CN107405569A - 烟气净化设施和用于净化烟气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于净化烟气的方法，其中，将待净化的烟气和作为固体材料存在的吸收剂‑反应物(Edukt)喷入到涡流层反应器的反应器室中，其中使流体在与烟气和吸收剂‑反应物分离的情况下喷射到反应器室中，其中，使所述吸收剂‑反应物在涡流层反应器中与所述流体接触并且转化成作为固体材料存在的吸收剂。

Description

烟气净化设施和用于净化烟气的方法
技术领域
本发明涉及一种用于净化烟气的方法。本发明还涉及一种烟气净化设施，所述烟气净化设施具有涡流层反应器，所述涡流层反应器具有烟气进口单元、反应器室和喷嘴单元，其中，所述喷嘴单元布置在烟气进口单元与反应器室之间。
背景技术
烟气净化设施在现有技术中广泛已知。所述类型的设施例如在WO2006/032288A1中描述。借助这样的设施执行用于分离有害气体——例如HCl、HF、SO2的方法。如果添加额外的所谓吸收性物质如炉底炉焦炭、活性炭等等，则可以有效地分离二氧(杂)芑、呋喃和重金属，例如水银。为了执行所述方法，通常应用涡流层反应器，待净化的烟气通过烟气进口单元被导入到所述涡流层反应器中。该单元通常是从烧水壶引导的管路，所述管路具有在反应器区域中的一个或者多个出口。将吸收剂存入或者引入反应器。然后以已知的方式形成涡流层。反应器可以借助循环的涡流层或者以飞流方法(Flugstromverfahren)来运行。烟气和吸收剂相互反应，并且有害气体通过该方式从烟气中被分离。所有气体、即具有所携带的分离废物并且具有吸收剂剩余物的烟气通过烟气出口单元被传送到连接在后面的分离单元、通常过滤器单元中。在过滤器单元中，使得烟气无分离废物，随后释放该烟气。分离废物部分地被引导回涡流层反应器或者在收集之后被清除或者继续使用。
因此，从现有技术尤其已知，为了对烟气进行脱硫，使用石灰石(Calciumcarbonat：碳酸钙；CaO3)或者消石灰(Calciumhydroxid：氢氧化钙；Ca(OH)2)作为吸收剂。它们如之前描述的那样存入或者引入涡流层反应器中。消石灰的使用在此在近些年中被确立为石灰石的更经济的替代物，因为消石灰的使用量相对于石灰石小约1.8倍。此外，在烟气和消石灰之间进行化学反应时形成石膏，石膏可以有利地被继续使用。
然而，基于消石灰的高的化学反应性，吸收剂的一般处理、仓储和到涡流层反应器中的引入被证明为相对耗费的。据此，在处理不当的情况下，可能已经在存储或者供给到反应器期间发生不期望的副反应，所述副反应伴随着吸收剂的钝化并且因此减小所述方法的效率。此外，消石灰相对于金属起相对的强腐作用。对于设备而言，这增强了净化设施的输送部件的磨损，这不利地缩短了部件的寿命并且提高了维护与修理费用。此外，消石灰与湿气强碱性地发生反应。因此，在处理中对工作场所安全性提出了相对高的要求，这不利地进一步提高了方法费用并且在事故的情况下可能危害所相关人员的健康。
在事先已知的现有技术的基础上，得出本发明的任务，即提供一种用于净化烟气的方法和一种烟气净化设施，其中，可以避免现有技术中已知的缺点。
发明内容
对于方法而言，为了在技术上解决所述任务，提出前述的用于净化烟气的方法，其中，将待净化的烟气和作为固体材料存在的吸收剂-反应物喷入到涡流层反应器的反应器室中，其中，流体在与烟气和吸收剂-反应物分离的情况下喷射到反应器室中，其中，使所述吸收剂-反应物在涡流层反应器中与所述流体接触并且转化成作为固体材料存在的吸收剂。
