CN1120035C - 烟道气的处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

为了很容易地达到除去存在于烟道气中的SO₃的目的而无需加入氨，以及将烟道气进一步净化而不会将加入的物质残留在处理过的烟道气中，本发明提供了一种烟道气处理方法，它包括一个吸收步骤，用于使烟道气与吸收流体(D)在吸收塔(12、13)中接触，并通过吸收到吸收流体(D)中的方式除去至少存在于烟道气中SO₂，其特征在于，在吸收步骤之前，设置将在吸收步骤中可收集的粉末喷射到烟道气中的加入粉末步骤。

Description

烟道气的处理方法和系统

本发明涉及一种净化含有SO₂和SO₃作为硫氧化物的烟道气(例如燃烧重油的锅炉产生的烟道气)的技术。更具体地说，本发明涉及一种烟道气的处理技术，它可以在低成本下和采用简单的操作或者设备结构来除去存在于烟道气中SO₃，这种SO₃可能冷凝生成有害的硫酸烟雾。

一般说来，例如由热力发电厂等的燃烧重油锅炉产生的烟道气含有硫氧化物，包括SO₃(三氧化硫)和SO₂(二氧化硫)。SO₃占硫氧化物总量(例如为1500ppm)的比例会随锅炉的燃烧温度、燃烧炉的类型、燃烧催化剂的种类等而变化，但是一般为百分之几左右。就是说含有较少量的SO₃，如约为30ppm。因此这类烟道气脱硫的重点在于能够吸收SO₂。

但是，当存在于烟道气中的SO₃产生烟雾时，它们形成了有害的H₂SO₄雾，它腐蚀性强并且是结垢的一个因素。而且它们由亚微米颗粒组成，这些颗粒仅通过与吸收流体进行气-液接触很难收集。为此，需要一些处理来除去SO₃，以防止设备的腐蚀和结垢，或者以得到进一步纯化的烟道气。

因此，在用于例如燃烧重油的锅炉的烟道气处理系统中，通常采用的是在设备的上流位置将氨通入到烟道气中，并因此而收集存在于烟道气中的硫酸铵形式的SO₃[(NH₄)₂SO₄]。

这种常规烟道气处理方法和系统的一个例子将在下面参考图8进行说明。

在图8中，参考编号1表示空气加热器(锅炉一侧的设备)，用于通过用废气的热量来加热要通入到锅炉(未表示出)中的燃烧空气。在这种情况下，在空气加热器1之后的设备或步骤均包括在本发明的范围之内。

首先，在进口管道2中，将从空气加热器1排出的未处理的烟道气A与从喷嘴2a喷出的氨(NH₃)接触。这样烟道气中存在的SO₃与氨和存在于烟道气中的水进行反应生成硫酸铵。

接着将废气A通入到干式静电除尘器3中，在此从其中除去烟尘B，如粉煤灰。该烟尘B主要是由未燃烧的碳组成，并且例如对于燃烧重油的锅炉来说，它还含有杂质，如钒和镁。而且上述硫酸铵中的大多数也在该静电除尘器3中收集，排放在烟尘B中，并作为工业废物处理。

之后，为了回收要被排放到大气中的处理过的烟道气C的热量，在下面要描述的气-气加热器(GGH)的二次加热区域5中，将废气A通入到该GGH的热回收区域4中，在此对其进行热量回收并因此而将其冷却(热回收步骤)。例如烟道气A的温度从约160℃降低到约100℃。

其次，将至少SO₂和一部分残留的少量烟尘在脱硫设备10(吸收步骤)的吸收塔12和13(在下面描述)中从烟道气A中除去，在GGH的二次加热区域5加热到适宜于排放到大气中的温度，并且再以处理过的烟道气C的形式从烟囱(未表示出)中排放到大气中。

二次加热区域5根据废气标准、烟囱的高度等可以省去。

在本方法中，脱硫设备10的结构是其中两个液柱型吸收塔12和13(即并流和逆流吸收塔)并列放置在储存吸收浆料(或吸收流体)D的储槽11上，并且在其中将烟道气连续通入到这些吸收塔中，并在相应吸收塔中与储槽11中的浆料进行气-液接触。吸收塔12和13的每一个都装有多个喷射管15和16。将通过循环泵17和18抽出的浆料从这些喷射管15和16中以液柱的形式向上喷射。而且，将一个用于收集和除去夹带的雾的除雾器20安装在该吸收塔的下流。将用该除雾器20收集的雾汇集在一个较低的料斗(未表示出)中，并通过从该料斗的底部伸出的管道返回到储槽11中。

而且，该设备装配有所谓的转动臂气体分布器21，用于在搅拌浆料的同时将氧化性气体以细微气泡的形式吹入储槽11中的浆料中，以使其中吸收了二氧化硫的吸收浆料在储槽11中与空气充分接触并完全氧化生成石膏。

更具体地说，在该设备中，从在吸收塔12或13中的喷射管15或16喷射的吸收剂浆料向下流动，同时由于与烟道气进行气-液接触的结果而吸收了二氧化硫和烟尘，并进入储槽11，在此它通过与大量吹入其中的气泡接触同时采用分布器21搅拌而被氧化，接着进行中和反应生成石膏。在这些处理过程中发生的主反应用下面的反应通式(1)到(3)来表示。(吸收塔的烟道气进口部分)

                                 (1)(储槽)

                         (2)

              (3)

这样，石膏、少量的石灰石(用作吸收剂)和微量的烟尘稳定地悬浮在储槽11的浆料中。在该方法中，将储槽11中的浆料抽出并用浆料泵22加入到固-液分离器23中。在固-液分离器23中过滤该浆料，这样就回收了含水量低的石膏E。另一方面，将固-液分离器23的滤液的一部分F1通过滤液槽24和滤液泵25加入到浆料制备槽26中，并且作为构成吸收浆料D的水而再次使用。

浆料制备槽26装配有搅拌器并通过混合从储槽(未表示出)加入的石灰石G和从滤液槽24加入的水来制备吸收剂浆料D。将在浆料制备槽26中的吸收剂浆料D适宜地通过浆料槽27加入到储槽11中。为了补充逐渐损失的水分，例如由于在吸收塔12和13中的蒸发造成的，可适当地供应补充水(如工业用水)，例如往储槽11中补充。以粉末形式采用的石灰石G通常是通过将开凿出的石灰石粉碎成粒径为100微米左右的颗粒来制备。

