干式洗滌器中非穩(wěn)態(tài)條件下的干吸附劑噴射的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于干式洗滌器脫硫系統(tǒng)，減少諸如啟動的不穩(wěn)時段的排放水平的方法。干氫氧化鈣粉末被噴射到氣體流動路徑內(nèi)并且在噴霧干燥器吸收器中水化。然后將所得到的水化粉末沉積到袋濾室中的過濾袋上。這可以以比噴霧干燥器吸收器原本可操作的溫度更低的溫度進(jìn)行，允許在燃燒過程中更早地發(fā)生脫硫，諸如在周圍溫度啟動冷燃燒系統(tǒng)期間。燃燒系統(tǒng)的操作也可以根據(jù)各種操作情境備份、補(bǔ)足、削減或擴(kuò)增。
【專利說明】干式洗滌器中非穩(wěn)態(tài)條件下的干吸附劑噴射
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求保護(hù)在2011年9月29提交的美國臨時專利申請序列號N0.61/540, 806的優(yōu)先權(quán)。該申請的公開以其全文引用的方式并入到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明公開總體而言涉及在啟動、停機(jī)、故障和其它不穩(wěn)時段(upset period)期間使用干式洗滌器煙氣脫硫系統(tǒng)從燃燒期間產(chǎn)生的煙氣移除微粒和其它致污物。特別地，本發(fā)明公開涉及在燃燒系統(tǒng)中使用形成污染物的化石燃料之前或者在非穩(wěn)態(tài)操作條件下優(yōu)選地通過將干吸附劑噴射到氣流內(nèi)并且使氣流通過噴霧干燥器吸收器以將吸附劑分散到袋濾室中來捕獲二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、HC1以及其它酸氣的新穎并且有用的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]在燃燒期間，在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能可以呈各種形式用于不同應(yīng)用。在燃燒過程中所用的燃料包括較廣范圍的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)，包括煤、油(柴油，2號、船用C級或6號)、天然氣、木材、輪胎、生物質(zhì)等。
[0005]燃燒將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅炕衔?。?H2O)和二氧化碳(CO2)為完全燃燒的主要產(chǎn)物。然而，與燃料中的化學(xué)組分的其它燃燒反應(yīng)會導(dǎo)致不合需要的副產(chǎn)物。取決于所用燃料，這樣的副產(chǎn)物可包括微粒(例如，飛灰)、諸如氧化硫(SOx)或氧化氮(NOx)的酸氣、諸如汞或砷的金屬、一氧化碳(CO)和烴類(HC)。這些副產(chǎn)物中的許多副產(chǎn)物的排放水平由政府實體諸如美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定。
[0006]存在用于從煙氣移除這些副產(chǎn)物的多種不同技術(shù)。在被稱作噴霧干燥化學(xué)吸收或干式洗滌的一種方法中，細(xì)霧化的堿性水溶液或漿料在燃燒燃料的燃燒腔室下游被噴灑到熱煙氣內(nèi)。堿性試劑與污染物起反應(yīng)，并且形成微粒。水蒸發(fā)并且冷卻熱煙氣。離開的清潔蒸汽通常具有約10%至約15%的水分含量。然后煙氣行進(jìn)到微粒收集裝置，通常為袋濾室，在袋濾室中，從煙氣移除微粒，然后將煙氣送到煙囪。
[0007]當(dāng)從諸如周圍溫度的冷條件啟動燃燒系統(tǒng)諸如具有燃燒爐的鍋爐時，在切換到煤之前，燃燒爐通常燃燒天然氣或柴油(2號)以“溫?zé)帷卞仩t。在能開始焚燒煤之前需要約400 T至約500 °?的燃燒爐溫度。由于各種啟動條件和安全要求，在實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)操作之前，可以啟動和停止燃燒爐多次。完全啟動可能用8小時到最多2天之間的時間完成，取決于所遇到的問題。
[0008]在低溫狀態(tài)下干式洗滌脫硫過程不能良好地工作。特別地，煙氣溫度通常需要為至少220 T以使用噴霧干燥器吸收器，使得水能被完全蒸發(fā)。在啟動期間，傳遞到噴霧干燥器吸收器的煙氣溫度會低于這個閾值溫度，這樣仍會產(chǎn)生SOx和其它污染物。此外，在煙氣在噴霧干燥器吸收器中達(dá)到溫度220 °F之前，燃燒爐通常到達(dá)400 T至500 °F的煤操作溫度。這在啟動期間導(dǎo)致更高的SOx排放。此外，在噴霧干燥器吸收器起動之后袋濾室通常需要30至60分鐘操作以積聚大量堿性材料并且實現(xiàn)大量SO2移除。
