CN101239276A - 控制来自热工业废气的气体污染物的吸收的方法和装置 - Google Patents
控制来自热工业废气的气体污染物的吸收的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
控制来自热工业废气的气体污染物的吸收的方法和装置。使诸如烟道气的热工业废气(2)通过接触反应器(4)。将颗粒吸收剂引入反应器(4)中以使污染物转化成随后被收集进灰尘分离器(6)的灰尘。一部分收集的灰尘在润湿装置(8)中润湿并回流至接触反应器(4)。通过测量工业废气(2)中至少一种易于产生灰尘发粘问题的粘性组分的含量,以及测量排出的灰尘流量,结合历史数据,基于质量平衡就可以计算灰尘中所述粘性组分的当前浓度。基于所述粘性组分的当前浓度,就可以控制影响循环灰尘粘性的控制参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种从诸如烟道气的热工业废气(process gases)中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物的方法,在该方法中,工业废气通过包含接触反应器、灰尘分离器和灰尘润湿装置的气体净化系统。
本发明也涉及用于从工业废气分离气体污染物的气体净化系统。
背景技术
当从诸如来自燃烧煤或石油的电厂或来自垃圾焚烧厂的烟道气的工业废气中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物时,经常使用一种方法,其中含有石灰的吸收材料被引入工业废气以与气体污染物反应。当吸收材料与气体污染物反应时,气体污染物被化学转化或物理转化成随后被分离进过滤器的灰尘。WO96/16722公开了一种方法,其中含石灰灰尘在混合器中与水混合,然后被引入接触反应器以与烟道气中的气体污染物反应。然后灰尘被分离进过滤器,再循环到混合器与水再一次混合,随后被引进接触反应器。
气体污染物的除去很大程度上取决于工业废气的湿量和温度以及再循环的灰尘量。在高峰情况下,也就是说气体污染物的含量迅速增加的情况下,通常通过增加与灰尘混合的水量来增加烟道气的水份含量以提高高峰期间的去除效率。也增加添加的吸收剂的量来处理增加的气体污染物的含量。由于循环的灰尘可能包含一些诸如氯化钙易于使灰尘发粘的物质,因此必须同时增加添加到灰尘中的水以及吸收剂的量,以避免灰尘的发粘。为避免灰尘发粘而需要添加的吸收剂的量通常大于处理气体污染物的增加量所需的量。这导致吸收剂的消耗增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供处理气体组分含量方面的高峰情况的方法,通过该方法吸收剂消耗没有现有技术那么高。本发明的另一个目的是提供在稳态操作条件下也能减少吸收剂用量的方法。
这些目的是通过从诸如烟道气的热工业废气中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物的方法实现的,在该方法中使工业废气通过包含接触反应器、灰尘分离器和灰尘润湿装置的气体净化系统,工业废气首先通过接触反应器,其中对气体污染物具有反应性的颗粒吸收剂材料以润湿态被引入工业废气中以把气体污染物转化成可分离灰尘,随后使工业废气通过灰尘分离器,在该灰尘分离器中从工业废气中分离出灰尘并且排出净化的工业废气,至少一部分收集在灰尘分离器中的灰尘与水混合以通过灰尘润湿装置转变到润湿态并且作为所述的颗粒吸收剂材料被再次引入接触反应器中的工业废气中,排出一部分在气体净化系统中循环的灰尘,该方法的特征在于
测量位于接触反应器上游的工业废气中至少一种易于产生灰尘发粘问题的粘性组分的含量,
直接或间接测量所述被排出的一部分在气体体净化系统中循环的灰尘流量,
结合被排出灰尘流量的历史测量数据和位于接触反应器上游的工业废气中的粘性组分含量的历史测量数据,基于质量平衡来计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度,以及
响应所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的所述当前浓度,控制所述气体净化系统的至少一种控制参数,该控制参数影响循环灰尘的粘性。
这种方法的优点是通过掌握诸如氯化物的粘性组分在循环于系统中的灰尘中的当前浓度,即可以更有效的方式控制系统。例如与现有技术相比,该气体净化系统可以在稳态操作条件下,使用更少过量的诸如熟石灰的吸收剂。在具有高浓度的诸如SO2或HCl的气体污染物的高峰情况下,气体净化系统的响应依赖于氯化物的当前浓度。许多影响系统处理高峰情况能力的控制参数对灰尘粘性也有影响。例如,如果灰尘中的当前氯化物浓度低了,那么可以增加控制参数“添加到混合器的水”以提高在接触反应器中的转化效率。另一方面,如果如果当前氯化物浓度高了,可能需要改为增加新鲜吸收剂的进料量和/或增加在系统中循环的灰尘量,因为水量增加可能导致灰尘粘性问题。知道了灰尘中的当前氯化物浓度,也就是说必须采取控制决定的特定时刻的灰尘中的氯化物浓度,可以改善对气体净化系统的控制。
