本發(fā)明涉及一種通過粉末狀化合物對火爐導管中的燃燒煙的處理方法，該方法也被稱為煙氣的處理方法，還涉及一種用于實現(xiàn)該方法的裝置。

對于火爐導管，根據(jù)本發(fā)明，已知加力燃燒區(qū)域(也被稱為鍋爐)，和/或煙氣經(jīng)過的全部導管或全部裝置，這些導管或裝置位于加力燃燒區(qū)域下游并且位于所述煙氣的排氣煙道上游。

本發(fā)明的方法和裝置可用于對由液體或固體等傳統(tǒng)燃料或者替代物的燃燒所釋放的煙進行處理。這些燃燒或熱處理在諸如鍋爐、火爐、焚燒爐(但不限于此)之類的包圍區(qū)內(nèi)進行，這些包圍區(qū)在下文中無差異地被稱為火爐。

背景技術：

該燃燒產(chǎn)生高溫煙，該高溫煙通常通過煙道排放到大氣中。除飛灰之外，煙通常還包括諸如HCl、HF、SO₂、SO₃等酸性氣體以及其他諸如Hg等重金屬和/或呋喃之類的污染物。這些氣體對于環(huán)境和健康是有害的，并且希望能夠在將煙排放到大氣中之前消除這些氣體。

為此，被稱為降低(abattement)的已知方法在于在火爐導管中將粉末狀反應物注入到煙中間。該化合物尤其包括諸如粉末狀石灰水合物之類的鈣鎂化合物，或者諸如活性炭或例如褐焦炭之類的含碳化合物。已知被稱為熟石灰的粉末狀石灰水合物，全部固體顆粒主要由氫氧化鈣Ca(OH)₂組成。還可以使用諸如碳酸鈉或碳酸氫鈉這樣的含鈉化合物之類的其他的礦物化合物，或者這些化合物還可以用于降低二惡英、呋喃和/或例如為汞的重金屬，這些重金屬基于頁硅酸鹽，諸如海泡石或埃洛石或類似物。

然而，這樣的降低方法對輸送流量、粉末狀化合物到火爐導管中的注入流量以及徑向擴散流量造成了大量的約束，而這些約束很難得到調和。

首先，將粉末(粉末狀化合物)注入火爐導管的流量應當以超過所述火爐導管中的煙的流量，并且這避免了在一些情況下由于氣體過大的壓強作用使得粉末在煙中擴散不良而吸附到火爐導管的壁上。該煙的速率達到大于30m/s，甚至大于50m/s。

其次，將粉末輸送到火爐導管中的注入點處應當以大約15m/s至20m/s的速率來進行，更高的速率則有可能導致粉末在輸送導管中出現(xiàn)摩擦/磨耗和/或阻塞現(xiàn)象，最后的阻塞現(xiàn)象還可能在粉末基于熟石灰的情況下導致粉末被碳酸化。

最后，粉末應當均勻擴散到火爐導管的全部區(qū)域中，以使得能夠均勻有效地降低氣態(tài)污染物。該擴散尤其取決于火爐導管的尺寸以及氣體流過的流量。然而，這樣的導管在其中心通常具有“中心管(veine)”，即煙氣的速率最大的區(qū)域，這損害了粉末在火爐導管中的均勻分布。為了解決該擴散問題，在實際中使用“穿透噴嘴”，即穿透到火爐導管內(nèi)部并因此完全充滿煙的金屬管道。

不管怎樣，這些“穿透噴嘴”還具有諸多缺陷。

首先，穿透噴嘴很難承受其在火爐導管中所暴露于的溫度和酸性條件，并且具有非常有限的使用時長，當穿透噴嘴承受高溫時該使用時長特別小于一個月。因此，需要頻繁地對穿透噴嘴進行更換，這不但導致運行成本無法忽略，而且要求數(shù)天內(nèi)偶爾停止火爐。在每次停止火爐以更換穿透噴嘴之后再開始燃燒存在問題，從此時起火爐想要達到燃燒中的平衡既不快速也不容易。

這些“穿透噴嘴”還受到由粉末狀化合物的特性及其聚集能力所引起的阻塞的約束。

由此，盡管使得粉末能夠在火爐導管中良好擴散，這些“穿透噴嘴”在實現(xiàn)中依然存在諸多問題，尤其是在維護、兼容性方面，其與所想要的應用的兼容性較差，因為這些“穿透噴嘴”并不能使得達到火爐的最優(yōu)運行。

