CN1042315A - 从热烟道气中去除二氧化硫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从锅炉燃烧含硫物质所得到的烟道气中去除二氧化硫的方法。该方法中，将能与二氧化硫形成固体产物的如石灰之类的物质供入锅炉或其后的反应区，在反应区通过供入最大量为能被热烟道气蒸发的水来冷却热烟道气，并从烟道气中以干灰的形式分离出基本上是干的固体产物。按照本发明，由此获得的烟道气用碱性水溶液洗涤以除去烟道气中的残余二氧化硫和粉尘，并将部分洗涤液供入锅炉或反应器以蒸发溶液中的水。
Description
本发明涉及从锅炉或类似的装置中燃烧含硫燃料所产生的热烟道气中去除二氧化硫和其它气态硫化物的方法。
以前有许多已知方法用于去除含硫燃料燃烧产生的烟道气中之气态硫化物，特别是二氧化硫。从热烟道气中去除二氧化硫的方法大致可分为三类，即干法、半干法和湿法。
干法中，是通过将氧化钙、碳酸钙或其它一些碱性化合物加到锅炉燃烧室中来降低锅炉烟道气中的二氧化硫含量。在装有流化床的流化床炉子中，当炉子操作在最适于进行化学反应的温度范围内，即800～1000℃时，就有可能添加石灰使烟道气中二氧化硫的含量降低90%。因此，吸收的二氧化硫以石膏灰的形式，与飘尘一道离开炉子。
在其它的锅炉中，这种锅炉中需要采用比上述锅炉更高的温度且添加剂在炉内的停留时间较短（由燃烧的性质决定），则预期烟道中二氧化硫含量的降低实际上保持在较低水平，约为50%或更低，因此干法对工业规模的这种炉子是不适用的。
另一方面，众所周知，烟道气中二氧化硫的含量可通过各种炉外吸收方法来降低。本来就知道的一种方法称之为“喷雾法”，在此方法中，把从炉中出来的烟道气导入一分离反应器中，将氢氧化钙的水淤浆通过特殊喷咀以小液滴喷入该反应器。反应器是一种相当大的容器。在反应器内烟道气的速度被降低，水淤浆则由容器的顶部从上向下喷入。反应器在当时的温度约为50-80℃，此时控制氢氧化钙水浆的喷雾是非常重要的，因为液滴太大，会使反应器底部处于潮湿状态。努力保持氢氧化钙水浆稠度大到烟道气中的热量足以使进入反应器中的水份得到蒸发，以便使吸收产物能以干粉的形式回收。通过诸如这种方法的半干法，可除去多达90%的二氧化硫。该方法的缺点是喷咀容易堵塞，要额外增加制备氢氧化钙水浆和配料设备，造成基本投资费用增加，并控制喷雾期间液滴的大小是困难的。
由OY Tampella Ab研究的LIFAC方法已克服了上述缺点，该方法是不活化对于去除二氧化硫来说是不活泼的钙和镁的氧化物，一直到该处烟道气中用水或水蒸汽才使其活化，随后它们转化成相应的氢氧化物并与二氧化硫反应形成固态硫酸盐/亚硫酸盐混合物，它们可以在以后通过诸如电除尘器或软管过滤器的物理分离方法有效地从烟道气中去除。当吸收剂作为一种粉末分别供入燃烧室或直接供入反应区时，它不要求以淤浆的形式通过喷咀供入，从而避免了喷咀堵塞以及额外增加淤浆的制备和配料装置。如果希望以基本为干粉的形式回收吸收产品，则喷雾使用的水量应仅为烟道气的热能和反应热量可以使之蒸发的数量。
在已知的湿法先有技术中，将含硫烟道气供入洗涤器，在洗涤器中用含碱溶液洗涤烟道气。由OY Tampella Ab研制的气体洗涤器（FI Patent 58443）用于此目的是非常有效的，它包括一个装有填充块的塔，有待洗涤气体进口管和与其较下部位相连的洗涤溶液出口管，以及已经洗涤气体的出口管和与其较高部位相连的洗涤溶液分布系统。通过选择合适的填料层高度与其直径的比例以及使用无喷咀的滴入系统，遍布整个洗涤器横截面，即得到一个即使其中有大量烟道气也能处理的填料塔。