根据一个优选的实施方式,所述至少一种控制参数包括加到气体净化系统的新鲜吸收剂流量,控制新鲜吸收剂的流量以保持所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的浓度低于临界浓度(limit concentration)。这种控制参数的一个优点是新鲜吸收剂的流量通常对工厂的运行费用具有很大影响。通过控制该参数可以降低运行费用。
根据另一个优选的实施方式,所述至少一种控制参数包括加到气体净化系统以润湿灰尘的水的流量,控制水的流量以保持润湿灰尘中的水含量低于可能发生发粘时的含量。加到系统中的水流量对于气体净化效率和灰尘粘性具有大且快的影响。通过控制该参数可以在没有灰尘发粘问题的情况下提高气体净化系统的效率。
根据再一个优选的实施方式,所述至少一种控制参数包括进入气体净化系统的粉煤灰的量。例如,可以通过调整上游粉煤灰收集器的效率或通过从外源添加粉煤灰来控制粉煤灰的量。添加的粉煤灰稀释了在气体净化系统中循环的灰尘,降低了所述粘性组分的浓度。这种控制参数的优点是通常可以从燃烧工厂以很低的费用得到大量的粉煤灰。为使其具有稀释效果,所述粘性组分在粉煤灰本身中的浓度应当低于所述粘性组分在循环于烟道气净化系统中的灰尘中的浓度。
当计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度时,优选将新鲜吸收剂对所述气体净化系统流量的历史测量数据包含于质量平衡中。当计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度时,另外将在气体污染物转化成可分离灰尘期间形成的至少一种主要反应产物流量的历史测量数据包含于质量平衡中。通过增加新鲜吸收剂、诸如SO2和HCl的反应产物的反应产物、粉煤灰等的流量的信息,可以使当前氯化物浓度的计算更精确,因为这些流量在一些情况下比排出灰尘量的测量值更精确。这样可以使用这些流量来核查排出灰尘的测量值是否正确。也可以使用这些流量作为系统中灰尘排出量的间接测量值。具体的,这可能在没有测量信号来指示何时从系统中排出灰尘以及排出的灰尘量多大时有用。
优选地,本发明的方法说明了选自包含氯化物、氨和锌的组的粘性组分。在垃圾焚烧厂的烟道气中的组分氢氯酸(HCl)含量经常很突出,这样在灰尘中可能以CaCl2*2H2O形式存在的氯化物经常是影响循环灰尘发粘性能的重要因素。经常使用SCR(选择性催化还原)和SNCR(选择性非催化还原)气体净化单元,通过添加诸如氨(NH3)或尿素的方法从烟道气中除去氮氧化物NOX。众所周知氨在灰尘中具有粘性。如果SCR或SNCR单元位于气体净化系统的上游,为了在限制灰尘粘性问题危险下获得更好的控制,测量烟道气中氨的量,计算氨在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度,根据本发明来调整控制参数可以更为有利。在烟道气中含有高量锌的工厂中,可以进行类似的灰尘中当前锌浓度的计算。应了解的是本发明使得计算一种、两种或甚至更多种不同粘性组分变得可能。
本发明的另一个目的是提供气体净化系统,它在高峰情况和稳态操作期间都具有吸收剂消耗低和灰尘排出量低的特点。
这个目的是通过用于从诸如烟道气的热工业废气中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物的气体净化系统实现的,该系统包括接触反应器、灰尘分离器和灰尘润湿装置,接触反应器适于接收工业废气以及首先使它们通过接触反应器,其中为了把气体污染物转化成可分离灰尘,将对气体污染物有反应性的颗粒吸收剂材料以润湿态引入工业废气;灰尘分离器适于接收工业废气,从工业废气中分离灰尘并排出净化的工业废气;灰尘润湿装置适于通过将上述灰尘与水混合,把至少一部分收集于灰尘分离器中的灰尘转化成润湿态,和把所述与水混合的灰尘作为所述的颗粒吸收剂材料再次引入接触反应器中的工业废气中,并排出一部分循环于气体净化系统中的灰尘,该系统的特征在于它还包含:
用于测量接触反应器上流上游的生产废气工业废气中的至少一种易于产生灰尘发粘问题的倾向与导致灰尘发粘问题的粘性组份组分的含量的第一测量装置,
用于直接或间接测量所述循环于气体净化系统中的灰尘排出部分流量的第二测量装置,
结合排出灰尘流量的历史测量数据和所述粘性组分在接触反应器的工业废气上游中含量的历史测量数据,基于质量平衡适于计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度的计算装置,以及
响应所述粘性组分在循环于系统中的灰尘中的所述当前浓度,控制所述气体净化系统的至少一个控制参数的控制装置,该控制参数影响循环灰尘的粘性。
本气体净化系统的一个优点是它具有对于烟道气中气体污染物含量灵活性大,新鲜吸收剂消耗低以及灰尘排出量低的特点。
由说明书和权利要求书可清楚地知道本发明的其它目的和特征。
附图说明
现在将参照附图对本发明进行更详细的说明,其中:
图1是一个示意性的侧视图,显示了本发明的气体净化系统。
图2是曲线图,显示了当运行本发明的系统时灰尘的组成。
