应用的所述含水蒸气气体含有被混合至所需饱和温度的空气和水蒸气。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含有水蒸气的所述气体具有比所述已冷却粉尘的温度高5-30℃的饱和温度。
13.一种用于润湿粒状粉尘的混合器，所述粒状粉尘可与工艺气体中的气体污染物反应以便形成可分离的粉尘，其特征在于，所述混合器(24；124；224)具有第一端(26；126；226)和第二端(28；128)，并被分成两个区，其中第一区是设在所述第一端(26；126；226)处并设有用于供应冷却流体的装置(62，64；162，164，166，167；262，264)的冷却区(68；168；268)，而第二区是设在所述第二端(28；128)处并设有用于供应含有水蒸气的气体的装置(70；170；270)的润湿区(80；180；280)，所述混合器(24；124；224)适于首先使粉尘从设在所述第一端(26；126；226)处的粉尘入口(32；132；232)通过所述冷却区(68；168；268)，在所述冷却区中供应具有比所述粉尘更低的温度的冷却流体，并使所述粉尘与该流体混合，然后使所述粉尘经过所述润湿区(80；180；280)，在所述润湿区中供应含有水蒸气且饱和温度高于所述已冷却粉尘的温度的气体，并使该气体与所述已冷却粉尘混合，然后通过设在所述第二端(28；128)处的出口(40)来将所述已润湿粉尘作为吸收性材料引入到工艺气体中。
14.根据权利要求13所述的混合器，其特征在于，用于提供冷却流体的所述装置(62，64；162，164；262，264)设置成可供应水至所述粉尘中。
15.根据权利要求13或14所述的混合器，其特征在于，用于供应冷却流体的装置(166)将已冷却的压缩空气供应至所述冷却区(168)中。
16.一种从高温工艺气体中分离气体污染物的设备，所述设备具有所述工艺气体将从中通过的接触反应器(22；322)，该接触反应器具有装置(24，40；124；224；324；340)，用于将可与所述气体污染物反应的润湿状态下的粒状吸收性材料引入到所述工艺气体中，以便将所述气体污染物转化成可分离的粉尘，所述设备还具有粉尘分离器(10)，其可从所述工艺气体中分离出粉尘，并排出已净化的工艺气体，其特征在于，所述设备具有：冷却区(68；168；268；368)，其用于冷却在所述粉尘分离器(10)中分离出来的粉尘的至少循环部分；装置(62，64；162，164，166；218，262，264；318)，其用于将冷却流体提供至所述冷却区(68；168；268；368)中，以便通过粉尘和流体之间的直接接触来冷却所述粉尘；装置(52；152；330)，其用于将所述已冷却粉尘供应给润湿区(80；180；280；380)；装置(70；170；270；370)，其用于将含有水蒸气且饱和温度高于所述已冷却粉尘温度的气体供应至所述已冷却粉尘中，以便通过水蒸气的冷凝来润湿所述粉尘；以及装置(40；340)，其用于将所述已润湿粉尘供应给所述接触反应器(22；322)。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，设置了装置(362，364)，其可将水喷入到所述接触反应器(322)中，并使其与所述已润湿粉尘和工艺气体混合。
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