CN101939080B - 用于净化烟气的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于净化烟气的方法和装置，所述烟气来自燃烧化石燃料的电厂，尤其是按照含氧燃料-工艺操作的电厂，所述装置由多个吸收阶段组成，所述吸收阶段包括：吸收器(2)，在所述吸收器的上部区域设置有至少一个用悬浮液(12)冲击的接触插入平面，原料气(1)流过该接触插入平面，并且吸收器(2)的底部区域具有吸收悬浮液池槽(30)，在该池槽之上设置有用于原料气(1)的进料口；由两个通过具有溢流的隔壁(29)分开的腔室(4.1，4.2)组成的反应容器(4)，其第一腔室(4.1)与吸收悬浮液(30)的底部相连，并且将氧化空气(22)引入到所述第一腔室中，在所述第一腔室的底部区域设置有用于排出悬浮液的开口，并且其第二腔室(4.2)与石灰-/石灰石悬浮液容器(6)相连；在所述反应容器(4)之上的排气装置(10)，其将反应容器(4)的废气吸出到排出废气(14)中；用于悬浮液的导管(12)，其在吸收器(2)的至少一个喷洒平面(19)与所述反应容器(4)之间；通往净化平面(32)的工艺水输送管线(15)，所述净化平面在至少一个液滴分离器平面(20，31)之上，所述液滴分离器平面在插入平面和喷洒平面(19)之上。本发明具有这样的优点，即消除并避免了CO2-烟气(来自氧化燃料-工艺的烟气)的污染，一方面通过有效的从烟气中分离出浓缩的有害气体和有害物质，另一方面通过避免将空气输送到有害气体吸收阶段中，其中通过将氧化与石灰石计量添加分开，所述氧化可在高pH-值下发生，并且由此通过改进的工艺进程实现更好的且更廉价的烟气净化过程。

Description

用于净化烟气的装置和方法
本发明涉及用于净化烟气的装置和方法，所述烟气来自燃烧化石燃料的、根据含氧燃料-工艺操作的电厂，和根据权利要求1和9的技术特征的用于准备附加连接CO2吸收阶段(后燃烧)的电厂补充设备。
为了净化来自电厂装置的烟气，长久以来有不同的方法和装置是已知的。
DE4331415C3描述了一种用在容器中、在容器的上部区域中用于洗液的第一喷洒装置、在所述喷洒装置之下设置的气-液分离装置和在气-液分离阶段之下设置的第二喷洒装置中用洗液处理烟气的设备，其中所述气-液分离阶段具有至少多个基本上相隔一定距离平行设置的并且基本上更多地向气流方向延伸的收集槽和排出槽。该文献描述了一般用于气体净化的吸收器的构造，所述吸收器用于烟气的液体净化。
DE102004061727A1描述了一种处理在CO2-气流中的二氧化硫/三氧化硫携载量(Fracht)的方法，所述CO2-气流来自所述按照含氧燃料-工艺的无CO2电厂，其中在所述CO2气流中添加一种添加剂，其降低了二氧化硫/三氧化硫的有害作用。
DD269893A1描述了一种用于烟气脱硫的添加剂悬浮化的方法和装置，其中所述悬浮化处理被整合到烟气脱硫装置中。将所述添加剂气动输送到位于所述吸收器上方的容器中，其中将所述具有添加剂细粒的输送空气在热气流中引导到吸收入口之前，并且所述添加剂悬浮液被直接加入到所述吸收器中。
DD289211A5描述了一种在湿烟气脱硫装置中的内部亚硫酸盐氧化方法。在该方法中，输入到洗涤悬浮液中的空气至少部分地不在分开的氧化阶段中，而是引入到在洗涤悬浮液输送泵与分配设备之间的连接管路中。
在燃烧化石燃料的电厂中产生烟气流，该烟气流除了在该方法中待分离出的有害物质SO2、HC1、HF、各种重金属以及尘埃颗粒之外，主要含有二氧化碳。
