專利名稱：改進的酸性氣體排放控制的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及控制酸性氣體排放的工藝，特別是在燃煤鍋爐中產(chǎn)生的煙氣中的氧化硫(SO2和SO3)。含硫的煤在爐中燃燒時形成氧化硫。燃燒過程導致熱煙氣的產(chǎn)生，它的SO2和/或SO3含量是不能被接受的。通常是用散粒洗滌物，例如石灰石顆粒洗滌煙氣以將這些氧化硫清除或降低到可被接受的水平。一般是使煙氣通過一個濕石灰石的床層，使石灰石和含在煙氣中的氧化硫反應產(chǎn)生一種固體反應產(chǎn)物(硫酸鈣和亞硫酸鈣)，從而使含有氧化硫的煙氣得到清洗。含硫的固體反應產(chǎn)物的產(chǎn)生有效地從煙氣中去除了氣體的含硫化合物。
固體反應產(chǎn)物在石灰石顆粒周圍形成一層硬殼，因為硬殼的存在產(chǎn)生一種表面窒塞效應，妨礙了洗滌顆粒和氧化硫的反應，所以必須將它們定期清除。因此通過去除硬殼，使洗滌物的新鮮表面暴露出來以便和氧化硫反應，從而定期地使有反應產(chǎn)物硬殼的顆粒得到再生。
本發(fā)明涉及對一種濕洗滌物移動床的結(jié)構(gòu)的改進，從而使洗滌能以一種極為有效和效率高的方式進行。
現(xiàn)有技術介紹現(xiàn)有技術通?？渴褂靡环N濕石灰石顆粒床來洗滌煙氣中的氧化硫。通常使用如美國專利4,663,136和4,764,348所敘述的固定床(在此將這些專利的敘述引為參考)。但由于需要通過去除顆粒的硫酸鈣/亞硫酸鈣硬殼以避免表面窒塞效應，使石灰石定期得到再生，這種固定床不能連續(xù)操作。這種再生要求攪動結(jié)殼的石灰石顆粒，以使反應產(chǎn)物硬殼脫落。一旦再生步驟完成，便可再次將床層用來洗滌煙氣中的氧化硫。


圖1表示了一種現(xiàn)有技術固定床單元的簡化流程。在圖1所示的單元中，煙氣進入噴霧室1，在那里被調(diào)節(jié)到所需的溫度和濕度。調(diào)節(jié)處理是通過經(jīng)霧化噴嘴2加入水和/或用噴射器3向室內(nèi)注射直接蒸汽實現(xiàn)的。調(diào)節(jié)過的煙氣進入包括石灰石固定床的反應器4中，石灰石最好用恰好足以使顆粒被一層水膜覆蓋的水來潤濕。石灰石的固定床可由一個可移動的用石灰石填充的籃筐組成。石灰石可由高架的噴霧器5噴霧所潤濕。煙氣向下通過石灰石的固定床。二氧化硫從煙氣中被吸收到水膜中，然后在那里和溶解的石灰石反應。相信正是這個反應產(chǎn)生了硫酸鈣和亞硫酸鈣的硬殼。石灰石上一層液體水膜的存在是關鍵性的，因為干燥的石灰石不容易和煙氣中的氧化硫反應。引風機(ID)6將洗滌過的煙氣從石灰石床層底部抽出，并將其送入通至煙囪的排氣管7中，以便排放入大氣。
已經(jīng)知道為種種目的在現(xiàn)有技術中使用一種石灰石顆粒的移動床。在美國專利3,976,746(Shale等)中介紹了一種這樣的設備。但是Shale報告必須定期地清除反應產(chǎn)物的硬殼，以便將石灰石再生供進一步反應。根據(jù)Shale的專利，可通過機械攪拌來完成周期性的清除。為實現(xiàn)所要求的石灰石的定期再生，Shale等提供了一種機械設備，例如一種振動篩來從石灰石顆粒上除去反應物硬殼。
當煙氣以高氣速流過洗滌顆粒的移動床，例如Shale等所述的移動床時總有一種因通過床層的流動氣體的作用力將顆粒，特別是較小顆粒夾帶并因此從床層中排出的傾向。洗滌顆粒的夾帶造成床層中石灰石不應有的損失。而且除非采取特別措施，因“夾帶”而損失的洗滌顆粒將被夾帶到煙氣流中。因此這些夾帶顆粒很容易被抽進一般為幫助氣體流經(jīng)系統(tǒng)而設置的引風機中。
Shale等沒能提供任何機械設備來減少上述洗滌顆粒的夾帶。因此如果SO2洗滌設備的操作者希望使夾帶最少，將不得不安裝一個篩網(wǎng)或過濾器，或減少經(jīng)過床層的氣體流量。這兩種方法都是不希望采用的。過濾器或篩網(wǎng)經(jīng)過一段時間會被堵塞，并產(chǎn)生不希望有的床層壓降。降低氣體流量會使效率成比例地降低。
在本領域中人們知道在一種設備中裝設一種在床層的氣體入口和氣體出口側(cè)有一系列通氣窗的移動床。可以將通氣窗設計成有足夠的搭接，以幫助在允許氣體能自由地通過床層的同時將顆粒保持在床層中。圖2表示了一種典型的有通氣窗的移動床的基本結(jié)構(gòu)。
在例如美國專利4,670,226(Furuyama等)；5,160,708(Kodama等)；4,254,557(Mayer等)和4,254,616(Siminski等)中報道了有通氣窗的移動床。