文獻US 2013/0125749描繪了一種通過使用具有吸收能力的輸送噴管和外圍空氣注入噴管來降低火爐導管中的酸性氣體和重金屬的裝置和方法，這些噴管是同心的并且通至火爐導管的內(nèi)表面。然而，該方法和裝置存在缺陷。

首先，該裝置和方法所適用的煙的溫度為小于或等于454℃。該溫度無法使得始終達到降低的最優(yōu)條件。事實上，降低氣態(tài)污染物的最優(yōu)溫度尤其取決于待降低的污染物的屬性以及所使用的粉末狀化合物的屬性。例如，在粉末狀化合物基于熟石灰的情況下，已經(jīng)確認在850℃和1150℃之間的溫度范圍內(nèi)尤其有利于粉末狀熟石灰與氣態(tài)SO₂之間的反應。

此外，該文獻提出采用非常大的將外圍空氣的流量直至6000m³/h，從而導致外圍控制的質量流量相比于煙氣的流量的比率介于3％和5％之間。這樣的流量不可避免地對煙氣的處理設備的正常運行產(chǎn)生干擾。

事實上，由于外圍空氣的流量相比于煙氣的流量得到了如此提升，煙氣中攜帶的空氣數(shù)量不能忽略并且尤其將導致對該煙氣進行非預期的冷卻，由此降低了火爐的整體能量產(chǎn)率。這樣的裝置還將具有增大位于該裝置下游的煙氣的總流量和氧含量的效果，由此迫使操作人員改變對煙氣進行處理的線路。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明旨在提供一種通過用于降低污染物的粉末狀化合物來處理煙的裝置，從而彌補現(xiàn)有技術中的缺陷；該裝置不具有前述缺陷，即該裝置使得污染物的降低率得到提升，而無需憑借穿透裝置且對干擾煙氣的處理設備的整體運行達到最低。

針對該適應，提出了一種通過用于降低污染物的粉末狀化合物來處理火爐導管中的煙氣的裝置和方法，該裝置和方法使得能夠適應于較大的操作條件范圍，尤其是適應于待處理的煙氣的溫度、待降低的污染物的屬性以及所使用的粉末狀化合物的屬性，而不需要明顯改變待處理的煙的其他特性(尤其是煙的流量和溫度)。

因此，根據(jù)第一目的，本發(fā)明涉及一種將降低煙氣污染物的粉末狀化合物注入火爐導管中的裝置，所述裝置包括：

-腔室，其連接到外圍導管上并且設置用于連接到第一鼓風組件上且通過所述外圍導管所述火爐導管上，所述第一鼓風組件設置用于將外圍空氣送入所述腔室和所述外圍導管中，

-所述外圍導管包括直徑為DP1的第一部件和與所述第一部件相對的直徑為DP2的第二部件，所述第一部件連接到所述腔室上，所述第二部件具有下游端部且與所述火爐導管連通；

-所述粉末狀化合物的輸送導管，其設置用于連接到第二鼓風組件上，所述第二鼓風組件設置用于在外圍氣體噴流的同時將輸送氣體吹入所述輸送導管，所述輸送導管具有直徑DT和下游端部，

所述外圍導管的所述第一部件被所述輸送導管以縱向同心的方式貫穿，以使得所述輸送導管的所述下游端部位于所述外圍導管的所述第一部件和所述第二部件之間的相交平面內(nèi)，

根據(jù)本發(fā)明的裝置的特征在于，所外圍導管的所述第二部件的長度L大于或等于所述外圍導管的所述第二部件的直徑(DP2)，并且在于，所述輸送導管的直徑(DT)和所述外圍導管的所述第二部件的直徑(DP2)具有如下關系：

0<DP2–DT<1/2DT。

根據(jù)本發(fā)明，輸送氣體和/或外圍氣體優(yōu)選地彼此獨立地為大氣的環(huán)境空氣。事實上，根據(jù)本發(fā)明，通過輸送氣體，已知全部氣體、尤其是空氣使得能夠通過氣動輸送將輸送導管中的粉末狀化合物運輸向火爐導管。

