CN100518888C - 减少燃烧过程中的污染物废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于减少燃烧过程中的污染物的系统和方法，其使用组合的旋转对冲燃烬风(ROFA)和燃料喷射吸附剂(FSI)以获得增加的化学反应性。

Description

减少燃烧过程中的污染物废气的方法
技术领域
本发明一般来说涉及一种用于减少来自燃烧反应的副产物排放物的方法，且更明确地说，涉及一种用于调节反应器和燃烧炉中的废气污染物的方法。
背景技术
含硫碳质化合物(尤其，媒)的燃烧导致含有不可接受地高含量的二氧化硫的燃烧后气体。
SO2减少方法
减少二氧化硫(SO2)是能量和工业锅炉行业的主要关注，因为酸雨是气态SO2释放到环境中的产物。为了防止酸雨，联邦法规变得越来越严格，且公司也越来越多由于过度排放SO2而受到联邦处罚。
二氧化硫是一种无色气体，其可适度溶于水和含水液体中。其主要在燃烧含硫燃料或废物期间形成。一旦释放到大气中，二氧化硫慢慢地反应而形成硫酸(H2SO4)、无机硫酸盐化合物和有机硫酸盐化合物。
用于移除二氧化硫的空气污染控制系统大而复杂，且依赖于两种用于移除二氧化硫的主要技术：吸收和吸附。两种方法都依赖于由碱将所吸收的二氧化硫中和成无机盐，以防止硫被排放到环境中。最频繁用于反应的碱包括：石灰石—石灰质的或含白云石的；生石灰和熟石灰—浆或干的；和氢氧化镁—市售的和来自硫代山梨石灰(Thiosorbiclime)的副产物；和天然碱。
吸收-吸收处理使用二氧化硫在水溶液中的可溶性将其从气流中移除。一旦二氧化硫已溶解在溶液中而形成亚硫酸(H2SO3)，其即与氧化剂反应以形成无机亚硫酸盐(SO3 -)和硫酸盐(SO4 -)。此过程防止所溶解的二氧化硫从溶液中扩散出来且被重排放。接着处理所述溶液以移除硫。
石灰石是最常用于与所溶解的二氧化硫反应的碱。石灰浆被喷到含二氧化硫的气流中。必须谨慎控制在再循环石灰浆和反应产物中的化学反应，以便维持所要的二氧化硫移除效率并防止操作问题。用于二氧化硫控制的湿式洗涤器通常在5到9之间的液体pH水平下操作，以维持高效率移除。湿式洗涤器中的典型二氧化硫移除效率在80％到95％的范围内。
另一类型的吸收系统被称为喷雾器干式洗涤器，其属于一组被称为喷雾干燥器型干式洗涤器的洗涤器。在此情况下，碱性浆在微粒控制装置上游一点处被喷射到热气流中。当浆滴蒸发时，二氧化硫吸收到浆滴中且与所溶解并悬浮的碱性物质反应。
大喷雾干燥器腔室用于确保所有浆滴在进入高效率微粒控制系统之前蒸发干。术语“干式洗涤器”指代进入微粒控制系统的干颗粒的状态。织物过滤器或静电除尘器通常用于高效率微粒控制。
喷雾干燥器型吸收系统的效率类似于湿式洗涤器型吸收系统的效率。这些喷雾干燥器型吸收系统产生干燥的废物流且因此比湿式洗涤器中产生的淤泥容易处理。然而，用于雾化碱性浆的设备是复杂的且可比湿式洗涤器系统需要多得多的维护。与湿式洗涤器相比，喷雾干燥器型吸收系统在更高的气体温度下操作，且对于移除气流中的其它污染物(例如，可凝结的微粒物质)的有效性较低。
湿式洗涤器吸收系统与喷雾干燥器吸收系统之间的选择主要取决于场地特定成本。可用于废物的环保型处理的选择也是为特定应用选择系统类型中的重要考虑因素。两种类型的系统都能够提供高效率的二氧化硫移除。两种类型的系统的安装、操作和维护也都是昂贵的。
吸附-二氧化硫也可由吸附系统收集。在此种类型的控制系统中，干碱性粉末被喷射到气流中。二氧化硫吸附到碱性颗粒表面且反应形成可沉淀离开气流的化合物。熟石灰(氢氧化钙)是最常用的碱；然而，也可有效地使用多种碱。可在较小系统上使用干喷射型干式洗涤器，而并非使用较大较复杂的喷雾干燥器型干式洗涤器。然而，干式喷射系统的效率略微较低，且收集每单位的二氧化硫(或其它酸性气体)需要较多的碱。因此，与吸收系统相比，废物处理要求和成本对于吸附系统来说较高。
一般来说，现有技术吸附方法较昂贵，因为其需要昂贵的器材(包括袋滤室和静电除尘器)；在碱利用率和硫减少中效率较低；且需要特别维护，因为喷射器易于堵塞。
因此，现有技术SO2吸收和吸附系统以及方法具有使得其昂贵和/或低效率的缺点。因此，需要一种SO2移除系统和方法来产生易于处理的副产物，实现以高吸附剂利用率从废气中移除多于70％的硫，且降低器材要求(和成本)。
用于减少SOx的炉内吸附剂喷射(FSI)