[0009]在先前，排放法規(guī)并不涵蓋“不穩(wěn)(upset) ”時段，諸如啟動、停機(jī)和故障。但是，由于越來越嚴(yán)格的法規(guī)限制，將希望減少這樣的排放。能減少啟動期間的這種排放的方法將是很有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明公開了在使用干式洗滌器用于脫硫的污染控制系統(tǒng)中減少非穩(wěn)態(tài)操作條件諸如啟動、停機(jī)或故障期間的SOx排放的各種方法和系統(tǒng)。簡言之，在燃燒腔室仍處于低于正常操作溫度的溫度，諸如當(dāng)燃燒腔室溫?zé)岷?或噴霧干燥器吸收器低于其220 T的閾值溫度時，干氫氧化鈣粉末被噴射到煙氣內(nèi)。優(yōu)選地在噴霧干燥器吸收器上游噴射這種粉末到該系統(tǒng)內(nèi)。然后將所得到的氫氧化鈣粉末收集于下游袋濾室中以形成適用于減少SOx排放的濾餅。
[0011]在實施例中公開了一種減少在燃燒系統(tǒng)中不穩(wěn)時段諸如燃燒系統(tǒng)中的燃燒腔室啟動時的燃燒排放的方法。燃燒系統(tǒng)具有氣體流動路徑，氣體流動路徑從燃燒腔室延伸通過噴霧干燥器吸收器到噴霧干燥器吸收器下游的袋濾室。載氣(其可能是煙氣)通過氣體流動路徑流動。將干氫氧化鈣粉末混合到運(yùn)輸氣體內(nèi)，通?？諝?，并且氣動地輸送到燃燒腔室下游和袋濾室上游的噴射位置，其中干氫氧化鈣粉末被吹送(例如，通過噴射)到氣體流動路徑中的載氣內(nèi)并且與載氣混合。在噴霧干燥器吸收器向載氣內(nèi)噴水以潤溫載氣并且降低載氣溫度。氫氧化鈣粉末沉積于袋濾室中以形成濾餅，濾餅減少燃燒排放。在噴霧干燥器吸收器中不噴灑石灰漿料的情況下發(fā)生濾餅的形成，其可以在超過220 °F的溫度發(fā)生。
[0012]在特定實施例中，在噴射位置與噴霧干燥器吸收器之間不將液體添加到載氣。
[0013]噴入到噴霧干燥洗滌器中的載氣內(nèi)的水來自用于從袋濾室再循環(huán)固體的再循環(huán)系統(tǒng)。因為在啟動時使較少的固體再循環(huán)，再循環(huán)系統(tǒng)可以提供水或漿料。
[0014]有時，氣體流動路徑延伸通過燃燒腔室與噴霧干燥器吸收器之間的空氣預(yù)熱器。噴射位置可以位于空氣預(yù)熱器與噴霧干燥器吸收器之間?；蛘撸瑖娚湮恢迷诳諝忸A(yù)熱器上游。微粒收集裝置也可位于空氣預(yù)熱器與噴霧干燥器吸收器之間，其中噴射位置在微粒收集裝置的下游。
[0015]噴射位置也可位于噴霧干燥器吸收器與袋濾室之間。
[0016]在噴霧干燥器吸收器下游的袋濾室可以是脈沖噴吹式織物過濾器或者反向氣流式織物過濾器。
[0017]在某些不穩(wěn)條件下，諸如故障，噴入到噴霧干燥器吸收器內(nèi)的水可以呈簡單地水(即H2O)形式或石灰漿料的形式(即，水加上氫氧化鈣)。水也可來自用于從袋濾室再循環(huán)固體的再循環(huán)系統(tǒng)或者通過輔助噴嘴(當(dāng)霧化器不操作時)。在某些實施例中，進(jìn)入噴霧干燥器吸收器的煙氣具有約140 T至約210 °?的溫度。通常，進(jìn)入噴霧干燥器噴射器的載氣具有小于220 °?的溫度。
[0018]燃燒腔室可以 具有小于400 °?的溫度。在實施例中，載氣為離開燃燒腔室的煙氣，特別是在燃燒腔室啟動期間。但是，這些方法也可以用于停機(jī)期間，即當(dāng)載氣的溫度隨著時間降低時。
[0019]還公開了一種捕獲由燃燒腔室在非穩(wěn)態(tài)操作條件下所產(chǎn)生的煙氣中的污染物的方法。干氫氧化鈣粉末在燃燒腔室下游和噴霧干燥器吸收器上游的噴射位置混合到煙氣內(nèi)。在噴霧干燥器吸收器中向煙氣內(nèi)噴水以潤濕煙氣并且降低煙氣溫度。然后使煙氣通過在噴霧干燥器吸收器下游的袋濾室。氫氧化鈣粉末沉積于袋濾室中以形成濾餅，濾餅捕獲在煙氣中的污染物。
[0020]在下文中特別地描述這些和其它非限制性特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下文為附圖的簡要描述，展示這些附圖以用于說明本文所公開的示例性實施例并且并不用于限制示例性實施例。
[0022]圖1為示出了具有干式脫硫系統(tǒng)的常規(guī)鍋爐的示意圖。
[0023]圖2為示出了具有如本公開所描述的干式脫硫系統(tǒng)和氫氧化鈣粉末噴射系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)的示意圖。