根據(jù)本發(fā)明，通過外圍空氣，已知外圍導管中攜帶的全部氣體、尤其是空氣在輸送導管的外圍。

連接到外圍導管上的腔室的存在，以及輸送導管以密封方式橫穿該外圍導管使得能夠形成同心的兩個氣體噴流；粉末狀化合物的輸送流和外圍氣體流。另外，外圍導管的長度為L的第二部件的存在以及輸送導管的直徑(DT)與外圍導管的第二部件的直徑(DP2)的比例使得能夠達到文氏管效應并使得裝置出口處的氣體噴流加速，從而改善了注入到火爐導管中的粉末狀化合物的穿透性。以此方式，可以在不需要利用蔓延裝置的情況下使粉末以最優(yōu)方式分布在導管中，這與現(xiàn)有技術中的“穿透噴嘴”不同，并且完全減少了使得降低粉末狀化合物良好地穿透到火爐導管中所需的外圍氣體的量，這與現(xiàn)有技術US 2013/0125749中的裝置和方法不同。

外圍氣體的量的減少使得能夠限制煙氣的特性(尤其是煙氣的溫度\流量和氧含量)造成的干擾，這與文獻US 2013/0125749中的裝置不同，該裝置要求外圍空氣的流量非常大。

因此，本發(fā)明使得能夠同時對煙氣中的卡路里的回收進行改善，由此外圍氣體的噴射的溫度下降至比回收之前的煙氣低得多。本發(fā)明使得還能夠通過注入的粉末狀化合物接近并維持降低污染物的有利的最優(yōu)溫度條件。

事實上，如之前所述，一定的具體溫度范圍使得能夠有利于降低氣態(tài)污染物的反應。該最優(yōu)溫度范圍尤其取決于待降低的污染物的屬性以及所利用的粉末狀化合物的屬性。鑒于所使用的外圍空氣的流量較小，本發(fā)明使得能夠不大幅修改煙氣的溫度，尤其是在粉末轉化合物的注入點處的溫度，并因此保證維持反應的最優(yōu)溫度。

在本發(fā)明的具體實施例中，直徑DP1大于或等于直徑DP2。

在本發(fā)明的另一具體實施例中，直徑DP1小于或等于直徑DP2。

有利地，外圍導管的第二部件的下游端部直接連接到火爐導管上。

在本發(fā)明的另一有利實施例中，外圍導管還可以包括第三部件，第三部件包括配備有上游端部的上游部分和配備有下游端部下游部分，第三部件的直徑DP3小于直徑DP2，所述上游端部被設置用于連接到外圍導管的第二部件的下游端部上，所述下游端部設置用于連接到火爐導管上。

該具體實施例使得能夠實現(xiàn)第二文氏管效應，由此對裝置出口處的噴流的加速現(xiàn)象進行進一步改善，并因此對粉末狀化合物在火爐導管中的穿透進行改善。

有利地，外圍導管的第三部件的所述上游部分呈截圓錐形。

根據(jù)優(yōu)選實施例，所述粉末狀化合物是化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤5％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。

有利地，所述粉末狀化合物是化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤3％，優(yōu)選地u≤2％，尤其u≤1％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。

根據(jù)該優(yōu)選實施例，降低煙氣的裝置的性能依然針對高溫污染物、尤其是SO₂的降低進行了改善。事實上，鈣鎂化合物在煙氣溫度達到850℃至1150℃之間的范圍內(nèi)尤其有效，特別是當捕獲類型為SO_x的酸性污染物時，更加難以高效地進行捕獲。與之相對，根據(jù)文獻US 2013/0125749中的教導，由于粉末狀化合物的接觸處的最低溫度(小于454℃)而使得無法總是達到該結果，在鈣鎂化合物為氫氧化鈣的情況下該最低溫度有利于石灰與CO₂的反應。

在本發(fā)明的另一有利實施例中，粉末狀化合物從以下中選擇：以上限定的鈣鎂化合物、諸如活性炭或褐焦炭之類的含碳化合物、諸如碳酸鈉或碳酸氫鈉之類的鈉礦物化合物、諸如海泡石或埃洛石之類的基于頁硅酸鹽的礦物化合物、及其混合物。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置還包括：

