CN1071584C - 改进的酸性气体排放控制 - Google Patents

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Abstract

提供一种用湿石灰石颗粒从燃烧烟气中洗涤氧化硫气体的设备和方法。这种方法是在一个有着有通气窗的入口(13)和出口(14)侧的移动床反应器(21)中进行的，这种入口和出口侧使烟气在石灰石颗粒向下移动时能通过该反应器。通过反应器的烟气的高气速将某些洗涤颗粒经反应器的出口侧喷射出去。沿着反应器的出口侧装设一种狭窄通道避免了因洗涤颗粒喷射而产生的问题。将通道的大小确定为使通过它们的烟气的气速低到不足以夹带被喷射出的颗粒。因此颗粒将会落到通道底部，在那里可将它们回收并再循环。

Description

改进的酸性气体排放控制
发明背景
发明领域
本发明涉及控制酸性气体排放的工艺，特别是在燃煤锅炉中产生的烟气中的氧化硫(SO2和SO3)。含硫的煤在炉中燃烧时形成氧化硫。燃烧过程导致热烟气的产生，它的SO2和/或SO3含量是不能被接受的。通常是用散粒洗涤物，例如石灰石颗粒洗涤烟气以将这些氧化硫清除或降低到可被接受的水平。一般是使烟气通过一个湿石灰石的床层，使石灰石和含在烟气中的氧化硫反应产生一种固体反应产物(硫酸钙和亚硫酸钙)，从而使含有氧化硫的烟气得到清洗。含硫的固体反应产物的产生有效地从烟气中去除了气体的含硫化合物。
固体反应产物在石灰石颗粒周围形成一层硬壳，因为硬壳的存在产生一种表面窒塞效应，妨碍了洗涤颗粒和氧化硫的反应，所以必须将它们定期清除。因此通过去除硬壳，使洗涤物的新鲜表面暴露出来以便和氧化硫反应，从而定期地使有反应产物硬壳的颗粒得到再生。
本发明涉及对一种湿洗涤物移动床的结构的改进，从而使洗涤能以一种极为有效和效率高的方式进行。
现有技术介绍
现有技术通常靠使用一种湿石灰石颗粒床来洗涤烟气中的氧化硫。通常使用如美国专利4,663,136和4,764,348所叙述的固定床(在此将这些专利的叙述引为参考)。但由于需要通过去除颗粒的硫酸钙/亚硫酸钙硬壳以避免表面窒塞效应，使石灰石定期得到再生，这种固定床不能连续操作。这种再生要求搅动结壳的石灰石颗粒，以使反应产物硬壳脱落。一旦再生步骤完成，便可再次将床层用来洗涤烟气中的氧化硫。
图1表示了一种现有技术固定床单元的简化流程。在图1所示的单元中，烟气进入喷雾室1，在那里被调节到所需的温度和湿度。调节处理是通过经雾化喷嘴2加入水和/或用喷射器3向室内注射直接蒸汽实现的。调节过的烟气进入包括石灰石固定床的反应器4中，石灰石最好用恰好足以使颗粒被一层水膜覆盖的水来润湿。石灰石的固定床可由一个可移动的用石灰石填充的篮筐组成。石灰石可由高架的喷雾器5喷雾所润湿。烟气向下通过石灰石的固定床。二氧化硫从烟气中被吸收到水膜中，然后在那里和溶解的石灰石反应。相信正是这个反应产生了硫酸钙和亚硫酸钙的硬壳。石灰石上一层液体水膜的存在是关键性的，因为干燥的石灰石不容易和烟气中的氧化硫反应。引风机(ID)6将洗涤过的烟气从石灰石床层底部抽出，并将其送入通至烟囱的排气管7中，以便排放入大气。
已经知道为种种目的在现有技术中使用一种石灰石颗粒的移动床。在美国专利3,976,746(Shale等)中介绍了一种这样的设备。但是Shale报告必须定期地清除反应产物的硬壳，以便将石灰石再生供进一步反应。根据Shale的专利，可通过机械搅拌来完成周期性的清除。为实现所要求的石灰石的定期再生，Shale等提供了一种机械设备，例如一种振动筛来从石灰石颗粒上除去反应物硬壳。
当烟气以高气速流过洗涤颗粒的移动床，例如Shale等所述的移动床时总有一种因通过床层的流动气体的作用力将颗粒，特别是较小颗粒夹带并因此从床层中排出的倾向。洗涤颗粒的夹带造成床层中石灰石不应有的损失。而且除非采取特别措施，因“夹带”而损失的洗涤颗粒将被夹带到烟气流中。因此这些夹带颗粒很容易被抽进一般为帮助气体流经系统而设置的引风机中。
Shale等没能提供任何机械设备来减少上述洗涤颗粒的夹带。因此如果SO2洗涤设备的操作者希望使夹带最少，将不得不安装一个筛网或过滤器，或减少经过床层的气体流量。这两种方法都是不希望采用的。过滤器或筛网经过一段时间会被堵塞，并产生不希望有的床层压降。降低气体流量会使效率成比例地降低。
在本领域中人们知道在一种设备中装设一种在床层的气体入口和气体出口侧有一系列通气窗的移动床。可以将通气窗设计成有足够的搭接，以帮助在允许气体能自由地通过床层的同时将颗粒保持在床层中。图2表示了一种典型的有通气窗的移动床的基本结构。