上述所有方法都有它们的优点和缺点。湿法的缺点是使用的吸收剂通常是价格昂贵的氢氧化钠，而且获得的产物是硫酸钠溶液，它必须进一步地处理以使硫酸钠变成固体形式。湿法最大优点是可以获得高度还原，即用此法可以非常彻底地除去烟道气中的二氧化硫。此外，如果将湿洗涤器放在电除尘器或软管过滤器之后的位置上，即使是残留的粉尘也可通过它从烟道气中除去。与湿法相比较，干法和半干法的缺点是还原程度低，这可以通过增加过量的石灰使之增加，然而这会增加需要分离的灰尘量因而产生大量残余物。另一方面，这些方法的优点是获得干产物，这些产物不需进一步处理，而且作吸收剂的右灰是廉价的。
本发明的目的是提供一种从热烟道气中去除二氧化硫的方法，该方法具有上述原来已知方法的优点而无其缺点。本发明也旨在提供一种降低基本投资和操作成本的方法。因而本发明的目的是提供一种从锅炉中燃烧含硫物质所得到的热烟道气中除去二氧化硫的方法，在这种方法中将与二氧化硫反应形成固态产物的物质供入炉内或反应区内，继而，向其中供水在反应区中使热烟道气冷却（能被热烟道气蒸发的水量为最大供水量），然后从冷却的烟道气中分离出基本上干燥的固体产物，即在这种方法中，由于使用稍过量的石灰则可进行高度还原并能从烟道气中以干燥和固体残余物的形式分离出含硫还原产物而无需进一步处理。
本发明是基于半干法和湿法的组合形式，其中，经过冷却和过滤的烟道气进一步用碱性水溶液洗涤以除去烟道气中的剩余二氧化硫，并且其中部分循环洗涤溶液供入炉内或反应区以便蒸发出该溶液中的水分，因此，如果用于和二氧化硫反应形成固体产物的物质是石灰或石灰石且使用的碱性水溶液是氢氧化钠水溶液，则获得的最终产物是硫酸/亚硫酸钠和钙的干燥固体混合物。
按照本发明之方法，可以调节反应区中的反应条件使之温度和使用的过量石灰是最佳的，因为不需要人为地提高还原度;通过用少量碱性水溶液洗涤干尘则分离器排出的烟道气就能简便地达到最终还原度，以致从烟道气中去除剩余的二氧化硫和粉尘。由洗涤器排出的洗涤液不需进一步进行分离处理;它被供入锅炉内或直接进入反应区内，在此将其中的水蒸发，从而冷却烟道气并能使烟道中的氧化钙活化而形成氢氧化钙，它就地与烟道气中的二氧化硫反应。
由于大部分的二氧化硫已从进入洗涤器的烟道气中除去，洗涤器中需要使用的价格较贵的碱仅仅是极少量的，然而由于这种极少量就能使还原度提高到用湿石灰石或再生过程所达到的那样高，此外，即使是剩余的粉尘也能在烟道气进入烟囱之前从其中除去。
按照本发明之方法，与二氧化硫反应形成固体产物的物质与反应区中二氧化硫之间的反应可以在气体不需要较长时间预加热的那样高（低还原度下）的温度下进行，以防止在它们供入电除尘器之前，过滤器腐蚀。
以下参照附图叙述本发明，附图示出适用于实施本发明方法的装置。
附图中，普通形式的锅炉用参考号数1表示。将待燃烧的含硫物4，经过普通预热的含氧气体5，以及与燃烧室中产生的二氧化硫气体成比例为过量的钙、镁的氧化物最好是碳酸盐6供入锅炉1的燃烧室。“过量”是指钙、镁或以钙、镁的氧化物或碳酸盐形式所含的钙、镁数量大于理论上按反应式与进入燃烧室的全部硫反应所需要的数量。本发明之方法中，Ca/S可以保持在一较低水平，约为2。
进入锅炉的碳酸盐在锅炉内分解成氧化物和二氧化碳。其部分氧化物可以与二氧化硫反应形成亚硫酸盐，然后氧化时形成硫酸盐。由于在锅炉中的滞留时间很短，只有部分氧化物有时间在足够高的（用于反应）温度下与二氧化硫反应，因此含有氧化钙和/或氧化镁且仍然还含有未吸收二氧化硫的烟道气8通过烟道气导管7离开锅炉燃烧室。粉末状的氧化物可以另外或交替地在其之后加入烟道气导管7或反应器2中。烟道气8的温度实际上是低的以致钙和/或镁的氧化物与二氧化硫之间的反应相当弱，而且在这些条件下，这些氧化物可看成在除硫方面不太活泼。然而，烟道气8可用于热交换器12中以便加热准备供入锅炉的空气5。