-第一鼓風組件，其連接到腔室上并且設置用于將外圍氣體吹入所述腔室和外圍導管，

-第二鼓風組件，其連接到輸送導管上并且設置用于將輸送氣體吹入所述輸送導管，

-粉末狀化合物配量構件，其連接到粉末狀化合物儲存器中并在輸送氣體的流動方向上在所述第二鼓風組件下游連接到輸送導管上，使得輸送氣體帶走所配量的粉末狀化合物。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置中，所述第一鼓風組件和所第二鼓風組件包括流量調節(jié)構件，以使得第一鼓風組件和第二鼓風組件的流量分別可調節(jié)。

該特點為該裝置的使用提供了很大的靈活性，從而使得該裝置能夠在很大范圍內(nèi)適應于煙的特點(溫度、速率、污染物等等)、導管的直徑、以及所使用的降低粉末狀化合物。

有利地，降低粉末狀化合物儲存器是化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物的儲存器，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤5％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。

有利地，降低粉末狀化合物儲存器是化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物的儲存器，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤3％、優(yōu)選地u≤2％、尤其u≤1％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。優(yōu)選地，鈣鎂化合物至少包括熟石灰。

在本發(fā)明的另一有利實施例中，降低粉末狀化合物儲存器是從以下中選擇的粉末狀化合物的存儲器：以上限定的鈣鎂化合物、諸如活性炭或褐焦炭之類的含碳化合物、諸如碳酸鈉或碳酸氫鈉之類的鈉礦物化合物、諸如海泡石或埃洛石之類的基于頁硅酸鹽的礦物化合物、及其混合物。

實際上，多個諸如上文限定的注入粉末狀化合物的裝置可以用于形成注入粉末狀化合物的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的其他特點和優(yōu)點如所附權利要求中所述。

根據(jù)第二目的，本發(fā)明涉及一種火爐導管，該火爐導管配備有至少一個上文中限定的注入降低粉末狀化合物的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的火爐導管的其他特點和優(yōu)點如所附權利要求中所述。

根據(jù)第三目的，本發(fā)明涉及通過降低煙氣污染物的粉末狀化合物對火爐導管中的煙氣進行處理的方法，包括：

-注入質量流量Q_T的輸送氣體噴流，所述輸送氣體噴流被用于將所述降低粉末狀化合物輸送到所述煙中，該煙具有煙氣流量Q_F，

-同時，在輸送氣體噴流外圍注入氣體噴流，從而形成質量流量Q_P的外圍氣體噴流。

-該方法的特征在于，所述外圍氣體的質量流量與所述煙氣的質量流量相比形成的比率Q_P/Q_F介于0.05％和0.25％之間。

根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠免于使用“穿透噴嘴”，即穿透到火爐導管內(nèi)部并具有所列全部問題的金屬管道。該方式使得能夠達到粉末的注入輸送約束并能夠控制粉末的徑向分布以達到火爐導管中的期望區(qū)域，而不需要使用諸如穿透噴嘴之類的蔓延裝置。

另外，外圍氣體的流量與煙的質量流量之間的較小比例使得能夠不明顯改變火爐的煙氣的特點(尤其是關于溫度、流量和氧含量)，由此確保維持降低反應的最優(yōu)溫度，并且還完全避免降火爐的整體能量產(chǎn)率或干擾該煙氣的處理設備的整體運行。

與之相對，文獻US 2013/0125749教導了使用較大的凈流量比，從而形成紊流以擴散(攪拌)粉末狀化合物流并在氣體攜帶流中且意外的在煙氣流中形成粉末狀化合物渦流。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例中，所述輸送氣體的速率為V_T且所述外圍氣體的速率為V_P，外圍氣體的速率V_P介于輸送氣體的速率V_T的2倍至20倍之間，即2V_T≤V_P≤20V_T。

在根據(jù)被發(fā)明的具體實施例中，輸送氣體的質量流量Q_T加上外圍氣體的質量流量Q_P與煙氣的質量流量Q_F之比形成的比例(Q_T+Q_P)/Q_F介于0.1％和0.5％之間。以此方式，輸送氣體的質量流量和外圍氣體的質量流量之和與煙氣的質量流量之比介于0.1％和0.5％之間。

有利地，粉末狀化合物以質量流量Q_A注入，輸送氣體的質量流量Q_T與粉末狀化合物的質量流量Q_A相比形成的比率Q_T/Q_A介于5和10之間。以此方式，輸送氣體的質量流量與粉末狀化合物的質量流量之比介于5和10之間。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施例中，輸送氣體的噴流的注入和外圍氣體的噴流的注入在火爐導管的內(nèi)表面處進行。

