專利名稱：燃煤燃燒裝置的洗滌系統(tǒng)和洗滌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于減少燃煤燃燒裝置的排放的系統(tǒng)和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及在燃煤燃燒裝置煙道氣的處理中使用濕式洗滌系統(tǒng)(wetscrubbing systems)，以顯著地減少排放。
背景技術(shù)：
目前，在美國(guó)的電力生產(chǎn)中，燃煤燃燒占大約50％。每年國(guó)內(nèi)用于電力生產(chǎn)的煤燃燒消耗幾乎10億噸煤，而且這個(gè)數(shù)字正穩(wěn)步上升。早期的燃煤電廠使用最簡(jiǎn)單的排放控制系統(tǒng)，并且通常限于顆?？刂?。1970年的清潔空氣法，于1977年和1990年修改，提高了對(duì)各種污染物的認(rèn)識(shí)以及更高程度的污染物控制。目前，一般地，燃煤燃燒系統(tǒng)的范圍從較老的粉煤(PC)系統(tǒng)，如頂燃燒式、墻燃燒式和切圓燃燒式到較新的循環(huán)流化床(CFB)反應(yīng)器。PC和CFB裝置的典型排放控制系統(tǒng)可以包括顆?？刂葡到y(tǒng)，其通常緊隨著SO2控制系統(tǒng)。廣泛種類的其它裝置也可用于控制各種污染物和/或促進(jìn)熱和其它資源的循環(huán)或回收。也可以通過(guò)仔細(xì)控制燃燒工藝，促進(jìn)有毒污染物排放的減少。典型的CFB反應(yīng)器包括石灰石加入系統(tǒng)，緊隨著顆粒收集系統(tǒng)，以減少顆粒排放。CFB反應(yīng)器的好處之一是，通過(guò)控制燃燒期間加入的石灰石的量，可以在反應(yīng)器內(nèi)減少硫氧化物的排放。在一些情況下，CFB反應(yīng)器也包括位于顆粒收集系統(tǒng)出口的干式洗滌器，以進(jìn)一步促進(jìn)硫氧化物排放的減少?；谶@些和其它原因，CFB反應(yīng)器在過(guò)去二十年構(gòu)成了大多數(shù)的燃煤燃燒裝置。較老的PC裝置通常比CFB反應(yīng)器產(chǎn)生更高水平的有毒排放物。一些PC裝置已經(jīng)被改造，包括了各種排放控制系統(tǒng)。一般，這些被改造的PC裝置包括顆粒收集系統(tǒng)，并且有時(shí)也包括濕式洗滌器，盡管有時(shí)也可以使用干式洗滌器。至少部分地由于煤的可用性和堅(jiān)定不移的減少排放的政治和經(jīng)濟(jì)壓力，近年，燃煤燃燒在有毒排放物方面有了較大的改善。不幸的是，燃煤燃燒裝置的排放仍然占總有毒排放物的較大百分比，總有毒排放物例如硫氧化物、氮氧化物和其它各種潛在的有害物質(zhì)。因此，提供能夠簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和有效的比現(xiàn)有技術(shù)更進(jìn)一步減少燃煤燃燒裝置有毒排放的系統(tǒng)和方法，對(duì)該領(lǐng)域?qū)⑹秋@著的進(jìn)步和貢獻(xiàn)。
發(fā)明概述
雖然已開(kāi)發(fā)了許多除去有毒排放物和其它有害污染物的方法，但仍需要改進(jìn)的方法，這些改進(jìn)的方法由于大大減少了排放和提高了利用政府稅款免除和激勵(lì)的能力而使得以煤為基礎(chǔ)的燃燒裝置成為更有吸引力的電力來(lái)源。本發(fā)明涉及使用位于任何顆?？刂葡掠蔚囊环N洗滌系統(tǒng)或多種洗滌系統(tǒng)來(lái)處理燃煤燃燒裝置的煙道氣。在本發(fā)明的一方面，處理燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器煙道氣的系統(tǒng)可以包括與循環(huán)流化床反應(yīng)器可操作地連接、被設(shè)置用于處理煙道氣的濕式洗滌器。適用的濕式洗滌器可以包括氣相洗滌器、液相洗滌器及其組合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，濕式洗滌器是噴霧塔洗滌器(spray tower scrubber)。在本發(fā)明的一個(gè)可選方面，處理燃煤反應(yīng)器煙道氣的系統(tǒng)可以包括顆粒收集設(shè)備。顆粒收集設(shè)備可以與燃煤反應(yīng)器可操作地連接，并被設(shè)置用以產(chǎn)生低顆粒含量煙道氣。在一個(gè)詳細(xì)的方面，燃煤反應(yīng)器可以是CFB或PC反應(yīng)器。第一濕式洗滌器可以被可操作地連接到顆粒收集設(shè)備，被設(shè)置用于洗滌煙道氣和產(chǎn)生被處理的煙道氣。第二濕式洗滌器也可以被可操作地與第一濕式洗滌器連接，被設(shè)置用于洗滌被處理的煙道氣，以產(chǎn)生低硫氧化物含量的煙道氣。在本發(fā)明的另一個(gè)詳細(xì)的方面，可以加入其它裝置到系統(tǒng)中，除去特定的污染物。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以將除汞設(shè)備可操作地連接于幾個(gè)可能的位置之一，這取決于所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的類型。目前，有三種寬范疇的除汞技術(shù)正在開(kāi)發(fā)，包括，將汞轉(zhuǎn)化為固體，然后可以用顆?？刂圃O(shè)備或濕式洗滌器除去；將汞吸附在注入氣流的某些類型的材料上，再通過(guò)顆?？刂圃O(shè)備或濕式洗滌器除去；以及通過(guò)加入試劑，將汞轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄问?，然后通過(guò)濕式洗滌器除去。取決于所選擇的除汞系統(tǒng)的類型，材料或試劑的注入在幾個(gè)可能的位置進(jìn)行，包括選擇性催化還原(SCR)裝置、靜電除塵器(ESP)、袋濾室或濕式洗滌器的上游。