烟气处理工艺及系统 本发明涉及一种用于净化包含SO2和SO3等氧化硫以及诸如未燃烧的碳的粉尘的烟气(例如由燃重油锅炉产生的烟气)的技术。特别是涉及一种烟气处理技术，其中可以低成本和简化的运行或设备结构实现对烟气中可能会冷凝产生有害硫酸雾的SO3的处理或对除尘能力的改进。
通常，例如从热电厂等的燃重油锅炉中产生的烟气包含氧化硫，其不仅包括SO2(二氧化硫)，还包括SO3(三氧化硫)。SO3在氧化硫总量(例如1,500ppm)中的比例随锅炉的燃烧温度、燃烧器的类型、燃烧催化剂的类型等等而变化，但总是为几个百分点的数量级。即SO3的数量相对较少，例如约30ppm。因此，在这种类型烟气的脱硫处理中，重要的出发点是吸收SO2的能力。
但是，当烟气中的SO3产生烟雾时，将形成强腐蚀性的有害H2SO4雾并构成结垢的因素。此外，它们还包含很难被单纯的与吸收液地气-液体接触吸收的亚微颗粒。因此，需要进行去除SO3的处理，以防止腐蚀设备和结垢，或者实现烟气的进一步净化。
在例如用于燃重油锅炉的烟气处理系统中，通常是将氨喷射进系统上游部的烟气中，从而将烟气中的SO3吸收成为硫酸铵[(NH4)2SO4]。
这种传统烟气处理工艺和系统的一个实例参照图14描述如下。
在图14中，标号1表示用于利用烟气的热量加热供入锅炉(未示出)的燃烧空气的热风器(锅炉侧部设备)。此时，采用该热风器1的装置或步骤在本发明的范围之内。
首先，在入口管道2，离开热风器1的未处理烟气A与从喷嘴2a喷射的氨(NH3)接触。因此，烟气中的SO3与该氨和烟气中的水反应形成硫酸氨。由于该硫酸铵以固体颗粒(即粉尘)存在于烟气中，烟气中的粉尘浓度显著增加。(例如，若喷射氨之前粉尘浓度是180mg/m3N，则喷射氨之后的粉尘浓度将约是360mg/m3N。)
然后，烟气A被导入干的静电沉淀器3，而粉尘B从该处去除。这部分原来容纳于烟气A中的粉尘B基本包括未燃烧的碳以及在例如燃重油锅炉的情况下还包括诸如钒和镁的杂质。此外，大部分前述的硫酸铵也被收集进静电沉淀器3中，然后排放粉尘B，并例如作为工业废料处理。
此后，为加热将要排放进大气中的处理后的烟气C，在后面将描述的气-气加热器(GGH)的回热区5，烟气A被导入该GGH的热回收部分4而进行热回收，从而被冷却(热回收步骤)。例如，烟气A的温度从约160℃冷却到约100℃。
随后，至少SO2和部分剩余的少量粉尘在脱硫器10的吸收塔12和13(后面将描述)内从烟气A中去除(吸收步骤)，在GGH的回热区5加热至适于排放到大气中的温度，然后作为处理后的烟气C从排气管(未示出)排进大气。
在此情况下，脱硫器10的结构是其中两个液柱式的吸收塔12和13(即平行流动和对流吸收塔)并列放置在容器11上，以储存吸收浆液(或吸收流体)D，并且其中烟气被依次导入这些吸收塔中并在各吸收塔中与容器11的浆液进行气-液体接触。吸收塔12和13分别配有多个喷射管15和16，并且由循环泵17和18吸取的浆液以液柱形式从这些喷射管15和16向上喷射。此外，在此情况下，用于收集和去除所有夹杂烟雾的脱雾器20安装在吸收塔的下游侧。在图14的装置中，由该脱雾器20收集的烟雾在下漏斗(未示出)聚集并通过从漏斗底部延伸的排放管返回容器11。
此外，该装置配有所谓的旋转臂空气分布器21，以在搅拌浆液时将氧化空气以微小气泡的形式鼓送进容器11内的浆液中，从而具有吸收进的二氧化硫的吸收浆液与容器11中的空气有效接触，因此完全氧化形成石膏。
特别是在该装置中，在吸收塔12或13中从喷射管15或16喷射的吸收浆液在通过与烟气的气-液接触吸收二氧化硫和粉尘的同时向下流动，并进入容器11，此时其通过与搅拌空气分布器21时鼓送进来的大量气泡接触而氧化，然后进行中和反应形成石膏。在这些处理过程中发生的主要反应由下述反应公式(1)至(3)表示。
(吸收塔的烟气入口区)
(1)
(容器)
(2)
(3)
因此，石膏、少量的石灰石(用作为吸收剂)和少量的粉尘稳定地悬浮在容器11内的浆液中。此时，容器11内的浆液(后面将称为石膏浆液S)通过浆液泵22抽回并输送进固-液分离器23。该浆液在固-液分离器23内脱水，从而具有低含水量的石膏E被回收。另一方面，从固-液分离器23过滤的一部分F1通过过滤容器24和过滤泵25输送至浆液制备容器26，重新用作为含水吸收浆液D。
浆液制备容器26装有搅拌器，并用于通过将从石灰石槽(未示出)导入的石灰石G(即吸收剂)与从过滤容器24输送的过滤物F1混合而制备吸收浆液D。浆液制备容器26内的吸收浆液D可通过浆液泵27送入容器11内。为弥补例如由于吸收塔12和13内的蒸发而形成的水的逐步损失，可以将补充水(例如工业水)输送至例如容器11中。石灰石G以粉末形式使用，其一般是通过将开采的石灰石粉碎成直径约为100μm的颗粒而成。
此外，为防止在水经脱硫器10循环时杂质聚集，过滤容器24内过滤物的残留物作为所谓的脱硫废水F2被输送至废水处理工序(未示出)。
根据上述的烟气处理工艺，从静电沉淀器3出来的烟气几乎不包含SO3，因此避免了上述的缺点。
也就是说，若不是喷射氨来去除SO3，则该SO3将在硫酸露点的基础上在设备内冷凝，从而产生上述的烟雾。通常，大部分SO3在GGH的热回收部分4内通过冷却冷凝成烟雾。
因此，至少在GGH的热回收部分4和位于其下游的部分，诸如设备元件的腐蚀和因结垢导致的烟气流动通道的堵塞而产生的问题将会增加，从而导致设备成本和维修成本的增加。此外，由于这种SO3烟雾残留在从脱硫器10排放的处理后的烟气C内，因此需要安装湿粉尘沉淀器，例如安装在吸收塔13下游和GGH的回热区5上游的位置，以实现烟气的高度净化。这也将导致设备成本和尺寸的增加。
但是，若如图14所示进行氨喷射，则烟气中的SO3将在上述的静电沉淀器3的上游位置转化成硫酸铵，并且所形成的硫酸铵在静电沉淀器3内收集为粉尘B。因此，上述有关SO3的问题暂时得以解决。
在用于燃煤锅炉的烟气处理系统中，广泛采用了将GGH的热回收部分4设置在静电沉淀器3的上游侧以先于静电粉尘收集而进行热回收步骤的系统(即所谓的高性能系统)。该系统试图通过将主要目标放在当烟气温度较低时在粉尘稳定性的基础上提高静电沉淀器的每单元功率的粉尘收集能力而以简化和小尺寸的设备结构实现高除尘能力。但是，在使用燃油的情况下，由于烟气中粉尘特性(例如电阻)的不同，该系统的优越之处不多。因此，通常是采用图14所示的设备结构进行前述的氨喷射。
然而，由于前述的氨喷射，上述传统的烟气处理工艺或系统存在下述的各种问题。
首先，必须购买昂贵的氨并进行输送。从操作成本的角度考虑，这是很不利的。
此外，还需要加长入口管道2，从而可喷射并分散氨。这与减小设备尺寸的要求相矛盾。
另外，由于部分氨残留在静电沉淀器3的下游侧，氮元素容纳于脱硫废水F2中。因此，在处理脱硫废水之前需要进行除氮例如通过微生物脱氮的复杂处理。这也将导致操作成本和设备尺寸的增加。
此外，氨还存留于处理后的烟气C中并排放进大气中。从烟气进一步净化的角度考虑是不希望氨散出的。若控制氨散出，将需要采取一些除氨的措施(例如使用附加的设备)。这也将导致成本等方面的问题。
还有，氨还存留于作为副产品的石膏E中。因此，根据石膏的验收标准，必须冲洗石膏以去除难闻气味等。
另外，残留在静电沉淀器3下游侧的硫酸铵粉尘具有较小的颗粒直径，并且不能在吸收塔12和13中完全通过气-液接触吸收。由此，这些硫酸铵粉尘残留在处理后的烟气C中，并且也对烟气的进一步净化带来问题。
因此，传统烟气处理技术作为近来对质和量方面不断提高性能的需求的烟气净化技术，特别是作为近年来流行的小型电厂和独立电厂的简易及低成本烟气处理技术来使用就难以令人满意了。从而需要对这种烟气处理技术进行进一步的改进。
本发明的第一目的在于提供一种烟气处理工艺，其中不用氨喷射即可轻易实现对烟气中SO3的处理，并且烟气可得到进一步的净化而无使喷射物残留在处理后的烟气中的缺点。
本发明的第二目的在于提供一种烟气处理工艺，其中利用更加简单的操作或设备结构即可轻易地完全实现对烟气中SO3的处理和烟气的进一步净化。