进一步来说，为了防止杂质在循环通过脱硫设备10的水中聚集，将在滤液槽24中的滤液的剩余部分作为所谓的脱硫废水F2进行废水排放处理(未表示出)。

根据上述烟道气处理方法，从静电除尘器3出来的烟道气含有少量的SO₃，这样就避免了上述缺陷。

这就是说，如果不加入氨来处理SO₃，该SO₃由于硫酸的露点低而在设备中冷凝并因此产生上述烟雾。通常大多数SO₃由于在GGH的热回收区域4的冷却而冷凝成烟雾。

因此，在至少GGH的热回收区域4和其下游位置部分，可能会出现象由于设备组件的腐蚀或结垢而造成的阻塞烟道气通过管道这样的麻烦，这样就提高了设备成本和维修费用。而且，因为这种SO₃烟道气残留在从脱硫设备10中排放的处理过的烟道气C中，需要装配湿集尘器，例如在吸收塔13的下流位置和GGH的二次加热区域5的上流位置装配，以得到纯度高的净化烟道气。这也增大了设备的成本和规模。

但是，如果如图8所示的加入氨，存在于烟道气中的SO₃就在如上所述的静电除尘器3的上流位置转变成硫酸铵，并且在静电除尘器3中以烟尘B的形式收集生成的硫酸铵。这样就初步解决了SO₃带来的上述问题。

在用于燃煤锅炉的烟道气处理系统中，广泛采用的系统是一个其中将GGH的热回收区域4安装在静电除尘器3的上流一侧，以便在静电集尘之前进行热回收步骤的系统(即所谓的高效系统)。该系统的目的是采用简单并且规模小的设备结构通过注重下面的情况来获得高的除尘效率，即当烟道气的温度低时，每单位体积静电除尘器的烟尘收集效率根据烟尘的电阻而提高。但是，在采用油燃料的情况下，该系统由于存在于烟道气中的烟尘的性质差别(如电阻)而存在缺点。因此，一般通过采用如图8所示的设备结构来完成上述氨的加入。

但是，上述常规烟道气的处理方法或系统由于上述氨的加入而出现下列许多问题。

首先，必须购买昂贵的氨并进行运输。这从操作费用的角度来说是不利的。

再者，还必须延长进口管道2，以便可以将氨喷射并分散。这就影响了该设备规模的减小。

还有，由于一些氨残留在静电除尘器3的下流一侧，在脱硫废水F2中就含有氮组分。因此在排放脱硫废水之前需要进行繁琐的处理以除去氮，例如可通过微生物脱氮反应进行。这也提高了操作费用和设备规模。

再有，氨也存在于处理过的烟道气C中，并被排放到大气中。在日本，氨的排放现在并没有被限制，但是，从进一步净化烟道气的角度来看是不希望如此的。如果在将来它被限制，将需要一些措施来除去氨(如采用附加设备)。这从成本等角度来说又出现了新的问题。

进一步来说，氨也存在于作为副产物产生的石膏E中，因此，根据对石膏能够接受的标准，必须洗涤石膏以除去难闻的气味等。

另外，残留在静电除尘器3下流一侧的硫酸铵烟尘的粒径比较小，它通过在吸收塔12和13中的气-液接触不能完全被收集。因此，这些硫酸铵烟尘就残留在处理过的烟道气C中，而从进一步净化烟道气的角度来说这又成了一个问题。

所以，常规烟道气处理技术用于作为其中从质量和数量方面考虑目前要求具有较高效率的净化烟道气技术，和特别是作为用于近年来出现的众多小规模发电厂和单个发电厂的简单的和低成本的烟道气处理技术是不能令人满意的。因此，需要进一步提高这种烟道气的处理技术。

所以，本发明的第一个目的是提供一种烟道气处理方法和系统，它可以无需加入氨、很容易地处理存在于烟道气中的SO₃，并且该烟道气可被进一步净化，而不会不利地使加入的物质残留在处理过的烟道气中。

本发明的第二个目的是提供一种烟道气的处理方法和系统，它可以很容易地并且完全地以比较简单的操作或设备结构处理存在于烟道气中的SO₃并且进一步净化该烟道气。

本发明的第三个目的是在吸收步骤采用石灰-石膏法来从烟道气中除去SO₂等，同时保证作为副产物生成的石膏具有高纯度或者减少工业废物排放的量。

为了达到上述目的，本发明的发明者们进行了大量研究并发现下面情况：如果不加入氨，在用于专用燃煤锅炉的烟道气处理系统中不会出现上述与SO₃有关的问题。其原因已被发现是专用燃煤锅炉产生的烟道气含有大量的烟尘，如粉煤灰(即其含量与由燃油锅炉产生的烟道气相比高10-100倍)。

这就是说，根据本发明发明者们的研究，可以相信当在烟道气中含有粉末，如粉煤灰时，如果发生冷凝的话，由于在GGH的热回收区域4的冷却造成的烟道气中所含SO₃的冷凝就仅在所说粉末的颗粒表面发生，这样通过SO₃的冷凝产生的H₂SO₄颗粒以限制在所说粉末颗粒上的状态存在，结果不产生有害的烟雾(或硫酸雾)。而且通过试验发现如果烟道气含有下列比例的粉末，即单位体积烟道气中粉末的含量(D)与单位体积烟道气中SO₃的含量(S)的重量比(D/S)不小于约2，很难发生由于SO₃造成的设备组件的结垢和腐蚀。

本发明就是在这些研究的基础上完成的，它通过下面描述的特征解决了上述问题。

本发明提供了一种用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气处理方法，它包括一个加入粉末步骤，用于将粉末喷射到烟道气中，和一个后续吸收步骤，用于使烟道气在吸收塔中与吸收流体进行气-液接触，通过吸收到吸收流体中来除去至少存在于烟道气中的SO₂并收集粉末。

