CN101374585A - 运行燃煤工厂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方法，包括加入吸附剂成分，例如氧化钙、氧化铝和二氧化硅，以及可选的卤素，作为环境控制的一部分。所述吸附剂的使用显著降低煤燃烧造成的硫和汞排放。所述吸附剂的使用产生废煤灰，虽然所述废煤灰中汞含量较高，但是因为所述灰中的汞是不可浸出的，并且所述煤灰因其中增加的吸附剂成分含量而具有较好的水泥质性质，因而可用作商品。所以，所述方法包括加入粉末，该粉末能产生水泥质煤灰，同时降低燃煤工厂的排放。

Description

运行燃煤工厂的方法

技术领域

本发明涉及一种运转燃煤工厂的方法。本发明具体涉及在能增加煤的价值的吸附剂或吸附剂的组合存在下燃烧煤，并涉及燃煤工厂的资产负债表。

背景技术

根据某些评估，世界范围的有效煤储量足以供应一百年以上的世界能量需求。由于全球变暖和其他原因，全球都在推行向不涉及燃烧化石燃料的其他能源的转换。然而，还不存在取代煤的世界应用的主要部分以产生电能和其他动力的替代能源。特别是在经济快速发展的国家，预计煤仍是在可预见的未来中供应世界能量需求的主要部分。

在燃烧煤来发电的应用中费用很高，公司经营者们一直在寻找既保护环境同时又增加股东的投资回报的企业运转的方式。燃煤排放的硫导致酸雨和其他环境问题，而汞的排放则导致环境和健康问题。来自燃煤公司的硫、汞和其他排放物的水平日益成为社会所忧虑的问题以及全球环境控制的主题。例如，许多协会已经订出了燃煤工厂排放硫的上限，并要求燃煤公司，如果超出了该上限的水平就要在自由竞争的市场上购买所谓的“污染信誉”。同样，全世界也表现出对燃烧煤产生的汞的排放对健康的不良影响的极大关注。因此各社会已经无可非议地得出结论：这种排放必需减少或消除。

所以诸如那些运转燃煤工厂的公司经营者们面临着继续运转并提供可接受的投资回报，同时还要保护公众健康和环境清洁的挑战。那么，经营者们面临着以高资本成本采用能减轻硫、汞和其他这类排放物的环境排放的设备。同时，经营者还面临着废灰处置的问题，特别是如果要从烟道气中消除汞的排放的话，汞自然会变成必需处置的废灰的一部分。减少向环境中排放硫和汞，并避免装置的高资本成本以符合和/或实现废料出售的回报的运转这些公司的方法将会是一种显著的进步。

发明内容

本发明提供了运行燃煤工厂的方法，包括减少硫、汞和/或其他有害排放物的排放的技术应用。所述排放的减少导致了环境效益，并且能够导致税收减免和其他金融效益。所述方法为非资本的，所以不需要在净气机和其他装置上的大的投资。所述方法包括在煤燃烧之前或煤燃烧期间加入各种吸附剂成分或吸附剂组合物，以将污染物捕获在煤灰中而不是将其排放到大气中。即使当煤燃烧时产生的灰中有污染物，所述灰也是可市售的产品，因为其具有增强的工业和环境性质。因此，在一些实施方式中，本发明提供了既可用于环境控制又能从出售废料获得价值的方法。

在一些实施方式中，所述方法包括加入吸附剂成分，例如氧化钙、氧化铝和二氧化硅，以及可选的卤素，作为环境控制的一部分。所述吸附剂的使用显著减少了燃煤产生的硫和汞的排放。所述吸附剂的使用导致产生废煤灰，虽然其汞含量较高，但所述废煤灰仍可用作商品，因为灰中的汞是不能浸出的，而且所述煤灰因其中增加的吸附剂成分的含量而具有较高的水泥质性质。所以，在一些实施方式中，所述方法包括加入具有能形成水泥质的煤灰，同时减少燃煤工厂排放的性质的粉末。

所述方法的使用为燃煤公司提供了广泛的效益：

1)显著降低了汞(氧化的和单质的汞)和/或硫的排放，以符合硫和汞排放规定，并保护当地环境。在一些实施方式中，还减少了氮氧化物的排放；

2)不需要净气机达到环境和健康的要求，从而避免了高资本投资成本；

3)煤燃烧得到的灰具有增强的水泥质性质，并且能够用于各种工业应用；

4)煤的价值增加了50％以上；

5)因为具有商业价值，所以避免了粉煤灰的处置成本；

6)避免了不符合环境规定的代价，例如罚款和“排放信誉”的花费；

7)所避免的费用和实现的收入有利于公用事业经营者的资产负债表；并且

8)采用此处所述的控制系统所避免的费用和实现的收入提高了投资回报；

适用的进一步的领域将通过此处的说明而变得更加明显。应理解所述说明书和具体实施例仅为举例说明的目的，而并不意味着对本发明范围的限制。

附图说明

本领域技术人员可理解在此描述的附图仅仅是为了说明的目的。这些附图并不是为了以任何方式限制本发明的范围。

图1是说明安装和维持污染控制装置的总资本投资的各要素的非限制性实施例的框图；

图2是说明在做出污染控制选择的决定中各种年度费用和它们的相互关系的非限制性实施例的图表。

具体实施方式

以下描述实质上仅仅为了示例性说明，而不是要限制本发明、应用或用途。虽然本发明在一些实施方式中涉及燃煤工厂的讨论，例如发电的电厂和水泥厂，这些讨论不应理解为仅将本发明限制为这些应用。

在一些实施方式中，提供了经营商业的方法，包括运行一个煤厂来产生热能及废灰。在运行该煤厂过程中，在吸附剂或吸附剂成分的存在下燃烧煤，所述吸附剂或吸附剂成分能提高粉煤灰中的汞、铅和/或其他重金属含量。然而，这种吸附剂的使用还产生含有非常低水平的可浸出的汞的粉煤灰。所以，所述非浸出性粉煤灰可以作为工业原料出售。通过降低烧煤产生的汞的排放和出售废煤灰得到的回报，避免了费用还增加了营业额。