在另外的實(shí)施方式中，處理煙道氣的系統(tǒng)可以適于減少砷、鈹、鎘、鹽酸、鉻、鈷、鉿、鉛、錳、汞、鎳、硒、苯并芘及其組合中至少一種的排放。在又一個(gè)實(shí)施方式中，處理煙道氣的系統(tǒng)可以通過(guò)在PC裝置中使用SCR或在CFB裝置中使用SNCR(選擇性非催化還原)，適于減少氮氧化物的排放。在本發(fā)明的又一方面，處理煙道氣的系統(tǒng)可以適于減少硫氧化物的排放約95％到約100％，優(yōu)選為約99％到約100％。在相關(guān)的方面，硫氧化物的排放可以被減少到約2ppm到約5ppm的水平。因此，已經(jīng)比較寬泛地描述了本發(fā)明的各種特征，以便下面的詳細(xì)描述能被更好地理解，并使得本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)可以被更好地認(rèn)識(shí)到。本發(fā)明的其它特征通過(guò)下面的本發(fā)明詳述，結(jié)合所附權(quán)利要求將變得更加清晰，或者可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐加以領(lǐng)會(huì)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)從下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，將是顯而易見(jiàn)的，其通過(guò)實(shí)施例的方式，闡述了本發(fā)明的特征。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的示意圖，包括CFB反應(yīng)器和濕式洗滌器；和[16] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖，包括兩個(gè)順序排列的濕式洗滌器。
發(fā)明詳述[17] 為幫助理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)在將參考示例性的實(shí)施方式，并且特定的語(yǔ)言將用于描述這些示例性的實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這并不是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。對(duì)這里所述本發(fā)明特征的任何改變和進(jìn)一步修飾以及如這里所述的本發(fā)明原理的任何其它應(yīng)用，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的了解了在此公開(kāi)的內(nèi)容的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是可實(shí)現(xiàn)的，這些改變、修飾和應(yīng)用被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
定義[18] 如這里所用，“干式洗滌器(dry scrubber)”指產(chǎn)生干廢料和被處理氣體的煙道氣處理設(shè)備。一些干式洗滌器可以涉及濕反應(yīng)物和/或工藝，它們?cè)趶脑O(shè)備中除去前被干燥，例如噴霧干燥器吸收器(spray dryer absorbers)、急驟干燥器吸收器(flash dryer absorbers)和循環(huán)干燥洗滌器(circulating dry scrubbers)。如這里所用，“濕式洗滌器(wet scrubber)”指產(chǎn)生濕廢料和被處理氣體的煙道氣處理設(shè)備。雖然濕式和干式洗滌器可以用于初步顆粒除去，但在本發(fā)明的上下文中，用語(yǔ)“濕式洗滌器”和“干式洗滌器”的使用是指煙道氣脫硫裝置，而不是初步顆粒除去，除非另外特別說(shuō)明。濕式洗滌器可以被用于從煙道氣中除去硫氧化物和顆粒。廣泛種類的濕式洗滌器構(gòu)造是已知的，可以涉及，將煙道氣與噴霧液體(sprayed liquid)接觸；使煙道氣通過(guò)液體空間；以及其它類似方法。如這里所用，“初步顆粒除去(primary particulate removal)”指從煙道氣中最初除去大部分顆粒。這種顆粒除去裝置通常是單獨(dú)的裝置，例如袋濾室、靜電除塵器或其它洗滌設(shè)備；然而它們也可以整合到燃煤燃燒裝置中。應(yīng)當(dāng)理解，后面的洗滌或完善(polishing)步驟可以并且通常也的確除去未被初步顆粒除去步驟除去的顆粒。如這里所用，用語(yǔ)“在……之間(between)”用于表示范圍，沒(méi)有修飾詞“大約(about)”就不包括所表示范圍的界限值。例如，“在95％和大約100％之間”包括從大約100％降至95％的值，但不包括95％，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。進(jìn)一步，“大約1％到大約4.5％”的濃度范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為，不僅包括1％到大約4.5％的明確提及的濃度界限，也包括各個(gè)濃度值如2％、3％、4％和子范圍如1％到3％、2％到4％，等等。同樣的原理應(yīng)用在只提及一個(gè)數(shù)值的范圍，例如“小于大約4.5％”，其應(yīng)當(dāng)被解釋為，包括上面提及的所有數(shù)值和范圍。進(jìn)一步，無(wú)論范圍的寬度如何或被描述的特征是什么，這樣的解釋都應(yīng)當(dāng)是適用的。