其它污染物(例如SO3、Hg、HCl、NOx和PM)也已通过炉内吸附剂喷射(FSI)从燃烧流出物中移除。然而，用于移除这些污染物的现有技术方法的执行也相对低效率且较为昂贵。
ROFA
旋转对冲燃烬风(ROFA)利用高速二次风的协同、增强、切向喷射来产生湍流混合，从而导致较高燃烧效率以获得较大NOx减少，例如在1998年9月22日颁予Svendssen的美国专利5,809,910中教示，所述专利描述一种ROFA系统，其提供过燃风(OFA)的不对称喷射以便在炉内产生旋转和高湍流，从而更彻底地将二次风与燃烧气体混合。ROFA已在现有技术中应用于燃烧炉中而仅仅用于减少NOx和SO3。
总的来说，虽然在所属领域技术中已知加速过燃风的使用，但现有技术中并未教示或揭示其与燃料吸附剂喷射结合使用以获得高效、节省成本且高度有效的污染物减少。因此，需要若干系统和方法，其用于在燃烧含硫矿物燃料并利用高湍流过燃风系统的燃烧过程中减少废气浓度中的污染物。
发明内容
本发明针对用于在燃烧含硫矿物燃料且利用高湍流过燃风系统的燃烧过程中减少废气浓度中的污染物的系统和方法，其中所述污染物包括但不限于SO2、SO3、Hg、HCl、NOx、PM和等效物以及其任何组合。详细地说，炉上部来自与FSI结合的ROFA的增加的速度和湍流大大增加了炉上部FSI系统的反应和稳定性。不仅增加了FSI的好处，而且也增加了ROFA的好处。此协同组合效应是本发明的目的。
本发明的一个方面在于提供用于在利用含硫燃料的燃烧过程中降低污染物废气浓度的系统和方法，其包括以下步骤：
提供一应用于反应器中的分段燃烧系统，所述分段燃烧系统在预定、间隔位置处具有非对称喷射装置，所述装置用于通过非对称喷射将至少一种吸附剂引入到反应器中；
在喷射二次风之前，通过第一阶段用一次风喷射燃料；
通过复数个喷射装置喷射二次风和至少一种吸附剂；和
控制所述二次风的非对称喷射，以产生导致所述至少一种化学试剂分散到反应系统中的湍流，从而在反应过程中提供增加的反应和反应器效率以及减少的污染物；
其中所述分段燃烧系统包括组合的ROFA和FSI，以在反应器的预定区内提供增加的反应性，从而产生其中污染物的更完整、更有效且更高效的减少。
本发明的另一方面在于提供用于在使用ROFA和FSI组合的燃烧系统内减少流出物中的污染物的系统和方法，其中所述ROFA和FSI和其组合在彼此间隔的位置处(其中ROFA在FSI上游)同轴提供。
在结合附图来阅读优选实施例的以下描述之后，所属领域的技术人员将易见本发明的这些和其它方面。
附图说明
图1是根据本发明的一系统的示意图。
图2是根据本发明的另一系统的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，在所有若干视图中类似参考符号指代类似或相应部分。同样在以下描述中，将了解到例如“向前”、“向后”、“前”、“后”、“右”、“左”、“向上”、“向下”等术语是方便用词，而并不应理解为限制性术语。在本发明中，“可还原酸”指代其中酸性可通过酸的电化还原而降低或消除的酸。在此实施例描述中，术语“导管”用于描述在末端上没有任何收缩的试剂喷射通道。术语“喷射器”用于描述末端上具有收缩管口的试剂喷射通道。管口可为孔或喷嘴。喷射装置是并入有导管或喷射器或两者的装置。
当与本发明有关时，以下术语如下文所定义而用于本文中。燃烧分段被定义为以两个或两个以上阶段来燃烧燃料(即，煤)的过程。燃料富有阶段(或简单地，富有阶段)是其中没有足够的空气来完全燃烧燃料的阶段。燃料贫乏阶段是其中具有充分或多余的空气来完全燃烧燃料的阶段。分段在现有技术中用于通过以下方式来减少NOx：a)降低最高温度(热NOx)；和b)提供还原环境(NOx还原)。宏观分段是将炉的整个部分分成富有和贫乏阶段，且通过使用例如过燃风(OFA)的技术来完成。微观分段是建立具有在功能上不同的特征(例如还原电位、温度和类似特征)的邻近微观环境。例如，可在炉的第一阶段中通过使用低NOx燃烧器(LNB)在调节旋转叶片设置和通风装置下完成炉中的微观分段。增加的分段增加了在还原气氛中的滞留时间且增加了还原气氛的效率。
宏观分段用于减少燃烧炉中的排放物。宏观分段由炉下部的高度混合燃料和空气组成，对于大部分气流来说，两者混合至化学计量比小于一。最终需要过量氧气以确保所有燃料都已燃料且降低爆炸风险。在宏观分段炉中，过量空气被引入燃烧器的下游。通过在不存在氧气的情况下增加燃烧产物的滞留时间、温度或还原电位来获得增加的分段。