本发明还提供了一种用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理方法，它包括一个加入粉末步骤，用于将粉末喷射到烟道气中，一个后续集尘步骤，用于将烟道气通入集尘器并收集至少存在于烟道气中的粉末，和一个后续吸收步骤，用于在吸收塔中使烟道气与吸收流体进行气-液接触，并通过吸收到吸收流体中来除去至少存在于烟道气中的SO₂。

本发明进一步提供了一种用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理方法，它包括一个热回收步骤，用于通过热交换器来从烟道气中回收热量并因此而冷却烟道气，和一个后续吸收步骤，用于在吸收塔中使烟道气与吸收流体进行气一液接触，并且通过吸收到吸收流体中来除去至少存在于烟道气中的SO₂，其特征在于在热回收步骤之前，设置用于喷射可在吸收步骤收集的粉末到烟道气中的加入粉末步骤。

在本发明中，将可在吸收塔中或者集尘器中收集的粉末喷射到烟道气中的加入粉末步骤设置在采用吸收塔的吸收步骤或者采用集尘器的集尘步骤之前。

因此，如果烟道气中所含的SO₃在加入粉末步骤中或之后冷凝，该冷凝只在所说粉末的颗粒表面上发生。因此通过SO₃冷凝形成的硫酸颗粒就以限制于所说粉末颗粒上的状态存在，结果就减少了有害烟雾(或硫酸雾)的生成。

而且，由于该粉末是在吸收步骤或者集尘步骤收集的，硫酸颗粒就与该粉末一起在这些步骤中的任意一个中收集。这样至少在处理过的烟道气中就没有残留粉末和硫酸颗粒。

在本发明中，用于将可在吸收步骤中收集的粉末喷射于烟道气中的加入粉末步骤可设置在采用热交换器的热回收步骤之前。这样，即使存在于烟道气中的SO₃在该加入粉末步骤之中或之后冷凝(例如是由在上述热回收步骤中的冷却造成的)，该冷凝只发生在所说粉末的颗粒表面。因此通过SO₃的冷凝产生的硫酸颗粒以限制于所说粉末颗粒上的状态存在，结果减少了有害烟雾(或硫酸雾)的生成。而且，由于该粉末可以在吸收塔中收集，上述硫酸颗粒连同粉末一起在吸收塔中收集。因此至少在处理过的烟道气中没有残留粉末和硫酸颗粒。

根据本发明，除去烟道气中存在的SO₃可以很容易地进行，而无需加入氨，并且该烟道气可被进一步纯化而不会不利地使处理过的烟道气中残留加入的物质。

特别是当将所说粉末以下列比例喷射时，即在烟道气中含有所说粉末的烟尘量(D)与SO₃的量(S)的重量比(D/S)不小于约2(即D/S≥2)，SO₃的冷凝大多数发生在所说粉末等的颗粒表面。这就能够基本上完全避免有害烟雾(或硫酸雾)的生成，并且相当可靠地防止了由SO₃造成的结垢或腐蚀。结果，可以完全不用加入氨，以产生下面实际上非常有利的效果：

(1)将氨的消耗减小到零，显著降低了操作费用。

(2)不需要加氨设备，并且不需要特别长的管道来使氨分散，这样就相应地减少了设备成本和设备规模。

(3)由于在脱硫废水中不合有氮，在排放脱硫废水之前就不需要繁琐的处理来除去氮。因此就降低了设备成本和设备规模。

(4)将在处理过的烟道气中和排放进入大气中含有的氨量减小到零。这不仅大大地进一步净化了烟道气，还轻易地满足了未来对氨排放的限制。

(5)当采用石灰-石膏法时，以副产物形式生成的石膏不含有氨。因此该石膏不需要清洗来除去难闻的气味等。

(6)由于与现有技术相反，处理过的烟道气没有残留含有硫酸雾和硫酸铵烟尘的烟尘，提高了系统的整体除尘效果而没有采用诸如安装在吸收塔下流一侧的湿尘收集器的装置。这也有助于进一步净化该烟道气。

当喷射到烟道气中的粉末的温度低于烟道气的温度时，SO₃在这些粉末的颗粒表面上可以更有效地冷凝。结果可以更加令人满意地并且更容易地防止有害SO₃烟雾的形成。

而且，当这些粉末悬浮在一种液体中形成悬浮液并被喷射到烟道气中时，在脱硫系统等中通常采用的装置和设备，如用于制备浆料的搅拌槽、浆料泵和喷射浆料的喷嘴可以无需改进直接使用。这从设备成本和系统的可操作性方面来看是有利的。另外，与采用气力输送相比它能够更容易地将粉末均匀地喷射到烟道气中，从而可以更有效地防止由SO₃带来的麻烦。

在这种情况下，煤灰H的颗粒由于通过将浆料中的液体蒸发进入烟道气(或者由于浆料中液体的存在而引起的持续冷却效应)而产生的冷却效应而保持在较低的温度。因此，加速了SO₃在煤灰H的颗粒表面上的冷凝，从而更加令人满意地起到了将所用煤灰H作为粉末收集SO₃的作用。

当将煤的燃烧废气中所含的烟尘(即煤灰)用作所说粉末时，还可以使烟道气被更高程度的净化。就是说因为这种煤灰具有比较大的粒径，为每立方米几吨左右，它可以以与常规处理硫酸雾和常规处理硫酸铵烟尘的方法相比高的收集率在吸收塔中收集。因此，在生成的处理过的烟道气中残留有少量煤灰。

与石灰石类似，煤灰是在烟道气处理系统中常用的常规已知原料，并且现有设备和处理技术可以无需改进直接使用。这样煤灰就可以容易地得到和处理，结果进一步节约了操作费用和设备成本。特别是，煤灰在专用燃煤发电厂等是作为工业废料被排放的，因此它可无需太大成本就可得到。

还有，当将至少一部分在集尘步骤收集的烟尘再次用作喷射到烟道气中的粉末时，除了上述基本效果之外，还会产生下面的效果。

在这种情况下，将烟尘(含有煤灰和其他物质)可再次用作烟尘来收集SO₃。因此，可以降低新加入的烟尘(含有煤灰和其他物质)的量，同时可减少排出系统之外的烟尘(含有煤灰和其他物质)的量。当将排出系统之外的烟尘(含有煤灰和其他物质)与通过下面要描述的石灰-石膏法生成的石膏混合，可以产生独特效果，即可以减少烟尘的量来保持高纯度的石膏。