根据本发明，在涡流层反应器的反应器室中才形成在烟气净化方面有效的吸收剂。因此可能的是，存储吸收剂-反应物并且将吸收剂-反应物供给给涡流层反应器，来替代实际的吸收剂。有利地，在此可以使用这样的反应物，即所述反应物与吸收剂相比在一般性的处理、仓储和到涡流层反应器中的引入方面是不成问题的。此外，通过执行根据本发明的方法，降低对于相关人员而言的与吸收剂相关联的健康风险并且减少与所提供的工作安全措施的设立相关联的费用。此外，应用优选非腐蚀性的吸收剂-反应物，防止吸收剂供给部件的磨损，这延长了这些部件的寿命并且整体上降低设施的维护与修理费用。
根据本发明，使流体在与烟气和吸收剂-反应物分离的情况下喷入到反应器室中。通过该途径确保，转化反应在反应器室中在受控的条件下才进行并且不是在各个反应物的输送期间就已经进行。然后，根据本发明，在反应器室中发生吸收剂-反应物与流体的接触，其中，吸收剂-反应物被转化成吸收剂。优选地，流体在喷入到涡流层反应器的反应器室中时已经被雾化。优选地，由此在反应器室中产生流体富集的体积区域，吸收剂-反应物在其喷入之后紧接着必须横穿所述体积区域。由此确保流体与吸收剂-反应物的广泛接触，由此实现吸收剂的相对高的利用率。优选地如此产生所述体积区域，使得所述体积区域在反应器内室的整个横截面上延伸。根据本发明的一个优选的特征，在此借助多个喷嘴如此使所述流体雾化，使得对于每个喷嘴形成流体的朝喷入方向锥形扩宽的雾化体积。优选地，通过所述多个喷嘴将所述流体如此喷入，使得锥形的雾化体积相交(überschneiden)。通过该方式，确保吸收剂-反应物通过流体的最佳浸湿。
根据本发明的一种优选的特征，使待净化的烟气在所述反应器室中与在所述反应器室中形成的吸收剂接触。通过在反应室器中吸收剂的直接形成，实现吸收剂在烟气净化方面的最大活性和有效性。与一开始提到的、从现有技术已知的方法(在吸收剂被存储并且引入到涡流层反应器中)不同，避免了吸收剂的所不期望的去钝化(Depassivierung)的与此相关的缺点。因此有利地改善了在烟气组分与吸收剂之间的在烟气净化时进行的化学反应的效率。因此，相比于由现有技术已知的方法，在根据本发明的方法中整体上只需较少的吸收剂。
根据本发明的一种优选的特征，使烟气通过与在反应器室中形成的吸收剂的接触来脱硫。在本发明的意义上，这意味着，通过吸收剂键联(Bindung)烟气的硫组分。优选地，在反应器室中因此形成这样的吸收剂，所述吸收剂在脱硫方面是有效的。特别优选地，为此目的形成消石灰(Ca(OH)2)。(Ca(OH)2)可从多个可能的吸收剂-反应物、尤其由氧化钙(CaO),硝酸钙(Ca(NO3)2)或者氢化钙(CaH2)提供。特别优选地，Ca(OH)2的提供在本发明的范围内来自于CaO和水(溶剂)。与消石灰不同，氧化钙在仓储和腐蚀性特性方面相对不成问题，这在结果中有利地减少了吸收剂-反应物的以及烟气净化设施的维护与修理费用。在其良好的可用性和相对简单的方法技术的可处理性方面，特别有利的是，优选喷入水，作为在氧化钙的溶剂范围内的流体。水的应用就此而言不限于与氧化钙组合的应用，而是也在与先前提到的其他吸收剂-反应物的反应方面产生消石灰。
根据本发明的一种特别优选的特征，就水与CaO之间的化学计量学关系而言，在消石灰的形成反应中过量的情况下将水喷入。已经表明，由此可以提高吸收剂的利用率。对于申请人而言可得出：原因尤其在于氧化钙溶解过程中形成的反应热的导出。
对于设备而言，为了在技术上实现解决方案，本发明的任务是，提出一开始提到的烟气净化设施，其中，喷嘴单元具有用于将待净化的气体和固体材料喷入到反应器室中的第一类型的喷嘴，其中，所述喷嘴单元具有将流体喷入到所述反应器室中的第二类型的喷嘴，其中，所述第一类型的喷嘴的数目基本上相当于所述第二类型的喷嘴的数目。