微观分段(LNB)和宏观分段(OFA)的一者或两者可用于减少燃烧炉中的NOx排放物。在微观分段和宏观分段的情况下，使用并调整上述每一者的要素以实现NOx排放物减少。
高湍流ROFA用于减少烧尽所需的反应器空间，从而从富有阶段释放更多的反应器空间，且因此增加了富有阶段中的滞留时间和/或还原电位。
高湍流ROFA风被理解为行进穿过整个燃烧气体柱，且由相对壁偏转。此有力喷射以至少三种方式来引发湍流混合：(1)在气体柱中产生漩涡：(2)在由相对壁偏转平流风之后在相对壁邻近处产生湍流；和(3)通过燃烧气体柱在非环形炉中的旋转造成湍流。
由高速过燃风系统(如ROFA)提供的增加的湍流导致炉下方燃料富有宏观分段中产生的不完全燃烧产物更好地被燃尽，即来自ROFA的炉上部的增加的速度和湍流大大增加了炉上部的反应和燃烧稳定性。
减少燃烧炉中SOx的方法
本发明有利地结合FSI使用ROFA以减少燃烧炉中的污染物排放物，所述污染物包括但不限于气体SO2、SO3、Hg、HCl、NOx、PM和等效物以及其组合。根据本发明的ROFA和FSI组合提供燃烧空间的有力混合，从而导致所喷射的吸附剂的较高反应效率和有害物质的较大移除。
根据本发明的实施例，ROFA在FSI喷射上游构造、配置和实施(上游ROFA)，且还与FSI同时构造、配置和实施(同喷射ROFA)。在根据本发明的系统和方法的第一情况下，上游ROFA引发接着与FSI湍流交互作用的混合。由于同喷射ROFA/FSI，ROFA和FSI的同时邻近喷射增强了所述至少一种吸附剂在燃烧气体中的分散和与燃烧气体的混合。由本发明的系统和方法提供的混合提供比单独使用炉内吸附剂喷射(FSI)或单独使用ROFA的现有技术系统和方法更高效、有效且完整的吸附剂喷射，以获得较好的燃尽和污染物减少。
本发明提供其中炉内吸附剂喷射与ROFA系统上游旋转和高湍流组合的系统和方法。令人惊讶地，如本文陈述的本发明的组合ROFA和FSI的系统和方法产生的协合效应高于独立使用ROFA或FSI产生的协合效应且高于对将其组合所预期得到的协合效应。同样，令人惊讶地，根据本发明系统和方法的组合的ROFA和FSI提供更多化学物质的污染物减少，即不仅用于减少SOx，而且还减少Hg、HCl、NOx、PM和等效物以及其组合。基于广泛实验(独立验证)，本发明的系统和方法被理解为因ROFA的混合、流体动力学和湍流的协合效应而产生显著更多的污染物减少，从而产生惊人的化学效应。所述化学效应被证实由于在需要发生污染物减少的炉区中的改进的化学反应和更有利的化学处理而产生，即导致与现有技术中仅使用试剂的混合或喷射相比存在更多的污染物减少和喷射化学品的更多利用的更完整且更有效的反应，此归因于其中发生化学反应的整个混合区域中的增加以及在同一区域内显著更有效的反应。因此，令人惊讶地，如本文陈述的本发明的系统和方法在同一区域内提供比预期减少甚至更多的减少以及在更大区域上提供改进的减少，所有这些都导致使得污染物减少的改进反应。因此，本发明不仅提供用于减少污染物的反应的增加的应用面积，而且还提供在给定区域内的更有效混合，其在燃烧单元的任何给定空间或区域内在改进的化学处理中提供惊人结果。因此，基于根据本发明的上游ROFA和FSI的组合，协合效应由在给定时间和温度内的改进的混合、成分可用性和成分反应引起。
现大体上参考附图，出于描述本发明的优选实施例而不希望将本发明局限于其的目的进行说明。
上游ROFA
在此实施例中，在FSI喷射之前喷射ROFA，所述上游ROFA在其随后被喷射时引发至少一种吸附剂的混合。ROFA系统包括一系列具有喷嘴的二次风引入导管，其将所述二次风平流输送到移动的燃烧气体柱中，其中以预定、间隔方式来放置所述导管以引起燃烧区的旋流，如美国专利第5,809,910号中描述，所述专利以全文引用的方式并入本文中。试剂喷射导管优选地被配置为在反应器的互相相对的壁上在互相独立的层次或阶段处作用。另外，所述导管可进一步包括喷嘴，其优选地在远离炉的方向上沿炉的气流轴以一定距离间隔放置，导致旋转由高速二次风在燃烧气体柱中的协同、增强、切向喷射来维持。此系统提供燃烧空间的剧烈混合，从而导致更大的燃烧和反应效率。
类似地，由本发明产生的燃烧区域中的剧烈混合还防止层流和因此造成的较高惯性吸附剂颗粒在反应器中的较短滞留时间，从而允许其具有较多时间在反应器中反应且进一步增加反应效率。
炉内吸附剂喷射-FSI