本发明的第三目的在于在吸收步骤采用石灰膏(lime-gypsum)方法从烟气中去除SO2等，同时使作为副产品的石膏保持高度纯净或降低工业废料的排放量。
为实现上述目的，本发明人进行了详细的调查研究并发现如下基于试验的事实：即使不进行氨喷射，在只燃煤的锅炉的烟气处理系统中上述有关SO3的问题也不会发生。其原因是单纯燃煤的锅炉产生的烟气包含大量诸如飞灰的粉尘(即其含量10至100倍于燃油锅炉产生的烟气)。
也就是说，根据本发明人的研究可以相信，当诸如飞灰的粉末容留在烟气中时，因GGH的热回收步骤区4内的冷却而形成的烟气中SO3的冷凝，如果有的话，将仅发生于前述粉末的颗粒表面，并且由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，因此不会产生有害烟雾(或硫酸雾)。
此外，根据经验发现，若烟气所包含粉末的比例是烟气单位体积内的粉末量(D)对烟气单位体积内的SO3量(S)的重量比(D/S)不小于2，则因SO3而形成的结垢和设备元件的腐蚀几乎不会发生。
根据在这些发现的基础上得出的创新技术思想(即可通过将粉末添加于烟气中而实现对SO3的处理的思想)完成的本发明通过下述的特征更为全面地解决了上述问题。
根据本发明，提供了第一烟气处理工艺，用于处理至少包含SO2和SO3的烟气，包括：热回收步骤，用于通过热交换器从烟气中回收热量以冷却烟气；及随后的吸收步骤，用于使烟气在吸收塔内与吸收流体进行气-液接触，以通过吸收进吸收流体中而至少去除烟气中的SO2，其中用于将可在吸收步骤收集的粉末喷射进烟气中的粉末添加步骤设置在热回收步骤之前。
本发明的第一烟气处理工艺包括下列优选实施例：
一实施例，其中前述粉末以包含前述粉末的粉尘量(D)对烟气中的SO3量(S)的重量比(D/S)不小于2(即D/S≥2)的比例喷射进烟气中；
一实施例，其中在粉末添加步骤中前述粉末的温度比烟气的温度低；
一实施例，其中前述粉末以包括悬浮在液体内的前述粉末的浆液形式喷射进烟气中；
一实施例，其中已在吸收步骤与烟气进行气-液接触的吸收流体作为前述的浆液喷射进烟气中，从而吸收流体中的固体物可用作为前述的粉末；
一实施例，其中已在吸收步骤与烟气进行气-液接触的吸收流体内的固体物用作为前述的粉末；及
一实施例，其中通过利用分离部分烟气得到的气体干燥前述的固体物、气动传输干燥的固体物并将其喷射进烟气中而进行粉末添加步骤。
根据本发明，提供了第二烟气处理工艺，用于处理至少包含SO2和SO3的烟气，包括：热回收步骤，用于通过热交换器从烟气中回收热量以冷却烟气；及随后的吸收步骤，用于使烟气在吸收塔内与包含钙化合物的吸收流体进行气-液接触，以通过吸收进吸收流体中而至少去除烟气中的SO2并形成石膏副产品，其中
用于将可在吸收步骤收集的粉末喷射进烟气中的粉末添加步骤设置在热回收步骤之前，
至少没有从烟气中除尘的单独处理在热回收步骤和吸收步骤之前进行，从而烟气中的大部分粉尘可与粉末一起收集于吸收流体中，及
前述的工艺还包括分离步骤，用于从石膏中分离非石膏颗粒的固体颗粒，该固体颗粒至少包括在吸收流体中收集的粉尘。
本发明的第二烟气处理工艺包括下列优选实施例：
一实施例，其中分离步骤包括通过在吸收流体中产生气泡以使具有疏水性表面的前述固体颗粒粘着于气泡而上升，同时使具有亲水性表面的石膏颗粒停留在吸收流体中，而从石膏颗粒中分离前述固体颗粒；
一实施例，其中前述工艺还包括除尘步骤，用于通过干静电沉淀器或湿型沉淀器(湿静电沉淀器)收集残留在已经过吸收步骤的烟气中的粉尘或粉末；
一实施例，其中用于聚集粗化烟气中的粉尘或粉末的预充电步骤设置于热回收步骤之后和吸收步骤之前，并且通过将烟气导入具有放电极和粉尘收集电极的预充电器、由放电电极的放电向烟气中的粉尘或粉末传递电荷、使充电的粉尘或粉末在库仑力的作用下向具有相反电荷的粉尘收集电极迁移并使其在预定周期内附着在粉尘收集电极上而进行预充电步骤；及
一实施例，其中粗粉尘去除步骤设置于预充电步骤之前，粗粉尘去除步骤用于从已通过热回收步骤的烟气中分离部分粉尘或粉末并将其导入在吸收步骤中使用的吸收流体中。
根据本发明，还提供了用于处理至少包含SO2和SO3的烟气的烟气处理系统，包括：热交换器，用于从烟气中回收热量从而冷却烟气；及吸收塔，设置于热交换器下游，用于使烟气与吸收流体进行气-液接触，从而通过吸收进吸收流体中而至少去除烟气中的SO2，其中用于将粉末喷射进烟气中的粉末添加装置设置在热交换器上游。
本发明的烟气处理系统包括下列优选实施例：
一实施例，其中前述的粉末添加装置包括喷嘴，用于将粉末以包含悬浮于液体中的粉末的浆液形式喷射进烟气中，并且前述系统还包括吸收流体供应装置，用于抽取已在吸收塔内与烟气进行过气-液接触的部分吸收流体并将其作为浆液输送至喷嘴，从而吸收流体中的固体物可用作为粉末；及
一实施例，其中前述粉末添加装置包括喷嘴，用于在气流的辅助作用下将粉末以干燥形式喷射进烟气中，并且前述系统还包括固液分离装置，用于从已在吸收塔内与烟气进行过气液接触的浆液中分离固体物；干燥装置，用于干燥至少部分由固液分离装置分离的固体物；及气动传输装置，用于将由干燥装置干燥的固体物作为粉末气动传输至喷嘴，从而吸收流体中的固体物可用作为粉末。
图1为示出本发明第一实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图2为示出本发明第二实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图3为示出本发明第三实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图4为示出说明本发明原理的数据的图形；
图5为示出说明本发明原理的其它数据的图形；
图6为示出本发明第四实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图7为示出本发明第五实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图8为示出本发明第六实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图9为示出本发明第七实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图10为示出本发明第八实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图11为示出执行本发明分离步骤的碳分离器的结构的示意图；
图12为示出本发明第九实施例的烟气处理系统结构的示意图；
图13为示出说明本发明效果的数据的图形；及
图14为示出传统烟气处理系统实例的结构的示意图。
这些图中给出的标号定义如下：1．热风器；2．入口管道；3．干静电沉淀器；4．气-气加热器(热交换器)的热回收部分；5．气-气加热器的回热区；10．脱硫器；12和13．吸收塔；23．固-液分离器(固-液分离装置)；30．碳分离器；40．粉末添加装置；40b．喷嘴；41．分流漏斗；42．螺旋进料器；43．破碎机(干燥装置)；44．急骤干燥筒；45．风扇(气动传输装置)；50．粗分离器；51．风扇(气动传输装置)；60．预充电器；61．干燥器(干燥装置)；62．滚碎机；63．风扇(气动传输装置)；71．喷嘴(粉末添加装置)；72．泵(吸收流体输送装置)；A．未处理的烟气；A2．煤气；B、B1和B2．粉尘或粉末；C．处理后的烟气；C1．煤气；D．吸收浆液(吸收流体)；D1．浆液(已与烟气接触的吸收流体)；E．固体物；E1．固体物(粉末)；G．粉碎的石灰石(粉末)；H．煤灰(粉末)；I．空气；及S．石膏浆液。
下面将参照附图描述本发明的几个实施例。与图14中系统相同的元件将用相同的标号表示，并省略其说明。
第一实施例
本发明的第一实施例参照图1说明。本实施例与图14的烟气处理系统的不同之处在于省去了氨喷射步骤，并且用于喷射粉末的粉末添加装置(未示出)安装在GGH的热回收部分4的上游位置，而且采用前述的粉末添加装置将粉末[例如容纳于煤的燃烧废气中的粉尘(即所谓的煤灰H)]喷射进烟气A中的步骤设置在采用前述的热回收部分4进行的热回收步骤之前。