有利地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，待處理的煙的溫度介于850℃和1150℃之間。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，待處理的煙的速率介于2m/s和150m/s之間，優(yōu)選地介于3m/s和50m/s之間，尤其介于5m/s和30m/s之間。

在優(yōu)選實施例中，輸送氣體的噴流的注入和外圍氣體的噴流的注入彼此獨立調節(jié)。

有利地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，輸送氣體和/或外圍氣體優(yōu)選地彼此獨立地為空氣。

在諸如根據(jù)本發(fā)明的方法之類的降低污染物的方法中，煙氣包括從下組中選擇的污染物：酸性氣體、重金屬、呋喃、二惡英及其混合物，該酸性氣體尤其是含硫和/或含鹵素的酸性氣體。

更具體地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，酸性氣體包括從下組中選擇的污染物：SO₂、SO₃、HCl、HF、HBr及其混合物。

根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的降低粉末狀化合物包括碳酸鹽、從鈣或鎂中選擇的堿土金屬的氫氧化物和/或氧化物、或者二者的化合物。

優(yōu)選地，降低粉末狀化合物包括化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤5％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。

有利地，所述粉末狀化合物是化學式為aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·uI的鈣鎂化合物，其中，I表示雜質，a、b、x、y、z、t和u為相對于所述鈣鎂化合物的總重量的質量分數(shù)并且其中每個介于0和100％之間且u≤3％，優(yōu)選地u≤2％，尤其u≤1％，質量分數(shù)的總和a+b+x+y+z+t+u等于所述鈣鎂化合物的總重量的100％。

根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例，粉末狀化合物包括超過50％的重量、尤其超過90％的重量的氫氧化鈣Ca(OH)₂。

在本發(fā)明的另一有利實施例中，粉末狀化合物還包括從下組中選擇的化合物：諸如活性炭或褐焦炭之類的含碳化合物、諸如碳酸鈉或碳酸氫鈉之類的鈉礦物化合物、諸如海泡石或埃洛石之類的基于頁硅酸鹽的礦物化合物、及其混合物。

根據(jù)本發(fā)明的方法的其他特點和優(yōu)點如所附權利要求中所述。

附圖說明

通過閱讀以非限定方式并參照示例和附圖給出的說明，本發(fā)明的其他特征、細節(jié)和優(yōu)點將變得明顯。

圖1示出了使得能夠實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的注入裝置的一個實施例的原理圖。

圖1A示出了沿圖1中的橫截線A-A'的截面圖。

圖2示出了使得能夠實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的注入裝置的另一實施例的原理圖。

圖3示出了采用導引設備與采用現(xiàn)有技術中的金屬穿透噴嘴或采用本發(fā)明的注入裝置的實際工業(yè)試驗之間的去硫化性能比較。

圖4、5A和5B示出了采用根據(jù)本發(fā)明的裝置及其對應方法(圖4)與現(xiàn)有技術US 2013/0125749的裝置和方法(圖5A和5B)相比，降低粉末狀化合物在相同的火爐導管中的分布的CFD(Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學)數(shù)字仿真結果。

具體實施方式

圖1為根據(jù)本發(fā)明注入粉末狀化合物的裝置10的第一實施例的示例。火爐(未示出)產(chǎn)生包括氣態(tài)污染物的煙，氣態(tài)污染物由火爐導管500輸送到煙道(未示出)，從而將氣態(tài)污染物排放到大氣中。

在運行中，根據(jù)本發(fā)明的注入裝置產(chǎn)生兩個氣體流：

-輸送氣體流110，其由可調節(jié)流量鼓風機110產(chǎn)生(在所示示例中為橫向鼓風機)；該輸送氣體流在連接到鼓風機上的輸送導管120中流動；在該輸送氣體流的路徑上存在粉末狀化合物配量系統(tǒng)130，該粉末狀化合物配量系統(tǒng)連接到粉末狀化合物儲存器(未示出)上以使得該輸送氣體流攜帶粉末狀化合物；