已經(jīng)表明出在石灰石帶出控制設備中如果不做任何改進就使用有通氣窗的移動床本身是不夠的。例如在導致了本發(fā)明的早期實驗工作中確定了一個靠通氣窗將石灰石保持在床內(nèi)的LEC(石灰石帶出控制)移動床中試工廠未能實現(xiàn)此目的。在操作中石灰石被從床層中抽到出口排氣室中，接著又被抽入引風機。為防止床層石灰石的損失和保護引風機，將一個篩網(wǎng)固定到出口通氣窗內(nèi)側(cè)(石灰石床側(cè))，以便將石灰石保持在床內(nèi)。但是篩網(wǎng)的存在引起了另外的操作問題。特別是潮濕的細粉堆積在篩網(wǎng)上造成堵塞，并使石灰石床的壓降顯著增加。這種篩網(wǎng)的堵塞(即窒塞)在床層頂部發(fā)生得最快，那里通常是床層反應能力最強的部分。床層頂部篩網(wǎng)窒塞的結(jié)果使得煙氣開始優(yōu)先流經(jīng)床層的底部，那里通常是床層活性最差的部分。這種作用將同時引起床層壓降的增加，SO2清除能力的降低，和煙氣流量的下降。
曾試圖通過調(diào)節(jié)石灰石顆粒的大小使夾帶問題降至最小。但是較大的顆?？赡茏銐蛑?，可以消除夾帶問題，但在從煙氣中清除氧化硫的能力方面卻不如小顆粒有效。已經(jīng)注意到大小顆粒的組合綜合了二者最差的特點。
也曾試圖通過調(diào)整通氣窗的設計來克服夾帶問題?？梢灶A期有足夠搭接的較大的通風縫將足以避免夾帶，因為據(jù)說裝有類似大小的石灰石的有通氣窗的干式洗滌器可被用于從氣流中清除顆粒。但是已經(jīng)確定使用成70°角傾斜，長11英寸，搭接3.5英寸的通氣窗未能防止夾帶。
很明顯如能在短時間內(nèi)洗滌大量氣體是有利的。因此需要在較高的煙氣通過移動床流量下操作石灰石帶出控制系統(tǒng)才能獲得這種能力。但是較高的煙氣流量是和較大程度的顆粒夾帶相聯(lián)系的，特別當使用較小的更有效的顆粒時。希望能使用較小的顆粒而不產(chǎn)生和夾帶相關的問題，因為較小的顆粒有較高的表面積/體積比，因此它們能提供更高效的洗滌能力。由于這種較高的洗滌能力，系統(tǒng)便能有效地洗滌有高氧化硫含量的煙氣。
已經(jīng)證明所有在一個有效的移動床石灰石帶出控制系統(tǒng)中消除夾帶的努力都是不夠的。因此在本領域中長期感到需要提供一種在不犧牲一個移動床石灰石帶出控制設備的氧化硫洗滌效率的情況下解決這一問題的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種能在高煙氣流速下操作，在不造成系統(tǒng)中不應有的顆粒夾帶效應的情況下能保證有增強的效率的石灰石帶出控制系統(tǒng)和它的移動床。
為石灰石帶出控制系統(tǒng)提供一種允許使用小顆粒，以便在不造成和石灰石顆粒夾帶相關聯(lián)的不應有的效應的情況下得到增強的洗滌能力的改進的移動床也是本發(fā)明的一個目的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不需要專門安裝一種機械攪拌設備就有再生石灰石顆粒能力的石灰石帶出控制系統(tǒng)和它的移動床。
這些以及其它一些目的是靠提供一種與石灰石移動床反應器相配合的機構(gòu)來截留和回收被夾帶離開床層的顆粒而實現(xiàn)的。在一種主要的實施方案中，這種機構(gòu)利用有通氣窗的移動床反應器下游側(cè)的一個通道(slot)來接受離開移動床的氣體和夾帶的顆粒。通道的尺寸使得流過它的氣體的氣速不足以夾帶被帶出的顆粒。因此顆粒落到通道底部以便回收，而離開通道的氣體則不再有任何夾帶的顆粒。提供了回收聚積在通道底部的顆粒的設施，以便從通道中清除顆粒，使它們最終能返回反應器。為此目的可使用一種位于通道底部的傳統(tǒng)的螺旋輸送機。
當然在系統(tǒng)中可能有某些非常細的顆粒，例如細粉，被去除的反應物硬殼或其它可能因磨損或作用在洗滌顆粒上的摩擦力而形成的灰塵狀顆粒。這些小顆粒不被當作本發(fā)明所說的夾帶顆粒來考慮。因此雖然可將出口通道的大小確定為使流經(jīng)它的氣體不能夾帶被帶出的洗滌顆粒，但是象細粉，灰塵，被清除的反應物硬殼等小顆粒則由于太小而仍被流經(jīng)出口通道的氣體所夾帶，因而這些小顆粒將不會落到通道底部。這些顆?？梢杂靡粋€篩網(wǎng)來去除。
最好將通氣窗設計得足夠大，以提供充分的搭接，使離開床層進入通道的夾帶顆粒數(shù)量為最小。在移動床中不需要過濾器或篩網(wǎng)來幫助將顆粒保持在床內(nèi)，事實上在本發(fā)明中最好避免使用這種過濾器或篩網(wǎng)，因為它們?nèi)菀妆怀睗竦氖沂毞鬯氯?，并因此在床中產(chǎn)生不應有的壓降。