对于前述的煤灰H，例如可使用由专门燃煤的电厂的烟气处理系统内的静电沉淀器收集的煤灰。这种煤灰通常作为工业废料处理，因此可仅以运输费用非常便宜地得到。
对于前述的粉末添加装置，例如可使用任何设计用于气动传输或浆液传输的适宜装置。用于气动传输的粉末添加装置的一个可用实例是包括用于在气流中传输粉末的鼓风机或空气压缩机及输送管，以及用于将气动传输的粉末分散并喷射进烟气管道的固定喷嘴。用于浆液传输的粉末添加装置的一个可用实例是包括用于将粉末分散进液体中以形成浆液的搅拌容器，用于加压并传输搅拌容器内形成的浆液的浆液泵，以及用于将加压并传输的浆液分散并喷射进烟气管道内的固定喷嘴。
当粉末以浆液的形式喷射时，最好立即使浆液内的液体由烟气的热量蒸发，以有效地实现将SO3吸附在粉末的颗粒表面上。普通水(例如工业水)就足以用作为这种液体。由于烟气A的温度高达约160℃，喷射的浆液中的水将会立刻蒸发。
浆液的固体含量可以与脱硫器10内的吸收浆液的固体含量在同一数量级(例如重量约为20-30％)。由本发明人进行的试验计算可知，即使当粉末以浆液的形式喷射时，如同后面将进行的描述其数量仍比烟气少。因此，烟气的温度将仅降低几摄氏度，从而不会对随后的GGH内的热回收产生不利影响。
也就是说，即使当用作为粉末的煤灰H以浆液的形式喷射，其可以这样低的比例添加，即烟气单位体积内的粉末量(D)对烟气单位体积内的SO3量(S)的重量比(D/S)例如不小于2(即D/S≥2)。(例如，当SO3的浓度是50mg/m3N时，煤灰H可以不少于100mg/m3N的量添加。)
因此，粉末的上述作用得以良好并令人满意地进行，从而对烟气中SO3的处理可以在不进行氨喷射的情况下以低成本和简易的操作及设备结构而实现。
特别是，即使烟气中的SO3例如因GGH的热回收部分4的冷却而冷凝，大部分的这种冷凝也将发生在烟气中的粉末(包括前述的煤灰及其它物质)的颗粒表面上。相应地，由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，几乎不会产生有害烟雾(或硫酸雾)。
此外，由于添加的煤灰具有10μm数量级的较大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以较高的收集程度在脱硫器10的吸收塔12和13内收集。因此，煤灰几乎不会残留在处理后的烟气C中。
在吸收塔12和13内收集的煤灰溶解或悬浮于循环浆液中，并逐渐容纳于作为副产品形成的石膏E中。但是其含量较低，为几个百分点，并且在大部分情况下不会产生什么问题。另一方面，已经由SO3的冷凝形成于煤灰等的表面上并已与煤灰等一起收集的硫酸例如在吸收塔的容器11内最后和石灰石进行前述的中和反应(3)，产生作为副产品形成的石膏的一部分。
因此，根据本实施例，在GGH的热回收部分4及位于其下游的管道内可靠地防止了因SO3而形成的结垢和腐蚀。此外，还产生了下述有利的实用性影响。
(1)氨的消耗降低为零，显著地节约了操作成本。
(2)不再需要喷射氨的设备，并且不需将管道特别加长以使氨分散，从而可以实现设备成本和设备尺寸的相应降低。
(3)由于脱硫废水中不再含有氮元素，在处理脱硫废水F2之前就不需要除氮的复杂处理了。从这一角度看，也可实现设备成本和设备尺寸的降低。
(4)包含于处理后的烟气中并排放到大气中的氨量降低为零。这不仅大大有利于烟气的进一步净化，而且还使得在将来更容易处理氨散出的控制。
(5)作为副产品形成的石膏不再含有氨。因此，不必再对石膏进行冲洗，例如以去除难闻的气味。
(6)由于与以前技术相比，处理后的烟气中不再残留有包含硫酸雾和硫酸铵粉尘的粉尘，系统的总体除尘能力得以提高，而不需采用诸如安装在吸收塔下游侧的湿粉尘沉淀器的装置。这同样有利于烟气的进一步净化。
(7)当作为粉末的煤灰H以浆液的形式喷射时，传统用于脱硫系统或类似系统的装置和设备，诸如用于制备浆液的搅拌容器、浆液泵及用于喷射浆液的喷嘴，可以不加任何修改地使用。这对于设备成本和系统的可操作性都是有利的。此外，与气动传输相比，其可以更容易地将粉末均匀分散在烟气中，从而可更有效地防止因SO3产生的问题。
另外，在这种情况下，煤灰H的颗粒因浆液中的液体蒸发进入烟气而产生的冷却效应(或由浆液中存在的液体产生的持续冷却效应)而保持较低的温度。因此，改进了SO3在煤灰H的颗粒表面上的冷凝，从而作为粉末的煤灰H的SO3吸收作用得到更为理想的发挥。
(8)此外，在本实施例中，除了添加煤灰H的装置，干静电沉淀器3的配置和结构、其它装置和脱硫器10的结构可以与图14所示的传统系统完全相同。因此，本实施例的独特效果在于可以将现有的烟气处理系统非常方便地应用于本发明。
图4示出了说明本发明原理的实际测得的数据(特别是煤灰的添加)。
这些数据表示当将烟气中的煤灰浓度作为参数时，GGH入口处(或热回收部分入口处)的SO3气体浓度和GGH出口处(或回热区出口处)的SO3雾浓度之间的关系(即SO3的去除程度)。图4中，实心数据点表示用裸眼观察到诸如热回收部分4的装置的内表面上沉积有硫酸雾的实际测量的数据，而空心数据点表示未发现有硫酸雾沉积的实际测量的数据。
从这些数据可以看出即使D/S的值约为1.5，也去除了约90％的SO3，未发现设备表面上沉积有SO3雾，并且残留在溢出烟气内的SO3雾只有约10％。因此很显然，根据本发明，在将煤灰以例如约不小于2的D/S比例添加到烟气中时，SO3雾几乎完全被去除并几乎不会残留在处理后的烟气内，而且也将会高可靠性地防止由雾沉积造成的腐蚀或结垢。
由于上述煤灰的除雾效应是一种可使SO3在烟气中的颗粒表面上冷凝的物理现象，因此除了煤灰之外的粉末(例如粉碎的石灰石)也将会产生相似的效应。
第二实施例
下面参照图2说明本发明的第二实施例。基本上说，本实施例与第一实施例的相似之处在于用煤灰作为本发明的粉末并在GGH的热回收部分4的上游位置喷射。但是，本实施例的特点在于干静电沉淀器3安装在热回收部分4的下游侧，并且将利用该干静电沉淀器3收集烟气中粉尘的粉尘收集步骤设置于利用前述热回收部分4的热回收步骤之后及利用脱硫器10的吸收步骤之前。
在本实施例中，煤灰也可通过气动传输喷射进烟气中或以浆液的形式喷射。
此外，本实施例构造为在粉尘收集步骤利用静电沉淀器3收集的至少部分粉尘B1重新用作为本发明在热回收部分4的上游位置喷射的粉末。特别是在这种情况下，在静电沉淀器3收集的部分粉尘B1首先输送到添加新煤灰H的粉末槽30内。然后，通过用前述的粉末添加装置再次在热回收部分4的上游位置喷射该粉尘而重新利用该粉尘。因此，在本实施例中，除了外部添加的煤灰H，在热回收部分4的上游位置喷射的粉末还包括离开热风器1的未处理的烟气A中原来就存在的粉尘(例如飞灰)。
此外，在本实施例中，干静电沉淀器3中收集的粉尘的剩余物B2与在脱硫器10内作为副产品形成的石膏E均匀混合并被排出系统。
本实施例中，优选使喷射的粉末的总量是最低所需量(例如，使上述D/S比约为2的量)。此外，还优选使重新利用的粉尘B1的数量增至喷射的粉末能够吸收SO3的最大量，并且使新添加的煤灰H和排放的粉尘B2的数量降低至最低所需量。因此，与石膏E混合的粉尘B2的数量可以降低至保持石膏E高度纯净的最低限度，并且新添加的煤灰H的数量可以降低以便于处理煤灰H。
在本实施例中，粉末的前述作用可得到与第一实施例相同的良好而令人满意的发挥，因此对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。
此外，本实施例的结构是前述将热回收部分4放置在静电沉淀器3的上游的高性能系统的代表，从而改进了静电沉淀器3的每单元功率的处理能力。因此，通过采用小尺寸的静电沉淀器3，添加的煤灰H可高度集中地从烟气中去除。此外，在未处理的烟气A中初始包含的粉尘也几乎在静电沉淀器3以及脱硫器10的吸收塔12和13内完全收集，并且几乎不会残留在处理后的烟气C中。