[0024]圖3為脈沖噴吹式織物過濾器中的過濾袋的圖示。
[0025]圖4為噴霧干燥器吸收器的剖視圖。
[0026]圖5為干吸附劑噴射系統(tǒng)的主要部件的圖示。
[0027]圖6為排放與時間之間關(guān)系的曲線圖，示出了具有氫氧化鈣噴射的實際排放和無氫氧化鈣噴射的估計排 放。
[0028]圖7為示出本發(fā)明公開的方法的總體過程圖。
【具體實施方式】
[0029]可以通過參考附圖獲得對本文所公開的部件、過程和設(shè)備的更全面理解。為了方便并且容易地展示本發(fā)明公開，這些附圖只是示意性表示，并且因此并非旨在表示其裝置或部件的相對大小和尺寸和/或限制示例性實施例的范圍。
[0030]盡管為了清楚起見，在下文的描述中使用具體術(shù)語，這些術(shù)語旨在僅參考被選擇用于在附圖中說明的實施例的特定結(jié)構(gòu)并且并非旨在限定或限制本發(fā)明公開的范圍。在附圖和下文的描述中，應(yīng)了解類似附圖標(biāo)記指具有類似功能的部件。
[0031]單數(shù)形式“一”、“該”和“所述”包括復(fù)數(shù)個指示物，除非上下文清楚地指示為其它情況。
[0032]如在說明書和權(quán)利要求中所用的術(shù)語“包括(包含)”可包括“由……組成”和“基本上由......組成”的實施例。
[0033]在本文中所公開的所有范圍包括敘述的端點并且可獨立地組合(例如，“自250 T至400 °F”的范圍包括端點，250 °?和400 °F，和所有中間值)。本文所公開的范圍端點和任何值并不限于精確范圍或值；它們并不充分精確從而包括近似這些范圍和/或值的值。
[0034]如本文所用的近似語言可適于修改任何定量表示，定量表示可變化而不會導(dǎo)致與其有關(guān)的基本功能變化。因此，以一個或多個術(shù)語諸如“約和基本上”修飾的值在某些情況下可能并不限于所規(guī)定的精確值。在至少某些情況下，近似語言可以對應(yīng)于用來測量該值的儀器的精度。修飾詞“約”也應(yīng)被認(rèn)為公開由兩個端點的絕對值限定的范圍。例如，表述“約2至約4”也公開了 “2至4”的范圍。
[0035]術(shù)語“熟石灰”指氫氧化鈣，也被稱作Ca(0H)2。術(shù)語“水化”當(dāng)在本文中使用時并不表示存在分子水。
[0036]術(shù)語“石灰漿料”用于指氫氧化鈣與水的混合物。其它鈣吸附劑例如包括石灰石或生石灰。術(shù)語“石灰石”指碳酸鈣，也被稱作CaC03。術(shù)語“生石灰”指氧化鈣，CaO。
[0037]本發(fā)明公開提及在其它部件的“上游”和“下游”的部件。這兩個術(shù)語是相對于另一提到的部件。如果流動路徑在運(yùn)行經(jīng)過所提到的部件之前運(yùn)行經(jīng)過給定部件，給定部件在所提到的部件“上游”。同樣，如果流動路徑在運(yùn)行經(jīng)過所提到的部件之后運(yùn)行經(jīng)過給定部件，給定部件在所提到的部件“下游”。
[0038]本發(fā)明公開涉及在使用干式洗滌器用于脫硫的污染控制系統(tǒng)中減少非穩(wěn)態(tài)操作條件(即，不穩(wěn)時段或不穩(wěn)條件)下SOx排放的各種方法和系統(tǒng)。最通常地，由包含燃燒燃料的燃燒腔室的燃燒系統(tǒng)生成煙氣。當(dāng)燃燒腔室處于非穩(wěn)態(tài)操作條件時，干氫氧化鈣粉末然后被噴射到煙氣內(nèi)。在噴霧干燥器吸收器的上游噴射粉末。然后在下游袋濾室中收集所得到的氫氧化鈣粉末以形成濾餅，濾餅適用于減少SOx排放。
[0039]一般而言，認(rèn)為這類方法可以用于發(fā)生燃燒的任何系統(tǒng)中。燃燒可以用于任何目的，例如發(fā)電、產(chǎn)生特定產(chǎn)物或者簡單地焚燒給定燃料。本方法可適用于的示例性燃燒系統(tǒng)包括:發(fā)電系統(tǒng)，其使用具有燃燒爐作為燃燒腔室的鍋爐；水泥窯；電弧爐；玻璃爐；熔爐(銅、金、錫等)；制粒機(jī)焙燒爐；鼓風(fēng)爐；焦?fàn)t群、化學(xué)燃燒加熱器；煉油廠烤爐；以及焚化爐(醫(yī)療廢物、城市固體廢物等)。術(shù)語“燃燒腔室”在本文中用于指其中發(fā)生燃燒的系統(tǒng)內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)。