进一步来说，当将用于采用干式静电除尘器来收集存在于烟道气中的烟尘的集尘步骤设置在热回收步骤(热交换器)之后和吸收步骤(吸收塔)之前，并且将在该集尘步骤收集的烟尘的至少一部分再次用作所说粉末时，除了上述基本效果之外还产生了下面的特殊效果。

具体地说，在这种情况下，该系统代表了所说的高效系统，其中，热交换器安装在静电除尘器的上流，这样就提高了单位体积静电除尘器的效率。因此，通过采用小型静电除尘器，可以以高的收集率从烟道气中除去煤灰。而且，在该静电除尘器中和吸收塔中也基本上完全收集了原来包含在未处理烟道气中的烟尘，并且它很少残留在生成的处理过的烟道气中。

在这种情况下，由SO₃造成的结垢和腐蚀也被完全杜绝了，例如在上述热交换器中和位于其下流的管道中以及静电除尘器的漏斗中。而且，产生了与如前所述的效果(1)到(6)相同的效果。

而且在这种情况下，可以再利用用于收集SO₃的粉末(含有煤灰和其他物质)。这样可减少要加入的新煤灰的量，并且也可减少要排出系统之外的烟尘(含有煤灰和其他物质)的量。另外，甚至当将要排出系统之外的烟尘(含有煤灰和其他物质)与通过在下面描述的石灰-石膏法产生的石膏混合时，会产生一个特殊效果，即可以将与石膏混合的烟尘的量降至最低来保持石膏的高纯度。

进一步来说，当将至少一部分在集尘步骤中收集的烟尘[即要被排出体之外的烟尘(含有煤灰和其他物质)]与根据石灰-石膏法作为副产物产生的石膏混合时，可将作为工业废料排放的烟尘的量减少到零。这也有助于节省操作费用。

进一步来说，当用粉碎的石灰石作为所说粉末时，加入的石灰石具有为100微米左右的大粒径，因此其可在吸收塔(或者吸收步骤)中收集，与采用常规处理硫酸雾和采用常规硫酸铵烟尘的方法相比收集率极高。结果少量石灰石残留在生成的处理过的烟道气中。因此可以得到纯度高的烟道气。

进一步来说，石灰石是在烟道气处理系统中常用的常规已知材料，现有设备和处理技术可无需改进直接采用。因此石灰石可以容易地得到和处理，结果进一步节约了运行费用和设备成本。

石灰石还有一个优点，即将其加入到烟道气中对整个系统的运行没有不良影响。具体地说，在这种情况下，将在吸收塔中收集的石灰石溶解或悬浮在吸收流体中作为吸收剂(或者碱性试剂)来中和吸收流体，这样就促进了硫的氧化物的吸收反应。

进一步来说，当采用其中采用石灰石作为吸收剂并且由吸收的硫氧化物生成石膏的石灰-石膏法时，其中采用石灰石作为粉末并将其加入到烟道气中的实施方案不会对石膏的纯度产生不良影响，前提是仍然要控制加入石灰石的总量。另外，加入石灰石转变成有用的石膏而不会增加工业废料的量。

另外，当根据石灰-石膏法实施从烟道气中除去SO₃等的吸收步骤，并将所需量的在该吸收步骤中用作吸收剂的石灰石加入到烟道气中作为所说粉末时，例如通过制备其浆料来将石灰石加入到吸收塔的储槽中通常采用的设备是完全不必要。这样就进一步节约了设备成本等。

本发明提供了一个用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理系统，它包括一个吸收塔，用于将烟道气与吸收流体进行气-液接触并通过吸收到该吸收流体中来除去至少存在于烟道气中的SO₂，和一个设置在吸收塔上流的加入粉末装置，用于将粉末喷射到烟道气中。

本发明还提供了一个用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理系统，它包括一个热交换器，用于从烟道气中回收热量并因此而冷却该烟道气，和一个设置在该热交换器下流的吸收塔，用于将烟道气与吸收流体进行气-液接触并通过吸收到吸收流体中来除去至少存在于烟道气中的SO₂，其特征在于其中将用于将粉末喷射到烟道气中的加入粉末装置设置在该热交换器的上流。

在本发明的烟道气处理系统中，可以采用的一个实施方案是其中将一个用于收集存在于含有该粉末的烟道气中的烟尘的干式静电除尘器设置在热交换器的下流和吸收塔的上流，并且将至少一部分通过该静电除尘器收集的烟尘再次用作粉末。

图1是说明本发明第一个实施方案的烟道气处理系统的结构简图；

图2是说明本发明第二个实施方案的烟道气处理系统的结构简图；

图3是说明本发明第三个实施方案的烟道气处理系统的结构简图；

图4是说明本发明第四个实施方案的烟道气处理系统的结构简图；

图5是说明本发明第五个实施方案的烟道气处理系统的结构简图；

图6是表示证明本发明原理的数据曲线图；

图7是表示证明本发明原理的其他数据的曲线图；和

图8是说明常规烟道气处理系统的结构简图。

下面参考附图说明本发明的几个实施方案。用相同的编号表示图8的常规系统中包括的相同组件，并省略说明。(第一个实施方案)

参考图1对本发明的第一个实施方案进行说明。该实施方案与图8的常规烟道气处理系统的区别在于没有加入氨的步骤，用于将粉末喷射到烟道气中的加入粉末装置(未表示出)设置在静电除尘器3之前，用于通过采用该加入粉末装置将粉末[如煤的燃烧废气中所含的烟尘(即所谓的煤灰H)]喷射到烟道气A中的步骤设置在采用静电除尘器3的集尘步骤之前。

对于上述煤灰H，可以采用例如通过在专用燃煤发电厂的烟道气处理系统中所包括的静电除尘器收集的煤灰。这些煤灰通常作为工业废物废弃，因此可以以基本上只需运费廉价得到。

对于上述加入粉末装置来说，可以采用任何合适的装置，例如为气力输送或浆料输送而设计的装置。一个为气力输送而设计的有效加入粉末装置的例子是由鼓风机或空气压缩机、和用于在气流中输送粉末的管线、以及用于将粉末气力分散并输送到烟道气烟尘中的固定喷嘴构成的。一个为输送浆料而设计的有效的加入粉末装置的例子是由一个用于将粉末分散在液体中形成浆料的搅拌储槽，和一个用于对在搅拌槽中形成的浆料加压并输送的浆料泵，以及一个用于将加压和输送的浆料分散和输送到烟道气通道中的喷嘴构成的。