發(fā)明[22] 一方面，本發(fā)明包括處理燃煤循環(huán)流化床(CFB)反應(yīng)器煙道氣的系統(tǒng)。參見(jiàn)圖1，CFB反應(yīng)器10可以與濕式洗滌器可操作地相連。本發(fā)明的CFB反應(yīng)器可以包括任何已知構(gòu)造的用于燃燒煤的流化床反應(yīng)器。廣泛種類的特定構(gòu)造和設(shè)備可以和CFB反應(yīng)器一起使用，這些是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。一般地，CFB反應(yīng)器涉及將煤基燃料和吸附劑注入燃燒室中的流化空氣流。在湍動(dòng)條件下，燃料至少部分地被燃燒。吸附劑經(jīng)常是石灰石，但其它吸附劑對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員也是已知的，例如石灰、一元和二元堿、氧化鎂、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉和這些物質(zhì)的混合物。在燃燒室中，燃料中的硫可以與氧反應(yīng)，形成硫氧化物。然后，吸附劑可以與硫氧化物反應(yīng)，產(chǎn)生固體物質(zhì)，如硫酸鈣或石膏，它們?nèi)缓罂梢员怀ズ吞幚?。進(jìn)一步，也可以加入各種添加劑，以提高硫氧化物除去或燃燒效率。典型的CFB反應(yīng)器可以減少硫氧化物大約80％到大約95％，這取決于煤的組成和吸附劑的效率以及流速。然后，未燃燒的燃料、石灰石和灰分可以被回收，例如通過(guò)熱旋風(fēng)分離器或類似設(shè)備，以及被循環(huán)回到燃燒室或被除去。CFB中燃料的燃燒所產(chǎn)生的熱通常用于產(chǎn)生電；然而，CFB反應(yīng)器也用于本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其它應(yīng)用，這些都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。進(jìn)一步，燃料通常包括碎煤；但也可使用含任何數(shù)量碳?xì)浠衔锏奈镔|(zhì)。合適的碎煤包括幾乎任何可用的煤種類，例如但不限于，褐煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤和包括無(wú)煙煤煤屑和煤渣以及煙煤粘塊的各種廢煤。根據(jù)本發(fā)明，可以將其它燃料加入到碎煤中。合適的其它燃料可以包括，但不限于，石油焦炭、碎輪胎、生物材料(biomass)、油品、天然氣、甘蔗渣和其它任何具有有效熱值的含碳?xì)浠衔锏牟牧?。這些額外的燃料常?？梢哉嫉饺剂辖M合物的高達(dá)約25％。然后可以將CFB反應(yīng)器的煙道氣引到顆粒收集系統(tǒng)，以產(chǎn)生低顆粒含量的煙道氣。合適的顆粒收集系統(tǒng)可以包括袋濾室、靜電除塵器、多管旋風(fēng)器、文丘里洗滌器或其它能夠除去煙道氣中大部分顆粒的任何系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)詳細(xì)的方面，顆粒收集系統(tǒng)可以收集大約60％到大約99％的顆粒，顆粒大小范圍從大約0.01μm到幾百微米。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)詳細(xì)方面，顆粒收集系統(tǒng)可以收集大約98％到大約100％的顆粒。顆粒收集系統(tǒng)可以與CFB反應(yīng)器分離或與其整合在一起。在本發(fā)明的一個(gè)方面，顆粒收集系統(tǒng)可以是與CFB反應(yīng)器可操作地連接的濕式洗滌器。根據(jù)本發(fā)明，濕式洗滌器12可以與CFB10可操作地連接?？蛇x地，如果顆粒收集系統(tǒng)存在，則濕式洗滌器可以與顆粒收集系統(tǒng)可操作地連接。濕式洗滌器可以被設(shè)置用于處理煙道氣，以減少硫氧化物和其它有毒排放物。在濕式洗滌器之前，從煙道氣除去至少相當(dāng)部分的顆粒，大大減少了進(jìn)入洗滌器的固體量，從而減少或消除了堵塞。進(jìn)一步，本發(fā)明的一方面是顯著減少硫氧化物排放，這一目的會(huì)由于煙道氣中過(guò)量的顆粒而被淡化。如上所述，濕式洗滌器也可以除去顆粒，正如初步顆粒收集系統(tǒng)一樣。然而，根據(jù)本發(fā)明的一方面，優(yōu)選進(jìn)入濕式洗滌器的煙道氣是低顆粒含量的煙道氣。適用于本發(fā)明的濕式洗滌器可以包括氣相洗滌器、液相洗滌器和它們的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，濕式洗滌器是液相洗滌器。合適的液相洗滌器包括，但不限于，噴霧塔洗滌器，其包括逆流、并流和錯(cuò)流設(shè)計(jì)；噴射文丘里洗滌器；以及類似洗滌器。在一個(gè)詳細(xì)的方面，液相洗滌器可以是噴霧塔洗滌器。合適的氣相洗滌器包括但不限于，文丘里洗滌器(venturi scrubber)，例如固定喉部、可變喉部和可調(diào)節(jié)喉部設(shè)計(jì)；板式塔洗滌器(plate tower scrubber)，例如篩網(wǎng)式、沖擊式、泡罩式和閥門式設(shè)計(jì)；銳孔洗滌器(orifice scrubber)，例如自激噴霧(self-induced spray)式、慣性式和潛孔式設(shè)計(jì)；以及類似洗滌器。合適的組合液-氣相洗滌器包括但不限于，濕膜洗滌器(wet film scrubber)；填充塔洗滌器(packed tower scrubber)；旋風(fēng)噴霧洗滌器(cyclonic spray scrubber)；可移動(dòng)或移動(dòng)床洗滌器(mobile or moving bed absorber)，例如溢流床和湍動(dòng)接觸吸收器；擋板噴霧洗滌器(baffle spray absorber)；機(jī)械輔助洗滌器，例如離心扇型和誘導(dǎo)噴霧洗滌器；以及類似洗滌器。