FSI可由现有技术中已知的多种方法和装置来实现。
吸附剂性质
基于化学和物理性质来选择吸附剂，以使得其利用率和SO2的减少最大化。
化学性质
所使用的吸附剂类型包括将SO2转变为无机盐以防止硫被排放到环境中的碱。最频繁用于反应的碱包括：石灰石—石灰质的或含白云石的；生石灰和熟石灰—浆或干的；和氢氧化镁—市售的和来自硫代山梨石灰的副产物；和天然碱。
微粒大小/形状分布
吸附剂微粒具有的大小和形状特征可增加反应效率，提供用于NOx反应的增加的催化表面，产生微观湍流，且导致其在离开炉和/或撞击炉表面(例如催化剂、热交换器和类似物)之前被完全消耗。
表面积、表面形状
颗粒大小是标准FSI喷射中普遍使用的大小。举例来说，颗粒大小可在从约5微米到约100微米的范围内。或者，需要大多数颗粒穿过325网孔，其将直径限制为35.6微米。精细颗粒在每单位质量中提供更多表面积，且因此促进较大颗粒上的表面反应。
动量/惯性因数
由本发明产生的燃烧区域中的剧烈混合还防止层流和因此造成的较高惯性吸附剂颗粒在反应器中的较短滞留时间，从而允许其具有更多时间在反应器中反应且进一步增加反应效率。
湍流和低浓度物质(包括Hg)
由ROFA系统产生的高湍流产生与低浓度物质有关的惊人结果，所述低浓度物质例如Hg、HCl以及甚至SO2、SO3、NOx和PM以及等效物和其组合，其中污染物已减少和/或处于低浓度中，但其中需要进一步的减少。如表1所示，这些污染物的浓度被减少到甚至比对于本发明系统和方法所希望的程度更低的程度。在装备有上游ROFA和同喷射ROFA的系统中，如图1所示，由ROFA系统提供的增加的混合增加了吸附剂与Hg和其它低浓度物质接触的可能性，从而导致这些低浓度物质与吸附剂反应和吸附剂的更高利用率。因为增加了反应效率，所以现可高效且有效地使用以低浓度物质为目标的特别吸附剂来将这些物质从废气中移除或另外使其变得无害。
表1：具有ROFA的FSI的污染物减少百分数测试结果
 
污染物％减少 石灰石喷射 天然碱喷射
SO<sub>2</sub> 64％ 69％
SO<sub>3</sub> 90％ 90％
HCL 0％ 75％
汞 89％ 67％
NOx 4％ 11％
PM 18％ 80％
同喷射ROFA/FSI
ROFA和FSI喷射可同时在近似相同的位置处执行，本文中被描述为同喷射ROFA/FSI。ROFA和FSI的此邻近、同时喷射增强了吸附剂的分散和混合。
因此，在另一实施例中，燃烧系统包括一系列与FSI喷嘴邻近的ROFA导管，其将所述至少一种吸附剂平流输送到移动的燃烧气体柱中，其中以预定、间隔方式来放置所述ROFA导管以产生燃烧区的旋流，如美国专利5,809,910中所述，所述专利以全文引用的方式并入本文中。试剂喷射导管优选地被配置为在反应器的互相相对的壁上在互相独立的层次或阶段作用。然而，其它配置可能获得充分的混合，如在共同待决的美国申请案1340-00510/461735(确认申请日期为03年6月13日)中所述，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
所述导管优选地在远离炉的方向上沿炉的气流轴以一定距离间隔放置，导致旋转由高速二次风在燃烧气体柱中的协同、增强、切向喷射来维持。此系统提供燃烧空间的剧烈混合，从而导致更大的吸附剂反应效率。
在图1所示的优选实施例中，燃烧炉(一般描述为10)装备有一系列将高速风喷射到炉中的ROFA导管14和从ROFA导管下游喷射吸附剂的吸附剂喷射器16。ROFA导管产生高湍流，从而导致喷射吸附剂的分散和混合增加。
根据本发明的系统和方法，一个实施例用于在利用含硫燃料的燃烧过程中降低污染物废气浓度，其包括以下步骤：
提供一应用于反应器中的分段燃烧系统，所述分段燃烧系统在预定、间隔位置处具有非对称喷射装置，所述装置用于通过非对称喷射将至少一种吸附剂引入到反应器；在喷射二次风之前，通过第一阶段向燃料喷射一次风；通过复数个喷射装置来喷射二次风和至少一种吸附剂；和控制所述二次风的非对称喷射，以产生导致所述至少一种化学试剂分散到反应系统中的湍流，从而在反应过程中提供增加的反应和反应器效率以及减少的SO2；其中所述分段燃烧系统包括组合的ROFA和FSI，以在反应器的预定区内提供增加的反应性，从而产生其中污染物的更完整、更有效和更高效的减少。