当以浆料形式喷射粉末时，优选构成浆料的液体可被烟道气的热量立即蒸发，以便有效地在粉末的颗粒表面上收集SO₃。一般的水(如工业用水)适用于作为该液体。因为烟道气A的温度高达约160℃，在喷射浆料中的水可被立即蒸发。

该浆料中的固体含量可以与在脱硫设备10中的固体含量一样(如约20-30％(重量))。本发明的发明者们的试验计算表明甚至当将粉末以浆料的形式喷射时，其量与下面将描述的烟道气相比也是小的。这样烟道气的温度只降低了几摄氏度，不会对在GGH中的后续热回收产生不利影响。

即使当以浆料形式喷射用作粉末的煤灰H，可以以下面的量加入煤灰H：单位体积烟道气中含有的粉末(D)的量与单位体积烟道气中含有的SO₃(S)的量的重量比满足下面图7所示的关系。例如当需要将除去SO₃的程度提高到约70％时，D/S的值应不小于25。例如当SO₃的浓度为50mg/m³N，煤灰H的用量应使在烟道气的烟尘中含有粉末的量不小于1250mg/m³N。

例如，即使当将用作的煤灰H以浆料的形式喷射，它可以以下面的量加入：单位体积烟道气中含有的粉末(D)的量与单位体积烟道气中含有的SO₃(S)的量的比例为例如不小于2(即D/S≥2)。例如，当SO₃的浓度为50mg/m³N时，可以以不小于100mg/m³N的量加入煤灰H。

在这种方法中，产生了粉末的上述效果并且是令人满意的，这样就能够以低成本和采用简单的操作或者设备结构而无需加入氨来除去烟道气中的SO₃。

更具体地说，如果存在于烟道气中的SO₃发生冷凝，例如由于在GGH的热回收区域4的冷却造成的冷凝，该冷凝大部分在存在于烟道气中的粉末的颗粒表面(含有上述煤灰和其他物质)上进行。因此通过SO₃的冷凝形成的硫酸颗粒以限制于所说粉末的颗粒上的状态存在，结果减小了有害烟雾(或硫酸雾)的产生。

而且，因为加入的煤灰具有100微米左右的比较大的粒径，其中的大多数可以在静电除尘器3中以比较高的收集率收集，而没有在静电除尘器3中收集的剩余部分可以在脱硫设备10的吸收塔12和13中收集，与常规处理硫酸雾和常规处理硫酸铵的方法相比收集基本上是完全的。因此在生成的处理过的烟道气C中残留有少量的煤灰。

将在吸收塔12和13中收集的煤灰溶解在或悬浮在循环浆料中，并最终包含在作为副产物产生的石膏E中。但是，其含量低至百分之几，在多数情况下不存在问题。另一方面，对在煤灰等的表面上冷凝的硫酸和已在吸收塔12和13中收集的硫酸连同煤灰等一起最后与例如在吸收塔的储槽11中的石灰石进行上述中和反应(3)生成一部分副产物石膏。

在该实施方案中，将在采用静电除尘器3的收集步骤中收集的烟尘的一部分B1(含有被喷射到烟道气中的粉末和该烟道气中所含的烟尘)再次作为本发明的粉末被喷射到烟道气中。将在静电除尘器3中收集的烟尘的一部分B1加入到粉末储槽30中，与在粉末储槽30中的新煤灰H混合，再通过加入粉末装置在静电除尘器3的上流位置喷射。这样就回收了烟尘的一部分B1。在该实施方案中，将包含在从气体加热器1排出的未处理的烟道气A中的烟尘，如粉煤灰和从外部加入的煤灰H加入到要被喷射到烟道气中的粉末中。

在该实施方案中，通过干式静电除尘器3收集的烟尘的其他部分B2与在脱硫装置10中作为副产物生成的石膏混合，并被排出系统之外。

在该实施方案中，优选要被喷射的粉末总量是满足上述D/S比例所需的最小值。而且，还优选将要被回收的烟尘B1的量提高到极限，即喷射的粉末足以收集SO₃，并且将要加入的煤灰H的量和要排放的烟尘B2的量降低到所需的最小程度。在这种情况下，可将要与石膏E混合的烟尘B2的量减至最小，以保证石膏E具有高纯度，并且可以降低要被加入的煤灰H的量以利于处理煤灰H。

根据本发明，可有保证地防止在GGH的热回收区域4和其下流的管道中发生由于SO₃造成结垢和腐蚀。而且，产生了下面实际上有效的效果(1)-(9)。

(1)氨的消耗可降至零，大大节省了运行费用。

(2)不需要加氨设备，并且不需要特别延长管道来使氨分散，这样就相应减少了设备成本和设备规模。

(3)由于在脱硫废水中不含有氮，在排放脱硫废水F2之前就不需要繁琐的处理来除去氮。由此降低了设备成本和设备规模。

(4)在处理过的烟道气中含有氨的量和排放进入大气的氨的量减小到零。这不仅极大地进一步净化了烟道气，还轻易满足了未来对氨排放的限制。

(5)作为副产物生成的石膏不含有氨。因此该石膏不需要清洗来除去难闻的气味等。

(6)由于与现有技术不同，处理过的烟道气中没有残留含有硫酸雾和硫酸铵烟尘的烟尘，没有采用诸如安装在吸收塔下流一侧的湿尘收集器的装置就提高了整个系统完成除尘的效率。这也有助于进一步净化烟道气。

(7)当将用作粉末的煤灰H以浆料的形式喷射时，在脱硫系统等中通常采用的仪器和设备，如用于制备浆料的搅拌槽、浆料泵和喷射浆料的喷嘴可以不加改进直接使用。这从设备成本和系统的操作性方面来看是有利的。另外，与气力输送相比它能够更容易地将粉未均匀地分散在烟道气中，从而可以更有效地防止由SO₃带来的麻烦。