由于本發(fā)明的結(jié)果，可以使用較大的煙氣流量而不造成不應有的洗滌顆粒夾帶。同時床層可以用較小的洗滌顆粒操作而不產(chǎn)生和夾帶有關的不應有的效應。因為較小的顆粒有較高的表面積/體積比，所以由于能使用較小尺寸的石灰石顆粒(或相當?shù)挠糜谙礈煅趸虻念w粒)使效率得到了改善。與本發(fā)明相聯(lián)系的較高的效率使得能夠使用一個較小尺寸或緊湊的移動床，并能有效地洗滌含有較高濃度氧化硫的煙氣。此外，與本發(fā)明相聯(lián)系的較高的效率還使得能用煙氣與洗滌顆粒間最短的接觸時間從煙氣中去除氧化硫。因此可以使洗滌顆粒在床中以一個較高的速度向下移動而得到兩個額外的好處。首先在使向下運動的顆粒有較高速度的情況下操作移動床有助于保持顆粒有恒定的運動，因此使在顆粒表面形成的反應產(chǎn)物造成顆粒融合在一起或架橋的可能性最小。其次顆粒在向下的方向上較快的運動有利于顆粒的摩擦，因此將有助于除去反應物硬殼。已經(jīng)觀察到由于在移動床中顆粒的運動和一個將床層底部的顆粒輸送返回到床層頂部的螺旋輸送器的作用，使得不需要一個單獨設置的磨碎機，機械振動器或類似設備就能操作系統(tǒng)，并能使結(jié)殼的石灰石顆粒得到再生。
附圖簡述圖1是一種現(xiàn)有技術的固定床石灰石帶出控制設備的流程示意。
圖2是一種傳統(tǒng)的有通氣窗的移動床反應器的剖面圖。
圖3是氣體流經(jīng)一個潤濕石灰石顆粒移動床的流程示意。
圖4是使用本發(fā)明的石灰石反應器的整個系統(tǒng)的流程示意。
圖5是本發(fā)明的一種使用多個移動床反應器的實施方案的剖面示意圖。
圖6圖解說明了在圖5圓圈A中所包括的細節(jié)。
圖7圖解說明了在箱體中所包括的本發(fā)明的反應器。
圖8是移動床反應器沿圖7的A-A線的剖面圖。
圖9是該設備沿圖7的B-B線的視圖。
圖10表示了一種可在本發(fā)明中用于再生石灰石的磨碎設備。
發(fā)明詳述和優(yōu)選實施方案石灰石帶出控制系統(tǒng)和它的移動床可以用標準大小的石灰石顆粒從氣體，例如燃煤鍋爐煙氣中脫除氧化硫。在此工藝中熱煙氣和石灰石顆粒的移動床接觸，石灰石顆粒的直徑可在1/32″到1/4″范圍中變化。石灰石顆粒被一層水膜覆蓋，這樣煙氣中的氧化硫可被吸收到水膜中，在水膜中接著與溶解的石灰石反應。隨著反應的進行在石灰石顆粒上形成一層反應產(chǎn)物或其硬殼，主要是硫酸鈣和亞硫酸鈣。使用如圖1所示的適當?shù)膰娮旎驀娚淦魍ㄟ^用水噴霧或直接蒸汽對氣體進行調(diào)節(jié)處理，可以提高煙氣的濕度。同樣地用圖1所示的傳統(tǒng)的噴霧器也可以將石灰石潤濕?？梢栽谑沂w粒移動床頂部加入足夠的水，使石灰石顆粒一直到移動床底部都保持潤濕，在底部可以成干顆粒排出。如圖3所示，在顆粒下降通過移動床8時由于通常成水平方向通過床層的熱煙氣的作用使水膜蒸發(fā)。這樣如圖3所示煙氣從一側(cè)進入濕石灰石床層8，在氣體通過床層時發(fā)生反應，然后脫了硫的氣體從床層的另一側(cè)離開床層。
雖然可以操作該系統(tǒng)以使石灰石成干燥狀態(tài)離開床層，但是希望盡可能長時間地使石灰石保持潤溫，因為如果石灰石顆粒在到達床層底部以前過早干燥，那么裝有干顆粒的床層下一部分將基本上無活性。移動床中顆粒從潤濕狀態(tài)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)的部位是干燥前沿。利用已知的技術，通過調(diào)節(jié)決定干燥前沿位置的參數(shù)，可以控制干燥前沿的位置。這些參數(shù)包括煙氣的溫度和濕度，床層的長度和石灰石顆粒向下移動的速度。如果將煙氣調(diào)節(jié)到被水飽和，則將幾乎沒有水分從顆粒蒸發(fā)。如果那樣的話在整個移動床中顆粒都將保持潤濕?？梢哉{(diào)節(jié)其濕度以增加顆粒水分的蒸發(fā)，結(jié)果使干燥前沿出現(xiàn)在床層底部顆粒離開床層的地方?？梢杂靡阎恼{(diào)節(jié)技術來實現(xiàn)濕度調(diào)節(jié)，它包括向煙氣中送入水或蒸汽。干燥前沿的位置還可以通過增加或降低石灰石顆粒通過床層的下降速度，以及向顆粒添加水的方法加以調(diào)節(jié)。對于任何特定的能使蒸發(fā)得以發(fā)生的氣體溫度和濕度，可分別通過提高或降低石灰石顆粒通過床層的下行速度使干燥前沿向下或向上移動。在重力床中顆粒的下行速度可通過顆粒從床層底部移出的速度加以調(diào)節(jié)。
本發(fā)明可以采用一種典型的有通氣窗的重力床，例如圖2所示的床。在圖2中用參考號數(shù)9籠統(tǒng)表示的床層位于一系列入口通氣窗10和出口通氣窗11之間。如箭頭12所示，顆粒從頂部進入床層。顆?？恐亓ο蛳铝鲃?，然后如箭頭13所示在底部離開床層。氣流經(jīng)過入口通氣窗間的間隔進入床層；通過床層，然后經(jīng)過出口通氣窗間的間隔離開床層。用箭頭14概括地表示氣體的流動。
通氣窗是支承移動床內(nèi)顆粒的平板，因此床的大小和形狀就由通氣窗的布局決定。一般地說入口和出口通氣窗是完全相同的，在移動床的入口和出口側(cè)成一定角度水平安裝，它們的大小和結(jié)構(gòu)使顆粒能靠重力向下移動，而不會落到床外。每個通氣窗有其在水平方向延伸的寬度，因此決定了床層的寬度，同時每個通氣窗還有著與其寬度相垂直的長度。