在各种替代型优选实施例中，其选择和应用取决于燃烧炉或反应器的配置、温度、燃料和各种其它因素，FSI阶段和ROFA阶段为分离的(例如ROFA在FSI阶段上游)、同喷射、同轴同喷射或相反以及其组合。
同轴喷射装置
用于吸附剂喷射的ROFA/FSI同轴喷射装置在优选实施例中阐述，如美国专利申请案1340-005 10/461735(确认申请日期为03年6月13日)中描述，所述申请案以全文引用的方式并入本文中，所述装置可使得会堵塞常规喷雾喷嘴的大小不均匀的颗粒群体分散。此能力降低了对高度受控颗粒大小群体的要求并允许使用更大颗粒，因而减少吸附剂费用。
本发明还消除了对使用喷雾喷嘴来分散至少一种吸附剂的需要，且还消除了对湿式洗涤器设备的需要。较大颗粒的使用还利用这些颗粒的较大动量在燃烧气体中建立微观漩涡。这些微观漩涡增强了混合，从而有利于燃烧空间中的反应。
因此，在图2所示的优选实施例中，燃烧炉装备有一系列将高速风喷射到炉中的ROFA导管14和同轴ROFA吸附剂喷射器18。上游和同轴ROFA导管产生高湍流，从而导致喷射吸附剂的分散和混合增加。
冷却水
本发明还可包括喷射其它物质以影响燃烧空间的物理和化学性质，且从而影响反应。举例来说，水可被喷射到燃烧空间中，如2004年1月14日申请的美国申请案10/757,056(1340-007)所述，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。此水同时冷却燃烧空间，从而允许控制吸附剂反应空间，且还向喷射风和物质提供更高密度，从而提供较好的混合。
减少燃烧炉中SOx和NOx的方法
将吸附剂喷射到装备ROFA的燃烧器中产生了SO2的减少，而且令人惊讶地，产生了与单独ROFA系统相对的NOx的额外减少。此NOx的惊人且意外减少在测试中最大化，所述减少归因于由吸附剂颗粒提供的催化表面。
因此，由ROFA和FSI组合提供的混合(如本文阐述)增加了所有化学物质的碰撞可能性，从而导致相对较高浓度物质(例如SO2)和特别是低浓度物质(例如Hg)的较高反应效率，且还导致吸附剂的较好利用。注意到，其它污染物质也更高效、有效且完整地反应，所述污染物质包括但不限于SO2、SO3、Hg、HCl、NOx、PM和等效物以及其组合。
实例
以下实例说明可通过使用根据本发明的方法获得但不希望限制本发明的结果。
根据本发明的方法是用于控制SO2，如下文所示：
在发电设施处的154MW机组上结合ROFA检查使用石灰石和天然碱的炉内吸附剂喷射(FSI)，以检查当将ROFA和FSI组合在一起时可承受的污染物减少。
在表1中概括惊人的测试结果，如上文中所陈述。
表1：具有ROFA的FSI的污染物减少百分数测试结果
 
污染物％减少 石灰石喷射 天然碱喷射
SO<sub>2</sub> 64％ 69％
SO<sub>3</sub> 90％ 90％
HCL 0％ 75％
汞 89％ 67％
NOx 4％ 11％
PM 18％ 80％
天然碱喷射提供较好的SO2、HCl、NOx和微粒物质(PM)减少，而石灰石提供较好的汞(Hg)减少。两种化学品提供相同的SO3减少。
由于ROFA和FSI一起可能以每千瓦低成本的基础减少SO2、Hg和HCl风排放物，所以进行此研究。FSI相对于其它FGD系统的主要优势在于过程简单和低资本成本。
过去的FSI示范已产生25％到50％的SO2减少。当与ROFA组合时，FSI在由瑞典Danisco Sugar拥有的154MW机组处产生65％的SO2减少且在78MW燃煤机组处产生90％的SO2减少。
选择天然碱和石灰石用于喷射。在炉中，吸附剂首先经历煅烧以形成高反应性氧化物，其可易于与燃烧气体中的SO2反应。取决于喷射吸附剂，反应产生硫酸钠或硫酸钙，其由微粒控制装置拾取。吸附剂的“爆米花型”分解或煅烧通过将未反应的碳酸钠或碳酸钙带到颗粒表面而为Hg、HCl和SO2中和建立较大反应表面。天然碱由Solvay Minerals供应，且石灰石由Chemical Lime供应。
天然碱和石灰石的活化作用和因此产生的化学反应性由ROFA口下游的炉中的Rotamix喷射风与湍流燃烧产物的快速混合来加速。
在美国发电设施的机组上进行吸附剂喷射试验。机组条件如下：
·CE四角燃烧机组
·大约154MW发电容量
·1957年建立的燃烧器的四个层次
·先前不安装OFA或FGR系统
·没有燃烧器修改
测试数据通过手动和由分布式控制系统收集。用于分析的测试程序包括以下：
·煤成分
·吸附剂颗粒大小
·ESP：汞、(元素和物质)、HCL、SO3/SO2