在这种情况下，煤灰H的颗粒由于通过浆料中的液体蒸发到烟道气中(或者由于浆料的液体的存在而引起的持续冷却效应)产生的冷却效应而保持在较低的温度。这样就加速了SO₃在煤灰H上的颗粒表面的冷凝，从而所用煤灰H作为粉末更加令人满意地起到了收集SO₃的作用。

(8)在该实施方案中，可以回收含有可用作能够收集SO₃的粉末的煤灰H的烟尘。因此该实施方案具有特殊效果，即可以减少新煤灰的供应量，同时可以将与石膏E混合的烟尘B2的量降至最小来提高石膏的纯度等。

(9)在该实施方案中，由于烟尘B2与石膏混合，可以将作为工业废料排放的烟尘的量降至零。因此减小了运行费用。当需要更高纯度的石膏时，可将一部分或全部B2不与石膏E混合。(第二个实施方案)

下面参考图2说明本发明的第二个实施方案。在该实施方案中，安装了用于在吸收塔12和13的上流位置喷射粉末的加入粉末装置，并且将粉末，如上述通过粉碎石灰石(CaCO₃)得到的石灰石G用加入粉末装置喷射到烟道气A中作为本发明的粉末。

在该实施方案中，还可以将粉碎的煤灰通过气力输送喷射到烟道气中，或者可以以浆料形式喷射。

而且在该实施方案中，省略了在图1所示的浆料制备储槽26和浆料泵27，而且滤液F1可直接返回到吸收塔的储槽11中。将用于在脱硫设备10中的吸收步骤作为吸收剂和用于生成石膏所需量的石灰石以所说粉末的形式加入到烟道气中，这样吸收剂就不直接提供到脱硫装置10的储槽11中。

在这种情况下，用作吸收剂所需的石灰石的量基本上与烟道气中所含的硫氧化物的量呈化学计算比例。当烟道气A含有普通燃烧废气(如由燃烧油，如重油产生的烟道气)，本发明发明者们的试验计算表明：单位体积烟道气中所含的粉末的量(D)与单位体积烟道气中所含的SO₃的量(S)的重量比(D/S)等于约28。

在该实施方案中，粉末确实产生了上述效果，并且是令人满意的，这样就可以以低成本并采用简单的操作或设备结构、无需加入氨达到除去烟道气中含有的SO₃的目的。

更具体地说，如果烟道气中的SO₃冷凝，该冷凝大部分发生在烟道气中所含的粉末(含有上述石灰石和其他物质)的颗粒表面上。因此通过SO₃的冷凝生成的硫酸颗粒以限制于所说粉末的颗粒的状态存在，结果减小了有害烟雾(或硫酸雾)的产生。

而且，所加的石灰石具有100微米左右的大粒径，因此可以在脱硫装置10的吸收塔12和13中收集，与采用常规处理硫酸雾和常规处理硫酸铵烟尘的方法相比，其收集率相当高。因此有少量石灰石残留在生成的处理过的烟道气中。

将在吸收塔12和13中收集的石灰石溶解或悬浮在循环的浆料中，作为上述用于中和浆料形成副产物石膏的吸收剂(或碱性试剂)。另一方面，已在石灰石等的表面上冷凝并已与该石灰石等一起收集的硫酸最终与石灰石，例如在吸收塔的储槽11中的石灰石进行上述中和反应(3)，生成一部分作为副产物的石膏。

在该实施方案中，还有效地防止了由于SO₃造成的结垢和腐蚀，并产生了与上述在第一个实施方案中所述的效果(1)-(7)同样的效果。

在该实施方案中，将用于脱硫装置10中的吸收步骤所需量的石灰石作为粉末，省去了常规采用的浆料制备储槽26和浆料泵27。这样，该实施方案具有进一步减小设备成本和设备体积的突出效果。(第三个实施方案)

参考图3说明本发明的第三个实施方案。该实施方案与图8的常规烟道气处理系统不同，其中不包括加入氨的步骤，并且其中用于喷射粉末的加入粉末步骤(未表示出)安装在GGH的热回收区域4的上流位置，在采用上述热回收区域4的热回收步骤之前设置一个用于通过采用上述加入粉末装置将粉末[如在煤的燃烧废气所含的烟尘(即所谓的煤灰H)]喷射到烟道气A中的步骤。

这样产生了与第一个实施方案所述的效果(1)-(7)同样的效果。另外在该实施方案中还产生了下面的效果(8)。

(8)干式静电除尘器3和其他设备的排列和结构和脱硫装置10的结构与在图8中所示的常规系统基本上一致，除了用于加入煤灰H的装置之外。该实施方案具有突出的效果，即现有的烟道气处理系统可以很方便地采用本发明的技术。

图6表示实际测定的数据，说明本发明的原理(特别是加入煤灰的)。

这些数据说明当将烟道气中的烟尘浓度作为参数时，在GGH的进口(或热回收区域的进口)的SO₃气体浓度与在GGH的出口(或者二次加热区域的出口)的SO₃雾的浓度之间的关系(即SO₃的去除率)。在图6中，实心数据点表示实际测定的数据，在这些点上肉眼就可观察到硫酸雾在设备，如热回收区域4的内表面上凝结，而空心数据点表示实际测定的数据，在这些点上没有观察到硫酸雾的凝结。

从这些数据可以看出甚至当D/S的值为约15时除去约90％的SO₃，也没有观察到SO₃雾凝结在设备表面上，并且残留在流出的烟道气中的SO₃雾的量低至约10％。因此，显然如果将煤灰加入到烟道气中，例如以D/S约小于2的比例加入，SO₃雾几乎完全被除去，基本上没有残留在处理过的烟道气中，并且非常有效地防止了由于烟雾的凝结造成的腐蚀或结垢。

由于上述煤灰的除烟雾效果是物理现象，其中SO₃可在烟道气所含的颗粒表面上冷凝，不是煤灰的粉末(如粉碎的石灰石)也会产生相似的效果。(第四个实施方案)