因此，在本实施例中，例如在GGH的热回收部分4和位于其下游的管道以及静电沉淀器3的漏斗内，可靠地防止了因SO3而形成的结垢和腐蚀。此外，还产生了与前述第一实施例中效果(1)至(7)相同的效果。
另外，在本实施例中，重新利用了用于吸收SO3的粉末(包括煤灰H等)。其独特效果在于可以降低新添加的煤灰H的数量并将与石膏E混合的粉尘B2的数量降低至最低限度保持石膏E高度纯净。
还有，由于粉尘B2与石膏E混合，作为工业废物排放的粉尘的数量可降低为零。这也同样有利于例如节约操作成本。
当然，若需要更高纯度的石膏，则可使全部或部分粉尘B2不与石膏E混合。
第三实施例
下面参照图3说明本发明的第三实施例。本实施例与第一实施例的相似之处在于用于喷射粉末的粉末添加装置安装在GGH的热回收部分4的上游位置，并且利用该粉末添加装置，通过粉碎石灰石(CaCO3)(例如前述的石灰石G)制备的粉末作为本发明的粉末喷射进烟气A中。
在本实施例中，粉碎的石灰石也可通过气动传输喷射进烟气中或以浆液的形式喷射。
此外，在本实施例中，省略了示于图14的浆液制备容器26和浆液泵27，并且过滤物F1直接返回吸收塔的容器11。脱硫器10内用作为吸收步骤的吸收剂所需的以及以副产品-石膏形式的所有石灰石作为前述的粉末在热回收部分4的上游位置添加到烟气中，从而吸收剂间接输送至脱硫器10的容器11内的浆液中。
在此情况下，作为吸收剂所需的石灰石G的量基本与烟气中氧化硫的量成理想比例。当烟气A包括普通的燃烧排放气体(例如从诸如重油的燃油产生的烟气)时，由本发明人进行的试验计算显示出烟气单位体积内的粉末量(D)与烟气单位体积内的SO3量(S)的重量比(D/S)约等于28。
因此，在本实施例中，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，因此对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。
更为特别地，即使烟气中的SO3例如因GGH的热回收部分4的冷却而冷凝，大部分的这种冷凝也是发生在烟气中的粉末(包括前述的石灰石等)的颗粒表面。因此，由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，几乎不会导致有害烟雾(或硫酸雾)的产生。
此外，添加的石灰石具有100μm量级的大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以高得多的收集程度在脱硫器10的吸收塔12和13内收集。由此，石灰石很少残留在处理后的烟气C内。
在吸收塔12和13内收集的石灰石在循环浆液内溶解或悬浮于循环浆液中，并作为中和浆液以形成石膏副产品的前述吸收剂(或碱性剂)。另一方面，由SO3在石灰石等的表面冷凝形成并已与石灰石等一起被收集的硫酸最终例如在吸收塔的容器11内与石灰石进行前述的中和反应(3)，以产生部分石膏副产品。
在本实施例中，例如在GGH的热回收部分4及位于其下游的管道内，可靠地防止了因SO3产生的结垢和腐蚀。此外，产生了与前述第一实施例中效果(1)至(7)相同的效果。
另外，在本实施例中，在脱硫器10的吸收步骤所需的所有石灰石作为前述的粉末输送，并且省略了传统使用的浆液制备容器26和浆液泵27。因此，本实施例的独特效果在于可实现设备成本和设备尺寸的进一步降低。
图5示出说明本发明原理的实际测得的数据(特别是煤灰的添加)。
这些数据表示当简单地将包含粉末状石灰石和水(以约20-30％的重量浓度)的浆液喷射进包含约3.7-11.5ppm的SO3的烟气中并且未进行随后的烟气热回收时，添加的石灰石量和通过在石灰石的颗粒表面上冷凝而去除的SO3气体的比例之间的关系。这些数据表示仅通过将石灰石浆液喷射进烟气中即可有效地去除SO3。因此可以看出，根据本发明，在添加粉末之后进行热回收以使SO3确实得以冷凝时，即使以低D/S值也可实现SO3的高度去除。
第四实施例
下面参照图6说明本发明的第四实施例。应明白在图6至8中省去了对脱硫器10的结构的详示。
在本实施例中，用于喷射粉末的粉末添加装置40安装在GGH的热回收部分4的上游位置。但是，基本上包含在脱硫器10中作为副产品形成的石膏的固体物E的部分E1被气动传输到前述的粉末添加装置40内，同时由抽取部分烟气A得到的气体A1干燥，并且所得石膏作为本发明的粉末以干燥形式喷射进烟气A中。
更为特别地，在固液分离器23脱水并分离的固体物E由分流漏斗41分离成调节烟气A的前述重量比(D/S)所需的部分E1和剩余部分E2。固体物E的剩余部分E2用公知的处理副产品石膏的传统方式进行处理。另一方面，固体物E的分流部分E1以预定流速例如由螺旋进料器42导入破碎机43，在其内破碎，然后在急骤干燥筒44内干燥，接着送入粉末添加装置40。
前述的破碎机43是旋转式破碎机。旋转式破碎机是一种冲击式破碎机，其中泥浆状材料由同轴固定于转盘的类似于鼓风机叶片的冲击棒分散进气体中，并以悬浮状态排出和传输。当热气体和湿性材料在其中处理时，破碎和干燥同时进行。
由抽取部分烟气A得到的气体A1通过干燥风扇45导入前述的破碎机43。此后，该气体与破碎的固体物E1一起经急骤干燥筒44被输送到粉末添加装置40。在此情况下，气体A1包括在位于烟气风扇46(未在图1等中示出)下游处通过抽取部分烟气A得到的热气体，烟气风扇通常安装在静电沉淀器3的下游侧。
粉末添加装置40包括喷嘴40b，已穿过急骤干燥筒44的气体A1和其内的粉末状固体物E1在干燥风扇45施加的压力下经喷嘴40b喷射进管道40a中以处理烟气A。在本实施例中，喷嘴40b包括与管道40a的壁连接的小直径的管，以向其内部空间开放，如图6所示。但应明白本发明并不限于该实施例。
在本实施例中，基本上包括在脱硫器10内作为副产品形成的石膏的固体物E的部分E1被分流并导入破碎机43，在此处固体物E1被破碎成粉末并通过与导入气体A1热交换而进行干燥。已在破碎机43内干燥至一定程度的粉末状固体物E1在经急骤干燥筒44进行气动传输时通过与气体A1热交换进行更为完全的干燥。此后，干燥后的固体物E1与气体A1一起由位于热回收部分4的上游的粉末添加装置40喷射进烟气A中。以这种方式喷射进烟气A中的粉末状固体物E1和气体A1的温度约为100℃，低于烟气A的温度(即约160℃)。
因此在本实施例中，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，因此对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。
更为特别地，即使烟气中的SO3例如因GGH的热回收部分4的冷却而冷凝，大部分的这种冷凝也是发生在烟气中的粉末(包括前述的固体物E1等)的颗粒表面。因此，由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，几乎不会导致有害烟雾(或硫酸雾)的产生。
此外，构成添加的固体物E1的主要成分的石膏颗粒具有20至40μm量级的大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以高收集程度在脱硫器10内收集。由此，石膏颗粒很少残留在处理后的烟气C内。
在脱硫器10内收集的固体物E1溶解或悬浮于循环浆液中，并作为浆液中的固体物返回。另一方面，由SO3在固体物E1等的表面冷凝形成并已与这些颗粒一起被收集的硫酸最终在脱硫器10内与石灰石进行前述的中和反应(3)，以产生部分副产品石膏。
因此在本实施例中，例如在GGH的热回收部分4及位于其下游的管道内，可靠地防止了因SO3产生的结垢和腐蚀。此外，产生了与前述第一实施例中效果(1)至(6)相同的效果。
另外，在本实施例中，在脱硫器10内的浆液中的固体物E1作为前述的粉末输送，从而不再需要用于粉末的原材料和运输成本。因此，本实施例的独特效果在于例如与用煤灰作为粉末输送的第一实施例相比可实现成本的进一步降低。
根据本实施例的设备结构，例如通过采用下述的运行条件，可将烟气中的D/S比调整到约为10。从前面已示出的实际测量的数据可看出，其证明了在D/S值约为10时可防止由SO3雾带来的问题。