從上述討論明顯可見(jiàn)，本發(fā)明的至少一個(gè)方面在于發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床反應(yīng)器(CFBs)的煙道氣可以用濕式洗滌器處理，以除去和/或減少排放，而不在于發(fā)現(xiàn)任何具體的濕式洗滌器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解各種可以被使用的濕式洗滌器，并且這些都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。進(jìn)一步，尚不能從商業(yè)渠道獲得的具體的濕式洗滌器設(shè)計(jì)也被考慮在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。目前，液相洗滌器是除去硫氧化物和其它有毒排放物的最優(yōu)選的洗滌器。進(jìn)一步，注意到，作為一般規(guī)律，濕式洗滌器比干式洗滌器在減少硫氧化物方面更有效。在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，可以將濕式洗滌器改進(jìn)安裝到(retrofit)包括顆粒收集系統(tǒng)的已有CFB反應(yīng)器。在該可選實(shí)施方式的一個(gè)方面，濕式洗滌器可以與已有干式洗滌器的出口可操作地連接。干式洗滌器可以是任何已有的或已知的干式洗滌器，例如但不限于，噴霧干燥器吸收器(spray dryer absorber)、急驟干燥器吸收器(flash dryer absorber)、干吸附劑注入器(dry sorbent injector)、循環(huán)干式洗滌器(circulating dry scrubber)、流化床吸收器(fiuidized bed absorber)以及它們的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，干式洗滌器可以是噴霧干燥器吸收器或急驟干燥器吸收器。在該可選實(shí)施方式的另一方面，濕式洗滌器可以被用于代替已有的干式洗滌器。在將濕式洗滌器安裝到已有裝置時(shí)，許多需要考慮的事項(xiàng)是重要的。這些需要考慮的事項(xiàng)中包括有，補(bǔ)償額外的壓頭損失，例如用另外的誘導(dǎo)通風(fēng)(ID)鼓風(fēng)機(jī)或通過(guò)改造現(xiàn)有的ID鼓風(fēng)機(jī)；添加容納濕式洗滌器的濕廢品的系統(tǒng)，例如灰分處理系統(tǒng)；循環(huán)或提供另外的用于除去硫氧化物的吸附劑；添加和修改電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；以及其它此類需要考慮的事項(xiàng)。當(dāng)然，也可以將上述關(guān)于翻新已有CFB反應(yīng)器的討論應(yīng)用于新CFB反應(yīng)器的排放控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，顆?？刂葡到y(tǒng)可以是濕式洗滌器。在一個(gè)詳細(xì)的方面，濕式洗滌器可以是文丘里洗滌器。可以將從CFB反應(yīng)器出來(lái)的煙道氣導(dǎo)向濕式洗滌器。在這種情況下，濕式洗滌器主要起著顆粒除去系統(tǒng)的作用。然后可以將從濕式洗滌器出來(lái)的煙道氣導(dǎo)向第二濕式洗滌器，以進(jìn)一步減少有毒排放物，特別是硫氧化物。根據(jù)本發(fā)明，將濕式洗滌器加入到CFB反應(yīng)器，可以使得吸附劑如石灰石和石灰被更好地使用。例如，吸附劑的總消耗可以就硫氧化物的除去而被優(yōu)化。這使得需要相對(duì)于濕式洗滌器中使用的吸附劑量調(diào)節(jié)CFB反應(yīng)器中使用的吸附劑量。進(jìn)一步，在本發(fā)明的一個(gè)方面，從CFB反應(yīng)器回收的灰分和未使用的吸附劑可以用于濕式洗滌器的操作。CFB反應(yīng)器可以除去大部分硫氧化物；然而，大量吸附劑仍然未被使用。經(jīng)常地，未使用的吸附劑可以占從顆粒收集系統(tǒng)和/或燃燒室中移除的固體的25％到50％以上。因此，移除的固體可以被用于向濕式洗滌器提供吸附劑原料。移除的固體中的灰分和石膏可能潛在地給濕式洗滌器在可能的堵塞、腐蝕等方面帶來(lái)問(wèn)題。然而，未使用的吸附劑的這種循環(huán)利用由于減少了總的吸附劑消耗量，可以降低操作費(fèi)用。另外，將濕式洗滌器與CFB反應(yīng)器結(jié)合，提供了另外的益處，即，從濕式洗滌器產(chǎn)生的廢品如石膏比從CFB反應(yīng)器單獨(dú)產(chǎn)生的純得多。這種更高質(zhì)量的廢品作為副產(chǎn)物可以更容易銷售。因此，在一方面，總硫氧化物減少(overall sulfuroxide reduction)的百分率可以朝濕式洗滌器轉(zhuǎn)移，從而彌補(bǔ)灰分處理費(fèi)用和吸附劑的總使用量。下面的討論涉及有毒排放物的減少。應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的上下文中，歸納概括減少量的定量量度是困難的。除去效率在較大程度上取決于燃料的組成，也受到具體設(shè)備、操作參數(shù)和其它因素的影響。例如，在低硫煤如Utah煤上取得99％的硫氧化物除去率，比在高硫煤如東部煙煤(Eastern Bituminous coal)上取得99％的除去率更加具有挑戰(zhàn)性。在任一情況下，可以使本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適于將硫氧化物排放減少大約95％到大約100％，在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以減少硫氧化物排放大約99％到大約100％。