在一些实施方式中，本发明提供一种在燃煤工厂中增加燃煤价值的方法，包括：在至少一种吸附剂的存在下燃烧含汞的煤，以产生热能、粉煤灰和烟道气。通过使用这些吸附剂，经营者避免了为工厂增加化学净气机的资本成本，并避免了烧煤产生的粉煤灰的处置费用。计算每单位燃烧的煤节约的分期清偿的资本，其结果用来抵消吸附剂和/或煤的成本。同样，节省的处置费用用来抵消工厂的运转成本。在一些实施方式中，使用吸附剂所实现的成本的节约大于使用吸附剂的成本。在本方法中所述吸附剂的使用导致减少了用于净气机和其他设备的资本支出，还可能通过出售废灰增加收入，从而增加了经营燃煤工厂的底线利润，并改善经营者的整个资产负债表。在一些实施方式中，使用吸附剂导致的节约使燃煤的价值提高了至少50％。

在一些实施方式中，本发明提供了一种运转燃煤工厂的方法，包括在吸附剂成分或吸附剂组合物存在下燃烧煤，并出售通过烧煤产生的能量。所述吸附剂成分在燃烧之前加到煤上，和/或在燃烧中施加到炉中和/或施加到炉下游的烟道气中。与不使用吸附剂燃烧煤相比，所述吸附剂的使用降低了汞和硫的排放。它还使得所述煤灰(例如粉煤灰)比在没有吸附剂情况下烧煤产生的粉煤灰更加具有水泥质性质。在一些实施方式中，加入吸附剂的燃烧增加了烧煤的发电量。例如，含有95％煤和5％吸附剂的煤组合物与含有100％煤的组合物产生同样多的电输出。在电的输出方面的利润是本方法进一步的财务效益。

吸附剂的使用虽然通常导致粉煤灰中汞、铅和/或其他重金属含量的升高，但是实际上降低了在标准环境浸出检测中所述粉煤灰中浸出的汞、铅和/或其他重金属的量。所以，减少了向环境中的有害排放，增加了废粉煤灰的商业价值。

在一些实施方式中，本发明提供了符合汞排放的环境规定的各种方式的投资回报的比较方法，以及根据所述投资回报分析进行业务决策的方法。

提供第一系统，其需要使用加到煤上，或在燃烧中加入燃煤装置中的吸附剂。所述吸附剂的使用减少了汞和/或硫的排放，并产生其中汞含量增加、但可浸出的汞含量较低的(环境可接受的)灰。提供第二系统，其包括对化学净气机等的资本投资，但是不使用吸附剂成分。计算第一和第二系统的投资回报、然后比较两个系统的投资回报，并根据所计算的投资回报在采用第一系统和采用第二系统间作出业务决策。在一些实施方式中，用任何财务上可接受的模型来计算投资回报，包括净现值模型和/或内部收益。

在一些实施方式中，基于采用第一系统或采用第二系统为工厂经营者计算资产负债表。根据采用任何一个系统产生的有关收入、资本支出、花费和资产价值的假定，为当年和未来几年准备所述资产负债表。或者，也为经营者准备收益表。跟投资回报一样，比较基于采用第一系统或第二系统的资产负债表和/或收益表，并基于所述比较作出业务决策。

在一些实施方式中，本发明提供增加燃烧含汞煤得到的粉煤灰的经济价值的方法。粉煤灰通过在吸附剂成分存在下燃烧煤而产生。所述燃烧得到的粉煤灰比没有吸附剂存在下燃烧煤得到的粉煤灰具有更好的水泥质性质。与在没有吸附剂存在下燃烧生成的灰相比，所述灰也含有更高水平的汞、铅和其他重金属。在一些实施方式中，所述吸附剂包括含有氧化钙或等同物、二氧化硅和氧化铝的碱性粉末。用降低环境排放的吸附剂在燃煤工厂中处理煤的方法或在工厂的燃煤过程中处理煤的方法，使得到的灰更加具有商业价值。所述处理煤的方法避免了安装化学净气机或其他装置的资本支出。

在一些实施方式中，本发明提供了不需净气机，但是符合硫和汞排放规定的运行燃煤工厂的方法。在一些实施方式中，硫被显著降低，而汞的排放则降低了90％以上。所以，在一些实施方式中，所述方法包括在粉末吸附剂存在下烧煤，从而从烟道气中去除了煤中至少90％的汞，并出售得到的粉煤灰。在一些实施方式中，烧煤不仅符合汞和硫的排放标准，并且包括粉煤灰的废灰还作为有价值的商品出售。出售废灰得到的回报至少部分抵消了使用吸附剂的费用。

在一些实施方式中，所述方法包括如上所述运行燃煤工厂，以产生能量和废灰。加入能减少汞排放并减少从粉煤灰中浸出的汞的吸附剂。然后回收粉煤灰并与水泥质粉末混合，以制备水泥产品。水泥可在商业市场上出售。从燃煤工厂回收的粉煤灰非常适用于水泥产品中，因为其本身比在没有吸附剂存在下燃烧煤得到的粉煤灰具有更好的水泥质性质，还因为所述粉煤灰中增高的汞含量根据标准环境浸出检测法是不可浸出的。

在一些实施方式中，本发明提供增加燃煤工厂中燃煤价值的方法，其包括在至少一种吸附剂存在下燃烧含汞煤，以产生热能、灰和烟道气，所述灰含有汞的量占原来存在于煤中的汞的至少90wt％，与在没有所述至少一种吸附剂存在时燃烧煤所产生的灰相比，所述灰中酸可浸出的汞的量更小。在一些实施方式中，所述方法包括检测烟道气中的汞，并调节所述至少一种吸附剂的存在得到所需的汞排放以符合环境规定，并通过避免对产生的粉煤灰的处置费用来实现省钱的目的。在一些实施方式中，所述方法包括计算每单位燃烧的煤的净节省和/或在一种或多种财务报表中反映金钱的节省。