图3是曲线图,指示了当运行本发明的系统时的排出频率。
图4是曲线图,显示了根据现有技术的对比例中灰尘的组成。
图5是曲线图,指示了对比例中的排出频率。
具体实施方式
图1显示了气体净化系统1。系统1适于净化未示出的垃圾焚烧炉中焚烧诸如城市或工业废物的垃圾时形成的烟道气2形式的工业废气。烟道气2包含在焚烧期间形成的诸如粉煤灰的灰尘和诸如二氧化硫和氢氯酸的气体污染物。烟道气净化系统1包含接触反应器4、织物过滤器6形式的有时称为袋滤捕尘室的灰尘分离器以及混合器8。烟道气2首先通过管道10进入接触反应器4中。在接触反应器4中,为了把气体污染物转化成可分离灰尘,将对烟道气2中的气体污染物有反应性的颗粒吸收剂材料以润湿态引入烟道气2中。烟道气2和灰尘向前通过管道12到达织物过滤器6,其中从烟道气2中分离出灰尘。净化的烟道气14通过管道16离开织物过滤器6,并通过未示出的烟囱排入周围空气中。织物过滤器6有三个用于收集分离灰尘的集尘器18。
分离的灰尘到达图1中标记为20的普通灰尘存储系统。一小部分在织物过滤器6中分离的灰尘通过管22从气体净化系统1中排放出来。管22的末端为旋转排出装置24。旋转排出装置24把排放的灰尘投入到存储最终产物的筒仓(未显示)中或者把排放的灰尘直接投到运输到诸如垃圾堆(landfill)处的卡车上。
当通过旋转排出装置24把所述的小部分灰尘从系统1中排放出来时,通过管26把灰尘的大部分投到混合器8中。混合器8设置有流化布或网28。通过管30把加压空气引入到布28下面以使混合器8中的灰尘流化。通过管32把水加到混合器8中,以及通过管34把诸如生石灰(CaO)或熟石灰(Ca(OH)2)等的吸收剂加到混合器8中。水润湿灰尘并且熟化任何生石灰CaO以形成熟石灰。可以通过管36添加诸如活性炭之类的其它添加剂。混合器8设置有用来使灰尘与水、新鲜吸收剂和任意其它添加剂充分混合的搅拌器38。对本发明有用的混合器的充分说明可见WO 97/37747A1。将已经被通过管32添加的水润湿的灰尘引入到接触反应器4的底部,由此引入烟道气2中以进一步吸收来自烟道气2的气体污染物。应了解的是灰尘在气体净化系统1中循环许多次。通过旋转排出装置24排出的那小部分意在保持系统1中的灰尘量不变。烟道气包含一些粉煤灰,反应产物持续形成,添加新鲜吸收剂和添加剂以使进入系统1的灰尘有连续的流量,并通过排放装置24排放灰尘来补偿此流量。这样系统1中的灰尘量随时间保持相对稳定。
系统1包含计算装置40。运行计算装置40以保持对循环于系统1中的灰尘中某些粘性组分浓度的控制。灰尘中的粘性组分主要是氯化物、氨和锌。特别是氯化物对灰尘变粘的趋势具有巨大影响。粘性灰尘可能在织物过滤器6、管20、22、混合器8和旋转排出装置24中导致严重问题。粘性灰尘也可能在排出灰尘的存储和运输方面产生问题。烟道气2包含主要为气体氢氯酸(HCl)形式的氯化物。在接触反应器4中HCl与灰尘反应,如果使用了诸如生石灰的含钙新鲜吸收剂,那么形成固体氯化钙CaCl2*2H2O。如果浓度变的太高,这种化合物中的氯化物可能导致严重的发粘问题。计算装置40接收来自HCl分析器42的信号,该分析器基本上能持续地指示管道10中,也就是烟道气2进入接触反应器4之前,烟道气2中的HCl含量。装置40还接收来自SO2分析器44的信号,该分析器基本上持续地给出管道10中烟道气2中的二氧化硫(SO2)含量的信号。管34设置有流量计46以测量进入混合器8中的新鲜吸收剂流量。流量计46实际上可以是未示出的测量吸收剂料仓中新鲜吸收剂量的料位计(level meter),这样可间接指示进入混合器8的新鲜吸收剂流量。装置40也接收指示通过管36的添加剂的流量信号。别的信号由旋转排出装置24传递到装置40。每单位时间从排出装置24排出的灰尘量可以从它的产量数据表得知,或在标定器中测量,这样旋转排出装置24可以作为测量灰尘排出量的测量装置。从而来自旋转排出装置24的信号指示了来自系统1的灰尘排出量。装置40的其它输入量是管道10中烟道气2中粉煤灰的量。可以通过发送信号到装置40的粉煤灰测量装置48来对此量加以测量。烟道气2中粉煤灰含量在一定的负载下倾向于非常稳定。由于灰尘的持续测量费用相当高,因此经常优选将粉煤灰含量的预期值输入到装置40中。另一选择是向装置40提供指示焚烧单元中负载量的负载信号并且利用指示负载量与烟道气2中预期粉煤灰含量之间关系的方程。将来自焚烧厂中央操作系统的关于烟道气流量和烟道气2湿度的数据输送到装置40。
基于计算装置40的输入值,结合灰尘组成的所有主要组分的历史数据,计算装置40对系统中循环的灰尘进行质量平衡计算。因此计算装置40可以计算循环于系统中的灰尘中所有相关组分的当前浓度,特别是诸如氯化物的粘性组分的当前浓度。
下面给出了在计算装置40中针对垃圾焚烧厂进行计算的实施例,该垃圾焚烧厂是在将生石灰(CaO)用作新鲜吸收剂,烟道气2中具有很高浓度的SO2和HCl的情形下运行的。其中进行了如下所示的计算过程:
总输入数据:
通过控制垃圾焚烧厂总运行的系统测得了下面的参数数据:
参数 数值 单位
废烟道气流量 QFG Nm3/sw.g.