根据本发明，烟气进口单元用于将烟气净化设施连接到在外部产生的待净化的烟气处并且将该气体输送至反应器室。根据本发明的一种优选的构型提出，反应器的烟气进口单元具有至少两个烟气入口，它们相互成一在0°和90°之间的角布置。通过这种方式可以以不同的烟气流加载涡流层反应器。这使吸收区具有更好的流入和穿流。根据本发明，喷嘴单元有利地连接到烟气进口单元处。这通常使穿流得到改善。根据本发明，喷嘴单元拥有用于将待净化的气体和固体材料喷入的第一类型的喷嘴。所述第一类型的喷嘴在此优选地构造为文丘里喷嘴。优选地，烟气进口单元和/或喷嘴单元的各个第一类型的喷嘴具有侧面的固体材料进口，从而通过这种方式在反应器室中实现均匀的固体材料分布。在此也使反应器室中的压力损耗较低。特别有利地提出，在喷嘴单元中应用具有不同横截面的第一类型的喷嘴。这一方面涉及形状，另一方面涉及直径。因此，可以使用具有圆形的和/或有角的横截面并且具有相同的和/或不同的直径的第一类型的喷嘴，可以使用具有不同的横截面形状如多角、圆形和类似的或者具有所描述的可能性的任意组合的喷嘴。
根据本发明，所述喷嘴单元具有将流体喷入到所述反应器室中的第二类型的喷嘴。由此可能的是，使所喷入的流体和所喷入的固体材料——该固体材料就方法而言至少部分地通过吸收剂-反应物形成——在反应器室中接触并且在反应器室中才产生吸收剂。因此可能的是，存储吸收剂-反应物并且将其供给涡流层反应器，来替代实际的吸收剂地。有利地，在此可以使用这样的反应物，该反应物与吸收剂相比在一般的处理、仓储和到涡流层反应器中的引入方面不成问题。此外，根据本发明的设备能够应用非腐蚀性的吸收剂-反应物，由此降低所述设备的参与吸收剂供给的部件的磨损，这延长了这些部件的寿命并且整体上降低净化设施的维护与修理费用。所述第二类型的喷嘴优选由雾化器喷嘴构成。优选地，由此可以在反应器室中产生流体富集的体积区域，吸收剂-反应物在其喷入之后紧接着必须横穿所述体积区域。由此确保流体与吸收剂-反应物的广泛接触，由此实现吸收剂的相对高的利用率。
根据本发明，所述第一类型的喷嘴的数目基本上相当于所述第二类型的喷嘴的数目。已经发现，不同的喷嘴类型之间的这样的比例可使流体与吸收剂-反应物实现最佳混匀，这有利地提高了吸收剂利用率。“基本上”在本发明的意义上表示，所述第一类型的喷嘴的数目与所述第二类型的喷嘴的数目之间的比例为0.8至1.3。精确的比例优选地根据所应用的反应物得出。在特别优选的情况——在该情况下使用作为流体，并且使用氧化钙作为吸收剂-反应物用于形成消石灰——下，喷嘴单元优选如此构造，使得所述第一类型的喷嘴的数目与所述第二类型的喷嘴的数目之间的比例是1.0至2.0，优选地是1.2至1.8，最优选地是1.5。
根据本发明的一个优选的特征，所述第一类型的喷嘴和所述第二类型的喷嘴如此布置，使得它们的在反应器室侧的出口相互成一在0°和140°之间的角。因此不仅可以考虑喷嘴的平行定向而且可以考虑成直角的定向。此外，显然，在另外的范围中、优选在30°和65°或者100°和130°之间的构型视反应器几何结构而定地可以是有利的。通过相应的特别的定向根据相应的反应器几何结构，形成了特别均匀的流体富集的体积区域，由此改善各个反应物的混匀，并进一步改善吸收剂的利用率。
附图说明
本发明的其他优点和特征由以下根据附图的描述得出。在此示出：
图1示出根据本发明的烟气净化设施的示意图；以及
图2示出根据本发明的用于净化烟气的方法的流程图。
具体实施方式