-外圍氣體流210，其由可變流量鼓風機200產(chǎn)生；該外圍氣體流被遞送到腔室230，隨后在與該腔室相連的外圍導管220中流動。

輸送導管120密封地貫穿腔室230并且以與外圍導管220同心方式處于外圍導管220內(nèi)部。輸送導管120中斷于上游端部121，該上游端部121位于外圍導管220的第一部件221和第二部件222之間的相交平面內(nèi)。

如圖1A中從橫截線A-A'處所示，軸向輸送管道120與外圍導管的第一部件221之間因此存在環(huán)形間隙170，外圍氣體流210在該環(huán)形間隙170中流動，輸送氣體流110在輸送導管120中流動。因此，該裝置因此在火爐導管中提供了兩個氣體噴流：攜帶粉末狀化合物且軸向的輸送氣體噴流110以及圍繞輸送氣體噴流的外圍氣體噴流210。

在圖2所述的本發(fā)明的具體實施例中，外圍導管220還包括第三部件(223)，第三部件(223)包括配備有上游端部(224a)的上游部分(224)和配備有下游端部(225a)下游部分(225)，第三部件(223)的直徑DP3小于直徑DP2，所述上游端部被設置用于連接到外圍導管的第二部件的上游端部上，下游端部設置用于連接到火爐導管上。

有利地，外圍導管的第三部件的所述上游部分(224)呈截圓錐形。

外圍導管220在第三部件223處的直徑縮減由于維持質量而引起第二文氏管效應，該第二文氏管效應使得能夠使得輸送氣體流和外圍氣體流進行額外加速，并且因此額外改善了粉末狀化合物在火爐導管中的穿透性。

通常，外圍導管220以徑向方式連接到火爐導管500上。當輸送氣體流110和外圍氣體流210穿透火爐導管500時，在輸送氣體流110外圍的外圍氣體流210將該輸送氣體流110維持形狀并進行引導，從而使得能夠到達火爐導管500的中心管，而不需要穿透噴嘴。

另外，在鼓風機100和200的流量可分別調節(jié)的情況下，該裝置使得能夠適應于各種使用條件，尤其是煙速率、酸性氣體濃度、導管的直徑等等。

當然，本發(fā)明涵蓋了所能得到的該裝置的各種形式，在火爐導管中的入口處，攜帶降低的粉末狀材料的輸送氣體噴流110以及外圍氣體噴流210。例如，在當前申請的圖1和3中，外圍導管220垂直連接到火爐導管500上，也就是說，兩個導管的軸線之間的角度為90°。替代性地，該外圍導管220最終能夠連接到火爐導管500上并且兩個導管的軸線之間的角度大于或小于90°。

數(shù)字仿真

為了證明根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的效率，在考慮到各注入裝置情況下對石灰在包含煙氣的火爐導管中間的分布進行數(shù)字仿真。更準確地，將借助于根據(jù)本發(fā)明的裝置及其方法獲得的分布與借助于文獻US 2013/0125749的裝置和方法獲得的分布進行可比擬的運行參數(shù)的比較(換言之，在確定了火爐導管的幾何參數(shù)、經(jīng)過火爐導管的煙氣的組分和速率、石灰的輸送導管的位置和截面、以及輸送空氣和石灰的流量，該流量根據(jù)石灰的捕獲性能對比煙氣中存在的污染物的量來進行理論計算)。

石灰在火爐導管中的分布通過利用分布因子Phi的CFD(Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學)進行評估，分布因子Phi對應于當石灰被橫向注入時在所述導管的給定位置處煙氣中石灰的濃度。

該分布因子尤其取決于火爐導管的幾何參數(shù)并被定義如下：

$Phi=\frac{Vi}{Vtot}$

其中，

V_i對應于生石灰的體積；

V_tot對應于煙氣中生石灰的體積與全部氣體體積的總和。

在所進行的數(shù)字仿真中，所考慮的火爐導管采用反向U形(參見圖4和5)并且縱長為4m的矩形截面。

為了能夠將本發(fā)明的裝置的效率與現(xiàn)有技術US 2013/0125749的裝置的效率進行比較，首先應當確定最優(yōu)分布因子Phi_opt。該最優(yōu)分布因子對應于煙氣中所要達到的石灰濃度，從而使得該石灰以最優(yōu)方式分布，以覆蓋所考慮的導管的整個截面。