烟气A的流速：110×104m3N/h
烟气A中的SO3浓度：20ppm
气体A1的温度(在破碎机43的入口处)：154℃
气体A1的温度(在急骤干燥筒44的出口处)：100℃
气体A1的流速：4,300m3N/h
分离的石膏基固体物E1的流速：880kg/h
第五实施例
下面参照图7说明本发明的第五实施例。
与第四实施例相似，本实施例是将用于喷射粉末的粉末添加装置40安装在GGH的热回收部分4的上游位置。但是，基本上包含在脱硫器10中作为副产品形成的石膏的固体物E的部分E1被气动传输到前述的粉末添加装置40内，同时由处理后的烟气C的部分干燥，并且所得石膏作为本发明的粉末以干燥形式喷射进烟气A中。
更为特别地，除了将通过干燥风扇51抽取部分处理后的烟气C得到的气体C1用作为导入破碎机43的干燥气体之外，本实施例与第四实施例相同。本实施例优选烟气A中的SO3浓度较低。
在本实施例中，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，从而对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。因此，产生了与上述第四实施例相同的效果。
根据本实施例的设备结构，例如通过采用下述的运行条件，可将烟气中的D/S比调整到约为4。从前面已示出的实际测量的数据可看出，其证明了在D/S值约为4时可防止由SO3雾带来的问题。
烟气A的流速：110×104m3N/h
烟气A中的SO3浓度：10ppm
气体C1的温度(在破碎机43的入口处)：103℃
气体C1的温度(在急骤干燥筒44的出口处)：80℃
气体C1的流速：2,000m3N/h
分流的石膏基固体物E1的流速：175kg/h
第六实施例
下面参照图8说明本发明的第六实施例。
除了用旋转筒式干燥器(即旋转式干燥器)61和滚碎机62代替破碎机43和急骤干燥筒44之外，本实施例与第四实施例相同。在此情况下，潮湿的石膏基固体物E1从上游端导入干燥器61，随干燥器61的旋转而向下游运动，并以干燥状态排出。然后，该干燥状态的石膏基固体物E1被导入滚碎机62内并被碾碎。碾碎的固体物E1保持干燥状态分散进气体中，随后输送至粉末添加装置40，然后作为本发明的粉末喷射进烟气A中。
另一方面，由抽取部分烟气A得到的干燥气体A1从下游端导入旋转式干燥器61内，与石膏基固体物E1接触以干燥之，并从旋转式干燥器61的上游端排出。在此情况下，从旋转式干燥器61排出的干燥气体A1通过风扇63输送到滚碎机62的出口侧，并用作为气动传输干燥状态的石膏基固体物E1的气体，然后与石膏基固体物E1一起添加进烟气A中。因此，干燥气体A1最终返回至烟气A中。
在本实施例中，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，从而对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。因此，产生了与上述第四实施例相同的效果。
根据本实施例的设备结构，例如通过采用下述的运行条件，可将烟气中的D/S比调整到约为10。
烟气A的流速：110×104m3N/h
烟气A中的SO3浓度：20ppm
气体A1的温度(在干燥器61的入口处)：155℃
气体A1的温度(在干燥器61的出口处)：120℃
气体A1的流速：6,700m3N/h
分流的石膏基固体物E1的流速：875kg/h
第七实施例
下面参照图9说明本发明的第七实施例。
本实施例是将用于喷射浆液形式的粉末的喷嘴71(即粉末添加装置)安装在GGH的热回收部分4的上游位置，并且通过泵72(即吸收流体供给装置)从脱硫器10的吸收塔容器11抽取的浆液(或吸收流体)D1被喷射进烟气A中。
在本实施例中，当通过喷射与烟气A中SO3浓度对应量的浆液D1而将烟气A中的D/S比调整到预定值时，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，从而对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。因此，产生了与上述第四实施例相同的效果。
更为特别地，由于构成前述浆液D1的水立刻由烟气A的热量蒸发，前述的浆液D1可起到与构成浆液D1的石膏基固体物以干燥状态喷射进烟气A中的情况下相同的作用(即SO3吸收作用)。
此外，当前述的浆液喷射进烟气中时，固体物的颗粒(即本发明的粉末颗粒)因前述由进入烟气的浆液的液体的蒸发产生的冷却效应(或由浆液中液体的存在而产生的持续冷却效应)而保持较低的温度。因此改进了SO3在这些颗粒表面上的冷凝，从而更为令人满意地发挥了SO3吸收作用。
另外，本实施例构造为使脱硫器内的部分吸收流体D1得以抽取并直接在GGH上游向烟气喷射，因此其独特效果在于大大简化了设备结构，从成本角度考虑具有很大的优点。更为特别地，例如煤灰以浆液的形式喷射的实施例需要诸如制备浆液的容器和煤灰储存装置的附加装置，并且石膏基固体物进行干燥并喷射进烟气中的实施例(例如上述的第四实施例)需要诸如干燥石膏基固体物的干燥器的附加装置。但本设备根本不需要这些装置。
应该明白，本发明并不限于上述的第一至第七实施例，还可以其它各种形式进行应用。例如，本发明的粉末并不限于石灰石、煤灰和石膏，还可使用能够使SO3在其颗粒表面冷凝并能在普通静电沉淀器或脱硫器的吸收塔内收集的任何粉末。但是，前述的石灰石、煤灰和石膏是传统上在烟气处理系统中常用的材料，并且现有的设备和处理技术可不加修改地使用。因此，其优点是可以很容易地获得和处理，并且不会对整个系统的运行产生负作用，相反，将石灰石输送到吸收塔容器的问题可如前所述地得以解决。
此外，为改进SO3在粉末颗粒表面上的冷凝，可将温度低于烟气的粉末(或其浆液)[例如，已根据需要强行冷却的粉末(或其浆液)]喷射进烟气中。这将使SO3更为有效地在粉末的颗粒表面上冷凝，从而可更为令人满意并更为容易地防止有害SO3雾的产生。
另外，本发明的粉末可例如既包括石灰石又包括煤灰，它们可混合或单独添加。即使单独使用石灰石时，也可以这样的方式添加：仅将吸收SO3所需的部分喷射进烟气中，而剩余部分如通常一样直接输送至脱硫器的吸收塔容器内。
当然，即使在将基本包含在脱硫器内(或吸收步骤)形成为副产品石膏的固体物干燥并作为本发明的粉末喷射进烟气中的实施例中采用第六实施例所述的旋转筒式干燥器进行干燥(图8)，处理后的烟气C的部分C1也可用作为干燥气体，如第五实施例所述(图7)。
至于干燥前述石膏基固体物的干燥装置，可以采用间接加热型的干燥器，其中例如通过从烟气处理系统外部输送的蒸汽热量对石膏基固体物进行干燥。
当然，本发明吸收步骤或吸收塔的构成并不限于上述实施例。例如，吸收塔可具有单个的吸收塔，并且可采用各种类型的吸收塔(或气液接触装置)，包括：填充塔、喷射塔和泡罩塔(bubbling tower)类型。此外，本发明并不限于使用钙化合物(例如石灰石)作为吸收剂，还可采用使用氢氧化钠或氢氧化镁的脱硫工艺。
虽然当处理由使用诸如重油、Orimulsion、VR及CWM/重油的各种燃油的锅炉产生的烟气时，本发明可获得特别优良的效果，但本发明应用于例如燃煤/燃重油锅炉时也可获得相似的效果。即使在只燃煤的锅炉中，也可例如在开始时或测试运行期间燃烧燃油。本发明可有效应用于这种情况。
第八实施例
参照图10说明本发明的第八实施例。图10中省去了对脱硫器10的结构的详示。本实施例与图14中传统烟气处理系统的不同之处在于省略了氨喷射步骤和利用静电沉淀器3的除尘步骤，并在于用于喷射粉末的粉末添加装置(未示出)安装在GGH的热回收部分4的上游位置，并且利用前述的粉末添加装置将包含粉碎的石灰石(CaCO3)(例如前述的石灰石G)的粉末喷射进烟气A中的步骤(即粉末添加步骤)设置在利用前述的热回收部分4的热回收步骤之前。
此外，在本实施例中，利用干静电沉淀器3a收集已通过脱硫器10的吸收步骤的烟气中残留的少量粉尘或粉末B1的除尘步骤设置在利用回热区5的回热步骤之后，并且安装了用于从脱硫器10内形成的石膏浆液S中分离粉尘(例如未燃烧的碳)B2和高纯石膏E并排放它们的碳分离器30。