废烟道气湿度 CH2O %
粉煤灰:
期望在织物过滤器6中除去所有进入系统的粉煤灰,因为通过织物过滤器6的粉煤灰百分比可以忽略不计。对于诸如旋风分离器的其它类型的灰尘分离器,可以计算离开灰尘分离器的粉煤灰。进入系统1的粉煤灰流量计算如下:
参数 值 单位
飞灰粉煤灰浓度 CFA mg/Nm3d.g.
飞灰粉煤灰流量 mFA kg/s
mFA=QFG*CFA*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
活性炭形式的添加剂:
假定在织物过滤器6中完全分离所添加数量的活性炭(AC),这样进入系统1的活性炭的流量是:
参数 值 单位
AC浓度 CC mg/Nm3d.g.
AC流量 mC kg/s
mC=QFG*CC*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
硫产物:
烟道气2包含SO2。在接触反应器4中反应期间,形成伴有n个水分子的CaSO3和CaSO4的混合物。基于经验,1.0克的SO2形成2.15克的这种混合物。计算过程中,也包括了在气体净化系统中未除去的少量SO2。因此可以用下面的方法计算反应产物的流量,由于吸收SO2而形成该反应产物,而且它是许多气体净化系统中的主要反应产物之一:
参数 值 单位
SO2输入浓度 CSO2输入 mg/Nm3d.g.
SO2输出浓度 CSO2输出 mg/Nm3d.g.
SO2流量 mSO2 kg/s
SO2流量 MSO2 mole/s
CaSO3&SO4*nH2O/SO2 2.15 (g/g)
CaSO3&SO4*nH2O流量 mCaS kg/s
mSO2=QFG*(CSO2输入-CSO2输出)*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
MSO2=mSO2/64*103[mol/s]
mCaS=2.15*QFG*(CSO2输入-CSO2输出)*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
氯化物产物:
烟道气2包含HCl。在接触反应器4内的反应期间,形成了伴有2个水分子的CaCl2。1.0克的HCl形成2.01克的CaCl2*2H2O。因此可以用下面的方法计算由反应产物的流量,由于吸收HCl而形成该反应产物,而且它是许多气体净化系统中的主要反应产物之一:
参数 值 单位
HCl输入浓度 CHCl输入 mg/Nm3d.g.
HCl输出浓度 CHCl输出 mg/Nm3d.g.
HCl流量 mHCl kg/s
HCl流量 MHCl mole/s
CaCl2*2H2O/HCl 2.01 (g/g)
CaCl2*2H2O流量 mCaCl kg/s
mHCl=QFG*(CHCl输入-CHCl输出)*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
MHCl=mHCl/36.5*103[mole/s]
mCaCl=2.01*QFG*(CHCl输入-CHCl输出)*(1-CH2O/100)*10-6[kg/s]
未利用的石灰产物:
大多数所添加的作为新鲜吸收剂的生石灰CaO将会参与SO2和HCl的转化,并且将会被考虑进上述反应产物的计算。
然而一些生石灰是惰性的以及由于别的原因其中一些不反应。另外,一些石灰会与气体中的二氧化碳CO2并形成CaCO3。用下面的方法计算了由未用来吸收SO2和HCl的那部分生石灰形成的产物流量:
参数 值 单位
石灰流量 mCaO kg/s
石灰流量 McaO mole/s
石灰中的惰性部分 C惰性 %
惰性石灰的流量 m惰性 kg/s
未利用石灰流量 MCaO剩余 mole/s
与碳化合的未利用石灰比例 RCaCO3 %
与碳化合的石灰流量 mCaCO3 kg/s
熟石灰流量 mCa(OH)2 kg/s
m惰性=mCaO*C惰性/100[kg/s]
McaO剩余=mCaO*(1-C惰性/100)*103/56-MHCl/2-MSO2[kg/s]
mCaCO3=MCaO剩余*RCaCO3/100*100*10-3[kg/s]
mCa(OH)2=MCaO剩余*(1-RCaCO3/100)*74*10-3[kg/s]
进入气体净化系统的灰尘质量流量:
对于上述的每个单独的质量流量,通过短时间间隔dt内有多少加入到气体净化系统中的灰尘质量中来计算。时间间隔dt通常为1秒到1分。例如对于CaCl2*2H2O,基于在气体中测得的HCl浓度和气体流量,所述短的时间间隔dt内有多少CaCl2*H2O加入到气体净化系统中的灰尘质量中来对其进行计算。因此可以如下方式随频率dt来更新气体净化系统中的灰尘质量:
参数 值 单位