在例如美国专利4,670,226(Furuyama等)；5,160,708(Kodama等)；4,254,557(Mayer等)和4,254,616(Siminski等)中报道了有通气窗的移动床。
已经表明出在石灰石带出控制设备中如果不做任何改进就使用有通气窗的移动床本身是不够的。例如在导致了本发明的早期实验工作中确定了一个靠通气窗将石灰石保持在床内的LEC(石灰石带出控制)移动床中试工厂未能实现此目的。在操作中石灰石被从床层中抽到出口排气室中，接着又被抽入引风机。为防止床层石灰石的损失和保护引风机，将一个筛网固定到出口通气窗内侧(石灰石床侧)，以便将石灰石保持在床内。但是筛网的存在引起了另外的操作问题。特别是潮湿的细粉堆积在筛网上造成堵塞，并使石灰石床的压降显著增加。这种筛网的堵塞(即窒塞)在床层顶部发生得最快，那里通常是床层反应能力最强的部分。床层顶部筛网窒塞的结果使得烟气开始优先流经床层的底部，那里通常是床层活性最差的部分。这种作用将同时引起床层压降的增加，SO2清除能力的降低，和烟气流量的下降。
曾试图通过调节石灰石颗粒的大小使夹带问题降至最小。但是较大的颗粒可能足够重，可以消除夹带问题，但在从烟气中清除氧化硫的能力方面却不如小颗粒有效。已经注意到大小颗粒的组合综合了二者最差的特点。
也曾试图通过调整通气窗的设计来克服夹带问题。可以预期有足够搭接的较大的通风缝将足以避免夹带，因为据说装有类似大小的石灰石的有通气窗的干式洗涤器可被用于从气流中清除颗粒。但是已经确定使用成70°角倾斜，长27.94cm(11英寸)，搭接8.89cm(3.5英寸)的通气窗未能防止夹带。
很明显如能在短时间内洗涤大量气体是有利的。因此需要在较高的烟气通过移动床流量下操作石灰石带出控制系统才能获得这种能力。但是较高的烟气流量是和较大程度的颗粒夹带相联系的，特别当使用较小的更有效的颗粒时。希望能使用较小的颗粒而不产生和夹带相关的问题，因为较小的颗粒有较高的表面积/体积比，因此它们能提供更高效的洗涤能力。由于这种较高的洗涤能力，系统便能有效地洗涤有高氧化硫含量的烟气。
已经证明所有在一个有效的移动床石灰石带出控制系统中消除夹带的努力都是不够的。因此在本领域中长期感到需要提供一种在不牺牲一个移动床石灰石带出控制设备的氧化硫洗涤效率的情况下解决这一问题的方法。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种能在高烟气流速下操作，在不造成系统中不应有的颗粒夹带效应的情况下能保证有增强的效率的石灰石带出控制系统和它的移动床。
为石灰石带出控制系统提供一种允许使用小颗粒，以便在不造成和石灰石颗粒夹带相关联的不应有的效应的情况下得到增强的洗涤能力的改进的移动床也是本发明的一个目的。
本发明的另一个目的是提供一种不需要专门安装一种机械搅拌设备就有再生石灰石颗粒能力的石灰石带出控制系统和它的移动床。
这些以及其它一些目的是靠提供一种与石灰石移动床反应器相配合的机构来截留和回收被夹带离开床层的颗粒而实现的。在一种主要的实施方案中，这种机构利用有通气窗的移动床反应器下游侧的一个通道slot来接受离开移动床的气体和夹带的颗粒。通道的尺寸使得流过它的气体的气速不足以夹带被带出的颗粒。因此颗粒落到通道底部以便回收，而离开通道的气体则不再有任何夹带的颗粒。提供了回收聚积在通道底部的颗粒的设施，以便从通道中清除颗粒，使它们最终能返回反应器。为此目的可使用一种位于通道底部的传统的螺旋输送机。
当然在系统中可能有某些非常细的颗粒，例如细粉，被去除的反应物硬壳或其它可能因磨损或作用在洗涤颗粒上的摩擦力而形成的灰尘状颗粒。这些小颗粒不被当作本发明所说的夹带颗粒来考虑。因此虽然可将出口通道的大小确定为使流经它的气体不能夹带被带出的洗涤颗粒，但是象细粉，灰尘，被清除的反应物硬壳等小颗粒则由于太小而仍被流经出口通道的气体所夹带，因而这些小颗粒将不会落到通道底部。这些颗粒可以用一个筛网来去除。
最好将通气窗设计得足够大，以提供充分的搭接，使离开床层进入通道的夹带颗粒数量为最小。在移动床中不需要过滤器或筛网来帮助将颗粒保持在床内，事实上在本发明中最好避免使用这种过滤器或筛网，因为它们容易被潮湿的石灰石细粉所堵塞，并因此在床中产生不应有的压降。