在一些实施方式中，本发明提供了运行燃煤工厂的方法，其包括在吸附剂组合物存在下烧煤，并通过烧煤产生能量。在一些实施方式中，所述吸附剂组合物以如下方式中的至少一种方式使用：在燃烧之前加入到煤上，在燃烧中施用到炉中和施用到炉下游的烟道气中。在一些实施方式中，与没有吸附剂组合物存在下烧煤相比，所述吸附剂组合物的存在降低了汞和硫中至少一种的排放。在一些实施方式中，所述吸附剂组合物的存在产生的煤灰比没有吸附剂组合物存在下烧煤产生的煤灰具有更好的水泥质性质。在一些实施方式中，与没有吸附剂组合物存在的情况下烧煤相比，在所述吸附剂组合物存在下烧煤增加了每单位燃烧煤产生的发电量。

用于本发明的吸附剂包括含有钙、二氧化硅、氧化铝，或者还可含有诸如溴等卤素的碱性粉末和/或液体组合物。适宜的吸附剂成分和组合物，及其使用方法记述于Douglas Comrie于2006年1月18日申请的题为“Sorbentsfor Mercury and Sulfur Remediation”的共同未决的美国临时申请中、2005年3月17日Douglas Comrie申请的美国临时申请No.60/662,911中以及Douglas Comrie于2005年12月2日申请的美国临时申请60/742,154中，其全部公开内容在此通过引用而合并。

在一些实施方式中，通过在包括钙、二氧化硅、氧化铝和诸如溴等卤素的吸附剂成分存在下烧煤得到灰产品。所述成分作为一种或多种吸附剂组合物的组成部分加入到燃煤系统中。在一个非限制性实施例中，吸附剂成分钙、二氧化硅和氧化铝被一起加入到碱性粉末吸附剂组合物中，所述碱性粉末吸附剂组合物包括大约2～15wt％的Al₂O₃，大约30～75wt％的CaO，大约5～20wt％的SiO₂，大约1～10％Fe₂O₃和大约0.1～5wt％的总碱，例如氧化钠和氧化钾。在一些实施方式中，所述吸附剂包括大约2～10wt％的Al₂O₃，大约40～70wt％的CaO，大约5～15wt％的总碱。在一些实施方式中，在此描述的粉末吸附剂组合物含有一种或多种含钙的碱性粉末以及较低含量的一种或多种硅铝酸盐材料。如果需要的话，加入卤素成分作为所述碱性粉末的进一步的成分，或者单独加入卤素成分作为液体或粉末组合物的一部分。

为了制备所述灰产品，燃烧含碳燃料，以通过其燃烧产生热能。在一些实施方式中，所述含碳燃料可为煤。未燃烧的材料和微粒的燃烧产物形成灰，在炉底收集，或通过除尘器或过滤器从烟道中收集，例如烧煤装置上的袋滤捕尘室。炉底灰和粉煤灰的含量取决于所述煤的化学组成和燃烧中加入到烧煤装置中的吸附剂成分的量和组成。

除了碳以外，煤中的主要元素还包括二氧化硅、氧化铝和钙，以及少量的铁。此外，通常还存在痕量重金属，例如砷、锑、铅、铬、镉、镍、钒、钼、锰、铜和钡。这些元素倾向于存在于煤燃烧的灰中。煤还包含大量的硫。燃烧时，煤中的硫燃烧生成挥发性的硫氧化物，其倾向于以气体形式从烧煤装置中逸出。酸雨的一个主要原因是二氧化硫的排放。本领域公知的是，当二氧化硫与水混合时形成硫酸。所以希望进一步调整或降低燃煤工厂的硫氧化物的排放水平。

煤中还含有汞。虽然汞以低水平存在，但是在燃烧中汞倾向于挥发并从烧煤装置中逸出。尽管煤燃烧产生低水平的汞，但还是不希望向环境中排放汞，因为该元素有毒，并且倾向于在机体组织中累积。因为汞对健康和环境的破坏作用，在美国和世界其他地方最近开始制定规章控制其排放。不管汞是否被规章控制，都会非常希望能够减少燃煤公司的汞的排放量。

在一些实施方式中，吸附剂组合物倾向于减少或再调整燃煤公司的汞和/或硫的排放，还使烧煤得到的灰具有更好的水泥质特性的有益效果，从而得到的灰可以在商业中作为各种水泥和混凝土产品中波特兰水泥的部分或完全替代品。在所述吸附剂存在下烧煤得到的灰在商业中是有用的，不仅因为其高度水泥质性质，还因为灰中含有的烧煤产生的重金属以不能浸出的形式存在的事实。也就是说，煤中的汞、砷、铅和其他重金属被报告存在于灰中。在一些实施方式中，在所述吸附剂组合物存在下烧煤得到的灰比没有吸附剂烧煤得到的灰的重金属含量要高，但是含有可浸出的重金属的水平低于没有吸附剂情况下得到的灰。所以，所述灰可安全进行处置和出售，例如作为水泥材料。

在一些实施方式中，公开了一种方法，包括将吸附剂在燃烧过程中直接应用到炉子中(“共燃烧”加入)，燃烧前直接加入到例如煤的燃料中(“预燃烧”加入)；优选在大于500℃的温度区域内和优选在大于800℃的温度区域内直接加入到燃烧后的气流中(“后燃烧”加入)；或以预燃烧加入、共燃烧加入和后燃烧加入的任意组合的方式加入吸附剂。

在一些实施方式中，在废能发电厂中煤与其他燃料一起燃烧。这样的工厂在他们烧的燃料上是可变通的。除了烟煤和次烟煤，这样的工厂也能烧其他燃料，例如城市废物、下水道污泥、石油焦炭、生物来源的燃料(非限制性的例子如木材、木片、农业废物和/或锯末)、废塑料、废轮胎等。在一定程度上，这些燃料含有汞和硫，所述吸附剂的使用倾向于减轻或降低燃烧时会释放到大气中的硫和/或汞的排放。还产生具有高度水泥质特性的灰产品。