碳分离器30用于执行本发明的分离步骤，以分离固体颗粒而不是石膏颗粒，固体颗粒包括在脱硫器10内的吸收浆液D中收集的粉尘(主要是未燃烧的碳)，从而它们将不会在作为副产品形成的石膏内混合。在本实施例中，碳分离器30代替图14的传统烟气处理系统所用的固液分离器23安装。更为特别地，本实施例在吸收步骤之前未进行除尘，烟气中初始包含的大部分粉尘(例如未燃烧的碳)与添加的粉末(在此情况下为石灰石)一起在脱硫器10的吸收塔内收集进浆液中，从而从吸收塔容器抽取的石膏浆液S包含比以前技术多的大量外来物质(即前述粉尘的颗粒)。因此，为得到高纯石膏，有必要分离构成外来物质的前述粉尘。在本实施例中，利用基于浮选法的碳分离器30可以很容易地实现该分离步骤。
如图11所示，前述的碳分离器30例如包括：泡罩塔31，石膏浆液S导入其中；循环泵32，用于循环泡罩塔31内的浆液；空气喷射器33，安装在循环泵32的排放侧以将空气I鼓送进循环的浆液中；抽取线路34，从循环泵32的排放侧分流；流量控制阀35，安装在抽取线路34上；传感器36，用于检测泡罩塔31的液位；液位控制器37，用于根据传感器36的检测信号调节流量控制阀35的开启，以将泡罩塔31的液位保持在预定限度范围内；固液分离器38，用于对通过抽取线路34回收的浆液进行固液分离；抽取线路39，用于抽取从泡罩塔31上部流出的浆液；及固液分离器40，用于对通过抽取线路39回收的浆液进行固液分离。
泡罩塔31的上部设有溢流通道31a，由液位控制器37控制的液位设置为比该溢流槽31a略高的位置。因此，包含粉尘的粉尘浆液以高浓度流过该溢流通道31a并通过回收线路39回收。
更为特别地，由空气喷射器33喷射的空气I以气泡的形式进入泡罩塔31内，气泡上升至泡罩塔31内的浆液表面。在此过程中，石膏浆液S内包括具有疏水性表面的固体颗粒的粉尘(例如未燃烧的碳)粘着于气泡上，随其向上运动，并升至浆液表面。另一方面，具有亲水性表面的石膏颗粒不会与气泡粘着，而因重力反向运动并沉积在泡罩塔底部。因此，通过回收线路34回收的浆液包括高浓度的石膏基固体物，而通过回收线路39回收的浆液包括高浓度的粉尘基固体物。
在此种情况下，本发明人进行的实验显示这种简单的处理可以不小于90％的除尘率分离粉尘。
作为在泡罩塔31内产生气泡的可选方法，可例如通过搅拌泡罩塔31内的浆液而产生气泡，以代替向其内喷射空气。
现在说明用于执行本发明的粉末添加步骤的粉末添加装置。对于该粉末添加装置，可使用任何装置，例如设计为气动传输或浆液传输的适宜装置。用于气动传输的粉末添加装置的一个可用实例是包括用于在气流中传输粉末的鼓风机或空气压缩机及输送管，以及用于将气动传输的粉末分散并喷射进烟气管道的固定喷嘴。用于浆液传输的粉末添加装置的一个可用实例是包括用于将粉末分散进液体中以形成浆液的搅拌容器，用于加压并传输搅拌容器内形成的浆液的浆液泵，以及用于将加压并传输的浆液分散并喷射进烟气管道内的固定喷嘴。
当粉末以浆液的形式喷射时，最好立即使浆液内的液体由烟气的热量蒸发，以有效地实现将SO3吸附在粉末的颗粒表面上。普通水(例如工业水)就足以用作为这种液体。由于烟气A的温度高达约160℃，喷射的浆液中的水将会立刻蒸发。
浆液的固体含量可以与脱硫器10内的吸收浆液的固体含量相同(例如重量比约为20-30％)。由本发明人进行的试验计算可知，即使当粉末以浆液的形式喷射时，其数量仍如同后面将进行的描述比烟气少。因此，烟气的温度将仅降低几摄氏度，从而不会对随后的GGH内的热回收产生不利影响。
也就是说，即使当用作为粉末对SO3进行处理的石灰石G以浆液的形式喷射时，其可以这样低的比例添加，即烟气单位体积内的粉末量(D)对烟气单位体积内的SO3量(S)的重量比(D/S)例如不小于2(即D/S≥2)。
正如后面将要描述的，大部分以这种方式添加到烟气中的石灰石G在吸收塔内收集并用作为脱硫器10内的吸收剂。因此，脱硫器10内吸收步骤所需的以及以副产品石膏形式的所有石灰石作为前述的粉末在热回收部分4的上游位置添加到烟气中，从而吸收剂间接输送至脱硫器10的容器11内的浆液中。这样就可以省去图14所示的浆液制备容器26和浆液泵27，因此可实现设备结构的进一步简化。
在此情况下，过滤物F1可例如通过直接返回吸收塔的容器11进行处理，或其部分用作为以浆液形式喷射石灰石G所需的液体。
在此情况下，作为吸收剂所需的石灰石G的量基本与烟气中氧化硫的量成理想比例。当烟气A包括普通的燃烧排放气体(例如从诸如重油的燃油产生的烟气)时，由本发明人进行的试验计算显示出烟气单位体积内的粉末量(D)与烟气单位体积内的SO3量(S)的重量比(D/S)为约28的足够值。
根据本实施例的烟气处理，粉末的前述作用可得到良好而令人满意的发挥，因此对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下以低成本以及简单的操作和设备结构得以实现。
更为特别地，即使烟气中的SO3例如因GGH的热回收部分4的冷却而冷凝，大部分的这种冷凝也是发生在烟气中的粉末(即包括添加其内的石灰石和原包含的粉尘的粉末)的颗粒表面。因此，由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，几乎不会导致有害烟雾(或硫酸雾)的产生。
此外，由于添加的石灰石和烟气中的粉尘具有10至100μm量级的较大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以较高的收集程度在脱硫器10的吸收塔12和13内收集。由此，它们很少残留在处理后的烟气C内。特别是在本实施例中，有用于通过干静电沉淀器3a收集已通过脱硫器10内的吸收步骤而残留在烟气中的少量粉尘或粉末以作为固体物B1的除尘步骤，从而添加的粉末(即此时为石灰石)和粉尘(主要是未燃烧的碳)很少容留在处理后的烟气C中。因此，就除尘能力而言，可以实现烟气的非常高度的净化。
在吸收塔12和13内收集的石灰石溶解或悬浮于循环浆液中，并作为中和浆液以形成副产品石膏的前述吸收剂(或碱性剂)。另一方面，由SO3在石灰石等的表面冷凝形成并已与石灰石等一起被收集的硫酸最终例如在吸收塔的容器11内与石灰石进行前述的中和反应(3)，以产生形成为副产品的部分石膏。
因此，根据本实施例，在GGH的热回收部分4和位于其下游的管道内可靠地防止了因SO3产生的结垢和腐蚀。此外还产生了各种有利的实用效果。
也就是说，不仅产生了与前述效果(1)至(6)相同的效果，而且还产生了下述效果。
(8)在本实施例中，当用作为粉末的石灰石以浆液形式喷射时，传统用于脱硫系统或类似系统的装置和设备，诸如用于制备浆液的搅拌容器、浆液泵及用于喷射浆液的喷嘴，可以不加任何修改地使用。这对于设备成本和系统的可操作性都是有利的。此外，与气动传输相比，其可以更容易地将粉末均匀分散在烟气中，从而可更有效地防止因SO3产生的问题。
另外，在这种情况下，石灰石G的颗粒因浆液中的液体蒸发进入烟气而产生的冷却效应(或由浆液中存在的液体产生的持续冷却效应)而保持较低的温度。因此，改进了SO3在石灰石G的颗粒表面上的冷凝，从而用作为粉末的石灰石G的SO3吸收作用得到更为理想的发挥。
(9)此外，在本实施例中，省去了设置在吸收步骤和热回收步骤之前的利用静电沉淀器的除尘步骤，并且烟气中初始包含的粉尘(例如未燃烧的碳)与添加的粉末一起收集于脱硫器10的吸收塔内。与传统系统相比，这将使成本显著降低，在传统系统中，尺寸大且昂贵的静电沉淀器3单独安装在脱硫器的上游侧。
与图14的传统系统相比，本实施例的系统包括诸如安装在脱硫器的下游侧的静电沉淀器3a和碳分离器30的附加装置。尽管如此，仍然可以实现前述成本的降低。其原因在于碳分离器30是一种具有前述的简易结构的装置，并且与传统系统所需的尺寸大且昂贵的静电沉淀器3相比，只会使设备成本和运行成本略有增加。此外，安装在脱硫器下游侧的静电沉淀器3a只有非常低的负载，因此比传统静电沉淀器3的尺寸小。另外，应该明白当特别需要高除尘能力时，就需要这种静电沉淀器3a了。