由于本发明的结果，可以使用较大的烟气流量而不造成不应有的洗涤颗粒夹带。同时床层可以用较小的洗涤颗粒操作而不产生和夹带有关的不应有的效应。因为较小的颗粒有较高的表面积/体积比，所以由于能使用较小尺寸的石灰石颗粒(或相当的用于洗涤氧化硫的颗粒)使效率得到了改善。与本发明相联系的较高的效率使得能够使用一个较小尺寸或紧凑的移动床，并能有效地洗涤含有较高浓度氧化硫的烟气。此外，与本发明相联系的较高的效率还使得能用烟气与洗涤颗粒间最短的接触时间从烟气中去除氧化硫。因此可以使洗涤颗粒在床中以一个较高的速度向下移动而得到两个额外的好处。首先在使向下运动的颗粒有较高速度的情况下操作移动床有助于保持颗粒有恒定的运动，因此使在颗粒表面形成的反应产物造成颗粒融合在一起或架桥的可能性最小。其次颗粒在向下的方向上较快的运动有利于颗粒的摩擦，因此将有助于除去反应物硬壳。已经观察到由于在移动床中颗粒的运动和一个将床层底部的颗粒输送返回到床层顶部的螺旋输送器的作用，使得不需要一个单独设置的磨碎机，机械振动器或类似设备就能操作系统，并能使结壳的石灰石颗粒得到再生。
附图简述
图1是一种现有技术的固定床石灰石带出控制设备的流程示意。
图2是一种传统的有通气窗的移动床反应器的剖面图。
图3是气体流经一个润湿石灰石颗粒移动床的流程示意。
图4是使用本发明的石灰石反应器的整个系统的流程示意。
图5是本发明的一种使用多个移动床反应器的实施方案的剖面示意图。
图6图解说明了在图5圆圈A中所包括的细节。
图7图解说明了在箱体中所包括的本发明的反应器。
图8是移动床反应器沿图7的A-A线的剖面图。
图9是该设备沿图7的B-B线的视图。
图10表示了一种可在本发明中用于再生石灰石的磨碎设备。
发明详述和优选实施方案
石灰石带出控制系统和它的移动床可以用标准大小的石灰石颗粒从气体，例如燃煤锅炉烟气中脱除氧化硫。在此工艺中热烟气和石灰石颗粒的移动床接触，石灰石颗粒的直径可在0.07938cm(1/32″)到0.635cm(1/4″)范围中变化。石灰石颗粒被一层水膜覆盖，这样烟气中的氧化硫可被吸收到水膜中，在水膜中接着与溶解的石灰石反应。随着反应的进行在石灰石颗粒上形成一层反应产物或其硬壳，主要是硫酸钙和亚硫酸钙。使用如图1所示的适当的喷嘴或喷射器通过用水喷雾或直接蒸汽对气体进行调节处理，可以提高烟气的湿度。同样地用图1所示的传统的喷雾器也可以将石灰石润湿。可以在石灰石颗粒移动床顶部加入足够的水，使石灰石颗粒一直到移动床底部都保持润湿，在底部可以成干颗粒排出。如图3所示，在颗粒下降通过移动床8时由于通常成水平方向通过床层的热烟气的作用使水膜蒸发。这样如图3所示烟气从一侧进入湿石灰石床层8，在气体通过床层时发生反应，然后脱了硫的气体从床层的另一侧离开床层。
虽然可以操作该系统以使石灰石成干燥状态离开床层，但是希望尽可能长时间地使石灰石保持润湿，因为如果石灰石颗粒在到达床层底部以前过早干燥，那么装有干颗粒的床层下一部分将基本上无活性。移动床中颗粒从润湿状态变为干燥状态的部位是干燥前沿。利用已知的技术，通过调节决定干燥前沿位置的参数，可以控制干燥前沿的位置。这些参数包括烟气的温度和湿度，床层的长度和石灰石颗粒向下移动的速度。如果将烟气调节到被水饱和，则将几乎没有水分从颗粒蒸发。如果那样的话在整个移动床中颗粒都将保持润湿。可以调节其湿度以增加颗粒水分的蒸发，结果使干燥前沿出现在床层底部颗粒离开床层的地方。可以用已知的调节技术来实现湿度调节，它包括向烟气中送入水或蒸汽。干燥前沿的位置还可以通过增加或降低石灰石颗粒通过床层的下降速度，以及向颗粒添加水的方法加以调节。对于任何特定的能使蒸发得以发生的气体温度和湿度，可分别通过提高或降低石灰石颗粒通过床层的下行速度使干燥前沿向下或向上移动。在重力床中颗粒的下行速度可通过颗粒从床层底部移出的速度加以调节。
本发明可以采用一种典型的有通气窗的重力床，例如图2所示的床。在图2中用参考号数9笼统表示的床层位于一系列入口通气窗10和出口通气窗11之间。如箭头12所示，颗粒从顶部进入床层。颗粒靠重力向下流动，然后如箭头13所示在底部离开床层。气流经过入口通气窗间的间隔进入床层；通过床层，然后经过出口通气窗间的间隔离开床层。用箭头14概括地表示气体的流动。
通气窗是支承移动床内颗粒的平板，因此床的大小和形状就由通气窗的布局决定。一般地说入口和出口通气窗是完全相同的，在移动床的入口和出口侧成一定角度水平安装，它们的大小和结构使颗粒能靠重力向下移动，而不会落到床外。每个通气窗有其在水平方向延伸的宽度，因此决定了床层的宽度，同时每个通气窗还有着与其宽度相垂直的长度。
移动床的入口侧是一个由许多通常平行的水平安放留有间隔的平板构成的垂直壁面，这些平板组成一排搭接的水平通气窗，因此搭接通气窗之间的间隔确定了供气体通过的通道(通气窗入口)。
构成床层入口侧的通气窗垂直壁面最好处在一个垂直面上。每个入口通气窗和这个面成一定角度，使得一个水平边缘高于另一个水平边缘，而每个通气窗的下缘比其上缘更靠近床层中央，这样颗粒在向下运动时就不会落到床外。通常最好是选用锐角或窄角，而以和垂直方向成大约20°的角度为最佳。20°角使通气窗有70°的的倾斜。