用基于石灰-/石灰石的洗涤悬浮液净化来自燃烧化石燃料的电厂的烟气，并将氧添加到洗涤过程中以作为残留物获得值得再利用的石膏产品是已知的。
在各种洗气机系统中用石灰-/石灰石悬浮液将来自烟气的所述有害气体洗出。
为了达到在烟气与洗涤悬浮液之间的最佳物质交换，不仅使用湿式洗气机(所谓的吸收器，具有各种喷射系统而没有接触插入件)，而且使用具有喷射系统和附加地各种构造的接触插入件以及还有仅仅具有接触插入件的吸收器系统。
为了使亚硫酸盐反应生成硫酸盐，将以压缩的极细的气泡形式的氧气或者导入并分散在单独的氧化容器中(通过该氧化容器引导来自吸收器的石灰石悬浮液)，或者目前广泛推广地，直接导入并分散到吸收器池槽中(在所述吸收器池槽中储存所述石灰-/石灰石悬浮液)。
在US5,674,459A中描述了一种方法，在该方法中作为氧化硫和氧化氮的吸收剂并且作为氧化剂使用H2O2代替石灰石悬浮液或者石灰乳。在脱硫过程中产生的产物最初为H2SO4和HNO3。随后，使用石灰石粉末来中和所产生的酸。所使用的吸收剂与石灰石悬浮液/石灰乳相比非常昂贵。
US5,630,991A描述了一种方法，在该方法中使用铵盐来提高石灰石粉末的可溶性，所述铵盐随后必须在单独的反应容器中通过用石灰乳将pH-值提高到11至12作为氨再次由所排出的悬浮液中除去。
US5,213,782A描述了一种方法，在该方法中将二氧化镁和生石灰用于脱硫。所使用的独立的反应容器具有浓缩器的任务。为了脱硫，使用具有喷洒平面的吸收器，在该吸收器下方置入一个塔板。
所有这些体系的共同点在于，所需的氧气以空气形式过量地引入到工艺中。未消耗的氧气和剩余的空气成分以及在化学反应中产生的CO2到达在净化工艺之后向大气排放的烟气中。在所述烟气中的氮气含量通过氧化输送(Oxidationszufuhr)而进一步得到提高。此外，通常不总是可能的是，如此调节吸收悬浮液的pH-值，使得所述悬浮液获得在净化工艺中的最大作用。此外，不能用所有已知的方法达到所期望的分离度和所期望的灰尘分离程度。
在电厂的含氧燃料-工艺中，将纯氧用于燃烧并且作为烟气产生具有极低的氮含量，但是浓的有害气体含量的富含CO2的气体。如果所述富含CO2的气体不含有害气体和有害物质并且浓缩有水蒸气，则可将所述浓缩的富含CO2的气体直接压缩用于储存。
从用于净化烟气的装置以及用于净化烟气的方法出发，所述烟气来自燃烧化石燃料的按照含氧燃料-工艺操作的电厂，所述装置由多个吸收阶段组成，本发明的目的在于，除去或避免含氧燃料工艺的富含CO2气体的污染物，一方面通过从所述烟气中有效地分离出浓缩的有害气体和有害物质，另一方面通过避免将空气作为富含CO2气体的污染物输送到有害气体吸收阶段中，其中通过在最佳pH-值下氧化悬浮液应当达到氧化空气的最少化，并且通过改进的工艺进程应当实现更好的且更廉价的烟气净化。
该目的通过根据权利要求1的技术特征的装置和净化烟气的方法得以实现。
从属权利要求描述了本发明有利的具体实施方式。
本发明的用于净化烟气的装置由多个阶段组成，其中将原料气导入到吸收器中，在所述吸收器上部区域设有接触插入件，用悬浮液冲击所述接触插入件，在该过程中原料气流过所述接触插入件或插入平面。所述插入平面是透气的并且可以为筛、孔板或金属薄板或其他适合的设备。
有利的是，如果所述接触插入件为一个，多个，优选两个多孔金属薄板。所述在吸收器或喷洒洗塔中的粉末分离通过孔板而得到改善，因为烟气在孔板的孔中的速度比在喷洒平面之前的速度要高得多。