在本發(fā)明的另一方面，硫氧化物排放可以被減少到約2ppm到約22ppm的水平，其中從約2ppm到約5ppm是優(yōu)選的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，所用的具體的煤可較大地影響煙道氣中硫氧化物和其它污染物的量。結(jié)果是，當(dāng)使用高硫或低等級(jí)的煤作為主要燃料時(shí)，除去硫氧化物和其它污染物可能更困難。例如，Utah煤具有相對(duì)低的硫濃度，約0.5％，硫氧化物排放降低了95％導(dǎo)致大約22ppm的排放水平。作為對(duì)照，對(duì)于3％硫含量的東部煙煤，減少95％產(chǎn)生大約130ppm的排放水平，減少99.6％產(chǎn)生大約10ppm的排放水平。在本發(fā)明的又一個(gè)詳細(xì)的方面，煙道氣的處理還可以減少除硫氧化物之外的有毒排放物。這些有毒排放物的非限定性例子包括氮氧化物、一氧化碳、砷、鈹、鎘、鹽酸、鉻、鈷、鉿、鉛、錳、汞、鎳、硒、苯并芘和它們的組合。除了除去硫氧化物，各種濕式洗滌器還可以在不同程度上除去不同的有毒排放物。因此，具體濕式洗滌器的選擇要能夠?qū)崿F(xiàn)較徹底地除去具體的排放物。例如，用石灰和活性炭的混合物作為吸附劑的濕式洗滌器可以用于減少污染物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)這里所討論的本發(fā)明，進(jìn)行這種設(shè)計(jì)選擇。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可將除汞設(shè)備可操作地與幾個(gè)位置之一連接，這取決于所用系統(tǒng)的類型。目前，有三種寬范疇的除汞技術(shù)正在開(kāi)發(fā)，包括，將汞轉(zhuǎn)化為固體，然后可以用顆?？刂圃O(shè)備或濕式洗滌器除去；將汞吸附在注入氣流的特定材料上，再通過(guò)顆?？刂圃O(shè)備或濕式洗滌器除去；以及通過(guò)注入試劑，將汞轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄问?，然后通過(guò)濕式洗滌器除去。這些除汞系統(tǒng)可以涉及吸附劑的注入、顆粒收集、催化劑或化學(xué)添加劑、吸附劑單元和類似物。根據(jù)日益嚴(yán)格的環(huán)境控制法規(guī)，在汞控制方面的改進(jìn)和發(fā)展是期望的。任何這樣的除汞系統(tǒng)，無(wú)論現(xiàn)在已知的還是將要開(kāi)發(fā)的，都可以和本發(fā)明的系統(tǒng)一起使用。現(xiàn)有除汞系統(tǒng)的幾個(gè)非限定性例子包括活性炭注入、改良的SCR/FGD系統(tǒng)、部分燃燒煤的注入、硅酸鹽基吸附劑、在電鍍材料上流動(dòng)、鹵化物燃燒催化劑以及這些技術(shù)的組合。取決于所選擇除汞系統(tǒng)的類型，材料或試劑的加入可以在幾個(gè)可能的位置進(jìn)行，包括SCR、ESP或袋濾室的前后、濕式洗滌器，或者可以是與系統(tǒng)可操作地連接的單獨(dú)單元，從而處理煙道氣。適用于本發(fā)明的大多數(shù)現(xiàn)有除汞系統(tǒng)可以除去煙道氣中90％或更多的汞。取決于燃料的組成，在大多數(shù)工廠產(chǎn)生的總汞量的范圍為約5到16μg/dscm(微克/干基標(biāo)準(zhǔn)立方米)煙道氣。適用于本發(fā)明的除汞系統(tǒng)可以優(yōu)選地減少汞排放到約1μg/dscm至約2μg/dscm的水平。在本發(fā)明的其它可選實(shí)施方式中，可以處理煙道氣，以減少氮氧化物排放。許多減少氮氧化物的系統(tǒng)和方法可以和本發(fā)明的系統(tǒng)一起使用。典型的CFB裝置在相對(duì)低的溫度下操作，因而與PC裝置比較，自然具有較低的氮氧化物排放。然而，可以采取額外的步驟，以進(jìn)一步減少氮氧化物。例如，可以將氮基吸附劑如氨或脲注入旋風(fēng)分離器?？蛇x地，可以將另外的裝置如SNCR可操作地連接到CFB，以減少氮氧化物的水平。類似地，處理PC裝置煙道氣的系統(tǒng)可以包括氮氧化物減少系統(tǒng)。一個(gè)特別有效的氮氧化物減少系統(tǒng)是SCR?？蛇x地，可以將PC裝置與傳統(tǒng)的或高級(jí)的低NOx燃燒器安裝在一起，NOx燃燒器顯著地降低氮氧化物的排放。主要作為燃燒改進(jìn)的其它氮氧化物減少方法可以包括從上部引入燃燒空氣(overfire air)、煙道氣再流通、天然氣再燃燒、多級(jí)燃燒以及高級(jí)燃燒控制系統(tǒng)。煙道氣的直接處理通常更有效，但通常也增加了投資和操作費(fèi)用。用于處理煙道氣的合適的氮氧化物減少系統(tǒng)的非限定性例子可以包括SCR、SNCR、復(fù)合SCR/SNCR、同時(shí)除去SO2/NOx的系統(tǒng)以及其它已知的或開(kāi)發(fā)的技術(shù)。參見(jiàn)圖2，顯示了處理來(lái)自燃煤反應(yīng)器20的煙道氣的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，顆粒收集設(shè)備可以與燃煤反應(yīng)器可操作地連接，被設(shè)置用于產(chǎn)生低顆粒含量的煙道氣。如上所述，顆粒收集設(shè)備可以是單獨(dú)的裝置或與燃煤反應(yīng)器結(jié)合在一起。第一濕式洗滌器22可以與顆粒收集設(shè)備可操作地連接，設(shè)置用于洗滌煙道氣以及產(chǎn)生具有減少排放的被處理煙道氣。進(jìn)一步，第二濕式洗滌器24可以與第一濕式洗滌器可操作地連接，設(shè)置用于洗滌被處理煙道氣，產(chǎn)生低硫氧化物含量的煙道氣。