移动床的出口侧也是一个由许多通常平行的水平安放留有间隔的平板构成的垂直壁面，这些平板组成一排搭接的水平通气窗，因此搭接通气窗之间的间隔确定了供气体通过的通道(通气窗出口)。构成床层出口侧的通气窗垂直壁面最好处在一个垂直面上，该垂直壁面和入口通气窗的垂直壁面间有一定间隔，由此确定了气体要通过的床层的厚度。每个出口通气窗和这个垂直面成一定角度，使得一个水平边缘高于另一个水平边缘，而每个通气窗的下缘比其上缘更靠近床层中央，这样颗粒在向下通过时就不会落到床外。由此应注意到移动床入口和出口两侧的通气窗有着相同的结构。
通常确定通气窗的角度时最好选用锐角或窄角，而以和垂直面成大约20°的角度为最佳。最好使入口和出口通气窗相同，有相同的角度，间隔和搭接长度，使移动床的入口和出口侧对于形成床层的颗粒柱体成双向对称。
确定入口和出口通气窗的角度和间隔时使得它们有足够的搭接部分，以避免颗粒因在床内向下移动而落到床外去。优先选用8.89cm(3.5″)的搭接长度。虽然角度和搭接能防止颗粒因在床内向下运动而落出，但由于通过通气窗间隔的气流的作用力仍将会有一些颗粒经出口通气窗间的间隔而离开床层。因此本发明提供了一种机构以去除这些颗粒和防止颗粒被气流所夹带，以便能防止颗粒损害系统，特别是损害引风机和与系统相关的其它风机。
图5表示了本发明的一种实施方案，它使用多个移动床反应器，它们中的每一个都有着如前所述的通气窗。每个移动床反应器都能容纳一个靠重力向下运动的石灰石颗粒的移动床。在图5中概括地用参考号21表示的一个移动床反应器由在垂直的一排入口通气窗和垂直的一排出口通气窗之间的空间12所限定，入口通气窗之一用参考号13表示，而出口通气窗之一则用参考号14表示。图5中其它的移动床反应器则概括地用参考号22和23来表示。可以看到根据所用通气窗的数目人们可以使床层更高或更矮些。通气窗在垂直方向上相互间隔，由此形成了入口间隔(通气窗入口)和出口间隔(通气窗出口)，入口间隔之一用参考号15表示，而出口间隔之一则用参考号16表示。在操作中已被调节到所需温度和/或湿度的烟气靠一个气室或通道，例如入口通道17而指向移动床反应器的入口侧。入口通道最好成一种沿整个反应器垂直延伸的狭窄通道形式，这样可以通过这些入口间隔，例如入口间隔15将烟气均匀分散。烟气经过这些入口间隔，穿过空间12，然后才经过那些出口间隔离开反应器。最好是靠一台位于反应器下游的引风机来实现气体流动。气体穿过空间12时与受重力驱动经移动床反应器向下运动的石灰石颗粒相接触。在图7和8中用参考号53来表示这些石灰石颗粒。
在反应器顶部设有洗涤颗粒入口19，以便将石灰石颗粒引入反应器。在反应器底部设有洗涤颗粒出口20，以便从反应器中排出石灰石颗粒。
烟气在经过出口间隔离开反应器后进入一个接受室，例如一个排气室或通道18。出口通道最好成一种垂直延伸的狭窄通道形式横靠在移动床反应器的整个出口侧。
可以在床层顶部的洗涤颗粒入口会合点使用例如新鲜料给料器的传统设备，以防止环境空气漏入出口气体通道。床层底部的洗涤颗粒出口适合于和传统的螺旋输送机，例如图8中所示的双螺杆输送机24相连接。
最好是使用多个移动床反应器。在使用多反应器时最好将它们装在一个箱体中，例如图7中所示的箱体25。此外在使用多个反应器时最好将它们布置成使相邻的反应器可以共用出口和入口通道。例如相邻反应器21和22共用出口通道或气室18。同样地反应器22和23共用入口通道74。但是本发明并不要求这种共享。
在确定每台反应器的入口通气窗的尺寸和角度时最好使它们的上沿处在一条垂直线上，而使它们的下沿处在另一条垂直线上，并使第一和第二条垂直线互相间隔开。例如在反应器21中，确定入口通气窗13的尺寸和布置，使它们的上沿沿着垂直虚线75，而使它们的下沿沿着垂直虚线26。在图5所示的实施方案中虚线75和26相隔10.16cm(4″)。在图5所示的实施方案中其余的入口和出口通气窗也同样布置，因此产生了厚10.16cm(4″)的有通气窗的入口和出口。在图5所示的实施方案中入口和出口通气窗排相互间隔，为移动床反应器形成了38.1cm(15″)厚的空间。
从以上所述可以看到烟气经过入口通气窗之间的间隔流入反应器21的空间12。在图5中箭头27表示经过一个代表性的间隔的烟气流动。经过反应器空间12以后气体将经过出口通气窗之间相应的间隔排出。箭头28代表经过这样一个代表性间隔的烟气流动。离开反应器21的气体进到出口通道18。同样地，反应器22的气体也以同样的方式通过它自己的出口。箭头29表示离开反应器22的气体通过一个有代表性的间隔进入出口通道18。这样，相邻反应器21和22的气体流过出口进入了一个共同的出口通道18。同样地，流经入口通道74的气体经过通气窗间的间隔进入相邻的反应器22和23。箭头30和31表示了气体经过反应器22和23的入口通气窗之间的一个有代表性的间隔的流动方向。箭头32表示气体按和反应器21所述同样的方式离开反应器23。一旦气体进入出口通道，就可以通往烟囱，以便用已知的技术排至大气。