在此情況下，該最優(yōu)分布因子在考慮到包括穿透噴嘴的裝置的(由此不包含外圍氣體)情況下確定，該裝置目前作為在粉末狀化合物的分布方面最有效率的裝置。噴嘴被介入到導管中1m的深度處。

在該配置中，并且對于所考慮的火爐導管，最優(yōu)分布因子Phi_opt的值約為7×10-³。事實上，對于Phi的該值，該火爐導管中石灰的分布是最優(yōu)的并且采用橫向屏的形式，從而在注入點上方50cm處覆蓋反向U的一個支柱的完整截面。因此，這一情況(Phi_opt＝7×10^-3)被認為是所要達到的最優(yōu)分配因子。

所討論的裝置為：

a)根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法。

b)根據(jù)文獻US 2013/0125749的裝置和方法。

在圖4(本發(fā)明)和圖5(現(xiàn)有技術US 2013/0125749)中示出了該仿真的結果。

如圖4中所示，當根據(jù)本發(fā)明相對于煙氣流量使用流量為0.1％至0.2％的外圍氣體流時，使得在注入點上方50cm處的橫向平面內(nèi)的分布因子等于最優(yōu)分布因子(Phi_d＝7×10^-3)。因此，本發(fā)明能夠以與穿透噴嘴相同的穿透性來注入石灰而不需要蔓延裝置。

相反，在使用根據(jù)專利申請US 2013/0125740的裝置和方法時，通常生成相對于煙氣具有極大流量的外圍氣體流(外圍氣體的流量為本發(fā)明的外圍氣體的流量的10倍)，這造成了很大的干擾并且該干擾在文獻US 2013/0125740中另有研究。在此情況下，石灰均勻分布的區(qū)域非常小，從而為了在火爐導管中達到石灰的最優(yōu)分配因子而要求在該現(xiàn)有技術中放置至少三個裝置。

事實上，正如圖5A中所示，石灰均勻分布的區(qū)域非常集中。在此情況下，單個噴嘴并不能使得在注入點上方50cm處的橫向平面內(nèi)達到Phi＝7×10^-3。有效地，在該橫向平面內(nèi)，分配因子Phi的值為4×10^-3(圖5B)，這表示石灰的擴散效率比本申請弱1.75倍。

事實上，應當利用三個根據(jù)現(xiàn)有技術US 2013/0125740的裝置以得到與僅使用單個根據(jù)現(xiàn)有技術的穿透噴嘴相同的分布。

示例

為了對根據(jù)本發(fā)明獲得的擴散的效率進行評估，對根據(jù)文獻WO2007000433中所述的方法在高溫下采用熟石灰降低SO₂進行了研究。

在介于850℃和1150℃之間的溫度范圍內(nèi)，熟石灰通過以下化學式與再次SO2反應以形成硫酸鈣：

Ca(OH)₂→CaO+H₂O

CaO+SO₂+1/2O₂→CaSO₄

在該溫度范圍內(nèi)，氫氧化鈣與SO₂之間的反應是選擇性且快速的。

選擇性是因為，除了SO₂之外，煙中存在的其他化合物中任一個(諸如CO₂)不具有在上述溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的反應產(chǎn)物。事實上，出于實驗需要，即便氫氧化鈣使得其他酸性氣體能夠降低，對于使用氫氧化鈣來對SO₂進行中和以能夠對反應的產(chǎn)物CaSO₄進行配量并達到所討論的方法的效率、尤其是化學計量比RS并不關心。

快速是因為，熟石灰與SO₂之間的反應的速率根據(jù)阿列紐斯定理(loi d'Arrhenius)隨著溫度指數(shù)增大。由此，在900℃下，酸性氣體與熟石灰的接觸之間可以小于0.5秒。

隨后，在以下三個條件下獲得的結果進行比較：

-比較示例1：可以類似于完美混合的情況的引導設備。

-比較示例2和3：具有借助于根據(jù)現(xiàn)有技術金屬穿透噴嘴實現(xiàn)對熟石灰的注入的工業(yè)設備。

-示例：具有借助于本發(fā)明的裝置實現(xiàn)對熟石灰的注入的工業(yè)設備。

針對使SO₂降低70％來進行比較，這代表針對該類型方法的所研究的中等降低。

比較示例1：引導設備

引導設備使得能夠在完美情況下根據(jù)化學計量比RS(氫氧化鈣的摩爾數(shù)/入口處的SO₂的摩爾數(shù))來測量SO₂轉化的演進，完美情況即不存在粉末并且在整個反應區(qū)域上溫度完美分布而沒有無效或紊流區(qū)域。這樣的引導設備還在文獻WO2007000433中進行了描述。