与烟气流相对地通过最低的孔板流出的并且通过更高的烟气流动速率在孔中细分散的吸收悬浮液被收集于吸收池槽中，所述吸收池槽位于所述吸收器的底部。在该吸收池槽中优选设置有搅拌器，例如倾斜式搅拌器。一导管从该吸收池槽通向分开的反应容器，所述反应容器由两个腔室组成，它们由具有溢流的隔壁形成。所述吸收悬浮液从所述池槽流到所述第一腔室中，然后使所述吸收悬浮液与所述吸收器气密地分离。在所述反应容器的第一腔室中将氧化空气经由管道，优选喷管，利用鼓风机引入。
通过将氧化空气引入到吸收悬浮液中而进行亚硫酸钙氧化成石膏的过程。为了改善混合有利的是，布置一个搅拌器，例如倾斜式搅拌器。因为所述悬浮液不富含石灰石，所述悬浮液具有比在第二反应腔室中的悬浮液更低的pH-值。这是有利的，因为在第一反应腔室的底部将悬浮液经由泵以固液分离的形式吸出，这应当有利地在水力旋流器中进行。借助水力旋流泵将所述悬浮液由所述第一腔室中吸出。所述水力旋流器将石膏悬浮液与更稀的液体分离开，所述更稀的液体又被导入到所述第一腔室中，但也可导入到石灰石悬浮液容器中。在所述反应容器的第一腔室中的液体水平也以在所述吸收器中的液体水平上升的程度上升，其中由此悬浮液溢流到所述反应容器的第二腔室中。将石灰石悬浮液引入到所述第二腔室中并借助搅拌器混合。所述在第二反应腔室中的悬浮液由于引入了石灰石悬浮液而具有较高的pH-值，使得由该腔室引出的吸收悬浮液在所述吸收器中可以更强地发挥作用。通过导管将所述吸收悬浮液导向吸收器中的喷洒平面，所述喷洒平面设置于所述接触插入件设备之上或部分设置于所述接触插入件之间，所述接触插入件优选为孔板。已经证实有利的是，在底层孔板之上布置一个喷洒平面，并在位于其上的孔板之上布置两个喷洒平面，在这些喷洒平面中将吸收悬浮液由所述反应容器的第二腔室中引入。
此外，本发明的方案中这样设计，即将在所述反应容器中产生的CO2和过量的氧化空气在所述反应容器中单独由所述过程除去。这可以有利地通过排出废气而进行。所排出的气体可分开地输送到净化过程中。有利的是，还利用所述排出废气，以便将在石灰-/石灰石悬浮液容器中产生的气体吸出。所述石灰石悬浮液容器用于制备石灰石悬浮液。由储存容器，优选具有计量添加设备的料斗，将石灰-/石灰石粉末加入到工艺液体中。适合作为计量添加设备的是螺旋输送器。在石灰-/石灰石悬浮液容器中有利地布置搅拌器，其使得石灰-/石灰石粉末与无上游(Oberlauf)的工艺水充分混合。借助石灰石悬浮液泵将石灰石悬浮液输送到所述反应容器的第二腔室中。
在所述吸收器的上部区域设置有水滴分离器平面，所述平面位于所述接触插入件或者孔板之上。所述平面可以为细滴分离器平面和粗滴分离器平面，其中所述粗滴分离器平面布置于所述细滴分离器平面之下并且所有平面均设有净化平面，经由所述平面将工艺水引入到所述吸收器的上部中并且经净化的烟气经由吸收器顶罩离开所述吸收器。
通过将氧化空气引入到所述反应容器的第一阶段中(在该阶段中所述反应物很大程度上消耗石灰石)，改善了将亚硫酸盐氧化成硫酸盐的过程。通过在所述反应容器的第二阶段中直接引入新鲜的石灰石悬浮液，该第二阶段作为用于喷洒平面的清洗悬浮液的接收器(Vorlage)，改善了从烟气中分离出SO2的过程。
通过使用所述孔板作为接触插入件或将多个彼此连续连接的孔板用于烟气净化(所述孔板被来自位于其上的喷洒平面的悬浮液冲击)，在喷洒平面之前就已实现了均匀的速度分布。这样的吸收器构造在高二氧化硫含量下也可能实现超过99％的分离度。
通过将孔板用于烟气净化(所述孔板被来自位于其上的喷洒平面的悬浮液冲击)，还实现了在喷洒洗塔中改善的粉尘分离。