根据所烧燃料的燃料值，这些废能发电厂中，火焰温度在大约1000℉～1200℉(对于低值燃料或含有高比例的低值的生物来源的燃料或其他低值成分的燃料)至2700℉～3600℉或更高(对于高BTU(英制热量单位)煤或与高比例的高BTU煤混合的燃料)之间变化。在一些实施方式中，使用本发明的吸附剂减轻了在较低温度下燃烧的系统的汞的排放。相信所述碱性粉末吸附剂可有效地从烟道气中去除氧化的汞，并且所述氧化的汞是在较低温度下燃烧形成的主要的种类。

所以，在一些实施方式中，用吸附剂组合物处理燃烧煤、生物来源的燃料(例如木片、锯末、植物废物、农作物废料、动物废料、污泥等)和/或可回收的聚合物材料(例如废橡胶轮胎)的组合的废能发电厂，以达到汞和/或硫排放的显著减少，并产生具有良好水泥质特性的灰产物。

在一些实施方式中，提到了所述燃煤工厂的汞排放。监测元素汞、氧化的汞或两者的排放。元素汞是指基态或零氧化态的汞，而氧化的汞指+1或+2氧化态的汞。根据从工厂排放之前的烟道气中汞的含量不同，预燃烧、共燃烧和/或后燃烧加入的吸附剂组合物的量可增加、降低或保持不变。一般来讲，理想的是去除尽可能多的汞。在一些实施方式中，基于煤中汞的总量，汞的去除达到90％以上。这一数字指的是从所述烟道气中去除汞，从而使汞不通过烟道排放到大气中。通常，烟道气中汞的去除导致灰中汞含量的提高。为了使加入燃煤过程中的吸附剂的量最小化，以减少炉中产生的灰的总量，在许多实施方式中理想的是使用汞排放的测量结果来调节吸附剂组合物的加入比率，以达到理想的汞排放的降低而不向系统中增加过多的材料。

在加入了吸附剂成分的燃煤或其他燃料的一些实施方式中，煤中的汞和其他重金属，例如砷、锑、铅等进入袋滤捕尘室或静电沉降器，并成为燃煤工厂的全部灰含量中的一部分；或者汞和重金属在炉底灰中发现；或者存在于两部分中。像这样，汞和其他重金属不从该工厂中排放。一般来讲，所述灰中的汞和其他重金属耐酸性条件下的浸出，虽然与没有吸附剂成分存在下烧煤得到的灰相比，它们倾向于以更高的水平存在于所述灰中。有利的是，灰中重金属的浸出量不超过规定水平；实际上，尽管在吸附剂存在下燃烧而获得的灰中通常含有绝对含量较高的重金属，但是，观察到所述灰中的降低的可浸出的重金属含量在ppb水平。因为所述灰的水泥质特性还得到了加强，所以燃烧得到的灰(煤灰)对于商业出售和使用是有价值的，例如，作为水泥质材料来制备波特兰水泥，以及混凝土制品和即用混合物。

在一些实施方式中，燃烧过程中定时或连续监测或分析重金属的浸出。美国环境保护局的TCLP过程是常用的方法。根据烟道气中的汞，吸附剂的量，特别是含有Si(SiO₂或等同物)和/或Al(Al₂O₃或等同物)的吸附剂成分的量，根据分析结果来调节，以保持浸出在所需的范围内。

在一些实施方式中，本发明提供了一种减少烟道气中氧化的汞的量，并同时生产水泥质灰产品的方法，所述烟道气在含汞的含碳燃料如煤的燃烧中产生。所述方法包括在碱性粉末吸附剂存在下燃烧所述燃料，其中所述粉末吸附剂包括钙、二氧化硅和氧化铝。当燃料燃烧时，在燃烧炉下游的烟道气中测量汞的含量(氧化的汞、元素汞或二者)。将测得的汞含量与目标含量比较，如果测得的量高于目标含量，则相对于要烧的燃料量增加加入的粉末吸附剂的量。或者，如果测得的量低于目标含量，吸附剂加入比例可以降低或者保持不变。

在一些实施方式中，用于减少燃煤工厂的炉中的煤燃烧所产生的烟道气中的硫和/或汞的方法包括在燃烧期间将粉末组合物注入炉中。所述粉末组合物是含有碱性钙成分和有效量的二氧化硅和氧化铝的碱性吸附剂组合物。在非限制性实施方式中，所述粉末组合物包括2～50％的硅铝酸盐材料和50～98wt％的含钙碱性粉末。在一些实施方式中，所述碱性粉末包括波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘和甜菜石灰中的一种或多种，而所述硅铝酸盐材料包含选自由钙蒙脱石、钠蒙脱石和高岭土组成的组中的一种或多种。对于分批法，以要用吸附剂处理的煤的量的大约0.1～大约10wt％的比率向煤中加入所述粉末组合物，或者对于连续过程，以通过燃烧所消耗的煤量的大约0.1～大约10wt％的比率向煤中加入所述粉末组合物。在一些实施方式中，所述比率为1～8wt％、2～8wt％、4～8wt％或大约6wt％。在一些实施方式中，所述粉末组合物在燃烧过程中注入火球或炉中，和/或在燃烧之前在环境条件下施加到煤上。注入点的温度优选为至少大约1000℉或更高。对于低价燃料来说，对应于注入火球内或靠近火球处。

在一些实施方式中，本发明提供新型吸附剂组合物，其包括大约50～98wt％的波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、甜菜石灰中的至少一种，和2～50wt％的硅铝酸盐材料。在一些实施方式中，所述组合物进一步包含溴化合物，例如溴化物，如溴化钙。如在此所述的，在燃烧煤过程中，吸附剂的使用倾向于减少从工厂排放的有害的硫和汞产物的量，而同时产生环境可接受的(例如重金属的浸出低于规定水平，且低于没有吸附剂成分存在下烧煤得到的灰中的水平)，并且具有更好水泥质特性的灰，从而使所述灰在水泥质混合物以及它们的使用过程中作为波特兰水泥的完全或部分(大于40％，优选大于50％)的替代物。