[0040]圖1總體上示出了具有鍋爐100和下游脫硫系統(tǒng)100的示例性發(fā)電系統(tǒng)?；剂?12，諸如來自粉煤機(jī)11的煤，和空氣114在燃燒爐105中燃燒，導(dǎo)致煙氣120生成。煙氣120經(jīng)過省煤器116，省煤器116用來預(yù)熱在鍋爐中用來產(chǎn)生蒸汽的水并且冷卻煙氣120。省煤器116上游的其它傳熱表面未示出。煙氣120然后進(jìn)入選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)130，選擇性催化還原系統(tǒng)130可存在或者可不存在，用來從煙氣120移除氮氧化物(NOx)。之后，煙氣120通過空氣預(yù)熱器140以進(jìn)一步冷卻煙氣120并且加熱進(jìn)入燃燒爐105的空氣114。在通過空氣預(yù)熱器140之后，煙氣120通常具有約250至約400 °F (121至204°C )的溫度。有時，煙氣120然后通過微粒收集裝置150以收集飛灰和其它較大粒子。煙氣繼續(xù)進(jìn)入干式洗滌器或噴霧干燥器吸收器160。此處，霧化堿性漿料162被噴灑到煙氣內(nèi)以與氧化硫(SOx)起反應(yīng)并且進(jìn)一步冷卻煙氣120到約140至約210 0F (60至99°C )的范圍。在漿料中的水被蒸發(fā)，并且所得到的清潔并且載有粒子的煙氣120被輸送到微粒收集裝置170，諸如袋濾室或靜電除塵器，以從煙氣120移除粒子。清潔的煙氣120然后被送到煙囪180。若需要，來自微粒收集裝置170的再循環(huán)流172可以用來從袋濾室收集堿性粒子并且使它們與水176在再循環(huán)箱180中混合以制成堿性漿料162，堿性漿料162在噴霧干燥器吸收器160中使用。替代地，新鮮漿料164可以用在噴霧干燥器吸收器160中。粒子也可以從微粒收集容器170移除用于處置，在此處以附圖標(biāo)記174指示。
[0041]同樣，在噴霧干燥器吸收器中的煙氣溫度在開始其脫硫活性之前需要為至少220 T。唯一的熱源是煙氣本身。當(dāng)燃燒系統(tǒng)較冷時或者換言之燃燒腔室處于周圍溫度時，噴霧干燥器吸收器中的溫度是不夠的。在啟動、停機(jī)、故障或其它不穩(wěn)時段，當(dāng)煙氣低于220 °F溫度時，燃燒腔室可能產(chǎn)生SOx和其它污染物排放，并且因此干式洗滌器不能用于脫硫或移除其它污染物。這是不合需要的結(jié)果。[0042]在本發(fā)明公開的方法中，在噴霧干燥器吸收器中的溫度太低而不能使用堿性漿料的時段，在袋濾室中可能發(fā)生脫硫活性。在本文中使用的術(shù)語“非穩(wěn)態(tài)操作條件”用來指在噴霧干燥器吸收器中的溫度低于220 T (大約104°C)的這樣的時段。這樣的條件可能在不穩(wěn)時段諸如啟動、停機(jī)和某些故障期間發(fā)生。在這樣的條件下，氫氧化鈣沉積于袋濾室中以提供并且促進(jìn)酸的高效移除。在此方面，煙氣必須行進(jìn)穿過形成于袋濾室中過濾器上的濾餅，這提供煙氣與堿性氫氧化鈣產(chǎn)物之間的密切接觸并且促進(jìn)了濾餅對于煙氣中的氣相酸氣(諸如SOx)的吸收。更一般而言，本發(fā)明的方法可以用來從煙氣移除微粒。
[0043]本發(fā)明公開所設(shè)想的一種非穩(wěn)態(tài)操作條件是在燃燒系統(tǒng)的啟動期間。在啟動期間，燃燒腔室和脫硫系統(tǒng)(包括噴霧干燥器吸收器)和在這些部件內(nèi)的氣體處于周圍溫度。溫度升高直到燃燒腔室到達(dá)其穩(wěn)態(tài)操作溫度，穩(wěn)態(tài)操作溫度可以高達(dá)1000 T。換言之，離開燃燒腔室的煙氣溫度在啟動期間隨著時間升高。
[0044]此外，在啟動期間，當(dāng)噴霧干燥器吸收器中的煙氣溫度升高到其穩(wěn)態(tài)操作溫度時，僅有限量的氫氧化鈣可以通過噴霧干燥器吸收器中的霧化器被霧化到煙氣內(nèi)。這是因為在較低的煙氣溫度，需要更少的水來冷卻煙氣，并且這種冷卻不應(yīng)使煙氣完全飽和。此外，對于任何漿料中堿性吸附劑的量存在實際限制，因為一旦漿料處于約25%至約35%固體的范圍，堿性漿料通常經(jīng)歷高黏度，并且這造成堿性吸附劑通過噴霧器的噴射速率受限的泵送問題。在噴霧干燥器吸收器上游向煙氣內(nèi)添加干氫氧化鈣粉末可避免了這個黏度問題?？梢韵驘煔馓砑颖匾膲A源，而不需要漿料的水組分(其必須被蒸發(fā))。應(yīng)當(dāng)指出的是仍可以通過并非用于蒸發(fā)的霧化器的其它手段來添加水，并且水可以被運(yùn)送到袋濾室。