由以上叙述很清楚通过反应器烟气的总体流动正如图7所示。图7表示了和以上参照图5所讨论的同样的反应器及有关的入口和出口通道，因为图5是沿图7所示的反应器的A-A线所取的剖面图。可以看到图7剖开的部分仅表示了两个完整的入口和出口通道。但是未表示出来的其它通道也包括在箱体25中，并且它们和附图中所表示的通道有着相同的结构。
如图7所示，自炉子来的烟气按箭头36所示的方向经过通道或进气室64进入箱体25。入口通道17和74有开口端和流入箱体25的气体相通，使气体如箭头33所示进入入口通道。进入箱体的气体只有经过反应器床层才能进入出口通道。这样气体如箭头34所示通过反应器床层，例如反应器床层21,22和23，进入它们相应的出口通道。每个出口通道有一个和箱体的下游区相通的开口端，使得气体如箭头37所示离开出口通道，然后经过通道或排气室65离开箱体25。此气体然后可通到一个烟囱，以按已知的技术进行排放。在箱体内按已知技术来布置入口和出口通道，使得在操作中所有气体在排入大气之前都必须按所述方式通过反应器。
图6表示在图5的圆圈A中的通气窗部分的详图。在图6中，通气窗38和39是和反应器22相关的入口通气窗。分别相应于通气窗38和39的通气窗40和41是和反应器23相关的入口通气窗。在图6中详细表示的通气窗代表了在图5-9中所示的本发明的实施方案中所用的通气窗。
相邻反应器之间的每对相应的通气窗可以用水平杆或其它类似部件，例如图6中所示的杆42来固定就位。在图6中通气窗靠焊接43固定就位。每个通气窗有一个水平上沿44和一个水平下沿45。水平边沿沿着在图6中用直线46,47,48和49表示的平行的垂直面固定。在图6所示的实施方案中，线46和47之间的距离及线48和49之间的距离为10.16cm(4英寸)。
图6所示的通气窗长度为27.94cm(11″)(即上沿44和下沿45间的距离为27.94cm(11″))。如图6所示，一个给定的反应器入口或反应器出口的通气窗的下沿最好间隔20.32cm(8″)。而且从一条垂直线来测量时图6所示的通气窗成20°角。例如与反应器22相关的入口通气窗和垂线46成20°角，而通气窗40和41和垂线49成20°角。
图6所示的通气窗的布置产生了厚度为10.16cm(4″)的通气窗入口，这是由于线46和47间的距离以及线48和49间的距离为10.16cm(4″)。同样如图6所示每个通气窗与相邻的较低的通气窗有8.89cm(31/2″)的搭接。在图6中将这种搭接表示为平行线50和51之间的距离，这两条平行线垂直于通气窗40和41。出口通气窗有着和以上所述入口通气窗相同的几何关系。
在图6中和两台反应器相关的相应的入口通气窗间的距离决定了入口通道的宽度。在图6中由于线47和48的距离为15.24cm(6″)，因此形成了一个15.24cm(6″)的入口通道(相应于图5中所示的入口通道74)。同样这种安排被用来构成15.24cm(6″)宽的出口通道，例如图5所示的出口通道18。
如前所述，本发明的一个优点是烟气能以高表观速度流过该设备。经过反应器的表观速度是在没有洗涤颗粒存在的情况下测定的气体速度。气体以确定的表观速度流过一台给定的反应器将使得每单位时间一个确定体积的气体能流过该反应器(流量)。当床层装有颗粒时为保持这一气体流量，气体必须以一个实际上比表观速度高得多的速度流经颗粒床层。这是因为颗粒通过限定气体只能流过颗粒间的空隙限制了气体流动。当气体以一个相当于和高表观气速相关的流量流过反应器时这一更高的气速将引起夹带问题。在本发明的一个优选的实施方案中，将出口通道的大小确定为有一定的截面积，使得通过它的气体速度不足以夹带任何带出的颗粒，当气体经过出口通气窗间的间隔离开反应器时夹带的颗粒将落入该通道。在图5-9所示的实施方案中，出口通道为15.24cm(6″)宽，并沿反应器的宽度延伸。因此出口通道的截面积足够大，使得带出的颗粒不再被气流所夹带。这样进入出口通道的夹带颗粒将落到其底部。为了回收这些颗粒，每个出口通道的底部都和一个回收颗粒的设备相连通。适合的设备包括一种螺旋输送机，例如在图8的出口通道18底部表示的螺旋输送机52。这样在操作中烟气将经入口和出口通道流过装在反应器中的石灰石，任何被夹带进入出口通道的石灰石将落下，并被收集和由螺旋输送机52所回收。离开出口通道的气体由于通过出口通道时较低的气速，将事实上没有夹带的颗粒。因此离开出口通道通向排气烟道的气体将不再有和夹带于其中的带出颗粒相关的问题。