(10)此外，本实施例的优点还在于，由于构成石膏的外来物的粉尘(例如未燃烧的碳)由在上述的碳分离器30内进行的分离步骤分离，因此可得到高度纯净的石膏，而不论在脱硫器10的吸收塔内除尘的构造。
第九实施例
下面参照图12说明本发明的第九实施例。应该明白，图12中省去了对脱硫器10的结构的详示。本实施例与第八实施例的相似之处在于用石灰石作为本发明的粉末在GGH的热回收部分4的上游位置喷射。但是，本实施例的特点在于安装了粗分离器50和预充电器60来替代前述的静电沉淀器3a，以实现更高的除尘能力。
粗分离器50可例如包括折叠板式的固体颗粒分离器。其安装在GGH的热回收部分4的下游侧，并用于执行本发明的粗粉尘去除步骤，以从烟气中分离部分粉尘。更为特别地，该粗分离器50例如装有多个折叠成之字形并设置在烟气的流动通道内的板(未示出)。因此，与烟气中的气体一起流动的固体颗粒(即前述的粉末或粉尘)将冲击这些折叠板的表面，从而落入回收漏斗51中。前述的折叠板可根据需要通过输送洗涤水进行冲洗。沉积在回收漏斗51内的固体颗粒与洗涤水一起由重力传输至脱硫器10的吸收容器11内并被导入吸收步骤所用的浆液(或吸收流体)中。
预充电器60安装在脱硫器10的吸收塔的入口处(此时是在平行流动吸收塔12的上部)，并包括执行本发明预充电步骤的简易装置。更为特别地，该装置具有放电极和粉尘收集电极(未示出)，并且通过由放电电极的电晕放电向固体颗粒传递电荷以及使充电的固体颗粒在库仑力的作用下向具有反向电荷的粉尘收集电极迁移而暂时收集烟气中的固体颗粒(即前述的粉尘或粉末)。
然后，通过敲击装置(未示出)向粉尘收集电极周期性地施加冲击，从而收集的固体颗粒落入吸收塔内。收集的固体颗粒在预定周期内吸附于粉尘收集电极上时聚集粗化。虽然在脱硫器10的吸收塔内难于收集较细的固体颗粒，但该预充电器60粗化了这些固体颗粒并使其收集于吸收塔内，从而提高了脱硫器10的除尘能力。
根据本实施例的烟气处理，除了上述第八实施例的效果之外，还产生了下述的独特效果。即通过采用粗分离器50的粗粉尘去除步骤减轻了脱硫器10的除尘负担，并通过采用预充电器60的预充电步骤提高了脱硫器10的除尘能力。因此，尽管未采用具有普通结构的昂贵的静电沉淀器，也可在整个处理系统中实现高除尘能力。
此外，在本实施例中，从烟气分离的粉尘仅包括从碳分离器30排放的粉尘B2，从而在单一位置回收。因此，本实施例具有便于粉尘回收运行的优点。
应该明白，类似于第八实施例中采用的静电沉淀器3a，根据所需的除尘能力(即处理后的烟气C中的粉尘浓度)，可以不使用前述的粗分离器50和预充电器60。此外，根据所需的除尘能力，也可以例如仅安装预充电器60而省去粗分离器50。无论如何，与单独安装在传统脱硫器的上游侧的大尺寸干静电沉淀器相比，这些粗分离器50和预充电器60均具有简易的结构和较低的运行成本。因此，其可实现成本的降低并保持高除尘能力。
图4、5和13示出说明本发明粉末效果的实际测量数据。
在图4的分子式中，分母表示D/S比而分子表示煤灰浓度。
从图4的数据中可看出，即使D/S比约为1.5，也可去除约90％的SO3，并且在设备表面未发现SO3雾的沉积，残留在流出的烟气中的SO3量只有约10％。因此很显然，根据例如以不小于2的D/S比例将粉末添加到烟气中的本发明，SO3雾将几乎完全被去除并且几乎不会残留在处理后的烟气内，而且可以高可靠性地防止因雾的沉积产生的腐蚀或结垢。
由于煤灰的上述除雾效应是一种使SO3在烟气中的颗粒表面凝结的物理现象，因此非煤灰的粉末(例如粉碎的石灰石和石膏基固体物)也将产生相似效应。
此外，图5的数据显示仅通过将石灰石浆液喷射进烟气中即可有效地去除SO3。因此可以看出，根据在添加粉末后进行热回收以使SO3冷凝的本发明，即使在低D/S值的情况下也可实现SO3的高度去除。
图13的数据示出在实际电厂的烟气处理系统中，当石灰石被气动传输并在GGH的上游位置(及静电沉淀器的下游)喷射进烟气中时的实际测试的结果。采用的测试条件如下。
锅炉功率：220MW
GGH类型：Ljungstrm型
脱硫器的吸收塔：并流网格填充塔
脱硫器上游侧的静电沉淀器：有
烟气的流速：1,100,000m3N/h
未处理烟气中的SO3浓度：15-20ppm
脱硫器入口处的粉尘浓度：20-70mg/m3N
添加的石灰石量：200-2,000mg/m3N
从这些测试结果可证明，通过例如以不小于约10的D/S比例在GGH的上游位置将石灰石添加进烟气中，可实现不小于90％的SO3去除率。在该测试中，同时测量了处理后的烟气(即脱硫器出口处的烟气)中的粉尘浓度。虽然由于添加了石灰石而使脱硫器出口处的粉尘浓度略有增加，但其不大于约30mg/m3N。因此，可以看出通过在脱硫器的下游侧安装小尺寸的干静电沉淀器或类似装置，可实现足够高的除尘能力。
应该明白，本发明并不限于上述的第八和第九实施例，而可以各种其它方式应用。例如，安装在脱硫器10的下游侧的干静电沉淀器可由湿型沉淀器(湿静电沉淀器)代替。但是，由于这种湿型沉淀器将冷却烟气，其必须安装在回热区5的上游侧。
此外，本发明的粉末并不限于石灰石，也可使用煤灰和石膏。另外，也可使用能使SO3在其颗粒表面冷凝并可被普通静电沉淀器或脱硫器的吸收塔收集的任何粉末。
但是，前述的石灰石、煤灰和石膏是传统上在烟气处理系统中常用的材料，并且现有的设备和处理技术可不加修改地使用。因此，其优点是可以很容易地获得和处理，并且不会对整个系统的运行产生负作用，相反，将石灰石输送到吸收塔容器的问题可如前所述地得以解决。
另一方面，本实施例有一缺点，即当例如将煤灰作为本发明的粉末添加时，被导入脱硫器的烟气中的粉尘(即对于石膏的外来物)相应增加，从而导致对碳分离器30的负担增大。因此从该角度来说，应优选使用石灰石或石膏作为本发明的粉末。当使用石膏时，例如可以这样进行，即通过粉碎从脱硫器10回收的石膏E同时根据需要对其干燥，并由气动传输将其添加于烟气中，或通过在脱硫器10的吸收塔容器内回收部分石膏浆液S并在GGH的热回收部分4的上游位置将其直接喷射进烟气中。
此外，为改进SO3在粉末颗粒表面上的冷凝，可以将温度比烟气低的粉末(或其浆液)[例如，已根据需要强迫冷却的粉末(或其浆液)]喷射进烟气中。这将使SO3在粉末的颗粒表面更为有效地冷凝，从而可更为令人满意并更为容易地防止有害SO3雾的产生。
另外，本发明的粉末可例如既包括石灰石又包括煤灰，它们可混合或单独添加。即使单独使用石灰石时，也可以这样的方式添加：仅将吸收SO3所需的部分喷射进烟气中，而剩余部分如通常一样直接输送至脱硫器的吸收塔容器内。
当然，本发明吸收步骤或吸收塔的构成并不限于上述实施例。例如，吸收塔可具有单个的吸收塔，并且可采用各种类型的吸收塔(或气液接触装置)，包括：填充塔、喷射塔和泡罩塔类型。
虽然当处理由使用诸如重油、Orimulsion、VR及CWM/重油的各种燃油的锅炉产生的烟气时，本发明可获得特别优良的效果，但本发明应用于例如燃煤/燃重油锅炉时也可获得相似的效果。即使在只燃煤的锅炉中，也可例如在开始时或测试运行期间燃烧燃油。本发明可有效应用于这种情况。
如上所述，在本发明中，用于将可在吸收步骤收集的粉末喷射进烟气中的粉末添加步骤设置于采用热交换器的热回收步骤之前。因此，即使烟气中的SO3在该粉末添加步骤时或在该粉末添加步骤之后(例如由前述热回收步骤的冷却)冷凝，该冷凝仅发生在上述粉末的颗粒表面。因此，由SO3冷凝形成的H2SO4颗粒以与前述粉末的颗粒接合的状态存在，从而降低有害烟雾(或硫酸雾)的产生。此外，由于该粉末可在吸收塔内收集，前述的H2SO4颗粒与粉末一起在吸收塔内收集。由此，至少在处理后的烟气中，粉末和H2SO4颗粒几乎不会残留。
因此，根据本发明，对烟气中SO3的处理可在不采用氨喷射的情况下很容易地实现，并且烟气可得到进一步的净化而不会产生喷射物残留在处理后的烟气中的缺点。
特别是当前述粉末以包含前述粉末的粉尘量(D)对烟气中的SO3量(S)的重量比(D/S)不小于2(即D/S≥2)的比例喷射时，SO3的冷凝大部分发生在前述粉末等的颗粒表面。这将可确实避免有害的烟雾(或硫酸雾)的产生，并高可靠性地防止SO3产生结垢和腐蚀。