[0045]本發(fā)明公開所設(shè)想到的另一非穩(wěn)態(tài)操作條件是在燃燒系統(tǒng)停機(jī)期間。在停機(jī)期間，燃燒腔室的溫度故意地從穩(wěn)態(tài)操作溫度降低到周圍溫度。換言之，離開燃燒腔室的煙氣溫度在停機(jī)期間隨著時間降低。應(yīng)當(dāng)指出的是停機(jī)的一個原因是出于維護(hù)目的，諸如清潔和替換在袋濾室本身中使用的過濾袋。存在于過濾袋上的濾餅可以負(fù)責(zé)移除進(jìn)入袋濾室的多達(dá)63%的S02。但在清潔和替換之后，不存在這種脫硫能力直到重新構(gòu)成濾餅。在本發(fā)明公開的方法中，與等待噴霧干燥器吸收器變得可用于噴灑堿性漿料相比，濾餅可以更早和更快地重新構(gòu)成，這使脫硫能力更快速地恢復(fù)并且更快地減少了總排放。目的是為了在煙氣排放離開脫硫系統(tǒng)之前向過濾袋預(yù)先涂布?xì)溲趸}。
[0046]本公開設(shè)想到的第三非穩(wěn)態(tài)操作條件是在燃燒系統(tǒng)故障期間，燃燒系統(tǒng)故障導(dǎo)致在噴霧干燥器吸收器中的溫度降低至低于220 T。這種故障通常很嚴(yán)重，考慮到大幅溫度降低，并且與停機(jī)的不同主要在于并非故意的和/或并不導(dǎo)致低到周圍溫度的降低。
[0047]圖2總體上示出了本發(fā)明公開的示例性系統(tǒng)，其具有燃燒系統(tǒng)200、下游脫硫系統(tǒng)210和干氫氧化鈣粉末噴射系統(tǒng)290。類似于圖1，空氣214與來自粉煤機(jī)211的煤212在燃燒腔室205中燃燒，導(dǎo)致煙氣220生成。一般而言，煙氣為沿著氣體流動路徑行進(jìn)的載氣。煙氣經(jīng)過省煤器216 (在省煤器上游的其它傳熱表面未圖示)和從煙氣移除NOx的SCR系統(tǒng)230，SCR系統(tǒng)230可以存在或可以不存在。煙氣通過空氣預(yù)熱器240并且繼續(xù)進(jìn)入噴霧干燥器吸收器260。若需要，可選的微粒收集裝置250可以位于空氣預(yù)熱器240與噴霧干燥器吸收器260之間以收集飛灰和其它較大粒子。在噴霧干燥器吸收器260中，諸如石灰漿料的霧化堿性漿料260被噴灑到煙氣220內(nèi)以清潔并且冷卻煙氣。所得到的清潔并且載有粒子的煙氣220被輸送到袋濾室270以從煙氣移除粒子。清潔的煙氣220被送到煙囪280。若需要，來自袋濾室270的再循環(huán)流272可以用來從袋濾室收集未起反應(yīng)的堿性粒子并且使它們與水276在再循環(huán)箱280中混合以制成堿性漿料262，堿性漿料262用在噴霧干燥器吸收器中。替代地，新鮮漿料264可以用于噴霧干燥器吸收器260中。來自袋濾室的粒子也可以被處置，在此處以附圖標(biāo)記274示出。
[0048]燃燒腔室205在空氣預(yù)熱器240上游，空氣預(yù)熱器240在噴霧干燥器吸收器260的上游。袋濾室270在噴霧干燥器吸收器260的下游。換言之，噴霧干燥器吸收器260位于空氣預(yù)熱器240與袋濾室270之間。SCR系統(tǒng)230若存在則位于燃燒腔室205與空氣預(yù)熱器240之間。
[0049]本發(fā)明的方法設(shè)想到氣體流動路徑220存在于燃燒系統(tǒng)與脫硫系統(tǒng)之間。諸如煙氣或常規(guī)空氣的載氣(承載氣體)通過氣體流動路徑流動。干氫氧化鈣粉末在燃燒腔室205下游和袋濾室270上游的噴射位置被噴射到載氣內(nèi)。在噴霧干燥器吸收器260中向載氣內(nèi)噴水以冷卻并且濕潤煙氣。氫氧化鈣粉末然后沉積于袋濾室270中以形成濾餅，濾餅用來減少排放。[0050]可以在將產(chǎn)生相對較高污染物的燃料(例如，煤)添加到燃燒腔室205之前，或者換言之在使用相對清潔的燃料(例如，天然氣)來溫?zé)崛紵皇視r形成濾餅。設(shè)想到可以比噴霧干燥器吸收器260原本可能開始的時間提前60至90分鐘開始噴射氫氧化鈣粉末，因此，可以更快地添加堿源來涂布袋濾室270并且更早地開始脫硫。換言之，可以在噴霧干燥器吸收器260中開始噴水或漿料(即，石灰漿料、再循環(huán)漿料或其組合)之前形成濾餅。
[0051]干氫氧化鈣粉末噴射系統(tǒng)290包括氫氧化鈣供應(yīng)源292。設(shè)想到氫氧化鈣粉末可以在三個不同的位置A、B、C噴射到脫硫系統(tǒng)內(nèi)。這三個噴射位置全都在燃燒腔室205的下游和袋濾室270的上游。特別地，煙氣/載氣的溫度應(yīng)小于1000 T以維持熟石灰的穩(wěn)定性。
[0052]第一噴射位置A在空氣預(yù)熱器240下游和噴霧干燥器吸收器260上游。換言之，噴射位置A在空氣預(yù)熱器240與噴霧干燥器吸收器260之間?？蛇x的微粒收集裝置250應(yīng)在噴射位置A上游。在某些實施例中，進(jìn)入噴霧干燥器吸收器(即，在噴射位置A)的煙氣具有約140 °F至約210 °F，或者約150 °F至約200 °F，或者約160 °F至約170 °?的溫度。
[0053]第二噴射位置B在燃燒腔室205下游和空氣預(yù)熱器240上游。第二噴射位置B也可以被描述為在SCR系統(tǒng)230下游。