移動床的入口側(cè)是一個由許多通常平行的水平安放留有間隔的平板構(gòu)成的垂直壁面，這些平板組成一排搭接的水平通氣窗，因此搭接通氣窗之間的間隔確定了供氣體通過的通道(通氣窗入口)。
構(gòu)成床層入口側(cè)的通氣窗垂直壁面最好處在一個垂直面上。每個入口通氣窗和這個面成一定角度，使得一個水平邊緣高于另一個水平邊緣，而每個通氣窗的下緣比其上緣更靠近床層中央，這樣顆粒在向下運動時就不會落到床外。通常最好是選用銳角或窄角，而以和垂直方向成大約20°的角度為最佳。20°角使通氣窗有70°的的傾斜。
移動床的出口側(cè)也是一個由許多通常平行的水平安放留有間隔的平板構(gòu)成的垂直壁面，這些平板組成一排搭接的水平通氣窗，因此搭接通氣窗之間的間隔確定了供氣體通過的通道(通氣窗出口)。構(gòu)成床層出口側(cè)的通氣窗垂直壁面最好處在一個垂直面上，該垂直壁面和入口通氣窗的垂直壁面間有一定間隔，由此確定了氣體要通過的床層的厚度。每個出口通氣窗和這個垂直面成一定角度，使得一個水平邊緣高于另一個水平邊緣，而每個通氣窗的下緣比其上緣更靠近床層中央，這樣顆粒在向下通過時就不會落到床外。由此應注意到移動床入口和出口兩側(cè)的通氣窗有著相同的結(jié)構(gòu)。
通常確定通氣窗的角度時最好選用銳角或窄角，而以和垂直面成大約20°的角度為最佳。最好使入口和出口通氣窗相同，有相同的角度，間隔和搭接長度，使移動床的入口和出口側(cè)對于形成床層的顆粒柱體成雙向?qū)ΨQ。
確定入口和出口通氣窗的角度和間隔時使得它們有足夠的搭接部分，以避免顆粒因在床內(nèi)向下移動而落到床外去。優(yōu)先選用3.5″的搭接長度。雖然角度和搭接能防止顆粒因在床內(nèi)向下運動而落出，但由于通過通氣窗間隔的氣流的作用力仍將會有一些顆粒經(jīng)出口通氣窗間的間隔而離開床層。因此本發(fā)明提供了一種機構(gòu)以去除這些顆粒和防止顆粒被氣流所夾帶，以便能防止顆粒損害系統(tǒng)，特別是損害引風機和與系統(tǒng)相關的其它風機。
圖5表示了本發(fā)明的一種實施方案，它使用多個移動床反應器，它們中的每一個都有著如前所述的通氣窗。每個移動床反應器都能容納一個靠重力向下運動的石灰石顆粒的移動床。在圖5中概括地用參考號21表示的一個移動床反應器由在垂直的一排入口通氣窗和垂直的一排出口通氣窗之間的空間12所限定，入口通氣窗之一用參考號13表示，而出口通氣窗之一則用參考號14表示。圖5中其它的移動床反應器則概括地用參考號22和23來表示?？梢钥吹礁鶕?jù)所用通氣窗的數(shù)目人們可以使床層更高或更矮些。通氣窗在垂直方向上相互間隔，由此形成了入口間隔(通氣窗入口)和出口間隔(通氣窗出口)，入口間隔之一用參考號15表示，而出口間隔之一則用參考號16表示。在操作中已被調(diào)節(jié)到所需溫度和/或濕度的煙氣靠一個氣室或通道，例如入口通道17而指向移動床反應器的入口側(cè)。入口通道最好成一種沿整個反應器垂直延伸的狹窄通道形式，這樣可以通過這些入口間隔，例如入口間隔15將煙氣均勻分散。煙氣經(jīng)過這些入口間隔，穿過空間12，然后才經(jīng)過那些出口間隔離開反應器。最好是靠一臺位于反應器下游的引風機來實現(xiàn)氣體流動。氣體穿過空間12時與受重力驅(qū)動經(jīng)移動床反應器向下運動的石灰石顆粒相接觸。在圖7和8中用參考號53來表示這些石灰石顆粒。
在反應器頂部設有洗滌顆粒入口19，以便將石灰石顆粒引入反應器。在反應器底部設有洗滌顆粒出口20，以便從反應器中排出石灰石顆粒。
煙氣在經(jīng)過出口間隔離開反應器后進入一個接受室，例如一個排氣室或通道18。出口通道最好成一種垂直延伸的狹窄通道形式伸展在移動床反應器的整個出口側(cè)。
可以在床層頂部的洗滌顆粒入口會合點使用例如新鮮料給料器的傳統(tǒng)設備，以防止環(huán)境空氣漏入出口氣體通道。床層底部的洗滌顆粒出口適合于和傳統(tǒng)的螺旋輸送機，例如圖8中所示的雙螺桿輸送機24相連接。
最好是使用多個移動床反應器。在使用多反應器時最好將它們裝在一個箱體中，例如圖7中所示的箱體25。此外在使用多個反應器時最好將它們布置成使相鄰的反應器可以共用出口和入口通道。例如相鄰反應器21和22共用出口通道18。同樣地反應器22和23共用入口通道24。但是本發(fā)明并不要求這種共享。
在確定每臺反應器的入口通氣窗的尺寸和角度時最好使它們的上沿處在一條垂直線上，而使它們的下沿處在另一條垂直線上，并使第一和第二條垂直線互相間隔開。例如在反應器21中，確定入口通氣窗13的尺寸和布置，使它們的上沿沿著垂直虛線25，而使它們的下沿沿著垂直虛線26。在圖5所示的實施方案中虛線25和26相隔4″。在圖5所示的實施方案中其余的入口和出口通氣窗也同樣布置，因此產(chǎn)生了厚4″的有通氣窗的入口和出口。在圖5所示的實施方案中入口和出口通氣窗排相互間隔，為移動床反應器形成了15″厚的空間。