其后，由锅炉1燃烧室排出且含有氧化钙和/或氧化镁还含有二氧化硫的烟道气8供入反应器（由参考号数2表示）。为了激活氧化钙和/或氧化镁，将水溶液9′喷入反应器2的烟道气中，与新形成的钙和/或镁的天然氧化物反应形成各自的氢氧化物，它们具有高的反应性。其部分氢氧化物就地与残留在烟道气8中的二氧化硫反应，从而形成各自的亚硫酸盐，在氧存在下，至少部分进一步氧化形成各自的硫酸盐。将供入反应器2中的水量调节至烟道气8的热量足够它蒸发的低水平。在这种情况下，干尘之类的反应产物可用其它诸如电除尘器、滤尘袋之类惯用的粉尘分离器3方式去除，由此出来的烟道气11进一步导入洗涤器13，分离出来的粉尘10被回收。
在洗涤器13之前的位置上，可经过管道16将水供入烟道气，在洗涤器13（为FI Patent 58443描述的最佳型式）中，用滴遍整个洗涤器横横截面的循环洗涤液9被分离并通过管道9′送入反应器2，在反应器2中，洗涤溶液中的水蒸发并与和烟道气8一起到达的氧化钙和/或氧化镁反应，从而形成反应性高的氢氧化物。
实施本发明方法所公开的装置在投资成本和操作成本两方面都是经济的，并且不添加大量昂贵的氢氧化钠15，只使用少量过剩石灰即可达到二氧化硫高度还原。粉尘分离器3排出的残余物数量也是极少的，并且以干尘10的形式回收，它不需要蒸发或结晶，因此不要求进一步处理。
实施例
为了对比本发明之方法和上述LIFAC之方法，进行了试验，试验中使用了附图所示装置和使用了除取消洗涤器13，并仅仅将水供入反应器2之外其它方面全部相同的装置。
两种方法中，石灰和煤，其速率为110吨/小时，其含硫量为1.5（重量）%，供入锅炉（800MWt），由此锅炉得到SO2含量为3000mg/m3且温度为130℃的烟道气。激活之后，烟道气的温度为70℃，在该温度下气体送入电除尘器。这两种方法的目的在于分离出的二氧化硫达87%，这在大多数情况下是足够的并符合标准。
为了达到这种程度的二氧化硫分离，在先有技术LIFAC方法的状态下，要求往锅炉内供入大量石灰（20吨/小时），因而相应得到大量的灰尘。
按照本发明之方法中，在电除尘器之后按0.4吨/小时（按100%碱计）供入碱的水溶液，在这种情况下不必以高于而仅为10吨/小时的速率往锅炉里供石灰。用这种数量的石灰从烟道气中除去70%二氧化硫，剩下的17%则使用少量的碱在洗涤器中去除。同时，灰尘的数量大大减少。在这种方法中，来自洗涤器的部分循环溶液送入反应器，在其中溶液的水蒸发，将烟道气从130℃冷却至70℃，同时与烟道气中的CaO反应并形成高活性的Ca（OH）2。
对于熟知本技术领域的人来说，也可以将洗涤溶液供入锅炉以便蒸发洗涤液中的水，然而，与烟道气一起进入反应器时，水蒸发与CaO反应形成Ca（OH）2，并同时使之活化。从本发明的观点来看，待蒸发的洗涤液是供入锅炉还是直接供入反应器都没有关系。
Claims (2)
1、一种从热烟道气中去除二氧化硫的方法，该烟道气(8)是由含硫物质(4)在锅炉(1)中燃烧而获得，该过程为在其后将能与二氧化硫反应形成固体产物的物质(6)供入锅炉或反应区(2)，在反应区(2)通过供入最大水量为能被热烟道气蒸发的水来冷却烟道气，以及从冷却过的烟道气中分离(3)出基本上是干燥的产物(10)，其特征在于，由此获得的烟道气(11)用碱性水溶液(15)洗涤(13)以便除去烟道气中的残余二氧化硫和粉尘，并且循环洗涤液(9)的一部分(9′)被送入锅炉(1)或反应区(2)以便蒸发出该溶液中的水。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于，将大量的循环洗涤液（9′）供入反应区（2）内，以致其中含有的水足够用于冷却热烟道气（8），并活化与其中存在的二氧化硫反应的物质。
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