可以用任何众所周知的建造与热的酸性气体，例如烟气接触的设备的材料来制造通气窗。通气窗最好是厚度大约0.3175cm(1/8″)或更厚的不锈钢板。304不锈钢适合于制造通气窗。
可以用可调速驱动电机来调节位于每个反应器床层底部的螺旋输送器24，在图9中用参考号54表示电机中的一台。可以用可调速驱动电机来改变螺旋输送器的转动速度，因此可以用它们来改变颗粒在移动床反应器中的向下运动。
图9还表示了一台带动位于出口通道底部的螺旋输送器52的驱动电机55。用来带动螺旋输送器52的驱动电机并不必须是可变速的，尽管也可以使用可调速驱动电机来带动这些螺旋输送器。在图5-9所示的实施方案中，使用单台有旋转密封室的15.24cm(6″)螺旋输送器来排出夹带的颗粒。这种输送器应有一台直接驱动电机和每小时两吨的输送能力。可将石灰石经螺旋输送机输送到旋转密封室。在这种情况下要求密封室的能力和电机驱动与螺旋输送机相匹配。
由于在移动床反应器和螺旋输送机中的摩擦作用，通常不需要再生进入螺旋输送机24中的石灰石颗粒。因此可以不用任何特殊的搅碎机来从颗粒上清除反应物硬壳，而将进入螺旋输送机24中的石灰石颗粒直接返回到反应器顶部。但是在将颗粒返回到反应器顶部以前最好是使它们通过一个过滤器筛网或类似设备，以去除细粉和从颗粒上脱落的硬壳。筛网应能除去足够小的能被流过通道的气体所夹带的细粉和脱落的硬壳。在返回到反应器顶部之前可以将被回收并用螺旋输送机52运送的夹带颗粒与石灰石颗粒合并。可以用已知设备或组合设备，包括输送带，螺旋输送机，斗式提升机等将夹带的颗粒和反应器底部的颗粒返回到反应器顶部。
在图4中用示意图表示了可使用本发明的整个系统。在图4中从出口通道输送被回收的带出石灰石，并可将其与反应器底部反应过的石灰石合并。如果为了再生需要进一步磨碎或颗粒的摩擦，可以接着将石灰石颗粒送到一台传统的搅碎机或磨碎机去。但是在优选的实施方案中由于发生在移动床中的摩擦作用因此并不需要进一步的磨碎处理。如果在反应器中颗粒已得到充分的再生，可以旁路掉搅碎机或磨碎机，或者省去搅碎机或磨碎机。接着将颗粒送到一个筛网，以去除细粉和反应物硬壳。筛网可以是搅碎机或磨碎机的一个集成部分。可以用其它种类的传统的颗粒分离设备来代替筛网，以便从颗粒中分离出细粉和反应产物。
可以在流程的任何部位加入补充的新鲜石灰石，最好如图10所示在搅碎机的上游。
适用于从石灰石上清除反应物硬壳的设备包括搅碎机，例如在图10中所示的一种。图10所示的搅碎机包括一个将石灰石颗粒57加到混合室58中的加料机构56。在混合室58中有一根上面装有混合臂60的转轴59。在混合室底部设有一个出口61。在操作中在转轴59转动过程中将石灰石颗粒加到混合室58中，这样混合臂将混合室中的石灰石颗粒磨碎。颗粒经出口61离开混合室。混合室可以有双层壁结构，以便可以使冷却水经过入口62和出口63在壁间循环。可以在混合室中加入磨料和/或研磨剂以加强其中的摩擦作用，研磨可以以湿式或干式进行。
石灰石可以是平均直径0.254cm(0.1″)的9号筛分粒度(AASHTO No.9；Dp=0.254cm(0.1″))，或稍大些的平均直径0.7112cm(0.28″)的8号筛分粒度(AASHTO No.8；Dp=0.7112cm(0.28″))。优先选用9号筛目的石灰石，因为它们的尺寸较小，并有较大的表面积/体积比。
通过床层的表观气体流速可以从9.144(0.3)变化到48.768厘米(1.6英尺)/秒，最好是从15.24-48.768厘米(0.5-1.6英尺)/秒。特别当使用AASHTO No.9颗粒时表现速度最好是大约22.86厘米(0.75英尺)/秒。已经观察到在图5-9所示的实施方案中使用9号筛目大小的颗粒时会发生大量夹带。然而本发明的特点使得在使用9号筛目的颗粒时有可能采用超过22.86厘米(0.75英尺)/秒的表观速度，特别当加大了出口通道使通过它的气流速度降低时。出口通道的大小应使通过它的气体速度在15,240(500)到大约45,720厘米(1500英尺)/分之间。所示的实施方案表明出口通道的最小宽度为15.24cm(6″)。可以将此宽度扩大到17.78cm(7″),20.32cm(8″)或更大，以限制通过出口通道的速度，使颗粒能落到其底部，在那里被螺旋输送机所回收。
在图5-9所示的实施方案中使用8号石灰石颗粒时已经观察到可以使用超过36.576厘米(1.2英尺)/秒的表观气速而不引起任何夹带问题。