·控制室CEM数据：NOx、SO2、O2、CO、CO2、不透明度
吸附剂大小如表2所示：
表2：吸附剂颗粒大小(穿过)
 
石灰石 92％小于74微米
石灰石 80％小于44微米
天然碱 75％小于70微米
天然碱 50％小于28微米
天然碱 10％小于6微米
以下数据展示测试的原始数据，且说明随摩尔比率变化而减少并说明汞减少的物质变化。
Figure C200580022911D00141
*％减少基于与基线测试期间平均值相比的吸附剂喷射测试期间的平均值。
**由URS收集的ESP入口O2读取似乎含有环境空气稀释。所示值基于用于石灰石和天然碱测试的空气加热器(湿基础)的工厂用仪器。假设基线值等于天然碱值。
***Ib/MMBtu基于具有9780 dscf/MMBtu的EPA方法19Fd因数。
所属领域的技术人员在阅读前文描述后将能作出特定修改和改进。为了简明和可读性，本文中已删除了所有修改和改进，但所述修改和改进属于所附权利要求书的范畴内。

Claims (25)

1.一种在利用含硫燃料的燃烧过程中减少SO2废气浓度的方法，其包含以下步骤：
提供应用于反应器中的分段燃烧系统，所述分段燃烧系统在预定、间隔位置处具有非对称喷射装置，所述装置用于通过非对称喷射将至少一种吸附剂引入到所述反应器中；
在喷射二次风之前，通过第一阶段用一次风喷射所述燃料；
通过所述复数个喷射装置来喷射所述二次风和至少一种吸附剂；和
控制所述二次风的所述非对称喷射，以产生导致所述至少一种化学试剂分散到所述反应系统中的湍流，从而在所述反应过程中提供增加的反应和反应器效率以及减少的SO2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少两个阶段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少三个阶段。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括初级阶段、至少一个ROFA阶段和至少一个FSI阶段。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少一个ROFA阶段和至少一个FSI阶段。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为共同喷射的。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为分离的。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述ROFA阶段在所述FSI阶段的上游。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为同轴喷射的。
10.一种用于减少污染物形成的方法，其包含以下步骤：
提供分段燃烧系统，其包括在预定、间隔位置处具有非对称喷射口的炉，所述非对称喷射口通过非对称喷射将至少一种吸附剂引入到所述反应器；
在喷射二次风之前，通过第一阶段用一次风喷射所述燃料；
通过所述复数个喷射导管来喷射二次风和至少一种吸附剂；和
控制二次风的所述非对称喷射，以产生导致所述至少一种化学试剂分散到所述反应系统中的湍流，从而在所述反应过程中提供增加的反应和反应器效率以及减少的NOx形成。
11.根据权利要求10所述的方法，其中喷射石灰以减少NOx。
12.根据权利要求10所述的方法，其中喷射石灰以减少Hg。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少两个阶段。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少三个阶段。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括一初级阶段、至少一个ROFA阶段和至少一个FSI阶段。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述分段燃烧系统包括至少一个ROFA阶段和至少一个FSI阶段。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为共同喷射的。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为分离的。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述ROFA阶段在所述FSI阶段的上游。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为同轴喷射的。