引導設備中的煙氣的參數(shù)如下：

總流量：2Nm³/h

溫度：950℃

SO₂含量：1500ppm

CO₂含量：10％vol(氣體體積百分比)

O₂含量：6％vol

對于該引導設備，為了獲得70％的SO₂轉化，所測得的化學計量比(RS)為1.5。因此，能夠得出以下結論：在介于850℃和1150℃之間的溫度下降低SO₂的范圍內(nèi)，對70％的SO₂的轉化，完美混合物的RS接近1.5。

已經(jīng)實現(xiàn)了采用金屬穿透噴嘴的大量的工業(yè)試驗，從而使得固態(tài)顆粒在煙流中的擴散的效率最大化。

以下所示的兩個比較示例采用了到目前為止所獲得的最大的轉化率/RS。

比較示例2：采用金屬穿透噴嘴的工業(yè)試驗(根據(jù)現(xiàn)有技術)

與引導設備中使用的熟石灰相似的熟石灰通過金屬穿透噴嘴以15m/s的速率被注入到加力燃燒室中，在加力燃燒室中，沒有燃燒完的部分進行燃燒。

煙氣的參數(shù)如下：

總流量：46750Nm³/h

平均溫度：925℃

SO₂平均含量：450ppm

CO₂含量：15％vol

O₂含量：10％vol

熟石灰在火爐導管中的逗留時間大約為1至1.5秒。在比較示例2的情況下，為了獲得70％的SO₂轉化，所測得的化學計量比為2。

比較示例3：采用金屬穿透噴嘴的工業(yè)試驗(根據(jù)現(xiàn)有技術)

與引導設備中使用的熟石灰相似的熟石灰通過金屬穿透噴嘴以15m/s的速率被注入到加力燃燒室中。

煙氣的參數(shù)如下：

總流量：140000Nm³/h

平均溫度：925℃

SO₂平均含量：390ppm

CO₂含量：15％vol

O₂含量：8％vol

熟石灰在火爐導管中的逗留時間大約為1至1.5秒。在比較示例3的情況下，為了獲得70％的SO₂轉化，所測得的化學計量比為2.3。

對于70％的SO₂的轉化，比較示例2和3的平均化學計量比為2.1。

示例：根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的工業(yè)試驗

與引導設備中使用的熟石灰相似的熟石灰借助于本發(fā)明的裝置被注入到加力燃燒室中。

煙氣的參數(shù)如下：

總流量：82000Nm³/h

平均溫度：900℃

SO₂平均含量：395ppm

O₂含量：17％vol

CO₂含量：15％vol

注入裝置的參數(shù)如下：

輸送導管120的直徑DT：88.9mm，

外圍導管的第二部件222的直徑DP2：107.1mm，

輸送空氣的速率V_T：15m/s，

外圍空氣的速率V_P：44m/s，

輸送空氣的流量：420Nm³/h，

外圍空氣的流量：290Nm³/h。

熟石灰在火爐導管中的逗留時間大約為0.1秒。

根據(jù)本發(fā)明的方法使得對于降低70％的SO2能夠獲得的化學計量比(RS)為1.6。

圖3示出了針對引導設備(比較示例1)、借助于跟發(fā)明的裝置(示例)、以及借助于現(xiàn)有技術中的金屬穿透噴嘴(比較示例2和3的平均值)所獲得的全部結果。

如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的值接近于使用引導設備獲得的值。

如上文所述，當固態(tài)顆粒的擴散效率提高時，現(xiàn)場測得的值接近于采用引導件獲得的值。

該結果指出，與現(xiàn)有技術中的金屬穿透噴嘴相比，根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法使得在相同的轉化率下能夠節(jié)約大約23％的粉末狀熟石灰。

因此，與現(xiàn)有技術中使用金屬穿透噴嘴相比，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置固態(tài)顆粒在混合流體中的擴散的效率更高。另外，現(xiàn)有技術中使用的金屬穿透噴嘴造成了粉末的輸送、設備的安全性和靈活性方面的問題，這些問題同樣由根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法解決。