由于在本发明中可以使用高表观气速，因此有可能有效地洗涤含500到超过3000ppmdv(即百万分之三千稀释容积)氧化硫的烟气。虽然图5-9中所示的实施方案可以没有任何困难地洗涤含3000ppmdv SO2的烟气，通过增加床的深度(厚度)还可以处理更高浓度的SO2。
可以在下述条件下操作图5-9所示的本发明的实施方案：
入口温度：100-350°F
表观气速：高达22.86厘米(0.75英尺)/秒
排气室中气速：762厘米(25英尺)/秒(最大值)
图5-9所示的本发明的实施方案最好在3.556厘米(1.4″)/分(最大值)的石灰石床层速度，12小时(最大值)的石灰石有效停留时间和0.757升/分/28.32有效立方米/分(0.2gpm/1000acfm)加水流量的条件下操作。
上述气速范围是根据一个和商业通气窗和通道设计相配的水平出口通道确定的。上面提到的加水流量是石灰石床层速度，入口气体温度和表观气速的一个函数。0.757升/分/28.32有效立方米/分(0.2gpm/1000acfm)是根据3.556厘米(1.4″)/分的石灰石床层速度，250°F的入口气流和15.24厘米(0.5英尺)/秒的表观气速确定的。
虽然已经通过某些优选的实施方案介绍了本发明，但是本领域的技术人员很容易体会到在不离开本发明的精神的情况下可以做各种修改，变更，省略和替换。所以在此有意指出本发明仅由以下的权利要求的范围所限定。

Claims (26)

1．一种用于从燃烧烟气中去除酸性气体的设备，它包括至少一台有通气窗的，有一个顶部和一个底部的重力移动床反应器，以容纳一个洗涤颗粒的移动床，洗涤颗粒在床层内借重力作用自顶部到底部向下移动，并能和烟气反应产生一种固体反应产物；所说反应器有一个有通气窗的入口侧和一个有通气窗的出口侧；所说有通气窗的入口侧和所说有通气窗的出口侧互相间隔，因此在所说有通气窗的入口侧和所说有通气窗的出口侧之间限定了一个包含所说洗涤颗粒的容积；所说有通气窗的入口侧有搭接的入口通气窗，在入口通气窗之间有供烟气通过进入所说反应器的间隔；所说有通气窗的出口侧有搭接的出口通气窗，在出口通气窗之间有供所说气体通过离开所说反应器的间隔；用于润湿所说洗涤颗粒的装置，使它们在所说反应器中时保持润湿；用于使烟气流过所说反应器的装置，借此所说烟气经有通气窗的入口侧进入反应器，并在有通气窗的出口侧离开所说反应器；其中改进部分包括：所说用于使烟气流过反应器的设备被用来使所说气体以一个能从反应器的有通气窗的出口侧喷出部分洗涤颗粒的速度流过反应器，同时所说设备还包括一个供烟气通过的气室；所说气室位于所说反应器的有通气窗的出口侧，用于接受离开所说反应器的所说烟气，以及接受从反应器的所说有通气窗的出口侧喷出的洗涤颗粒；所说气室的大小被确定为使进入所说气室的所说气体的速度不足以在流过所说气室的气体中夹带至少一部分被喷出的洗涤颗粒；所说气室有一个用于收集所说被喷出的洗涤颗粒的底部。
2．权利要求1的设备，其中所说气室呈一个出口通道的形式，它和所说反应器的所说有通气窗的出口侧共同延伸。
3．权利要求2的设备，其中用于使烟气流过所说反应器的装置包括一个从所说反应器的所说有通气窗的入口侧的顶部延伸到底部的入口通道。
4．权利要求3的设备，它还包括用于将洗涤颗粒送入反应器顶部的装置和用于从反应器底部排出洗涤颗粒的装置，以及用于将从反应器底部排出的颗粒循环到反应器顶部，以便重新送入反应器的装置。
5．权利要求4的设备，它还包括用于从出口通道底部排出颗粒的装置，以及用于将从出口通道底部排出的所说颗粒循环到反应器顶部，以便重新送入反应器的装置。
6．权利要求5的设备，其中用于从反应器底部循环颗粒的装置和用于从出口通道底部循环颗粒的装置包括一台螺旋输送机。
7．权利要求6的设备，其中所说至少一台反应器包括多台相邻的成并排关系的反应器。
8．权利要求7的设备，其中每台反应器和一台相邻反应器共用一个共同的入口通道或出口通道。
9．权利要求8的设备，其中每台反应器的入口和出口通气窗被布置使得形成一排垂直的搭接的入口通气窗和一排垂直的出口通气窗，由此为每台反应器形成了一个事实上垂直的入口和出口侧；每台反应器的所说垂直通气窗排相隔大约38.1cm(15″)，因此限定出一个大约38.1cm(15″)厚的反应器床层；与每个反应器床层相关联的所说入口通气窗和出口通气窗成长方形钢板形式，每一块有一个上边沿和一个下边沿；与每台反应器相关联的所说入口通气窗和出口通气窗成大约70°的倾斜角安装，每个通气窗的下边沿比每个通气窗的上边沿更靠近与之相关的反应器床层；每个通气窗的所说上和下边沿相隔大约27.94cm(11″)，并且在每一排垂直的入口和出口通气窗中所说入口和出口通气窗在垂直方向上相互间隔，使得在每个入口通气窗的下边沿之间有一个大约20.32cm(8″)的垂直距离，同时在每个出口通气窗的下边沿之间有一个大约20.32cm(8″)的距离。