[0054]第三噴射位置C在噴霧干燥器吸收器260下游。換言之，噴射位置C在噴霧干燥器吸收器260與袋濾室270之間。
[0055]干氫氧化鈣粉末也可以同時在上文所確定的各個位置噴射。返回參考圖2，在噴霧干燥器吸收器260中噴灑的水可以來自單獨水源，或者在某些實施例中可以來自再循環(huán)系統(tǒng)280。在啟動期間，很少固體至無固體通過再循環(huán)系統(tǒng)272到來，因此流262基本上是水。
[0056]在各種實施例中，可選的微粒收集裝置250可以是靜電除塵器(ESP)或袋濾室。不同類型的袋濾室是本領(lǐng)域中已知的，例如，反向氣流式織物過濾器、震動反吹式織物過濾器和脈沖噴吹式織物過濾器(脈沖式織物過濾器)。
[0057]在噴霧干燥器吸收器260下游的袋濾室270理想地為脈沖噴吹式織物過濾器(PJFF)或者反向氣流式織物過濾器。在這方面，在這個位置，袋濾室優(yōu)選于ESP，這歸因于與ESP相比袋濾室的脫硫能力。換言之，袋濾室能捕獲呈氣相的污染物，而ESP僅捕集粒子并且并不顯著地捕獲氣相污染物。一般而言，進(jìn)入袋濾室270的所有煙氣應(yīng)通過濾餅使得可移除諸如S02、SO3和HCl的酸氣。
[0058]圖3為脈沖噴吹式織物過濾器的示意圖。袋濾室通常包含多個隔室，其中每個隔室包含至多數(shù)百個長的、豎直支承的、小直徑織物袋。在脈沖噴吹式織物過濾器(PJFF)中，袋320從管板330懸掛。含微粒的煙氣從袋外側(cè)(指示為實心箭頭)流到袋內(nèi)側(cè)(指示為空心箭頭)。煙氣穿過多孔性袋材料，留下微粒以在袋外部形成濾餅340。壓縮空氣的脈沖可以從開口頂部322導(dǎo)向至袋內(nèi)，造成沖擊波順著袋的長度行進(jìn)并且使濾餅移位。
[0059]使用氫氧化鈣，因為其鹽不溶于水。相比而言，鈉吸附劑通常是可溶的并且因此不太理想。此外，氫氧化鈣比生石灰更安全，生石灰當(dāng)與水組合時會發(fā)熱。
[0060] 申請人:確定粉末氫氧化鈣的反應(yīng)性與石灰漿料中的氫氧化鈣的反應(yīng)性相當(dāng)。這允許干式脫硫系統(tǒng)在各種非穩(wěn)態(tài)條件下可接受地操作。
[0061]通常，更希望在噴霧干燥器吸收器260上游(S卩，噴射位置A或B)噴射氫氧化鈣粉末，因為噴霧干燥器吸收器幫助在整個袋濾室270中適當(dāng)?shù)胤稚⒎勰?。圖4為通常用于脫硫系統(tǒng)中的噴霧干燥器吸收器400的剖視圖。噴霧干燥器吸收器通常具有截頭圓錐形狀的外殼410，圓錐的頂點在吸收器底部。但是，噴霧干燥器吸收器也可以具有平底而不是圓錐形。來自空氣加熱器的煙氣420可以被分流為兩個流422、424，但并非總是這種情況并且這不是本發(fā)明公開所必需的。一個流422被導(dǎo)向至上氣體分散器430，上氣體分散器430具有環(huán)形的形狀。另一流424被導(dǎo)向至下氣體分散器440。霧化器450延伸穿過吸收器外殼的頂面中心，并且將石灰漿料噴灑到煙氣內(nèi)。煙氣通過氣體分散器進(jìn)入噴霧干燥器吸收器400。噴霧干燥器吸收器被設(shè)計成確保煙氣與漿料良好混合，并且大小設(shè)計成提供充分的滯留時間來干燥漿料以產(chǎn)生自由流動的固體而不會發(fā)生內(nèi)部沉積。但關(guān)于啟動，由噴霧干燥器吸收器賦予給氫氧化鈣粉末的混合和湍流確保了在袋濾室中的整個過濾袋上更好地分散氫氧化鈣。由霧化器450將水添加到噴霧干燥器吸收器內(nèi)到干氫氧化鈣粉末以形成氫氧化鈣漿料。水無需被完全蒸發(fā)，特別是在較低溫度，并且在袋濾室中需要水用于濾餅以實現(xiàn)其完全脫硫能力，因為SO2吸收的反應(yīng)機(jī)制需要分子水存在。蒸發(fā)的氫氧化鈣漿料通過出口 460從噴霧干燥器吸收器出來并且前進(jìn)到袋濾室。
[0062]圖5為用于熟石灰的典型干吸附劑噴射系統(tǒng)的示意圖。熟石灰可以由卡車或由鐵路(此處示出了卡車卸載)遞送510。周圍空氣512被抽吸到卡車內(nèi)以拾取熟石灰并且將試劑轉(zhuǎn)移到儲存筒倉520。試劑從儲存筒倉520流動通過一系列閥522、進(jìn)料器524和料斗526、528到旋轉(zhuǎn)氣鎖530內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)氣鎖530中，試劑與運(yùn)輸氣體540混合以氣動地輸送到噴射位置進(jìn)入氣體流動路徑(參看圖2)。運(yùn)輸氣體，通常為空氣，由運(yùn)輸空氣鼓風(fēng)機(jī)542提供,運(yùn)輸空氣鼓風(fēng)機(jī)542將運(yùn)輸氣體通過空氣冷卻器544傳遞以降低空氣溫度從而防止試劑提早煅燒。