在一些实施方式中，吸附剂成分被作为单一组合物的一部分和/或作为单独的成分，加到燃料上预燃烧、加入到炉中共燃烧和/或加入到对流通路中后燃烧。例如，二氧化硅和氧化铝一起与含钙的碱性成分方便地加入作为单一组合物。使用时，例如溴化合物的卤素化合物作为所述单一组合物的一部分或作为单独的组合物提供。

在一些实施方式中，使用双系统，其中钙、二氧化硅和氧化铝被加入到粉末吸附剂中，而溴或其他卤素则加入到液体吸附剂中。本发明的方法提供含汞的煤灰和/或粉煤灰，其含汞量对应于灰中捕获的燃烧前煤中原始存在的汞的至少90％的量。在一些实施方式中，由于汞被捕获到灰中而不是排放到大气中，所以所述灰中汞的水平高于已知粉煤灰中汞的水平。这种方法制备的粉煤灰含有多至200ppb或更高的汞；在一些实施方式中，所述粉煤灰的汞含量高于250ppb。由于灰的体积通常会因为使用吸附剂而增加(在一些实施方式中，灰体积增加到约两倍)，测量到的增加的汞含量代表汞被显著捕获于灰中，这些汞如果没有吸附剂的话，就会排放到大气中。粉煤灰中汞和诸如铅、铬、砷和镉的其他重金属的含量一般高于由不加吸附剂或吸附剂成分燃烧煤所产生的粉煤灰中的含量。

制备煤灰的方法包括在加入的钙、二氧化硅和氧化铝存在下，优选进一步在诸如溴的卤素存在下燃烧煤。在一些实施方式中，灰是通过在所述吸附剂或吸附剂成分存在下燃烧煤来制备的。在一些实施方式中，煤灰中的汞是非浸出的，因为抽提物中汞浓度小于0.2ppb，该浓度用EPA出版SW-846-第三版的“Test Methods for Evaluating Solid Waste，Physical/ChemicalMethods(评价固体废物的试验方法，物理/化学方法)”中的测试方法1311毒性特性浸出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure，TCLP)检测，该方法通过参考40 CFR§260.11而合并。通常观察到，虽然用吸附剂处理的煤产生的灰中的总汞含量是没有吸附剂时燃烧煤得到的灰中总汞含量的2倍或更多倍，但是在此所述的吸附剂存在下燃烧煤得到的粉煤灰比没有吸附剂存在下燃烧煤得到的灰具有更少的可浸出的汞。要说明的是，通常烧PRB煤得到的灰含有大约100～125ppb汞；在不同的实施方式中，在有大约6wt％吸附剂情况下的PRB煤产生的灰具有大约200～250ppb或更多的汞。

在一些实施方式中，本发明提供水硬水泥产品，其中含有波特兰水泥和占所述水泥产品总重的0.1％至大约99wt％的如上所述的煤灰或粉煤灰。

在一些实施方式中，本发明提供凝硬性产品，其中含有火山灰和占所述凝硬性产品总重0.01％～约99wt％的如上所述的煤灰。

本发明还提供含有如上所述水硬水泥的水泥质混合物。

在一些实施方式中，水泥质混合物含有在此所述的煤灰作为唯一的水泥质成分；在一些实施方式中，所述灰完全替代常规水泥如波特兰水泥。所述水泥质混合物含有水泥和可选的集料、填料和/或其他掺混物。所述水泥质混合物通常与水结合，并用作混凝土、灰浆、薄浆、可流动的填充物、稳固的地基和其他应用。

本发明的吸附剂组合物含有提供钙、二氧化硅和氧化铝的成分，优选为碱性粉末的形式。在一些实施方式中，所述组合物还含有氧化铁，以及基于氧化钠(Na₂O)和氧化钾(K₂O)的碱性粉末。在非限制性实施例中，所述粉末吸附剂含有大约2～10wt％Al₂O₃，大约40～70％CaO，大约5～15％SiO₂，大约2～9％Fe₂O₃和大约0.1～5％诸如氧化钠和氧化钾的总碱。所述含有钙、二氧化硅和氧化铝的成分和如果存在的其他成分在一个的组合物中结合到一起，或分别加入，或以所述成分的任意组合加入到所述燃料燃烧系统中。在一些实施方式中，吸附剂的使用使排放到大气中的硫和/或汞的量的减少。在各种实施方式中，吸附剂组合物的使用去除了汞，尤其是氧化的汞。并且，所述组合物利用其所含有的钙降低了燃烧释放的硫的量。

有利的是，所述吸附剂组合物含有适宜的高水平氧化铝和二氧化硅。相信氧化铝和/或二氧化硅的存在使所述吸附剂的使用具有若干优点。要说明的是，相信是氧化铝和/或二氧化硅的存在，和/或二氧化硅/氧化铝与钙、铁和其他成分间的平衡使汞和/或其他重金属具有低的酸浸出水平，汞和/或其他重金属可以在吸附剂存在下燃烧含汞的煤或其他燃料产生的灰中观察到。

在一些实施方式中，观察到煤或其他燃料燃烧时吸附剂组合物的使用导致炉壁上和锅炉管上形成耐火衬里。相信这样的耐火衬里将热量反射到炉中并导致锅炉中更高的水温。在一些实施方式中，还观察到吸附剂的使用导致了锅炉管周围结垢和成渣的减少。这样，吸附剂的使用导致炉子更干净，更重要的是改善了燃烧煤和锅炉管中的水之间的热交换。结果，在一些实施方式中，燃烧等量的燃料时，吸附剂的使用使锅炉中的水温更高。或者，已观察到吸附剂的使用使降低例如煤的进料速度的同时可以保持相同的电力输出或锅炉水温。在说明性实施方式中，以6％的比例使用吸附剂在煤/吸附剂组合物燃烧产生的功率与全部使用等重的煤的组合物燃烧产生的功率相等。可见，在一些实施方式中，通常进入粉煤灰中并被再利用的吸附剂的使用实际上提高了燃煤过程的效率，导致燃料的低消耗。在这样的过程中的好处是通过使用吸附剂而通常使体积增大的粉煤灰被再利用于波特兰水泥的生产等中，其具有改进的水泥质性质，和低重金属浸出性。