10．权利要求1的设备，它还包括在所说移动床反应器中的洗涤颗粒，所说洗涤颗粒基本上由石灰石组成。
11．权利要求10的设备，其中洗涤颗粒直径为0.07938cm(1/32″)-0.635cm(1/4″)。
12．权利要求11的设备，其中洗涤颗粒直径为大约0.254cm(0.10″)。
13．权利要求10的设备，其中洗涤颗粒直径为大约0.7112cm(0.28″)。
14．权利要求1的设备，其中所说气室的大小被确定为使进入所说气室的所说气体的速度不足以在流过所说气室的气体中夹带事实上所有被喷射出的洗涤颗粒，由此被夹带的带出颗粒事实上被从流过所说气室的气体中清除。
15．一种从燃烧烟气中去除氧化硫气体的方法，它使用权利要求1的设备；所说方法包括使所说烟气流过一个润湿石灰石洗涤颗粒的移动床，洗涤颗粒在重力作用下向下移动通过权利要求1的所说反应器，其中所说烟气经所说有通气窗的入口侧进入所说反应器，并且经所说有通气窗的出口侧离开所说反应器；所说烟气以一个能从反应器的有通气窗的出口侧喷射出部分洗涤颗粒的速度流过含在所说反应器中的所说洗涤颗粒，同时所说烟气以一个不足以夹带至少一部分被喷射出的洗涤颗粒的速度流过所说气室，借此在气体流过气室时所说部分的所说被喷射出的颗粒落到所说气室的底部。
16．一种从燃烧烟气中去除氧化硫的方法，它使用权利要求8的设备；所说方法包括将石灰石洗涤颗粒送入到每台反应器的顶部，由此所说颗粒在重力作用下向下移动到每台反应器的底部；从每台反应器的底部排出所说颗粒；在所说颗粒在所说反应器中的至少一部分时间中使洗涤颗粒保持在一种润湿状态；使所说气体以一个能从每台反应器的有通气窗的出口侧喷射出一部分洗涤颗粒的气流速度流过每台反应器中的颗粒，由此所说颗粒进入出口通道；使经每台反应器的有通气窗的出口侧流出的所说气体以一个不足以夹带至少一部分进入所说出口通道的洗涤颗粒的速度流过所说出口通道，借此所说颗粒得以落到所说出口通道的底部；从每个出口通道的底部排出所说颗粒；将从每台反应器和出口通道底部排出的所说颗粒循环到每台反应器的顶部，以便重新送入反应器。
17．权利要求16的方法，其中洗涤颗粒直径为0.07938cm(1/32″)-0.635cm(1/4″)，并且所说颗粒在从每台反应器底部排出以前都被保持在润湿状态。
18．权利要求17的方法，其中洗涤颗粒直径为大约0.254cm(0.10″)。
19．权利要求16的方法，其中洗涤颗粒直径为大约0.7112cm(0.28″)。
20．一种从燃烧烟气中去除氧化硫的方法，它使用权利要求9的设备；所说方法包括将石灰石洗涤颗粒送入到每台反应器的顶部，由此所说颗粒在重力作用下向下移动到每台反应器的底部；从每台反应器的底部排出所说颗粒；在从每台反应器底部排出颗粒以前一直将洗涤保持在一种润湿状态；使所说气体流过每台反应器的所说有通气窗的入口侧，由此所说烟气流过每台反应器中洗涤颗粒的移动床，并经过每台反应器的有通气窗的出口侧离开每台反应器；使所说烟气以一个能产生相当于一个15.24-48.768厘米(0.5-1.6英尺)/秒的表观速度所能达到的气体流量的速度流过每台反应器中的颗粒，由此一部分洗涤颗粒从每台反应器的有通气窗的出口侧喷射出去，并且所说被喷出的颗粒进入出口通道；使经每台反应器的有通气窗的出口侧流出的所说烟气流过所说出口通道；所说出口通道的大小被确定为使流过它的气体以一个在15,240(500)到大约45,720厘米(1500英尺)/分之间的速度流动，借此至少一部分洗涤颗粒落到所说出口通道的底部；从每个出口通道的底部排出所说颗粒；将从每台反应器和出口通道底部排出的所说颗粒循环到每台反应器的顶部，以便重新送入反应器。
21．权利要求20的方法，其中使烟气流过最小宽度为15.24cm(6″)的出口通道。
22．权利要求20的方法，其中表观速度为大约22.86厘米(0.75英尺)/秒。
23．权利要求20的方法，其中洗涤颗粒直径为0.07938cm(1/32″)-0.635cm(1/4″)。
24．权利要求22的方法，其中洗涤颗粒直径为大约0.254cm(0.10″)。
25．权利要求23的方法，其中洗涤颗粒直径为大约0.7112cm(0.28″)，并且所说表观气速为36.576-48.768厘米(1.2-1.6英尺)/秒。
26．权利要求24的方法，其中洗涤颗粒以3.556厘米(1.4″)/分的速度经反应器下降，并且石灰石在反应器中的有效停留时间为12小时。
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