在本發(fā)明的一方面，第一和第二濕式洗滌器可以獨(dú)立地選自氣相洗滌器、液相洗滌器及其組合。在本發(fā)明的另一方面，第一和第二濕式洗滌器可以每個(gè)都是液相洗滌器。最經(jīng)常地，第一和第二濕式洗滌器將是不同的類型和/或設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一濕式洗滌器可以是噴霧塔洗滌器，而第二濕式洗滌器可以是可移動(dòng)或移動(dòng)床洗滌器。類似地，取決于燃料的組成和期望的排放水平，第一和第二濕式洗滌器可以獨(dú)立地選自噴霧塔洗滌器、文丘里洗滌器、板式塔洗滌器、銳孔洗滌器、填充塔洗滌器、濕膜洗滌器、旋風(fēng)噴霧洗滌器、可移動(dòng)或移動(dòng)床吸收器、擋板噴霧吸收器以及它們的組合。在本發(fā)明的這一方面，燃煤反應(yīng)器可以是任何已知的燃煤反應(yīng)器。在一個(gè)實(shí)施方式中，燃煤反應(yīng)器可以是循環(huán)流化床(CFB)反應(yīng)器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，燃煤反應(yīng)器可以是粉煤(PC)反應(yīng)器。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，燃煤反應(yīng)器的排放物可以用至少兩個(gè)干式洗滌器的系統(tǒng)進(jìn)行處理，其被設(shè)置用于連續(xù)地處理煙道氣。如上所述，合適的干式洗滌器可以包括任何已知的干式洗滌器技術(shù)。這些干式洗滌器的非限定性例子包括噴霧干燥器吸收器、急驟干燥器吸收器、干吸附劑注入器、流化床吸收器、循環(huán)干式洗滌器和它們的組合。在一方面，處理燃煤反應(yīng)器的煙道氣的系統(tǒng)可以包括與燃煤(反應(yīng)器)可操作地連接的第一干式洗滌器，其被設(shè)置用于處理來(lái)自該反應(yīng)器的煙道氣，產(chǎn)生被處理的煙道氣。進(jìn)一步，第二干式洗滌器可以與第一干式洗滌器可操作地連接，并被設(shè)置用于再次處理被處理的煙道氣，以產(chǎn)生低硫的煙道氣。在一個(gè)詳細(xì)的方面，第一干式洗滌器是干吸附劑注入器，而第二干式洗滌器是噴霧干燥器吸收器。這種雙重干式洗滌系統(tǒng)可以與各種燃煤反應(yīng)器可操作地連接。然而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，燃煤反應(yīng)器可以是循環(huán)流化床。類似的考慮事項(xiàng)和因素可以影響從煙道氣除去的污染物的量，正如上面關(guān)于濕式洗滌系統(tǒng)所討論的。然而，在一方面，可以使本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適于將硫氧化物排放減少大約95％到大約100％，在另一個(gè)實(shí)施方式中可以減少硫氧化物排放大約99％到大約100％。下面的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，下述只是本發(fā)明原理應(yīng)用的示例或說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到許多修飾和可選的組成、方法和系統(tǒng)，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。所附權(quán)利要求書意欲覆蓋這些修飾和配置。因此，雖然對(duì)本發(fā)明如上進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但下面的實(shí)施例在目前被認(rèn)為是本發(fā)明的實(shí)用實(shí)施方式方面，提供了進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
實(shí)施例實(shí)施例1[42] 用濕式洗滌器改造250MWe(凈值)CFB反應(yīng)器，其燃燒3％硫含量的東部煙煤。從鍋爐出來(lái)的氣體總重量為約2,543,000lb/hr。提供足夠的石灰石，實(shí)現(xiàn)CFB的SO2減少90％，這導(dǎo)致產(chǎn)生大約2089lb/hr(大約261ppm)的SO2。濕式洗滌器為噴霧塔吸收器，其將從濕式洗滌器出來(lái)的SO2量減少到大約80lb/hr(10ppm)。該系統(tǒng)提供總的SO2減少量為大約99.6％。這樣的減少量每年除去大約7,920噸SO2。
實(shí)施例2[43] 用兩個(gè)濕式洗滌器改造400MWe(凈值)PC反應(yīng)器，其燃燒1％硫含量的西部煙煤，具有用于除去顆粒的標(biāo)準(zhǔn)袋濾室(baghouse)。從鍋爐出來(lái)的氣體總重量為約4,660,000lb/hr。不用SO2減少系統(tǒng)時(shí)，來(lái)自鍋爐出口的SO2排放為大約11,700lb/hr。濕式洗滌器是噴霧塔吸收器和移動(dòng)床洗滌器的組合，其將從濕式洗滌器出來(lái)的SO2量減少到大約117lb/hr。該系統(tǒng)提供總的SO2減少量為大約99％。這樣的減少量每年除去大約46,120噸SO2。因此，這里公開(kāi)了處理燃煤反應(yīng)器煙道氣的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。以上描述和實(shí)施例僅僅打算闡明本發(fā)明的某些潛在用途。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，本發(fā)明可應(yīng)用于寬范圍的用途和工業(yè)應(yīng)用。