系统中的灰尘质量 m(t) kg
m(t+dt)=m(t)+mFA(t)*dt+mC(t)*dt+m惰性(t)*dt+mCaCO3(t)*dt+mCa(OH)2(t)*dt+mCaS(t)*dt+mCaCl(t)*dt
来自气体净化系统的灰尘质量流量:
经由旋转排出装置24的灰尘排出经常不连续,并且只有料箱18中的灰尘体积超过一定限度才会发生。当体积超过一定限度时,排出装置24启动并运行一定时间,例如60秒。基于排出装置24的产物规格可以知道每秒可以排出多大量的灰尘。可以用下面的方法计算灰尘的排出量:
参数 值 单位
系统中的灰尘质量 m(t) kg
系统中的灰尘体积 VTOT m3
排出体积的生产量 VDIS m3/s
排出质量的生产量 mDIS kg/s
每次排出持续时间 tDIS s
灰尘密度 DDEN kg/m3
每次排出体积 DVDIS m3
每次排出质量 DmDIS kg
排出临界体积 VMAX m3
VTOT=m(t)/DDEN[m3]
如果:VTOT>VMAX,那么进行排出。
如果卸载,那么卸载体积和质量:
DVDIS=VDIS*tDIS[m3]
DmDIS=DVDIS*DDEN[kg]。
系统中的灰尘质量:
每次进行排出时,气体净化系统1中的当前灰尘质量会减少,并根据进入系统的质量流量减去从系统的排出量之间的差值来计算。在长时间内来看,系统中的灰尘质量保持不变,但是在短时间内,由于进入系统的质量流量的变化以及由于来自系统的灰尘不连续排放,质量会有变化。
参数 值 单位
系统中的灰尘质量 m(t) kg
VTOT=m(t)/DDEN直到VTOT>VMAX
在每个后续的排放后m(t)=VTOT*DDEN-DmDIS
m(t+dt)=m(t)+mFA(t)*dt+mC(t)*dt+m惰性(t)*dt+mCaCO3(t)*dt+mCa(OH)2(t)*dt+mCaS(t)*dt+mCaCl(t)*dt描述了各次排出之间质量的增长。
气体净化系统中的浓度
由于综合上述历史测量数据能获知系统中的灰尘当前质量和单个组分的当前质量,那么计算系统1内循环的灰尘中组分的当前浓度是可能的:
参数 值 单位
飞灰粉煤灰浓度 CFA kg/kg
AC浓度 CC kg/kg
惰性石灰浓度 C惰性 kg/kg
与碳结合的石灰浓度 CCaCO3 kg/kg
熟石灰浓度 CCa(OH)2 kg/kg
CaSO3&SO4*XH2O浓度 CCaS kg/kg
CaCl2*2H2O浓度 CCaCl kg/kg
CFA(t+dt)=[CFA(t)*m(t)+mFA(t)*dt]/m(t+dt)
CC(t+dt)=[CC(t)*m(t)+mC(t)*dt]/m(t+dt)
C惰性(t+dt)=[C惰性(t)*m(t)+m惰性(t)*dt]/m(t+dt)
CCaCO3(t+dt)=[CCaCO3(t)*m(t)+mCaCO3(t)*dt]/m(t+dt)
CCa(OH)2(t+dt)=[CCa(OH)2(t)*m(t)+mCa(OH)2(t)*dt]/m(t+dt)
CCaS(t+dt)=[CCaS(t)*m(t)+mCaS(t)*dt]/m(t+dt)
CCaCl(t+dt)=[CCaCl(t)*m(t)+mCaCl(t)*dt]/m(t+dt)
在实验室中分析灰尘中氯化物的浓度是很耗时的行为,它提供了太慢的响应,并且在控制气体净化系统中使用时费用太高。然而诸如每周两次的有规律的取出灰尘样本并进行氯化物浓度的实验室分析以验证当前即灰尘取样时氯化物含量的质量平衡计算,还是合适的,如果需要的话可进行小的调整。
接收测量数据和基于历史测量数据计算灰尘中组分的当前浓度的计算装置40使得控制气体净化系统1成为可能。为此目的,计算装置40向控制装置50发送信号。信号包括循环灰尘中的至少一种易于导致灰尘发粘问题的组分的当前浓度。通常氯化物的当前浓度信息至少是所述信息的一部分。控制装置50控制至少一种基于诸如氯化物浓度的发粘组分浓度信息的控制参数。
例如,如果计算装置40通知控制装置50循环于系统1中的灰尘中的氯化物的当前浓度达到临界浓度,那么控制装置50可能向控制新鲜吸收剂进料的阀52发送信号使其开得更大。通过这种方式将更多的新鲜吸收剂加到灰尘中稀释氯化物,以使氯化物的当前浓度降低到临界浓度以下。另一方面,如果氯化物的浓度比临界浓度低很多,那么不用进行任何稀释,可以基于需要与气体污染物反应的吸收剂的量来控制新鲜吸收剂的进料。因此在气体中的气体污染物浓度在一定时间保持相对稳定的情况下,本发明的方法使新鲜吸收剂的进料量仅仅为保持当前氯化物浓度刚刚低于临界浓度时所需的量或与气体污染物反应所需的量成为可能。现有技术中由于不知道当前氯化物浓度,出于安全保证的要求,经常需要过量较多,因此,与现有技术相比减少了新鲜吸收剂过量时的量。