如上所述，在一些实施方式中，吸附剂组合物的成分以碱性粉末来提供。不被理论所限制，相信吸附剂成分碱性性质至少导致了部分上述理想的性质。用于本发明的吸附剂组合物的钙源包括钙粉，例如碳酸钙、石灰石、氧化钙、氢氧化钙、磷酸钙和其他钙盐。应理解，诸如石灰石、石灰、消石灰等的工业产品构成这些钙盐的主要部分。这样，它们是适用于本发明的吸附剂组合物的成分。

钙的其他来源包括各种制品。这样的制品可以从市场上买到，一些作为其他工业过程的废产物或副产物来出售。在一些实施方式中，所述制品进一步为本发明的所述组合物提供二氧化硅，或者氧化铝，或者二者都提供。除了钙还含有二氧化硅和/或氧化铝的工业产品的非限制性例子包括波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、甜菜石灰、矿渣(例如钢渣、不锈钢钢渣和高炉矿渣)、纸脱墨浆灰、熔铁炉集尘器滤饼和熔铁鼓风炉炉灰。这些和其他材料结合以提供碱性粉末，或含有钙、优选还含有二氧化硅和氧化铝的碱性粉末的混合物。在一些实施方式中，使用各种火山灰质材料。

甜菜石灰是一种从甜菜制糖的制造业中得到的固体废料。其钙含量高，还含有对甜菜进行加石灰过程中沉淀的各种杂质。这是一种商业产品，通常卖给庭园设计家、农民等作为土壤改良剂。

水泥窑粉尘(CKD)通常指的是在水泥窑中，或在波特兰水泥的制备过程相关的加工设备中产生的副产物。

通常，CKD包括在窑、预处理装置和/或材料搬运系统的不同部位产生的不同颗粒的组合，包括，例如熟料粉尘(clinker dust)，部分至全部煅烧材料粉尘和原材料(含水的和脱水的)粉尘。CKD的组分根据使用的原材料和燃料、生产和加工条件、以及水泥生产过程中CKD收集点的位置不同而改变。CKD可包括从窑废物(即排气)流、熔渣冷却器废物、预煅烧废物、空气污染控制设备等处收集的粉尘或颗粒物质。

而CKD组分可根据窑的不同而改变，由于熔渣粉尘和煅烧材料粉尘的存在，通常CKD至少具有一些水泥质和/或火山灰性质。典型的CKD组分包括含硅化合物，例如硅酸盐，包括硅酸三钙、硅酸二钙；含铝化合物，例如铝酸盐，包括铝酸三钙；和含铁化合物，例如铁氧体，包括铝铁酸四钙。CKD通常含有氧化钙(CaO)。示例性的CKD组分包括约10～约60％的氧化钙，或者为约25～约50％，或者为约30～约45wt％。在一些实施方式中，CKD包括的游离石灰(用于与水的水合反应)的浓度为约1～约10％，或者为约1～约5％，在一些实施方式中为约3～约5％。进一步地，在一些实施方式中，CKD包括含碱金属、碱土金属、硫及其他化合物。

含钙碱性粉末和一些还含有二氧化硅和氧化铝的碱性粉末的其他示例性来源包括各种水泥相关的副产物(除了波特兰水泥和上述CKD之外)。拌合水泥产品是这种来源的一个适宜的例子。这些拌合水泥产品通常含有波特兰水泥和/或其熔渣与矿渣类和/或火山灰质材料(例如，粉煤灰、硅灰、烧结页岩)结合的混合物。火山灰质材料通常为二氧化硅性质的材料，它们本身不是水泥质的，但是当与游离石灰(游离CaO)和水反应时产生水凝水泥性质。其他来源是砌筑水泥和/或水硬石灰，其包括波特兰水泥和/或其熔渣与石灰或石灰石的混合物。其他适宜的来源是矾土水泥，其为通过燃烧石灰石和铝土矿(天然产生的异质的材料，包括一种或多种氢氧化铝矿物质，加上二氧化硅、铁氧化物、二氧化钛、铝硅酸盐和其他少量或痕量的杂质的各种混合物)的混合物制成的水凝水泥。还有另一个例子是火山灰水泥，其为主要含有火山灰质材料的拌合水泥。通常火山灰水泥包括氧化钙，但是基本不含波特兰水泥。广泛使用的火山灰质材料的普通例子包括天然火山灰(例如某些火山的灰或凝灰岩，某些硅藻土、焦化粘土和页岩)和合成的火山灰质材料(例如二氧化硅烟尘和粉煤灰)。

石灰窑粉尘(LKD)是生产石灰的副产物。LKD是从石灰窑或相关加工装置中收集的粉尘或微粒物质。生产出的石灰可以分为高钙石灰或白云石石灰，而LKD随石灰形成方法不同而改变。常常通过煅烧反应来制备石灰，煅烧反应通过加热含钙原材料，例如碳酸钙，而形成游离石灰CaO和二氧化碳(CO₂)。高钙石灰具有高浓度的氧化钙，通常还含有一些杂质，包括含铝和含铁的化合物。通常高钙石灰从高纯度的碳酸钙(纯度大约95％或更高)制得。由高钙石灰的加工得到的LKD产物中通常的氧化钙含量大于等于约75wt％，或者大于等于约85wt％，在一些情况下大于等于约90wt％。在一些石灰生产中，白云石(CaCO₃-MgCO₃)被加热分解，主要产生氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，从而形成已知的白云石石灰。在通过白云石石灰加工产生的LKD中，氧化钙的含量大于等于约45wt％，或者大于约50wt％，在一些实施方式中，大于约55wt％。虽然LKD根据所使用的石灰加工类型而改变，其通常具有相对高的游离石灰的浓度。LKD中游离石灰的量通常为约10～约50％，或者为约20～约40％，这取决于生成的石灰产品中氧化钙的相对含量。