除了這里所述以外的許多實(shí)施方式和適用方式，以及諸多改變、修飾和等效配置從本發(fā)明及其前面的描述將是明顯的，或者通過(guò)本發(fā)明及其前面的描述可合理地想到，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)或范圍。因此，雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其優(yōu)選的實(shí)施方式而被詳細(xì)地描述，但應(yīng)當(dāng)理解，該公開(kāi)內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明的闡明和示例，其目的僅僅是提供本發(fā)明的充分而且能夠被授權(quán)的公開(kāi)內(nèi)容。前面的公開(kāi)內(nèi)容并不意欲被解釋為，限制本發(fā)明，也不意欲，排除任何此類其它的實(shí)施方式、適用方式、改變、修飾和等效配置，本發(fā)明僅被所附權(quán)利要求書及其等效物限定。應(yīng)當(dāng)理解，上面提及的配置是對(duì)本發(fā)明原理應(yīng)用的示例性說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到許多修飾和可選的配置，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍，而且所附的權(quán)利要求書意欲覆蓋這些修飾和配置。因此，雖然結(jié)合被認(rèn)為是本發(fā)明最實(shí)用的和優(yōu)選的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明如上進(jìn)行了特別而詳細(xì)的描述，但對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以進(jìn)行許多修飾，而不偏離如權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明，這些修飾包括但不限于尺寸、材料、形狀、形式、功能、操作方式、組件和用途的改變。
權(quán)利要求
1.處理燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器的煙道氣的系統(tǒng)，其包括與所述循環(huán)流化床反應(yīng)器可操作地連接、并被設(shè)置用于處理所述煙道氣的濕式洗滌器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述濕式洗滌器選自氣相洗滌器、液相洗滌器和它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述濕式洗滌器是噴霧塔洗滌器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述濕式洗滌器是氣相洗滌器，所述洗滌器選自文丘里洗滌器、板式塔洗滌器和銳孔洗滌器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述濕式洗滌器是組合液-氣相洗滌器，所述洗滌器選自填充塔洗滌器、濕膜洗滌器、旋風(fēng)噴霧洗滌器、可移動(dòng)或移動(dòng)床吸收器和擋板噴霧吸收器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述循環(huán)流化床和所述濕式洗滌器之間可操作地連接的干式洗滌器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理煙道氣的系統(tǒng)適于將硫氧化物排放減少約95％到約100％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理煙道氣的系統(tǒng)適于減少氮氧化物、一氧化碳、砷、鈹、鎘、鹽酸、鉻、鈷、鉿、鉛、錳、汞、鎳、硒、苯并芘及其組合中至少一種的排放。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器可操作地連接的除汞設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器可操作地連接的氮氧化物減少設(shè)備。
11.處理燃煤反應(yīng)器的煙道氣的系統(tǒng)，其包括a)顆粒收集設(shè)備，其與所述燃煤反應(yīng)器可操作地連接，并被設(shè)置用于產(chǎn)生低顆粒煙道氣；b)第一洗滌器，其與所述顆粒收集設(shè)備可操作地連接，并被設(shè)置用于洗滌所述煙道氣和產(chǎn)生經(jīng)處理的煙道氣，所述第一洗滌器為濕式洗滌器或干式洗滌器；和c)第二洗滌器，其與所述第一洗滌器可操作地連接，并被設(shè)置用于洗滌所述經(jīng)處理的煙道氣，產(chǎn)生低硫氧化物的煙道氣，所述第二洗滌器為濕式洗滌器或干式洗滌器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二洗滌器是濕式洗滌器，其獨(dú)立地選自氣相洗滌器、液相洗滌器和其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二濕式洗滌器每個(gè)都是液相洗滌器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一濕式洗滌器為噴霧塔洗滌器，并且所述第二濕式洗滌器是可移動(dòng)或移動(dòng)床洗滌器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二濕式洗滌器獨(dú)立地選自噴霧塔洗滌器、文丘里洗滌器、板式塔洗滌器、銳孔洗滌器、填充塔洗滌器、濕膜洗滌器、旋風(fēng)噴霧洗滌器、可移動(dòng)或移動(dòng)床吸收器、擋板噴霧吸收器和它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二洗滌器是干式洗滌器，它們獨(dú)立地選自噴霧干燥器吸收器、急驟干燥器吸收器、干吸附劑注入器、流化床吸收器、循環(huán)干式洗滌器和它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述第一干式洗滌器是干吸附劑注入器，并且所述第二干式洗滌器是噴霧干燥器吸收器。