從以上所述可以看到煙氣經(jīng)過入口通氣窗之間的間隔流入反應器21的空間12。在圖5中箭頭27表示經(jīng)過一個代表性的間隔的煙氣流動。經(jīng)過反應器空間12以后氣體將經(jīng)過出口通氣窗之間相應的間隔排出。箭頭28代表經(jīng)過這樣一個代表性間隔的煙氣流動。離開反應器21的氣體進到出口通道18。同樣地，反應器22的氣體也以同樣的方式通過它自己的出口。箭頭29表示離開反應器22的氣體通過一個有代表性的間隔進入出口通道18。這樣，相鄰反應器21和22的氣體流過出口進入了一個共同的出口通道18。同樣地，流經(jīng)入口通道24的氣體經(jīng)過通氣窗間的間隔進入相鄰的反應器22和23。箭頭30和31表示了氣體經(jīng)過反應器22和23的入口通氣窗之間的一個有代表性的間隔的流動方向。箭頭32表示氣體按和反應器21所述同樣的方式離開反應器23。一旦氣體進入出口通道，就可以通往煙囪，以便用已知的技術排至大氣。
由以上敘述很清楚通過反應器煙氣的總體流動正如圖7所示。圖7表示了和以上參照圖5所討論的同樣的反應器及有關的入口和出口通道，因為圖5是沿圖7所示的反應器的A-A線所取的剖面圖?？梢钥吹綀D7剖開的部分僅表示了兩個完整的入口和出口通道。但是未表示出來的其它通道也包括在箱體25中，并且它們和附圖中所表示的通道有著相同的結(jié)構(gòu)。
如圖7所示，自爐子來的煙氣按箭頭36所示的方向經(jīng)過通道或進氣室64進入箱體25。入口通道17和24有開口端和流入箱體25的氣體相通，使氣體如箭頭33所示進入入口通道。進入箱體的氣體只有經(jīng)過反應器床層才能進入出口通道。這樣氣體如箭頭34所示通過反應器床層，例如反應器床層21，22和23，進入它們相應的出口通道。每個出口通道有一個和箱體的下游區(qū)相通的開口端，使得氣體如箭頭37所示離開出口通道，然后經(jīng)過通道或排氣室65離開箱體25。此氣體然后可通到一個煙囪，以按已知的技術進行排放。在箱體內(nèi)按已知技術來布置入口和出口通道，使得在操作中所有氣體在排入大氣之前都必須按所述方式通過反應器。
圖6表示在圖5的圓圈A中的通氣窗部分的詳圖。在圖6中，通氣窗38和39是和反應器22相關的入口通氣窗。分別相應于通氣窗38和39的通氣窗40和41是和反應器23相關的入口通氣窗。在圖6中詳細表示的通氣窗代表了在圖5-9中所示的本發(fā)明的實施方案中所用的通氣窗。
相鄰反應器之間的每對相應的通氣窗可以用水平桿或其它類似部件，例如圖6中所示的桿42來固定就位。在圖6中通氣窗靠焊接43固定就位。每個通氣窗有一個水平上沿44和一個水平下沿45。水平邊沿沿著平行的垂直面固定，在圖6中用線46，47，48和49來表示它們的邊沿。在圖6所示的實施方案中，線46和47之間的距離及線48和49之間的距離為4英寸。
圖6所示的通氣窗長度為11″(即上沿44和下沿45間的距離為11″)。如圖6所示，一個給定的反應器入口或反應器出口的通氣窗的下沿最好間隔8″。而且從一條垂直線來測量時圖6所示的通氣窗成20°角。例如與反應器22相關的入口通氣窗和垂線46成20°角，而通氣窗40和41和垂線49成20°角。
圖6所示的通氣窗的布置產(chǎn)生了厚度為4″的通氣窗入口，這是由于線46和47間的距離以及線48和49間的距離為4″。同樣如圖6所示每個通氣窗與相鄰的較低的通氣窗有3.5″的搭接。在圖6中將這種搭接表示為平行線50和51之間的距離，這兩條平行線垂直于通氣窗40和41。出口通氣窗有著和以上所述入口通氣窗相同的幾何關系。
在圖6中和兩臺反應器相關的相應的入口通氣窗間的距離決定了入口通道的寬度。在圖6中由于線47和48的距離為6″，因此形成了一個6″的入口通道24。同樣這種安排被用來構(gòu)成6″寬的出口通道，例如圖5所示的出口通道18。
如前所述，本發(fā)明的一個優(yōu)點是煙氣能以高表觀速度流過該設備。經(jīng)過反應器的表觀速度是在沒有洗滌顆粒存在的情況下測定的氣體速度。氣體以確定的表觀速度流過一臺給定的反應器將使得每單位時間一個確定體積的氣體能流過該反應器(流量)。當床層裝有顆粒時為保持這一氣體流量，氣體必須以一個實際上比表觀速度高得多的速度流經(jīng)顆粒床層。這是因為顆粒通過限定氣體只能流過顆粒間的空隙限制了氣體流動。當氣體以一個相當于和高表觀氣速相關的流量流過反應器時這一更高的氣速將引起夾帶問題。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，將出口通道的大小確定為有一定的截面積，使得通過它的氣體速度不足以夾帶任何帶出的顆粒，當氣體經(jīng)過出口通氣窗間的間隔離開反應器時夾帶的顆粒將落入該通道。