图1以示意图示出了根据本发明的烟气净化设施1。烟气净化设施1拥有涡流层反应器2。涡流层反应器2具有烟气进口单元3。待净化的烟气通过烟气进口单元3的烟气进口4流动到涡流层反应器2中。涡流层反应器2还具有固体材料进口5。固体材料进口5在侧面通到烟气进口单元3中。通过固体材料进口5，可以给净化设施供给对于涡流层的形成所必需的固体材料，在此是颗粒。根据本发明，固体材料至少部分地通过同样以颗粒形状存在的吸收剂-反应物来形成。通过将固体材料进口布置在烟气进口单元3的侧面，可以将固体材料以简单的方式导入到烟气流中。烟气流自身承载固体材料至喷嘴单元6。喷嘴单元6在此拥有第一类型的喷嘴7。喷嘴7在此构造为文丘里喷嘴。
涡流层反应器2还拥有未详细示出的流体输送系统8，该流体输送系统通过线路技术完全与烟气进口单元3分离地构造。流体输送系统8在此与喷嘴单元6通过线路技术连接。在喷嘴单元6内，流体引导至第二类型的喷嘴9。喷嘴9在此构造为雾化器喷嘴。在喷嘴7与喷嘴9之间不存在通过线路技术的连接。因此避免了吸收剂-反应物与流体在喷嘴单元内的接触。
喷嘴7用于将烟气/吸收剂-反应物的混合物喷入到涡流层反应器2的反应器室10中。喷嘴9用于将流体喷入到反应器室10中。喷嘴7、9如此相互布置和定向，使得吸收剂-反应物直接在喷入到反应器室10中之后与流体接触。根据本发明，在此发生：在反应器室10中产生在烟气净化方面活跃的吸收剂。为了优化水接触，喷嘴7和喷嘴9的在反应器室侧的出口相互成一特定的角α布置和定向。为了形成根据本发明的富集水的体积区域，以便与吸收物质-反应物接触，在反应器室10的此几何结构中特别有利的是，如此布置喷嘴7和9，使得所述角度α为120°。
喷嘴7的数目和喷嘴9的数目之间的比例在本实施例中是1。喷嘴单元6因此拥有相同数目的喷嘴7和喷嘴9。在此，喷嘴单元6拥有6个喷嘴7和6个喷嘴9。该比例尤其在烟气脱硫中是证实为有效的，其中，使吸收剂-反应物(氧化钙)与流体(水)在反应器室10中接触，以便形成吸收剂-氢氧化钙(消石灰)。
图2示出根据本发明的用于净化烟气、在此尤其用于使烟气脱硫的方法的流程图。为了进行阐述，以下也参考图1的附图标记。在方法步骤A中，将待脱硫的烟气首先通过烟气进口单元3的烟气进口4供给烟气净化设施1的涡流反应器2。
在方法步骤B中，将吸收剂-反应物(在此是氧化钙)以颗粒形状通过固体材料进口5引入到烟气流中。烟气流将氧化钙在其引入之后承载到喷嘴单元6。
烟气进口单元3沿烟气的流动方向通到喷嘴单元6的以下区域中：该区域与文丘里喷嘴7通过线路技术连接。在方法步骤C中，将由烟气、氧化钙-颗粒组成的混合物通过文丘里喷嘴7喷入到涡流层反应器2的反应器室10中。
与方法步骤A-C并行地，在方法步骤D中将流体(在此是水)通过流体输送系统8在与烟气和氧化钙分离的情况下供给喷嘴单元6。流体输送系统8在此连接到喷嘴单元6的以下区域处：所述区域与喷嘴单元6的雾化器喷嘴9、但不与文丘里喷嘴通过线路技术连接。接着(E)，水通过雾化器喷嘴9喷入到反应器室10中。在此，在反应器室10内形成水富集的体积区域，该体积区域由所喷入的氧化钙完全横穿。为了确保发生接触，该体积区域填充反应器室10的整个下区段。该体积区域尤其通过侧壁11、12以及喷入高度13形成界限(见图1)。
在方法步骤F中，氧化钙和水在反应器室10中通过接触来发生反应。在此，将氧化钙溶解成氢氧化钙。通过该方式形成的氢氧化钙由于在反应器室10中的直接产生而拥有相对于烟气的硫组分较高的活性。
为了对烟气进行脱硫，使氢氧化钙在反应器室中借助涡流层的形成来在方法步骤G中与烟气接触。烟气在此被脱硫。吸收剂在于烟气发生反应之后通过反应器出口14从反应器室排出(ausgetragen)并且被供给未示出的过滤器单元。它在此可以回收吸收剂并且重新供给涡流层过程。