如果气体污染物的含量迅速增加,这被称为高峰情况,本发明提供了几种选择方案用来如何控制系统以快速达到气体污染物的加速除去,从而处理所述高峰情况。灰尘变粘的倾向不仅仅取决于氯化物的浓度而且取决于烟道气的水含量和烟道气温度。在烟道气水含量高时,如果要避免发粘问题,那么只能允许存在较少的氯化物。然而,高水含量对于接触反应器4中气体污染物特别是SO2的转化是有益的。同样的情况也适用于烟道气温度,也就是说低烟道气温度对除去气体污染物有利但是增加了发粘问题出现的可能性。在第一个实施例中,如果控制装置50已经收到来自计算装置40的当前氯化物浓度比临界浓度低许多的信号,控制装置50可以命令控制水供应的阀54打开,这样更多的水被加到混合器8中的灰尘中。由此引入到接触反应器4中的润湿灰尘将会有更高的水含量,这将导致烟道气的水含量更高以及由于水的蒸发而使烟道气温度降低。因此改进了接触反应器4中的除去效率并处理了高峰情况。在第二个实施例中,如果控制装置50已经收到来自计算装置40的当前氯化物浓度接近临界浓度的信号,控制装置50可以命令阀52打开增加新鲜石灰的进料以及命令阀54增加加入混合器8灰尘的水量,同时稀释氯化物。在一些其它情况下让控制装置50打开控制灰尘循环速率的阀56以增加循环灰尘在系统1中的速率可能更好。因此本发明可根据灰尘中的当前氯化物浓度来提供处理高峰情况的不同策略,其中控制装置50知晓灰尘中的当前氯化物浓度。
应了解的是在所附权利要求的范围内,上述实施例的各种变体都是可能的。
应了解的是,除了氯化物,本发明也适于计算其它易于使灰尘发粘的组分。上述组分的例子包括氨(NH3)和锌。通过直接或间接测量进入气体净化系统的NH3或锌流量和保存的历史数据,计算这些物质在循环灰尘中的当前浓度的并利用此信息来控制系统1是可能的。在图1中示意性地显示了适于为了计算进入系统的氨流量而提供输入的NH3分析器58。
根据上面描述的内容,基于包括粉煤灰、数个反应产物、惰性物质、排出物等多个组分的历史数据计算了粘性组分氯化物的当前浓度。在简化版本中仅仅测量的是基于进入系统的烟道气流量和来自HCl分析器42的测量数据氯化物质量流量和离开系统的灰尘排放量。假定循环于系统中的灰尘总量相当稳定,如果也测量了排放的灰尘量,那么可以计算氯化物在循环于系统中的灰尘中的当前浓度。在另一个可供选择的办法中,例如通过上面描述的计算进入气体净化系统的总质量流量(mTOT)的方法,在假定循环于系统中的灰尘总量相当稳定下,间接地计算排放的灰尘量。
如上所述,对应粘性组分当前浓度,可以控制进入系统的新鲜吸收剂流量和/或润湿灰尘的水的流量。另一个可供选择的控制参数是控制进入系统的粉煤灰量,可以将其与别的控制参数结合使用或单独使用。如果把诸如静电沉积器(ESP)的粉煤灰收集器设置于本发明气体净化系统的上游,就可以控制进入气体净化系统的粉煤灰量。例如,如果通过质量平衡发现粘性组分在循环灰尘中的当前浓度太高,可以控制ESP更低效运行,如此更多的粉煤灰可进入气体净化系统以稀释灰尘。通过这种方法降低了粘性组分的浓度,从而避免了灰尘的发粘问题。另一个选择方案是从诸如包含来自其它工厂的粉煤灰的料筒的其它源头,将粉煤灰直接加入循环于系统中的灰尘中,例如直接加入混合器8中,以控制所述粘性组分的浓度。因此无论是来自上游粉煤灰收集器还是来自其它源头的粉煤灰的添加都代表了气体净化系统的另一控制参数,可以基于所算的粘性组分的当前浓度来控制该参数。
本发明适于净化源自各种类型的生产工厂的工业废气。具体的例子包括垃圾焚烧厂、燃烧煤或石油的电厂、工业锅炉、冶金厂等。本发明在工业废气包含较高浓度的诸如氯化物、氨或锌之类的粘性组分的情形下尤其有用。
如上所述,在引入接触反应器中之前在混合器中润湿灰尘。应了解的是,本发明也适于别的类型的反应器。一个例子是将干尘和水分别引入该反应器本身中,于当前反应器内发生灰尘的润湿。
实施例1
这个实施例涉及一般的垃圾焚烧厂。烟道气净化系统1是上面参照图1诠释的类型。取决于当时焚烧的垃圾的类型,HCl和SO2在烟道气2中的含量可能不同。在这个实施例中,SO2的含量通常为大约330mg/Nm3干气体。HCl的含量通常为大约140mg/Nm3干气体,但是在几个小时的期间内它可以增加到1000mg/Nm3干气体。
气体净化系统1设置有如图1所示的接收输入数据的计算装置40。基于输入数据,计算装置40计算循环于系统中的灰尘中氯化物的浓度。为了避免在织物过滤器6和其它位置发生粘附问题,对于CaCl2*2H2O形式的氯化物,其临界浓度设置为0.20kg/kg(即最高20重量%)。计算装置40基于历史数据和根据上面描述的原理计算CaCl2*2H2O的当前浓度,并根据此信息向控制装置50发送信号。