在圖5-9所示的實施方案中，出口通道為6″寬，并沿反應器的寬度延伸。因此出口通道的截面積足夠大，使得帶出的顆粒不再被氣流所夾帶。這樣進入出口通道的夾帶顆粒將落到其底部。為了回收這些顆粒，每個出口通道的底部都和一個回收顆粒的設備相連通。適合的設備包括一種螺旋輸送機，例如在圖8的出口通道18底部表示的螺旋輸送機52。這樣在操作中煙氣將經(jīng)入口和出口通道流過裝在反應器中的石灰石，任何被夾帶進入出口通道的石灰石將落下，并被收集和由螺旋輸送機52所回收。離開出口通道的氣體由于通過出口通道時較低的氣速，將事實上沒有夾帶的顆粒。因此離開出口通道通向排氣煙道的氣體將不再有和夾帶于其中的帶出顆粒相關的問題。
可以用任何眾所周知的建造與熱的酸性氣體，例如煙氣接觸的設備的材料來制造通氣窗。通氣窗最好是厚度大約1/8″或更厚的不銹鋼板。304不銹鋼適合于制造通氣窗。
可以用可調(diào)速驅(qū)動電機來調(diào)節(jié)位于每個反應器床層底部的螺旋輸送器24，在圖9中用參考號54表示電機中的一臺?？梢杂每烧{(diào)速驅(qū)動電機來改變螺旋輸送器的轉(zhuǎn)動速度，因此可以用它們來改變顆粒在移動床反應器中的向下運動。
圖9還表示了一臺帶動位于出口通道底部的螺旋輸送器52的驅(qū)動電機55。用來帶動螺旋輸送器52的驅(qū)動電機并不必須是可變速的，盡管也可以使用可調(diào)速驅(qū)動電機來帶動這些螺旋輸送器。在圖5-9所示的實施方案中，使用單臺有旋轉(zhuǎn)密封室的6″螺旋輸送器來排出夾帶的顆粒。這種輸送器應有一臺直接驅(qū)動電機和每小時兩噸的輸送能力?？蓪⑹沂?jīng)螺旋輸送機輸送到旋轉(zhuǎn)密封室。在這種情況下要求密封室的能力和電機驅(qū)動與螺旋輸送機相匹配。
由于在移動床反應器和螺旋輸送機中的摩擦作用，通常不需要再生進入螺旋輸送機24中的石灰石顆粒。因此可以不用任何特殊的攪碎機來從顆粒上清除反應物硬殼，而將進入螺旋輸送機24中的石灰石顆粒直接返回到反應器頂部。但是在將顆粒返回到反應器頂部以前最好是使它們通過一個過濾器篩網(wǎng)或類似設備，以去除細粉和從顆粒上脫落的硬殼。篩網(wǎng)應能除去足夠小的能被流過通道的氣體所夾帶的細粉和脫落的硬殼。在返回到反應器頂部之前可以將被回收并用螺旋輸送機52運送的夾帶顆粒與石灰石顆粒合并。可以用已知設備或組合設備，包括輸送帶，螺旋輸送機，斗式提升機等將夾帶的顆粒和反應器底部的顆粒返回到反應器頂部。
在圖4中用示意圖表示了可使用本發(fā)明的整個系統(tǒng)。在圖4中從出口通道輸送被回收的帶出石灰石，并可將其與反應器底部反應過的石灰石合并。如果為了再生需要進一步磨碎或顆粒的摩擦，可以接著將石灰石顆粒送到一臺傳統(tǒng)的攪碎機或磨碎機去。但是在優(yōu)選的實施方案中由于發(fā)生在移動床中的摩擦作用因此并不需要進一步的磨碎處理。如果在反應器中顆粒已得到充分的再生，可以旁路掉攪碎機或磨碎機，或者省去攪碎機或磨碎機。接著將顆粒送到一個篩網(wǎng)，以去除細粉和反應物硬殼。篩網(wǎng)可以是攪碎機或磨碎機的一個集成部分?？梢杂闷渌N類的傳統(tǒng)的顆粒分離設備來代替篩網(wǎng)，以便從顆粒中分離出細粉和反應產(chǎn)物。
可以在流程的任何部位加入補充的新鮮石灰石，最好如圖10所示在攪碎機的上游。
適用于從石灰石上清除反應物硬殼的設備包括攪碎機，例如在圖10中所示的一種。圖10所示的攪碎機包括一個將石灰石顆粒57加到混合室58中的加料機構(gòu)56。在混合室58中有一根上面裝有混合臂60的轉(zhuǎn)軸59。在混合室底部設有一個出口61。在操作中在轉(zhuǎn)軸59轉(zhuǎn)動過程中將石灰石顆粒加到混合室58中，這樣混合臂將混合室中的石灰石顆粒磨碎。顆粒經(jīng)出口61離開混合室?；旌鲜铱梢杂须p層壁結(jié)構(gòu)，以便可以使冷卻水經(jīng)過入口62和出口63在壁間循環(huán)?？梢栽诨旌鲜抑屑尤肽チ虾?或研磨劑以加強其中的摩擦作用，研磨可以以濕式或干式進行。
石灰石可以是平均直徑0.1″的9號篩分粒度(AASHTO No.9；Dp＝0.1″)，或稍大些的平均直徑0.28″的8號篩分粒度(AASHTO No.8；Dp＝0.28″)。優(yōu)先選用9號篩目的石灰石，因為它們的尺寸較小，并有較大的表面積/體積比。
通過床層的表觀氣體流速可以從0.3變化到1.6英尺/秒，最好是從0.5-1.6英尺/秒。特別當使用AASHTO No.9顆粒時表觀速度最好是大約0.75英尺/秒。已經(jīng)觀察到在圖5-9所示的實施方案中使用9號篩目大小的顆粒時會發(fā)生大量夾帶。然而本發(fā)明的特點使得在使用9號篩目的顆粒時有可能采用超過0.75英尺/秒的表觀速度，特別當加大了出口通道使通過它的氣流速度降低時。出口通道的大小應使通過它的氣體速度在500到大約1500英尺/分之間。所示的實施方案表明出口通道的最小寬度為6″。可以將此寬度擴大到7″，8″或更大，以限制通過出口通道的速度，使顆粒能落到其底部，在那里被螺旋輸送機所回收。