此外，通过将一个或多个彼此连续连接的孔板用于烟气净化(所述孔板被来自位于其上的喷洒平面的悬浮液冲击)，产生额外的分离平面，而无需额外的用于泵送清洗悬浮液的能量需求。
此外，将来自所述反应容器的过量氧化空气以及排出的CO2吸出并分开净化，并且由所述过程排出来或在净化之后再次输送到经净化的烟气中。
在下文中，依据实施例和附图更详尽地解释本发明。
附图示出了本发明的装置的具体实施方案。在下文中应更详尽地解释装置和方法。
本发明的用于净化来自化石燃料的烟气的装置主要由吸收器2、反应容器4(由两个腔室4.1，4.2组成)、在其旁边在同一平面上存在石灰-/石灰石悬浮液容器6，在该容器上方设置有用于石灰-/石灰石粉末16的石灰-/石灰石料斗8，其中计量添加设备9(螺旋输送器)将石灰-或石灰石粉末16计量添加到石灰石计量添加容器9中。将工艺水15引入到所述容器中，并且搅拌器17用于均匀的充分混合。从反应容器4的第一腔室4.1引出导管，其形成水力旋流器的进料管24，通向水力旋流器26，用该水力旋流器分离出石膏悬浮液27。将稀液状悬浮液泵入到水力旋流器26上游的导管25中，以便再次向第一腔室4.1中或者还向石灰-或石灰石悬浮液容器6中泵送。为了能够抽出悬浮液，在水力旋流器26前面设置有水力旋流器泵23。石灰石悬浮液的导管13从石灰-或石灰石悬浮液容器6通向反应容器4的第二腔室4.2，其中在所述导管13中设置有用于石灰石悬浮液的循环泵7。
在吸收器2的底部存在吸收悬浮液池槽30，在所述悬浮液池槽中插入倾斜搅拌器17，并且吸收悬浮液的管道11从该悬浮液池槽通向反应容器4。在吸收悬浮液池槽30之上将原料气体1输入到吸收器2中。在其上设置有两个孔板18，在所述孔板之间存在第一喷洒平面19，其中第二个另外的喷洒平面19设置于第二孔板18之上。吸收悬浮液12的导管通向下面的喷洒平面19，在所述导管上存在循环泵5，并且所述导管与反应容器4的第二腔室4.2相连。在喷洒平面19之上设置有清洗平面32，在所述清洗平面之间存在粗滴的分离器平面20和细滴的分离器平面31，在所述分离器平面之上设置有用于纯净气体3的吸收器顶罩34。将净化平面32用工艺水15冲击。
鼓风机21用于将氧化空气22引入到吸收悬浮液中，导管21从该鼓风机通向喷管28，所述喷管设置于反应容器4的第一腔室4.1中。在两个反应腔室4.1，4.2之上和石灰-/石灰石悬浮液容器6之上设置有抽出装置，用该抽出装置将排出废气14通过鼓风机10抽出。
待净化的原料气体1进入到吸收器2中，并在进入之后其流动方向转变为向上并且在吸收器截面上方均匀分布。此后，所述原料气体流过接触插入件(如孔板18)和3个装有喷洒喷嘴的喷洒平面19的体系。它们经受循环吸收并被石灰石悬浮液冲击。随后，所述如此净化的纯净气体3流过吸收器2的上部(液滴分离器20，31)，其中将一起带走的小液滴有效地分离，并且通过吸收器顶罩34离开吸收器2。
具有吸收悬浮液池槽30的分离器2的底部通过管道11与分成两部分的反应容器4相连。反应容器4的借助隔壁29分成两部分，所述隔壁具有溢流。在反应容器4的两个腔室4.1，4.2中设置有搅拌器17，所述搅拌器用于悬浮化和分散化。借助喷管28将氧化空气22输入到第一腔室4.1中。氧化空气22的任务在于，将取决于负载的空气量引入到悬浮液中，以便将在SO2-分离时所形成的亚硫酸钙氧化成硫酸钙。氧化所需的压缩空气量22取决于SO2-携载量，并且通过鼓风机21供应。