图2诠释了粉煤灰、CaCO3、CaCl2*2H2O和Ca(OH)2通过计算装置40计算的含量,以kg/kg计。计算中也包括诸如活性炭、来自SO2的反应产物等的其它组分,但是为了清楚起见,在图2中没有显示。气体净化系统1在时间0时启动。由于实用原因,启动时混合器8和筒仓18充满了熟石灰,也就是说启动时熟石灰Ca(OH)2的重量分数是1.0(100重量%)。在从0时到60时的运行期间,气体中HCl含量稳定在140mg/Nm3干气体。生石灰(CaO)的添加量稳定在73千克/小时。大约50小时后,氯化物浓度达到大约0.08kg/kg(8重量%)的稳定浓度。这大大低于临界浓度0.20,控制装置50根据用来与气体污染物反应需要而不是稀释灰尘中的氯化物需要来控制新鲜吸收剂的进料。
运行60小时后,烟道气2中的HCl浓度增加到1000mg/Nm3干气体。控制装置增加生石灰CaO的添加量到140千克/小时,以匹配与气体污染物的增加量反应的需要。可以看出,由于进入系统1的氯化物质量流量的增加,氯化物的量也随之增加。在从开始起的大约68小时时,计算装置40发送氯化物的当前浓度已达到临界浓度0.20(20重量%)的信号到控制装置50。响应该信号,控制装置50立刻控制阀52以增加进入混合器8的生石灰(CaO)进料,以稀释氯化物。375千克/小时的生石灰进料量把当前氯化物浓度稳定在临界浓度。大约100小时后,烟道气中HCl浓度降低到大约140mg/Nm3干气体。计算装置40计算出灰尘中当前氯化物浓度下降到临界浓度以下,随后向控制装置50发送不再需要稀释灰尘的信号。控制装置50控制阀52以使生石灰的进料量设定回73千克/小时。
图3显示了系统中的灰尘体积。曲线上每个“谷”表示经由旋转排出装置24的灰尘的排放。每次排放表示了同样的体积,以m3计,因此谷越频繁,排出的物质越多。可以看出,仅在高氯化物含量期间,即从68小时到100小时,排放进行的很频繁。这对应于更大体积的排出灰尘,即更大的体积需要送到垃圾堆,然而在高氯化物量之前和之后排出体积很低。由于粉煤灰更快地从系统中排出,在68小时到100小时期间增加的排出速率导致粉煤灰浓度的降低。在高氯化物情况下,CaCO3含量增加。原因是在混合器中熟化成Ca(OH)2的新鲜吸收剂生石灰(CaO)与需要与SO2和HCl反应的量相比,进料过量。过量的新鲜吸收剂转化成CaCO3,这增加了需要排放的体积,以后还要加入垃圾堆。利用本发明增加新鲜吸收剂进料的时期尽可能的短。从0小时到160小时的整个循环可以看出,这提供了更低的新鲜吸收剂消耗量以及更低体积的需运往垃圾堆的灰尘排放。
在高峰情况的开始阶段,即从60小时到大约64小时,氯化物浓度仍低于临界浓度许多。在这个期间控制装置50在没有发粘灰尘问题的情况下可以允许通过打开阀54把更多水添加到灰尘中。这在高峰情况开始时改进了接触反应器4中的除去效率,直到充足量的新鲜吸收剂有时间混入循环灰尘中。因此本发明也使得在高峰情况开始阶段改进气体净化系统1的除去效率成为可能。
实施例2(对比)
实施例2意在说明在没有计算装置提供灰尘中氯化物的当前浓度时,气体净化系统怎样运行。在0到160小时期间烟道气状况实际上与实施例1中描述的一样。在实施例2中没有可用的计算装置,因此没有信号发送到控制装置。在没有当前氯化物浓度信息时,控制装置必须设想最糟的运行情况,即废气中HCl含量为1000mg/Nm3干气体。因此在所有时候,必须控制生石灰的进料量为375千克/小时。
为了更好的理解,图4诠释了从系统0小时开始时仅有熟石灰时以及随后,浓度看起来是什么样的。然而,图4中显示的信息对于控制装置来说是不能获得的,对任何操作者来说也同样如此。
从图4可以看出,CaCO3含量几乎从一开始就很高。原因是熟化成Ca(OH)2的生石灰CaO的添加量过量太多。从大约60小时到大约100小时即烟道气中HCl含量从140增加到1000mg/Nm3干气体时,氯化物含量增加。由于生石灰过量太多,氯化物含量保持在临界浓度以下。
指示实施例2中材料排出的图5显示从0小时到160小时的所有时间内,来自系统的排放进行得很频繁。因此,只拥有现有技术而不知道灰尘中当前氯化物浓度时,为了保证灰尘不变粘,经常过量供应新鲜吸收剂。这导致新鲜吸收剂消耗量增加,以及排出和转移到垃圾堆的灰尘量增加。对于净化吸收剂的大量过量,一个可供选择的办法是对垃圾焚烧厂的运行设置限定,这样HCl含量不可以超过,如250mg/Nm3干气体。有了这样一个限定,它需要工厂操作者相当的努力以高精度来混合不同的垃圾材料并可能使得某些材料不能被焚烧,可以降低过量的数量,但是与本发明的方法相比,新鲜吸收剂的消耗量仍然会高很多。
另外,由于实施例2的控制装置不知道当前的氯化物浓度,它不能添加额外的水以在高峰情况的开始阶段获得改进。因此伴随着烟道气的HCl对大气的排放量,与本发明可实现的相比高出许多。