下面参考图4说明本发明的第四个实施方案。该实施方案基本上与第三个实施方案类似，其中用煤灰作为本发明的粉末，并将其在GGH的热回收区域4的上流位置喷射。但是，该实施方案的特征在于其中将干式静电除尘器3安装在热回收区域4的下流一侧，将用于采用该静电除尘器3来收集烟道气中所含的烟尘的集尘步骤安排在采用上述热回收区域4的热回收步骤之后，并在采用脱硫设备10的吸收步骤之前。

在该实施方案中，还可通过气力输送将煤灰喷射到烟道气中，或者以浆料的形式喷射。

而且，该实施方案的结构是其中将至少一部分在采用静电除尘器3的集尘步骤收集的烟尘B1再次用作本发明的粉末，它可在热回收区域4的上流位置喷射。具体地说，在这种情况下，将在静电除尘器3中收集的烟尘的一部分B1先加入到其中加入了新煤灰H的粉末储槽30中。接着，将该烟尘通过采用上述加入粉末装置回收，再次在热回收区域4的上流位置喷射。在该实施方案中，在热回收区域4的上流位置喷射的粉末除了含有从外面加入的煤灰H之外，还含有从气体加热器1中出来的原来存在于未处理的烟道气A中的烟尘(即粉煤灰)。

而且，在该实施方案中，将在干式静电除尘器3中收集的烟尘的剩余部分B2与在脱硫装置10中以副产物形式生成的石膏均匀混合，并排出系统之外。

在该实施方案中，优选使要喷射的粉末的总量保持在所需的最小量(如使上述D/S的比例等于约2的量)。而且，还优选将回收的烟尘B1的量增大到它的极限，即喷射的粉末能足以收集SO₃，同时将加入的新煤灰H的量和排出的烟尘B2的量减至所需的最小量。在这种情况下，可将与石膏E混合的烟尘B2的量减至最小，以保证石膏E具有高纯度，同时降低新加入的煤灰H的量，以利于处理煤灰H。

在该实施方案中，也可以通过与第三个实施方案一样的方式有效地并令人满意地产生粉末的上述效果，这样可以以低成本和利用简单的操作或设备结构而无需加入氨就除去烟道气中含有的SO₃。

而且，该实施方案的系统表示前面描述的高效系统，其中热回收区域4设置在静电除尘器3的上流，这样就提高了单位体积静电除尘器3的效率。这样通过采用小型静电除尘器3，可以以高的收集率从烟道气中除去加入的煤灰H。另外，在脱硫装置10的静电除尘器3和吸收塔12和13中还基本上完全地收集了在未处理的烟道气A中原来含有的烟尘，并且该烟尘几乎不残留在生成的处理过的烟道气C中。

在该实施方案中，完全防止了由SO₃造成的结垢和腐蚀，例如在GGH的热回收区域4、位于其下流的管道和在静电除尘器3的漏斗中。而且产生了与在第一个实施方案中所述的效果(1)-(7)一样的效果。

进一步来说，在该实施方案中，可回收用于收集SO₃的粉末(含有煤灰H和其他物质)。它具有特殊的效果，即可以减少加入新煤灰H的量，而且可将与石膏E混合的烟尘B2的量降至最低，以保证石膏E的高纯度。

由于烟尘B2与石膏E混合，可将作为工业废料排放的烟尘的量降至零。这有助于例如节省运行费用。

显然，如果需要具有较高纯度的石膏，可不将全部或者部分烟尘B2与石膏混合。(第五个实施方案)

下面参考图5说明本发明的第五个实施方案。该实施方案与第三个实施方案类似，其中将用于喷射粉末的加入粉末装置设置在GGH的热回收区域4的上流位置，并且采用该加入粉末装置，将粉碎石灰石(CaCO₃)(如上述石灰石G)制备的粉末喷射到烟道气A中作为本发明的粉末。

在该实施方案中，也可将粉碎的石灰石通过气力输送喷射到烟道气中，或者可以以浆料的形式喷射。

而且在该实施方案中，可省去在图8中所示的浆料制备储槽26和浆料泵27，并且滤液F1可直接返回到吸收塔的储槽11中。将用于在脱硫装置10的吸收步骤中作为吸收剂和生成石膏所需的量的石灰石在热回收区域4的上流位置加入到烟道气中作为所说粉末，这样吸收剂可不直接加入到在脱硫装置10的储槽11中的浆料中。

在这种情况下，用于作为吸收剂的石灰石G的量基本上与在烟道气中所含的硫氧化物的量呈化学计算比例。当烟道气A含有普通的燃烧废气(如由燃烧油，如重油产生的烟道气)时，本发明发明者们的试验计算表明：单位体积烟道气中含有的粉末的量(D)与单位体积烟道气中含有的SO₃的量(S)的重量比(D/S)约等于28。

在该实施方案中，粉末的上述效果是必然的并且是令人满意的，这样就能够以低成本和采用简单的操作或设备结构无需加入氨来除去烟道气中的SO₃。

更具体地说，如果烟道气中的SO₃冷凝，例如由GGH的热回收区域4的冷却造成的，这些冷凝大部分在烟道气中所含的粉末(含有上述石灰石和其他物质)的颗粒表面进行。这样通过SO₃的冷凝生成的硫酸颗粒以限制于所说粉末的颗粒上的状态存在，结果减小了有害烟雾(或硫酸雾)的生成。

而且，加入的石灰石具有100微米的大粒径，因此，可以在脱硫装置10的吸收塔12和13中收集，与采用常规处理硫酸雾和采用处理硫酸铵烟尘所方法相比收集率明显提高。因此有少量石灰石残留在生成的处理过的烟道气C中。

将在吸收塔12和13中收集的石灰石溶解或悬浮在循环浆料中，并作为用于中和浆料的吸收剂(或者碱性试剂)，生成副产物石膏。另一方面，已在石灰石等的表面上冷凝并已与石灰石等一起收集的硫酸最后用石灰石进行上述中和反应(3)，例如在吸收塔的储槽11中生成一部分副产物石膏。

在该实施方案中，也可有效地防止由SO₃造成的结垢和腐蚀，例如在GGH的热回收区域4和位于其下流的管道中。而且，产生了与第一个实施方案中所述的效果(1)-(7)同样的效果。