矿渣一般是金属生产和加工产生的副产物化合物。术语“矿渣”包括广泛的副产物化合物，通常包括铁金属和/或钢生产和加工的大部分的非金属副产物。一般，矿渣被认为是各种金属氧化物的混合物，但是其中经常含有金属硫化物和元素形式的金属原子。

用于本发明的一些实施方式的矿渣副产物的各种例子包括，铁矿渣，例如那些高炉(也叫熔铁炉)中产生的矿渣，举例来说包括，空气冷却的高炉矿渣(ACBFS)，膨胀的或发泡的高炉矿渣、造粒的高炉矿渣、颗粒状高炉矿渣(GBFS)等。钢矿渣可从基本的氧气炼钢炉(BOS/BOF)或电弧炉(EAF)中产生。许多矿渣具有水泥质和/或火山灰样性质，但是其具有这些性质的程度取决于它们各自的成分和其产生的过程，如本领域技术人员已知的。示例性矿渣包括含钙化合物、含硅化合物、含铝化合物、含镁化合物、含铁化合物、含锰化合物和/或含硫化合物。在一些实施方式中，所述矿渣包括约25％～约60％的氧化钙，或者为约30％～约50％，或者为约30％～约45％。一般具有水泥质性质的适宜矿渣的一个例子是磨碎的颗粒状高炉矿渣(GGBFS)。

如上所述，其他适宜的例子包括收集自连接到高炉的空气污染控制设备的高炉(熔铁炉)粉尘，例如熔铁炉集尘器滤饼。另一个适宜的工业副产物源是纸脱墨浆灰。如本领域技术人员所知，有许多不同的人造的/工业的加工副产物可用作形成本发明的吸附剂组合物的碱性粉末的钙源。许多这种已知的副产物还含有氧化铝和/或二氧化硅。所述示例性的制品和/或工业副产品的任意组合也可以用作本发明的某些实施方式的碱性粉末。

在一些实施方式中，理想的二氧化硅和/或氧化铝的处理含量高于通过加入诸如波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘和/或甜菜石灰的材料提供的含量。所以，可向需要优选的二氧化硅和氧化铝含量的这些材料中补充硅铝酸盐材料，非限制性的例子是粘土(例如，蒙脱石、高岭土等)。在一些实施方式中，补充的硅铝酸盐材料构成加入到烧煤系统中的各种吸附剂成分的至少约2％，优选至少约5wt％。一般来讲，从技术角度来看，只要维持了足够水平的钙，补充的硅铝酸盐材料的量没有上限。但是，从成本的角度看，通常希望限制更贵的硅铝酸盐材料的比例。所以，吸附剂成分优选包括约2～50％，优选2～20％，更优选约2～10wt％的诸如所述示例性粘土的硅铝酸盐材料。

在一些实施方式中，碱性粉末吸附剂组合物含有一种或多种含钙粉末，例如波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、各种矿渣和甜菜石灰，以及硅铝酸盐粘土，非限制性的例子如蒙脱石或高岭土。在一些实施方式中，吸附剂组合物可含有足量的SiO₂和Al₂O₃以与燃烧产生的硫酸钙以及汞和其他重金属形成耐高温混合物，这样硫酸钙被燃烧炉的颗粒控制系统处理，汞和重金属在酸条件下不能从灰中浸出。在一些实施方式中，所述含钙粉末吸附剂含有最少2wt％的二氧化硅和2wt％的氧化铝，优选最少5wt％二氧化硅和5wt％氧化铝。在一些实施方式中，氧化铝水平高于波特兰水泥中的氧化铝水平，也就是说，以Al₂O₃计，高于约5wt％，并且在一些实施方式中，高于约6wt％。

在一些实施方式中，碱性粉末吸附剂组合物的吸附剂成分与可选加入的卤素(如溴)化合物一起捕获灰中的氯，以及汞、铅、砷和其他重金属，使得这些重金属在酸性条件下不能浸出，并改善产生的灰的水泥质性质。所以，缓和、减少或消除了汞、诸如砷的其他重金属、硫和氯的排放，并产生了作为燃煤的副产物有价值的水泥质材料。

适宜的硅铝酸盐材料包括许多无机矿物和材料。例如，许多矿物、天然材料和合成材料含有与氧化环境有关的硅和铝，以及可选的其他阳离子，非限制性的例子如：Na、K、Be、Mg、Ca、Zr、V、Zn、Fe、Mn和/或其他阴离子，例如氢氧化物、硫酸盐、氯化物、碳酸盐，和可选的水合作用中的水。这样的天然的和合成的材料在此指硅铝酸盐材料，并且非限制性的例子为上述的粘土。

在硅铝酸盐材料中，硅倾向于以四面体形式存在，而铝则以四面体、八面体或此二者的组合的形式存在。硅铝酸盐的链或网状构造在这样的材料中通过在硅和铝的四面体或八面体之间共用1、2或3个氧原子来构建。这样的矿物质有多个名字，例如二氧化硅、氧化铝、硅铝酸盐、地聚合物、硅酸盐和铝酸盐。然而，含有铝和/或硅的化合物在氧存在下暴露于燃烧的高温下就倾向于生成二氧化硅和氧化铝。

在一些实施方式中，硅铝酸盐材料包括SiO₂·Al₂O₃的多晶型物。例如，硅铝多晶体(silliminate)含有二氧化硅四面体，以及四面体和八面体均分的氧化铝。蓝晶石基于二氧化硅四面体和氧化铝八面体。红柱石是另一种SiO₂·Al₂O₃的多晶型物。

在一些实施方式中，链状硅酸盐为本发明的组合物提供硅(如二氧化硅)和/或铝(如氧化铝)。链状硅酸盐非限制性地包括通过共用氧原子连接的SiO₄四面体的无限链构成的辉石和似辉石硅酸盐。