在圖5-9所示的實施方案中使用8號石灰石顆粒時已經(jīng)觀察到可以使用超過1.2英尺/秒的表觀氣速而不引起任何夾帶問題。
由于在本發(fā)明中可以使用高表觀氣速，因此有可能有效地洗滌含500到超過3000ppmdv(即百萬分之三千稀釋容積)氧化硫的煙氣。雖然圖5-9中所示的實施方案可以沒有任何困難地洗滌含3000ppmdvSO2的煙氣，通過增加床的深度(厚度)還可以處理更高濃度的SO2。
可以在下述條件下操作圖5-9所示的本發(fā)明的實施方案入口溫度100-350°F表觀氣速高達0.75英尺/秒排氣室中氣速25英尺/秒(最大值)圖5-9所示的本發(fā)明的實施方案最好在1.4″/分(最大值)的石灰石床層速度，12小時(最大值)的石灰石有效停留時間和0.2gpm/1000acfm(即0.2加侖每分鐘/1000有效立方英尺每分鐘)加水流量的條件下操作。
上述氣速范圍是根據(jù)一個和商業(yè)通氣窗和通道設計相配的水平出口通道確定的。上面提到的加水流量是石灰石床層速度，入口氣體溫度和表觀氣速的一個函數(shù)。0.2gpm/1000acfm是根據(jù)1.4″/分的石灰石床層速度，250°F的入口氣流和0.5英尺/秒的表觀氣速確定的。
雖然已經(jīng)通過某些優(yōu)選的實施方案介紹了本發(fā)明，但是本領域的技術人員很容易體會到在不離開本發(fā)明的精神的情況下可以做各種修改，變更，省略和替換。所以在此有意指出本發(fā)明僅由以下的權利要求的范圍所限定。
權利要求
1.一種改進的用于從燃燒煙氣中去除酸性氣體的設備，它包括至少一臺有通氣窗的重力移動床反應器，以容納一個洗滌顆粒的移動床，洗滌顆粒在床中靠重力向下運動，并能和所說煙氣反應產(chǎn)生一種固體反應產(chǎn)物；所說反應器由在一個有通氣窗的入口側(cè)和一個有通氣窗的出口側(cè)之間的空間所限定；所說有通氣窗的入口側(cè)有搭接的入口通氣窗，在通氣窗之間有供煙氣通過進入所說反應器的間隔；所說有通氣窗的出口側(cè)有搭接的出口通氣窗，在通氣窗之間有供所說氣體通過離開所說反應器的間隔；該設備還包括用于潤濕所說洗滌顆粒的裝置，使它們在所說反應器中時保持潮濕；用于使煙氣流過所說反應器的裝置，借此所說氣體能經(jīng)過入口側(cè)進入反應器，并在出口側(cè)離開所說反應器；其中改進部分包括所說用于使煙氣流過反應器的裝置能使所說氣體以一個能使部分洗滌顆粒從反應器的出口側(cè)噴射出去的速度流過反應器，同時所說設備還包括一個供煙氣通過的氣室；所說氣室位于所說反應器的出口側(cè)，用于接受離開所說反應器的所說煙氣，以及接受從反應器的所說出口側(cè)噴射出去的洗滌顆粒；所說氣室的大小被確定為使進入所說氣室的所說氣體的速度不足以在流過所說氣室的氣體中夾帶至少一部分被噴射出的洗滌顆粒；所說氣室有一個底部，借此在煙氣流經(jīng)氣室時所說的部分被噴射出的洗滌顆粒落到所說氣室的底部。
2.權利要求1的設備，其中所說氣室呈一種狹窄通道的形式，它和所說反應器的所說出口側(cè)共同延伸。
3.權利要求2的設備，其中用于使煙氣流過所說反應器的裝置包括一個和所說反應器的所說入口側(cè)共同延伸的入口通道。
4.權利要求3的設備，它還包括用于將洗滌顆粒送入反應器頂部的裝置和用于從反應器底部排出洗滌顆粒的裝置，以及用于將這些被排出的顆粒循環(huán)到反應器頂部以便重新送入反應器的裝置。
5.權利要求4的設備，它還包括用于從通道底部排出顆粒的裝置和用于將所說被排出的顆粒循環(huán)到反應器頂部以便重新送入反應器的裝置。
6.權利要求5的設備，其中用于從反應器底部循環(huán)顆粒的裝置和用于從通道底部循環(huán)顆粒的裝置包括一臺螺旋輸送機。
7.權利要求6的設備，它包括多臺成并排關系的相鄰反應器。
8.權利要求7的設備，其中每臺反應器和一臺相鄰反應器共用一個共同的入口通道或出口通道。
9.權利要求8的設備，其中每臺反應器的入口和出口通氣窗被布置使得形成一排垂直的搭接的入口通氣窗和一排垂直的出口通氣窗，由此為每臺反應器形成了一個事實上垂直的入口和出口側(cè)；每臺反應器的所說垂直通氣窗排相隔大約15″，因此限定出一個大約15″厚的反應器床層；與每個反應器床層相關聯(lián)的所說入口通氣窗和出口通氣窗呈長方形鋼板形式，每一塊有一個上邊沿和一個下邊沿；與每臺反應器相關聯(lián)的所說入口通氣窗和出口通氣窗成大約70°的傾斜角安裝，每個通氣窗的下邊沿比每個通氣窗的上邊沿更靠近與之相關的反應器床層；每個通氣窗的所說上和下邊沿相隔大約11″，并且在每一排垂直的入口和出口通氣窗中所說入口和出口通氣窗在垂直方向上相互間隔，使得在每個入口通氣窗的下邊沿之間有一個大約8″的垂直距離，同時在每個出口通氣窗的下邊沿之間有一個大約8″的距離。