Claims (10)
1. 一种从诸如烟道气的热工业废气(2)中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物的方法,在该方法中使工业废气(2)通过包含接触反应器(4)、灰尘分离器(6)和灰尘润湿装置(8)的气体净化系统;工业废气(2)首先通过接触反应器(4),其中对气体污染物具有反应性的颗粒吸收剂材料以润湿态引入工业废气(2)中以使气体污染物转化成可分离灰尘,随后使工业废气通过灰尘分离器(6),由此从工业废气中分离出灰尘并且排放出净化的工业废气(14),将至少一部分收集在灰尘分离器(6)中的灰尘与水混合通过灰尘润湿装置(8)转变到润湿态,并且作为所述的颗粒吸收剂材料被再次引入接触反应器(4)中的工业废气(2)中,排放出一部分在气体净化系统中循环的灰尘,
其特征在于
测量位于接触反应器(4)上游的工业废气(2)中至少一种粘性组分的含量,该粘性组分易于产生灰尘发粘问题,
直接或间接测量所述被循环于气体净化系统(1)中的灰尘的所述排出部分的流量,
结合排出灰尘流量的历史测量数据和位于接触反应器(4)上游的工业废气(2)中的所述粘性组分含量,基于历史测量数据的质量平衡来计算所述粘性组分在循环于气体净化系统(1)中的灰尘中的当前浓度,以及
响应所述粘性组分在循环于气体净化系统(1)中的灰尘中的所述当前浓度,控制所述气体净化系统(1)的至少一种控制参数,该控制参数影响循环灰尘的粘性。
2. 根据权利要求1的方法,其中所述至少一种控制参数包括进入气体净化系统(1)的新鲜吸收剂流量,控制所述新鲜吸收剂的流量以保持所述粘性组分在循环于气体净化系统(1)中的灰尘中的浓度低于临界浓度。
3. 根据权利要求1或2的方法,其中所述至少一种控制参数包括进料至气体净化系统(1)中以润湿灰尘的水的流量,控制所述水流量以保持润湿灰尘中的水含量低于可能发生发粘时的含量。
4. 根据权利要求1-3中任一项的方法,其中所述至少一种控制参数包括进入气体净化系统的粉煤灰量。
5. 根据权利要求1-4中任一项的方法,其中计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度时,进入所述气体净化系统(1)的新鲜吸收剂流量的历史测量数据被包含入质量平衡中。
6. 根据权利要求1-5中任一项的方法,其中计算所述粘性组分在循环于气体净化系统中的灰尘中的当前浓度时,在气体污染物转化为可分离灰尘期间形成的至少一种主要反应产物流量的历史测量数据被包含入质量平衡中。
7. 根据权利要求6的方法,其中接触反应器上游的工业废气中的二氧化硫含量的历史测量数据被用来计算所述至少一种主要反应产物的流量。
8. 根据权利要求1-7中任一项的方法,其中估计了接触反应器上游的工业废气中的粉煤灰含量,在灰尘分离器(6)中分离的相应粉煤灰流量被包含入质量平衡中。
9. 根据权利要求1-8中任一项的方法,其中所述至少一种粘性组分选自包含氯化物、氨和锌的组。
10. 一种用于从诸如烟道气的热工业废气(2)中分离诸如氢氯酸和二氧化硫的气体污染物的气体净化系统,包含接触反应器(4)、灰尘分离器(6)和灰尘润湿装置(8);接触反应器(4)用于接收生产废气工业废气(2)并首先使它们通过接触反应器(4),其中对气体污染物具有反应性的颗粒吸收剂材料以润湿态引入工业废气(2)中以使气体污染物转化成可分离灰尘,灰尘分离器(6)用于随后接收工业废气,从工业废气中分离灰尘以及排出净化的工业废气(14),灰尘润湿装置(8)用于通过混合这些灰尘与水以将至少一部分收集在灰尘分离器(6)中的灰尘转变到润湿态,并且将这样与水混合的灰尘作为所述的颗粒吸收剂材料再次引入接触反应器(4)中的工业废气(2)中,排放出一部分在气体净化系统中循环的灰尘,
其特征在于该气体净化系统另外包括
用于测量作为接触反应器(4)上游的工业废气(2)中的至少一种粘性组分含量的第一测量装置(42),所述粘性组分易于产生灰尘发粘问题,
用于直接或间接测量所述循环于气体净化系统(1)中的灰尘的所述排出部分流量的第二测量装置(24),
结合排出灰尘流量的历史测量数据和所述粘性组分在接触反应器(4)上游的工业废气(2)中含量的历史测量数据,基于质量平衡用于计算所述粘性组分在循环于气体净化系统(1)中的灰尘中的当前浓度的计算装置(40),以及
响应所述粘性组分在循环于气体净化系统(1)中的灰尘中的所述当前浓度,控制所述气体净化系统(1)的至少一种控制参数的控制装置(50),该控制参数影响循环灰尘的粘性。
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