从第一腔室4.1中抽出悬浮液并通过水力旋流器26分离出石膏悬浮液27。反应容器4的第二腔室4.2用作吸收悬浮液的循环泵5的泵前容器(Pumpenvorlage)，所述循环泵供应所述在吸收器2中的喷洒平面19。第二腔室4.2装配有用于悬浮化的垂直设置的搅拌器17。反应容器4的第一腔室4.1到腔室4.2中的溢流造成平静的输送和过量的氧化空气22由所述悬浮液并由该容器部分脱气。将两个容器部分4.1，4.2通过在容器顶部中心上设置的废气抽出顶罩与整合的液滴分离器排出空气。将由氧化空气和CO2组成的吸出的气体通过液滴分离器净化并单独通过废气鼓风机10导出。其中所含有的CO2可在另一个方法步骤中分离出来。
所使用的附图标记列表
1 原料气体
2 吸收器
3 离开吸收器的纯净气体
4 反应容器
反应容器4的腔室1
反应容器4的腔室2
5 循环泵
6 灰-/石灰石悬浮液容器
7 用于石灰石悬浮液的循环泵
8 石灰石粉末料斗
9 计量添加设备
10 排气装置/用于废气的鼓风机
11 吸收悬浮液池槽通向反应容器的管道
12 将悬浮液输送到喷洒平面的导管
13 将石灰石悬浮液输送到反应容器的导管
14 反应容器的排出废气
15 工艺水
16 石灰-/石灰石粉末
17 搅拌器
18 孔板
19 喷洒平面
20 液滴分离器平面(粗)
21 用于氧化空气22的鼓风机
22 氧化空气
23 水力旋流器泵
24 水力旋流器进料管
25 水力旋流器上游的导管
26 水力旋流器
27 石膏悬浮液
28 喷管
29 具有溢流的隔壁
30 吸收悬浮液池槽
31 液滴分离器平面(细)
32 净化平面
33 石灰-/石灰石悬浮液
34 吸收器顶罩

Claims (12)

1.用于净化烟气的装置，所述烟气来自燃烧化石燃料的电厂，所述装置由多个吸收阶段组成，所述吸收阶段包括：吸收器(2)，纯净气体(3)通过吸收器顶罩(34)离开吸收器(2)，在所述吸收器的上部区域设置有至少一个用悬浮液冲击的接触插入平面，原料气(1）流过该接触插入平面，并且吸收器(2)的底部区域具有吸收悬浮液池槽(30)，在该池槽之上设置有用于原料气(1)的进料口；其中分开的反应容器，在所述反应容器中将氧化空气引入到吸收悬浮液中，并且吸收器(2)的吸收悬浮液池槽(30)与所述分开的反应容器相连，在该反应容器的底部区域设置有排出悬浮液的开口，所述装置中具有悬浮液容器和水力旋流器，
-所述吸收器(2)在上部区域具有至少一个用悬浮液冲击的接触插入平面，原料气(1)流过该平面，
-所述分开的反应容器(4)由两个通过具有溢流的隔壁(29)分开的腔室(4.1，4.2)组成，在其第一腔室(4.1)中将氧化空气(22)借助喷管(28)引入到吸收悬浮液中，并且吸收器(2)的吸收池槽(30)借助管道(11)与所述分开的反应容器(4)的第一腔室(2.1)相连，所述第一腔室通过在底部区域中的用于排出悬浮液的开口借助导管(24)与水力旋流器(26)相连，从所述水力旋流器的上游导管(25)不仅通向第一腔室(4.1)而且通向石灰石悬浮液容器(6)，
-所述分开的反应容器(4)的第二腔室(4.2)与石灰石悬浮液容器(6)相连，
-设置有用于废气的鼓风机(10)，其在所述分开的反应容器(4)的两个腔室(4.1，4.2)之上，所述排气装置将废气吸出到排出废气(14)中，
-设置有用于悬浮液的导管(12)，其在至少一个吸收器(2)的喷洒平面(19)与所述分开的反应容器(4)的第二腔室(4.2)之间，