此外，在本发明中，至少没有通过静电沉淀器从烟气中除尘的独立处理在热回收步骤和吸收步骤之前进行，从而烟气中的大部分粉尘可与添加的粉末一起收集于吸收液中，并可设置从石膏中分离非石膏颗粒的固体颗粒的分离步骤，固体颗粒至少包括吸收流体中收集的粉尘。因此，在吸收步骤也可从烟气中除尘。与采用安装在吸收步骤上游侧的尺寸大而昂贵的静电沉淀器除尘的传统烟气处理工艺相比，可以实现设备或运行的进一步简化及成本的进一步降低。此外，由于构成石膏的外来物质的粉尘(例如未燃烧的碳)在分离步骤被分离，因此可以得到高纯度的石膏，而不论在吸收步骤除尘的构造。
本发明的包括上述效果的各种效果可归纳如下：
(1)氨的消耗降低为零，显著地节约了操作成本。
(2)不再需要喷射氨的设备，并且不需将管道特别加长以使氨分散，从而可以实现设备成本和设备尺寸的相应降低。
(3)由于脱硫废水中不再含有氮元素，在处理脱硫废水之前就不需要除氮的复杂处理了。从这一角度看，也可实现设备成本和设备尺寸的降低。
(4)包含于处理后的烟气中并排放到大气中的氨量降低为零。这不仅大大有利于烟气的进一步净化，而且还使得在将来更容易处理氨散出的控制。
(5)当采用石灰-石膏方法时，形成为副产品的石膏不再含有氨。因此，不必再对石膏进行冲洗，例如以便去除难闻的气味。
(6)由于与以前技术相比，处理后的烟气中不再残留有包含硫酸雾和硫酸铵粉尘的粉尘，系统的总体除尘能力得以提高，而不需采用诸如安装在吸收塔下游侧的湿粉尘沉淀器的装置。这同样有利于烟气的进一步净化。
(7)与将尺寸大而昂贵的静电沉淀器安装在脱硫器上游侧的以前技术相比，可以实现成本的显著降低。
特别是当烟气处理工艺设有通过干静电沉淀器或湿粉尘沉淀器收集已经过所述吸收步骤的残留在烟气中的粉尘或粉末的除尘步骤时，或当烟气处理工艺设有聚集粗化烟气中的粉尘或粉末的预充电步骤以及通过折叠板型的粗分离器从烟气中分离部分粉尘或粉末并将其导入在吸收步骤采用的吸收流体中的粗粉尘去除步骤时，不仅可实现与以前技术相比的成本降低，而且可提高系统的总体除尘能力。
(8)本发明的优点还在于，由于构成石膏的外来物的粉尘(例如未燃烧的碳)在上述的分离步骤分离，因此可得到高度纯净的石膏，而不论在吸收步骤除尘的构造。
此外，当喷射进烟气的粉末的温度低于烟气的温度时，SO3可以更为有效地在粉末的颗粒表面冷凝，从而可以更为令人满意并更为容易地防止有害SO3雾的产生。
另外，当粉末悬浮在液体中并以浆液的形式喷射时，传统用于脱硫系统或类似系统的装置和设备，诸如用于制备浆液的搅拌容器、浆液泵及用于喷射浆液的喷嘴，可以不加任何修改地使用。这对于设备成本和系统的可操作性都是有利的。此外，与气动传输相比，其可以更容易地将粉末均匀分散在烟气中，从而可更有效地防止因SO3产生的问题。
另外，在本实施例中，煤灰H的颗粒因浆液中的液体蒸发进入烟气而产生的冷却效应(或由浆液中存在的液体产生的持续冷却效应)而保持较低的温度。因此，改进了SO3在粉末的颗粒表面上的冷凝，从而粉末的SO3吸收作用得到更为理想的发挥。
此外，即使当煤的燃烧排放气体中包含的粉尘(即煤灰)用作为前述的粉末时，也可实现烟气的高度净化。更为特别地，由于煤灰具有几十微米量级的较大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可在吸收塔内以较高的收集程度收集。由此，煤灰很少残留在处理后的烟气内。
另外，与石灰石一样，煤灰是传统上在烟气处理系统中常用的材料，并且现有的设备和处理技术可不加修改地使用。因此，煤灰可以很容易地获得和处理，从而进一步降低了操作成本和设备成本。特别是，在只燃煤的热电厂等，煤灰通常作为工业废料处理，因此几乎可以免费得到。
另一方面，当将利用干静电沉淀器收集烟气中的粉尘的粉尘收集步骤设置于热回收步骤(即热交换器)之后及吸收步骤(即吸收塔)之前，并且至少部分在该粉尘收集步骤收集的粉尘重新用作为前述的粉末时，则除了上述的基本效果之外，还产生了下述的独特效果。
也就是说，本实施例的结构代表所谓的高性能系统，其中热交换器设置在静电沉淀器的上游，从而提高了静电沉淀器的每单位功率的除尘能力。因此，通过利用小尺寸的静电沉淀器，添加的煤灰可以高收集程度从烟气中去除。此外，在未处理的烟气中初始包含的粉尘也几乎在该静电沉淀器和吸收塔内被完全收集，并很少残留在处理后的烟气中。
同样在本实施例中，在前述的热交换器、位于其下游的管道和静电沉淀器的漏斗内可靠地防止了因SO3产生的结垢和腐蚀。此外还产生了与前述效果(1)至(6)相同的效果。
另外，在本实施例中，用于吸收SO3的粉末(包括煤灰和其它物质)得以重新利用。其独特效果在于可以降低新供应的煤灰量，并且也可降低排放出系统的粉尘(包括煤灰和其它物质)量。因此，如同后面将要描述的，本实施例的独特效果在于，即使排放出系统的粉尘(包括煤灰和其它物质)与根据石灰-石膏方法形成的石膏混合，这种粉尘的数量也可降低至最小程度，以保持石膏的高度纯净。
此外，当至少部分在粉尘收集步骤收集的粉尘[即排放出系统的粉尘(包括煤灰和其它物质)]与根据石灰-石膏方法形成为副产品的石膏混合，作为工业废料排放的粉尘量可降低为零。这也有利于例如节约运行成本。
另一方面，当粉碎的石灰石用作为前述的粉末时，添加的石灰石具有100μm量级的大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以高得多的收集程度在吸收塔(或吸收步骤)内收集。由此，石灰石很少残留在处理后的烟气C内。因而可实现烟气的极高程度的净化。
此外，石灰石是传统上在烟气处理系统中常用的材料，并且现有的设备和处理技术可不加修改地使用。因此，石灰石可以很容易地获得和处理，从而进一步降低了操作成本和设备成本。
另外，石灰石的优点在于当添加于烟气中时，其不会对整个系统产生不利影响。即在此情况下，在吸收塔内收集的石灰石在吸收流体内溶解或悬浮于吸收流体中，并作为中和吸收流体的吸收剂(或碱性剂)。相反，石灰石促进了吸收氧化硫的反应。
此外，当采用以石灰石作为吸收剂以从吸收的氧化硫形成副产品石膏的石灰-石膏方法时，只要像通常一样控制添加的石灰石的总量，将石灰石作为粉末添加于烟气中的实施例就不会对石膏的纯度产生不利影响。此外，添加的石灰石转化成有用的石膏，不会增加工业废料量。
另外，当根据石灰-石膏方法进行吸收烟气中的SO2和其它氧化硫的吸收步骤，并且在该吸收步骤中作为吸收剂所需的所有石灰石作为前述的粉末添加于烟气中时，就不再需要传统用于例如将石灰石形成为浆液并将其送至吸收塔容器中的设备了。这也可带来例如设备成本的进一步降低。
另一方面，当已与烟气进行气液接触的吸收流体中的固体物(即基本包含根据石灰-石膏方法形成为副产品的石膏的固体物)用作为前述的粉末时，添加的固体物通常具有20至40μm量级的大颗粒直径，因此不仅与传统的硫酸雾的情况相比，而且与传统的硫酸铵粉尘的情况相比，均可以高收集程度在吸收塔(或吸收步骤)内收集。由此，固体物很少残留在处理后的烟气内。因此可实现烟气的极高程度的净化。此外，产生了与前述效果(1)至(6)相同的效果。
另外，由于基本包含在吸收步骤形成的副产品的固体物用作为粉末，本实施例的独特效果在于粉末的添加不会降低前述副产品的纯度，因此副产品的纯度可保持为极高的水平。
此外，吸收流体中的固体物(例如石膏)是传统上在烟气处理系统中常用的材料，并且现有的设备和处理技术可不加修改地使用。因此，可以实现操作成本和设备成本的进一步降低。
特别是当包含固体物的浆液状的吸收流体作为包含本发明的粉末的浆液直接喷射进烟气中时，[固体物基本包含在吸收塔(或吸收步骤)内通过与烟气接触形成的副产品(例如石膏)]，该实施例的独特效果在于显著地简化了设备结构，从而在成本方面有很大优点。更为特别地，其中例如煤灰以浆液形式喷射的实施例需要诸如制备浆液的容器和储存煤灰的储存装置的附加装置，并且其中吸收流体中的固体物被干燥并喷射进烟气的实施例需要诸如干燥固体物的干燥器的附加装置。但是，本实施例根本不需要这类装置。