10.一種從燃燒煙氣中去除氧化硫氣體的方法，它使用權利要求1的設備；所說方法包括使所說煙氣流過一個潤濕石灰石洗滌顆粒的移動床，洗滌顆粒在重力作用下向下移動通過權利要求1的所說反應器，其中所說煙氣經(jīng)所說入口側(cè)進入所說反應器，并且經(jīng)所說出口側(cè)離開所說反應器；所說煙氣以一個能從反應器的出口側(cè)噴射出部分洗滌顆粒的速度流過含在所說反應器中的所說洗滌顆粒，同時所說煙氣以一個不足以夾帶至少一部分被噴射出的洗滌顆粒的速度流過所說氣室，借此在氣體流過氣室時所說部分的所說被噴射出的顆粒落到所說氣室的底部。
11.一種從燃燒煙氣中去除氧化硫的方法，它使用權利要求8的設備；所說方法包括將石灰石洗滌顆粒送入到每臺反應器的頂部，由此所說顆粒在重力作用下向下移動到每臺反應器的底部；從每臺反應器的底部排出所說顆粒；在所說顆粒在所說反應器中的至少一部分時間中使洗滌顆粒保持在一種潤濕狀態(tài)；使所說氣體以一個能從每臺反應器的出口側(cè)噴射出一部分洗滌顆粒的氣流速度流過每臺反應器中的顆粒，由此所說顆粒進入出口通道；使經(jīng)每臺反應器的出口側(cè)流出的所說氣體以一個不足以夾帶至少一部分進入所說出口通道的洗滌顆粒的速度流過所說出口通道，借此所說顆粒得以落到所說出口通道的底部；從每個出口通道的底部排出所說顆粒；將從每臺反應器和出口通道底部排出的所說顆粒循環(huán)到每臺反應器的頂部，以便重新送入反應器。
12.權利要求11的方法，其中洗滌顆粒直徑為1/32″-1/4″，并且所說顆粒在從每臺反應器底部排出以前都被保持在潤濕狀態(tài)。
13.權利要求12的方法，其中洗滌顆粒為9號篩分粒度(AASHTONo.9；Dp＝0.10″)。
14.權利要求12的方法，其中洗滌顆粒為8號篩分粒度(AASHTONo.8；Dp＝0.28″)。
15.一種從燃燒煙氣中去除氧化硫的方法，它使用權利要求9的設備；所說方法包括將石灰石洗滌顆粒送入到每臺反應器的頂部，由此所說顆粒在重力作用下向下移動到每臺反應器的底部；從每臺反應器的底部排出所說顆粒；在從每臺反應器底部排出顆粒以前一直將洗滌顆粒保持在一種潤濕狀態(tài)；使所說氣體流過每臺反應器的所說入口側(cè)，由此所說氣體流過每臺反應器中洗滌顆粒的移動床，并經(jīng)過每臺反應器的出口側(cè)離開每臺反應器；使所說氣體以一個能產(chǎn)生相當于一個0.5-1.5英尺/秒的表觀速度所能達到的氣體流量的速度流過每臺反應器中的顆粒，由此一部分洗滌顆粒從每臺反應器的出口側(cè)噴射出去，并且所說被噴出的顆粒進入出口通道；使經(jīng)每臺反應器的出口側(cè)流出的所說氣體流過所說出口通道；所說出口通道的大小被確定為使流過它的氣體以一個在500到大約1500英尺/分之間的速度流動，借此至少一部分洗滌顆粒落到所說出口通道的底部；從每個出口通道的底部排出所說顆粒；將從每臺反應器和出口通道底部排出的所說顆粒循環(huán)到每臺反應器的頂部，以便重新送入反應器。
16.權利要求15的方法，其中使氣體流過最小寬度為6″的出口通道。
17.權利要求15的方法，其中表觀速度為大約0.75英尺/秒。
18.權利要求15的方法，其中洗滌顆粒直徑為1/32″-1/4″。
19.權利要求17的方法，其中洗滌顆粒為9號篩分粒度(AASHTONo.9；Dp＝0.10″)。
20.權利要求18的方法，其中洗滌顆粒為8號篩分粒度(AASHTONo.8；Dp＝0.28″)，并且所說表觀氣速為1.2-1.6英尺/秒。
21.權利要求19的方法，其中洗滌顆粒以1.4″/分的速度經(jīng)反應器下降，并且石灰石在反應器中的有效停留時間為12小時。
全文摘要
提供一種用濕石灰石顆粒從燃燒煙氣中洗滌氧化硫氣體的設備和方法。這種方法是在一個有著有通氣窗的入口(13)和出口(14)側(cè)的移動床反應器(21)中進行的,這種入口和出口側(cè)使煙氣在石灰石顆粒向下移動時能通過該反應器。通過反應器的煙氣的高氣速將某些洗滌顆粒經(jīng)反應器的出口側(cè)噴射出去。沿著反應器的出口側(cè)裝設一種狹窄通道避免了因洗滌顆粒噴射而產(chǎn)生的問題。將通道的大小確定為使通過它們的煙氣的氣速低到不足以夾帶被噴射出的顆粒。因此顆粒將會落到通道底部,在那里可將它們回收并再循環(huán)。
文檔編號B01D53/83GK1171061SQ95196991
公開日1998年1月21日 申請日期1995年11月2日 優(yōu)先權日1994年11月2日
發(fā)明者J·D·麥肯納, K·W·阿佩爾, J·C·邁科克, J·F·薩利 申請人:埃特斯國際有限公司