21.一种在利用含硫燃料的燃烧过程中减少污染物废气浓度的方法，其包含以下步骤：
提供应用于反应器中的分段燃烧系统，所述分段燃烧系统在预定、间隔位置处具有非对称喷射装置，所述装置用于通过非对称喷射将至少一种吸附剂引入到所述反应器；
在喷射二次风之前，通过第一阶段用一次风喷射所述燃料；
通过所述复数个喷射装置来喷射所述二次风和至少一种吸附剂；和
控制所述二次风的所述非对称喷射，以产生导致所述至少一种化学试剂分散到所述反应系统中的湍流，从而在所述反应过程中提供增加的反应和反应器效率以及减少的SO2；
其中所述分段燃烧系统包括组合的ROFA和FSI，以在所述反应器的预定区内提供增加的反应性，从而产生其中污染物的更完整、更有效且更高效的减少。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为共同喷射的。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为分离的。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述ROFA阶段在所述FSI阶段的上游。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述FSI阶段和所述ROFA阶段为同轴提供的。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531154B2 (en) * 2005-08-18 2009-05-12 Solvay Chemicals Method of removing sulfur dioxide from a flue gas stream
AU2008282807A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 The Benthamite Company, Llc Composition, production and use of sorbent particles for flue gas desulfurization
US20100203461A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 General Electric Company Combustion systems and processes for burning fossil fuel with reduced emissions
MX2012011676A (es) 2010-04-07 2013-01-29 Calgon Carbon Corp Metodo para el retiro de mercurio de gases de combustion.
UA99195C2 (ru) * 2010-12-13 2012-07-25 Государственное предприятие «Украинский научно-технический центр металлургической промышленности «Энергосталь» Система для распыления сорбента в среде дымовых газов теплотехнических установок
JP5865015B2 (ja) * 2011-06-24 2016-02-17 株式会社リケン ピストンリング
JP5865014B2 (ja) * 2011-06-24 2016-02-17 株式会社リケン ピストンリング
US8900354B2 (en) 2011-09-08 2014-12-02 The Power Industrial Group Ltd. Boosted no-lance injection systems and methods