應(yīng)當(dāng)指出的是在本系統(tǒng)中，并無液體噴射到噴射位置與噴霧干燥器吸收器之間的氣體流動路徑內(nèi)。這與其中溶液和漿料在濕式洗滌器或干式洗滌器上游噴射到煙氣內(nèi)的現(xiàn)有系統(tǒng)(參看例如授予Wilhelm的美國專利N0.6，126,910)不同。這也與其中干鈣吸附器被噴射然后在管道系統(tǒng)中用水濕潤的系統(tǒng)(參看例如授予Hunt的美國專利N0.5，165, 903)不同。在這些現(xiàn)有系統(tǒng)中，所希望的目的是為了在煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)之前從煙氣移除選定污染物。相比而言，本發(fā)明的方法的目的是為了提供堿性試劑(熟石灰)的替代源，在噴霧干燥吸收器中增加熟石灰的濃度并且向袋濾室涂布?xì)溲趸}以便提供脫硫和增強(qiáng)的脫硫能力。在噴霧干燥器吸收器之前添加水或液體可能導(dǎo)致氫氧化鈣從氣體分離并且不能行進(jìn)到袋濾室的不當(dāng)條件。
[0063]本公開的方法通過提供對于排放水平變化及時反應(yīng)的手段而改進(jìn)了脫硫系統(tǒng)響應(yīng)和在可接受的酸氣排放水平內(nèi)操作的能力。在維持燃燒系統(tǒng)操作中一個反復(fù)出現(xiàn)的主題是解決給定問題所需的時間。氫氧化鈣粉末可以快速地添加并且獲得良好的響應(yīng)。這個方法也提供無需向該過程添加水的干吸附劑。
[0064]圖7為示出本發(fā)明公開的方法的總體過程圖。燃燒系統(tǒng)700包含燃燒腔室705，在燃燒腔室705中，發(fā)生燃燒并且導(dǎo)致煙氣生成。煙氣沿著氣體流動路徑720行進(jìn)通過噴霧干燥器吸收器760到噴霧干燥器吸收器下游的袋濾室770。干氫氧化鈣粉末在燃燒腔室705與袋濾室770之間(在氣體流動路徑720中)與煙氣混合。例如，氫氧化鈣粉末可以在噴霧干燥器吸收器(附圖標(biāo)記794)上游或噴霧干燥器吸收器(附圖標(biāo)記796)下游添加。在噴霧干燥器吸收器760內(nèi)，水(附圖標(biāo)記762)噴灑到煙氣內(nèi)以濕潤并且冷卻煙氣。煙氣被傳遞到袋濾室770。氫氧化鈣捕獲煙氣中的污染物或者微粒。清潔的煙氣被發(fā)送到煙囪780或者類似裝置以釋放到大氣內(nèi)。
[0065]用來實踐本發(fā)明公開的方法的設(shè)計在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的技能內(nèi)。允許實踐這些方法所需的閥、管路、傳感器、連接件和配件也通常是通常市售的。
[0066]示例
[0067]120MWg(總值兆瓦)電力設(shè)施具有在圖2中看到的布局。氫氧化鈣粉末的使用在啟動期間實施并且作為石灰漿料的替代品。氫氧化鈣粉末在噴射位置A和C噴射。在圖6中示出了實際煙囪S02排放。Y軸線為所排放的S02量，以lb/MBtu(每百萬BTU多少磅)為單位。X軸線為天時，即從午夜(0:00)到12:00pm。為了參考示出了 0.091b/MBtu的規(guī)定煙囪S02排放限度。示出了兩根線:一根線用于實際排放并且另一根線用于估計排放(在未噴射氫氧化鈣粉末的情況下)。應(yīng)當(dāng)指出的是在此圖中嘗試啟動三次:在約12:30am ;約2:45am ；以及約 5:45am。
[0068]參考示例性實施例描述了本公開。顯然，在閱讀和理解先前的詳細(xì)描述時，其他人想到修改和更改。預(yù)期本公開被理解為包括所有這樣的修改和更改，只要它們屬于所附權(quán)利要求或其等效物的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少燃燒系統(tǒng)中非穩(wěn)態(tài)操作條件下產(chǎn)生的燃燒排放的方法，所述燃燒系統(tǒng)具有從燃燒腔室穿過噴霧干燥器吸收器行進(jìn)到所述噴霧干燥器吸收器的下游的袋濾室的氣體流動路徑，所述方法包括: 在所述燃燒腔室下游和所述袋濾室上游的噴射位置將干氫氧化鈣粉末混合到氣體流動路徑中的載氣內(nèi)； 在所述噴霧干燥器吸收器中向載氣內(nèi)噴水以潤濕載氣并且降低所述載氣的溫度；以及 將所述氫氧化鈣粉末沉積于袋濾室中以形成濾餅，所述濾餅減少燃燒排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述噴射位置與所述噴霧干燥器吸收器之間不將液體添加到所述載氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，噴入到所述載氣內(nèi)的所述水來自用于從所述袋濾室再循環(huán)固體的再循環(huán)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體流動路徑行進(jìn)通過位于所述燃燒腔室與所述噴霧干燥器吸收器之間的空氣預(yù)熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述噴射位置位于所述空氣預(yù)熱器與所述噴霧干燥器吸收器之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述噴射位置在所述空氣預(yù)熱器上游。