-设置有用于将工艺水(15)导入到净化平面(32)的导管，其在至少一个液滴分离器平面(20，31)之上并且在插入平面和喷洒平面(19)之上。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述燃烧化石燃料的电厂为按照含氧燃料-工艺操作的电厂。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，在吸收器(2)中的接触插入平面是具有设置于其上的喷洒平面(19)的孔板(18)。
4.根据权利要求1-3任一项的装置，其特征在于，孔板(18)和喷洒平面(19)后接有粗滴和细滴分离器平面(20，31)。
5.根据权利要求1-3任一项的装置，其特征在于，在排出废气(14)上游设置用于废气的鼓风机(10)，其将反应容器(4)和石灰石悬浮液容器(6)的废气吸出。
6.根据权利要求1-3任一项的装置，其特征在于，在吸收悬浮液池槽(30)中、在反应容器(4)的腔室(4.1，4.2)中和石灰石悬浮液容器(6)中设置有搅拌器(17)。
7.根据权利要求1-3任一项的装置，其特征在于，在用于将吸收悬浮液输送到喷洒平面(19)的导管(12)中和在用于将石灰石悬浮液输送到反应容器(4)的导管(13)中设置有循环泵(5，7)。
8.根据权利要求1-3任一项的装置，其特征在于，为了将氧化空气(22)输送到反应容器(4)中设置鼓风机(21)。
9.在根据权利要求1的技术特征的装置中净化烟气的方法，所述烟气来自燃烧化石燃料的电厂，其特征在于多阶段的吸收方法，在该方法中
-在第一吸收阶段中，在吸收器(2)中使待净化的原料气(1)与悬浮液方向相反地流过至少一个用悬浮液冲击的插入平面，
-将在吸收悬浮液池槽(30)中产生的酸性悬浮液输送到反应容器(4)的第一腔室(4.1)中并且用氧化空气(22)处理，使得在第一阶段中将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，在该过程中在底部区域将悬浮液抽出，并且
-残留的悬浮液通过在分隔壁(29)之上的溢流而到达第二腔室(4.2)，
-在第二阶段中向第二腔室(4.2)中输送新鲜的石灰石悬浮液，
-将第二阶段的产物作为吸收悬浮液输送到吸收器(2)的至少一个喷洒平面(19)中，其中
-将所述在反应容器(4)的第一腔室(4.1)中通过用氧化空气(22)氧化而排出的CO2和过量的氧化空气(22)由反应容器(4)抽出并分开处理，并且
-在经处理的原料气体离开吸收器(2)之前，将所述经处理的原料气体在喷洒平面(19)之后向液滴分离器平面(20，31)和净化平面(32)输送。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，将所述吸收悬浮液向在孔板(18)之上的具有一个或多个彼此重叠的喷射平面的喷洒平面(19)输送。
11.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，从第一反应腔室(4.1)的底部区域抽出悬浮液，将石膏悬浮液(27)从该悬浮液中分离出来并且从所述工艺中提取出来，其中将剩下的液体输送到第一腔室(4.1)或／和石灰-／石灰石悬浮液容器(6)中。
12.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将所述废气输送到净化过程中。
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