US20130330257A1 (en) 2012-06-11 2013-12-12 Calgon Carbon Corporation Sorbents for removal of mercury
US9308518B2 (en) 2013-02-14 2016-04-12 Calgon Carbon Corporation Enhanced sorbent formulation for removal of mercury from flue gas
US9919269B2 (en) 2013-03-15 2018-03-20 3D Clean Coal Emissions Stack Llc Clean coal stack
CA2914389C (en) 2013-03-15 2019-11-26 3D Clean Coal Emissions Stack, Llc Cleaning stack gas
CA2995357C (en) 2015-08-11 2023-12-19 Calgon Carbon Corporation Enhanced sorbent formulation for removal of mercury from flue gas
MX2018013975A (es) 2016-05-14 2019-10-09 3 D Clean Coal Emissions Stack Llc Limpieza de chimenea de gas.
KR102301244B1 (ko) * 2021-03-29 2021-09-10 주식회사 블루오션에코 석탄의 자연발화 방지제 및 자연발화 방지방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089910A (en) * 1990-06-28 1992-02-18 Lookheed Missiles & Space Company, Inc. Infrared catadioptric zoom relay telescope with an asperic primary mirror
US5809910A (en) * 1992-05-18 1998-09-22 Svendssen; Allan Reduction and admixture method in incineration unit for reduction of contaminants
US7335014B2 (en) * 2003-06-12 2008-02-26 Mobotec Usa, Inc. Combustion NOx reduction method
US20040185399A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Goran Moberg Urea-based mixing process for increasing combustion efficiency and reduction of nitrogen oxides (NOx)
US20040185402A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Goran Moberg Mixing process for increasing chemical reaction efficiency and reduction of byproducts
US20040185401A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Goran Moberg Mixing process for combustion furnaces
US8353698B2 (en) * 2003-06-13 2013-01-15 Nalco Mobotec, Inc. Co-axial injection system
US7670569B2 (en) * 2003-06-13 2010-03-02 Mobotec Usa, Inc. Combustion furnace humidification devices, systems & methods

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