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括:在所述空氣預(yù)熱器與所述噴霧干燥器吸收器之間的微粒收集裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述噴射位置在所述微粒收集裝置下游。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴射位置位于所述噴霧干燥器吸收器與所述袋濾室之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述袋濾室為脈沖噴吹式織物過濾器、震動反吹式織物過濾器或反向氣流式織物過濾器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述噴霧干燥器吸收器中噴入的水通過輔助噴嘴噴灑，并且所述噴霧干燥器吸收器的霧化器不操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)入所述噴霧干燥器吸收器的所述載氣具有約140 °F至約210 °?的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)入所述噴霧干燥器吸收器的所述載氣具有自低于220 °F起的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒腔室具有低于400°?的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述載氣為在所述燃燒腔室啟動期間離開所述燃燒腔室的煙氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述載氣的溫度隨著時間降低。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非穩(wěn)態(tài)操作條件為沿著所述氣體流動路徑的故障。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)選自鍋爐、窯、燃燒爐、熔爐、焙燒爐、火力裝置、加熱器、烤爐或焚化爐。
19.一種捕獲由燃燒腔室在非穩(wěn)態(tài)操作條件下產(chǎn)生的煙氣中的污染物的方法，所述方法包括:在所述燃燒腔室下游和噴霧干燥器吸收器上游的噴射位置將干氫氧化鈣粉末混合到所述煙氣內(nèi)； 在所述噴霧干燥器吸收器中向煙氣內(nèi)噴水以潤濕所述煙氣并且降低所述煙氣的溫度；以及 使所述煙氣通過所述噴霧干燥器吸收器下游的袋濾室，其中所述氫氧化鈣粉末沉積到所述袋濾室中以形成濾餅，所述濾餅捕獲所述煙氣中的污染物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述噴射位置與所述噴霧干燥器吸收器之間不將液體添加到所述煙氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)入所述噴霧干燥器吸收器的所述煙氣具有約140 °F至約210 °?的溫度。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)入所述燃燒腔室的煙氣具有自低于220 °F起的溫度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，離開所述燃燒腔室的煙氣具有低于400 °F的溫度。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)中的所述燃燒腔室選自鍋爐、窯、燃燒爐、熔爐、焙燒爐、火力裝置、加熱器、烤爐或焚化爐。
【文檔編號】B01D53/56GK103958031SQ201280058180
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】B·J·簡庫拉, A·A·席爾瓦, E·J·坎波本尼德托 申請人:巴布科克和威爾科克斯能量產(chǎn)生集團(tuán)公司