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述燃煤反應(yīng)器是循環(huán)流化床反應(yīng)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述燃煤反應(yīng)器是粉煤反應(yīng)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述處理煙道氣的系統(tǒng)適于減少氮氧化物、一氧化碳、砷、鈹、鎘、鹽酸、鉻、鈷、鉿、鉛、錳、汞、鎳、硒、苯并芘和其組合中至少一種的排放。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述燃煤反應(yīng)器可操作地連接的除汞設(shè)備。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述燃煤反應(yīng)器可操作地連接的氮氧化物減少設(shè)備。
23.減少燃煤燃燒裝置的有毒排放物的方法，包括以下步驟a)除去所述燃煤燃燒裝置煙道氣中的顆粒，產(chǎn)生低顆粒含量的煙道氣；b)用第一洗滌器處理低顆粒含量的煙道氣，產(chǎn)生經(jīng)處理的煙道氣，所述第一洗滌器為濕式洗滌器或干式洗滌器；和c)用第二洗滌器處理所述經(jīng)處理的煙道氣，產(chǎn)生低硫含量的煙道氣，所述第二洗滌器為濕式洗滌器或干式洗滌器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一和第二洗滌器是濕式洗滌器，它們獨(dú)立地選自氣相洗滌器、液相洗滌器和它們的組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一和第二洗滌器獨(dú)立地選自噴霧塔洗滌器、文丘里洗滌器、板式塔洗滌器、銳孔洗滌器、填充塔洗滌器、濕膜洗滌器、旋風(fēng)噴霧洗滌器、可移動(dòng)或移動(dòng)床吸收器、擋板噴霧吸收器和它們的組合。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一和第二洗滌器是干式洗滌器，它們獨(dú)立地選自噴霧干燥器吸收器、急驟干燥器吸收器、干吸附劑注入器、流化床吸收器、循環(huán)干式洗滌器和它們的組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述第一干式洗滌器是干吸附劑注入器，并且所述第二干式洗滌器是噴霧干燥器吸收器。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述燃煤燃燒裝置是循環(huán)流化床反應(yīng)器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其進(jìn)一步包括將未被使用的石灰再循環(huán)到所述濕式洗滌器的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述燃煤燃燒裝置是粉煤反應(yīng)器。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中硫氧化物排放被減少大約95％到大約100％。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述硫氧化物排放被減少大約99％到大約100％。
33.減少燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器的硫氧化物排放的方法，包括步驟用第一濕式洗滌器處理燃煤燃燒裝置的煙道氣，產(chǎn)生經(jīng)處理的煙道氣。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一濕式洗滌器選自氣相洗滌器、液相洗滌器和它們的組合。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進(jìn)一步包括在所述循環(huán)流化床和所述第一濕式洗滌器之間可操作地連接的干式洗滌器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述干式洗滌器選自噴霧干燥器吸收器、急驟干燥器吸收器、干吸附劑注入器、流化床吸收器和它們的組合。
全文摘要
除去燃煤燃燒裝置煙道氣中有毒排放物的系統(tǒng)和方法可被實(shí)現(xiàn)。降低燃煤循環(huán)流化床反應(yīng)器(10)的硫氧化物排放可以包括用濕式洗滌器(12)處理煙道氣單元。濕式洗滌器可包括氣相洗滌器、液相洗滌器和氣－液相洗滌器。另外，有毒排放物可以從燃煤燃燒裝置(20)如循環(huán)流化床或粉煤裝置中被減少。可將顆粒從燃煤燃燒裝置的煙道氣中除去。然后，可用至少兩個(gè)連續(xù)的濕式洗滌器(22，24)處理煙道氣，產(chǎn)生低硫含量的煙道氣。除了硫氧化物，還可以除去多種有毒排放物，例如氮氧化物、一氧化碳、砷、鈹、鎘、鹽酸、鉻、鈷、鉿、鉛、錳、汞、鎳、硒、苯并芘和它們的組合。這些系統(tǒng)和方法提供了比現(xiàn)有可用技術(shù)改進(jìn)的有毒排放物水平。
文檔編號(hào)F23J15/04GK1898500SQ200480034649
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者M·A·亨德里克森, C·E·考克斯 申請(qǐng)人:環(huán)境服務(wù)聯(lián)合有限責(zé)任公司