进一步来说，在该实施方案中，将用于脱硫装置10的吸收步骤所需量的石灰石作为所说粉末，并省略了常规采用的浆料制备储槽26和浆料泵27。这样该实施方案产生了特殊的效果，即可以进一步减小设备成本和设备规模。

图7表明实际上测定的数据，说明本发明的原理(特别是加入了石灰石)。

这些数据表明：当将含有粉末化石灰石和水的浆料(浓度约为20-30(重量)％)简单地喷射到含有约3.7-11.5ppmSO₃的烟道气中并且没有完成从烟道气中回收热量的时候，加入的石灰石的量与通过在石灰石的颗粒表面上冷凝而除去SO₃的比例之间的关系。这些数据说明可以仅通过将含有石灰石的浆料喷射到烟道气中就可有效地除去SO₃。显然，根据为了使SO₃有效地冷凝，在加入粉末之后完成热回收的本发明原则，甚至在D/S值很低的情况下，也可以使SO₃的去除率达到很高的程度。

可以认为本发明不限于上述实施方案，还可以以各种其他方式实施。例如，本发明的粉末并不限于石灰石和煤灰，还可以采用任何能使SO₃在其颗粒表面上冷凝并可以在常规静电除尘器中或者脱硫装置的吸收塔中收集的粉末。但是，上述石灰石和煤灰是常规已知的材料，它们在烟道气处理系统中是常用的。因此，它们具有可以容易得到和处理的优点，并且它们的存在不会对整个系统的操作产生不利的影响，另外也可以如上所述避免将石灰石加入到吸收塔的储槽中的麻烦。

而且，为了加快SO₃在粉末的颗粒表面上的冷凝，可以将温度低于烟道气的粉末(或者其浆料)[例如根据需要已强制冷却的粉末(或其浆料)]喷射到烟道气中。这就使SO₃更有效地在粉末的颗粒表面上冷却，因此可以更加令人满意地并且更容易地防止有害SO₃烟雾的产生。

本发明的粉末包括石灰石和煤灰，它们可以混合加入或分别加入。当只采用石灰石时，也可以以下面的方式加入，即只将收集SO₃所需的部分喷射到烟道气中，而剩余部分仍直接加入到脱硫装置的吸收塔的储槽中。

在第一个实施方案中，除了回收含有已在静电除尘器3中收集的粉末的烟尘作为本发明的粉末，所有的烟尘都可以作为工业废料按常规排放。

显然，本发明的吸收步骤或吸收塔的结构并不限于上述实施方案。例如，吸收塔可以包括单个吸收塔，并且可以采用各种类型的吸收塔(或者气-液接触设备)，包括填充塔、喷射塔和泡罩塔。另外，本发明不限于采用钙化合物(如石灰石)作为吸收剂，但是也可以采用用例如氢氧化钠或氢氧化镁的脱硫工艺。

尽管当采用各种油燃料，如重油、乳化油、VR和CWM/重油用作燃料气体，本发明产生特殊的效果，当将其用于燃煤/重油的锅炉时，也可得到相似的效果。甚至在专用燃煤锅炉中，可以在例如进行试验的开始时或在试验过程中燃烧油燃料。本发明可有效地用于这些情况。

Claims (12)

1.一种用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理方法，它包括一个用于将粉末喷射到烟道气中的粉末加入步骤，其中喷射的粉末比例使得单位体积烟道气中包括该粉末的烟尘含量D与SO₂的含量S的重量比D/S不小于2，和一个用于在吸收塔中使烟道气与吸收流体进行气-液接触的后续吸收步骤，通过吸收到吸收流体中和收集该粉末来除去至少存在于烟道气中的SO₂。

2.一种根据权利要求1用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理方法，它进一步包括在将粉末喷射到烟道气中之后和在吸收塔中使烟道气与吸收流体进行气-液接触的后续吸收步骤之前的步骤：将烟道气通入到集尘器中并收集至少存在于在该烟道气中的粉末的后续收集烟尘步骤。

3.一种根据权利要求1的用于处理含有至少SO₂和SO₃的烟道气的烟道气处理方法，它进一步包括在所述的将粉末喷射到烟道气中之后的一个采用热交换器从烟道气中回收热量并因此而冷却烟道气的回收热量步骤。

4.根据权利要求1到3中任意一个所说的烟道气处理方法，在所说的加入粉末步骤中，所说粉末的温度低于烟道气的温度。

5.根据权利要求1到3中任意一个所说的烟道气处理方法，其中将所说的粉末以浆料的形式喷射到烟道气中，该浆料是通过将所说的粉末悬浮在一种液体中制备的。

6.根据权利要求1或2所说的烟道气处理方法，其中将煤的燃烧废气中所含的烟尘作为所说的粉末。

7.根据权利要求2所说的烟道气处理方法，其中将至少一部分已在所说的集尘步骤中收集的粉末在所说的加入粉末步骤中再次利用作为要被喷射到烟道气中的粉末。

8.根据权利要求3所说的烟道气处理方法，其中将煤的燃烧废气中所含的烟尘用作所说的粉末。

9.根据权利要求8所说的烟道气处理方法，其中在热回收步骤之后和所说的吸收步骤之前，设置采用干式静电除尘器收集存在于烟道气中的烟尘的收集烟尘步骤，并且将至少一部分在所说的收集烟尘步骤中收集的烟尘再次利用作为所说的粉末。

10.根据权利要求2或9所说的烟道气处理方法，其中采用石灰-石膏法进行吸收步骤，在该法中采用将悬浮的石灰石作为吸收剂的吸收流体以生成副产物石膏，并且至少一部分在所说的集尘步骤中收集的烟尘与在该吸收步骤中作为副产物生成的石膏混合并排放出该系统之外。

11.根据权利要求1到3的任意一个所说的烟道气处理方法，其中采用粉碎的石灰石作为所说的粉末。

12.根据权利要求11所说的烟道气处理方法，其中采用石灰-石膏法进行吸收步骤，在该法中采用将悬浮的石灰石作为吸收剂的吸收流体以生成副产物石膏，并且将在吸收步骤用作吸收剂所需量的石灰石加入到烟道气中作为粉末，以便将吸收剂非直接地加入到吸收流体中。

Images