附图标记列表
1 烟气净化设施
2 涡流层反应器
3 烟气进口单元
4 烟气进口
5 固体材料进口
6 喷嘴单元
7 文丘里喷嘴
8 流体输送系统
9 喷雾器喷嘴
10 反应器室
11 反应器壁
12 反应器壁
13 喷入高度
14 烟气出口

Claims (13)

1.一种用于净化烟气的方法，其中，将待净化的烟气和作为固体材料存在的吸收剂-反应物喷入到涡流层反应器的反应器室中，其中，使流体在与烟气和吸收剂-反应物分离的情况下喷入到反应器室中，其中，使所述吸收剂-反应物在涡流层反应器中与所述流体接触并且转化成作为固体材料存在的吸收剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使待净化的烟气在所述反应器室中与在所述反应器室中形成的吸收剂接触，其中，使所述烟气脱硫。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，喷入CaO作为吸收剂-反应物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，喷入水作为流体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使所述吸收剂-反应物转化成所述吸收剂Ca(OH)2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述流体在喷入到所述涡流层反应器的反应器室中时进行雾化。
7.一种烟气净化设施，所述烟气净化设施具有涡流层反应器，所述涡流层反应器具有烟气进口单元、反应器室和喷嘴单元，其中，所述喷嘴单元布置在烟气进口单元与反应器室之间，其中，所述喷嘴单元具有用于将待净化的气体和固体材料喷入到反应器室中的第一类型的喷嘴，其中，所述喷嘴单元具有将流体喷入到所述反应器室中的第二类型的喷嘴，其中，所述第一类型的喷嘴的数目基本上相当于所述第二类型的喷嘴的数目。
8.根据权利要求7所述的烟气净化设施，其特征在于，所述第一类型的喷嘴的数目与所述第二类型的喷嘴的数目之间的比例是1.0至2.0，优选地是1.2至1.8，最优选地是1.5。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的烟气净化设施，其特征在于，在第一类型的多个喷嘴处构造有侧面的固体材料进口。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的烟气净化设施，其特征在于，所述第一类型的喷嘴和所述第二类型的喷嘴如此相互布置，使得它们的在反应器室侧的出口相互成一在0°和140°之间的角。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的烟气净化设施，其特征在于，所述第一类型的喷嘴和所述第二类型的喷嘴如此相互布置，使得它们的在反应器室侧的出口相互成一在0°和130°之间的角。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的烟气净化设施，其特征在于，所述第二类型的喷嘴构造为雾化器喷嘴。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的烟气净化设施，其特征在于，所述第一类型的喷嘴构造为文丘里喷嘴。
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