其他适宜的硅铝酸盐材料包括片状材料，例如，非限制性地有云母、粘土、纤蛇纹石(例如石棉)、滑石、皂石、叶蜡石和高岭石。这样的材料特征在于其具有层状结构，其中二氧化硅和氧化铝八面体和四面体共用两个氧原子。层状的硅铝酸盐包括粘土，例如绿泥石、海绿石、伊利石、坡缕石、叶蜡石、锌蒙脱石、蛭石、高岭石、钙蒙脱石、钠蒙脱石和斑脱土。其他例子包括云母和滑石。

适宜的硅铝酸盐材料还包括合成的和天然的沸石，例如(非限制性)，方沸石、方钠石、菱沸石、钠沸石、钙十字沸石和丝光沸石类。其他沸石矿物包括片沸石、锶沸石、柱沸石、辉沸石、汤河原沸石(yagawaralite)、浊沸石、镁碱沸石、方碱沸石和斜发沸石。这些沸石是矿物或者合成材料，特征是硅铝酸盐四面体构架、可离子交换“大阳离子”(例如Na、K、Ca、Ba和Sr)和自由存在的水分子。

在一些实施方式中，使用网或3D硅酸盐、铝酸盐和硅铝酸盐。网硅铝酸盐的特征在于其三维连接的SiO₄四面体、AlO₄四面体和/或AlO₆六面体的结构。含有二氧化硅和氧化铝的网硅酸盐的非限制性例子包括长石，例如钠长石、钙长石、中长石、倍长石、拉长石、微斜长石、透长石和正长石。

在一些实施方式中，吸附剂粉末组合物特征是它们含有大量的钙，优选以氧化钙计大于20wt％；而且，它们含有的二氧化硅和/或氧化铝的水平高于诸如波特兰水泥的商业产品中的水平。在一些实施方式中，吸附剂组合物包含大于5wt％的氧化铝，优选大于6wt％的氧化铝，优选大于7wt％的氧化铝，和优选大于约8wt％氧化铝。

吸附剂成分以能控制硫和/或汞通过燃烧向大气中排放的有效量的比例处理煤或其他燃料。在一些实施方式中，基于要处理的煤的重量或燃烧要消耗的煤的比率，吸附剂成分的处理量为约0.1wt％～约20wt％。当所述吸附剂成分结合到单一的组合物中时，所述成分的处理量对应于吸附剂的处理量。以这种方式，可提供单一的吸附剂组合物，并计量或测量以加入到燃煤系统中。一般来讲，理想的是使用最小量的吸附剂以免所述系统中有过量的灰而过载，然而吸附剂的量仍然足以对硫和/或汞的排放有理想的效果。所以，在一些实施方式中，吸附剂的处理量为从约1wt％～约10wt％，在一些实施方式中，为从约1或2wt％～约10wt％。对于许多煤来说，已发现可接受6wt％的粉末吸附剂添加比例。

如上所述的含有钙、二氧化硅和氧化铝的粉末吸附剂一般可有效减少从燃煤工厂排放的硫的量。在一些实施方式中，为了减少硫的排放，相对于测得的要燃烧的燃料(如煤)中的硫的摩尔量，本发明的方法可在吸附剂成分中以摩尔比为至少1:1，优选1:1以上的比例提供钙。如果想要避免过量灰的产生，吸附剂所含的钙量可限制为，如，仍相对于测得的煤中硫的量，最大摩尔比为3:1。

在一些实施方式中，用这样的吸附剂，甚至不需要加入卤素，汞的排放量就被减少、降低或消除。相信在火焰温度低至1000℉时，吸附剂可有效去除系统中的氧化的汞。然而，在一些实施方式中，包括在那些火焰温度远远高于1000℉的实施方式中，本发明的方法可包括用含有卤素化合物的吸附剂组合物处理煤。所述卤素化合物与碱性粉末一起使用倾向于减少燃烧气体中未氧化的汞的量。

含有卤素化合物的吸附剂组合物包含一种或多种含有卤素的有机或无机化合物。卤素包括氯、溴和碘。优选的卤素是溴和碘。所述卤素化合物是卤素，尤其是溴和碘的来源。对于溴来说，卤素的来源包括各种溴的无机盐，包括溴化物、溴酸盐和次溴酸盐。在一些实施方式中，由于成本或有效性，有机溴化合物不是优选的。然而，含有适当的高水平溴的有机溴源也被认为在本发明的范围内。有机溴化合物的非限制性例子包括二溴甲烷、溴乙烷、三溴甲烷和四溴化碳。非限制性的无机碘源包括次碘酸盐、碘酸盐和碘化物，优选碘化物。也可使用有机碘化合物。

当所述卤素化合物是无机取代物时，优选含溴或碘的碱土金属元素的盐。示例性碱土金属元素，包括铍、镁和钙。卤素化合物中，尤其优选的是诸如钙的碱土金属的溴化物和碘化物。溴和碘的碱金属化合物，例如碱金属溴化物和碘化物可有效减少汞的排放。但是在一些实施方式中，由于其倾向于引起锅炉管和其他钢材表面上的腐蚀，而不优选使用。在一些实施方式中，加入到燃煤系统中的吸附剂基本不含溴或者碘化合物的钠盐。

在一些实施方式中，以液体或固体组合物形式提供含有卤素的吸附剂组合物。在一些实施方式中，含卤素的组合物在燃烧前被施加到煤上、在燃烧过程中加入到炉子中和/或施加到炉子下游的烟道气中。当卤素组合物是固体时，可进一步含有如上粉末吸附剂中所述的钙、二氧化硅和氧化铝成分。可替代的是，固体卤素组合物和所述含有钙、二氧化硅和氧化铝的吸附剂组合物分别地施加到煤上和/或施加入燃烧系统中。当卤素组合物为液体组合物时，一般单独施用。

在一些实施方式中，液体汞吸附剂包括含5～60wt％的可溶性含溴或含碘的盐溶液。优选的溴盐和碘盐的非限制性例子包括溴化钙和碘化钙。在一些实施方式中，液体吸附剂含有5～60wt％的溴化钙和/或碘化钙。在一些实施方式中，为了燃烧前加到煤上的效率，优选加入的汞吸附剂含有可行的尽可能高含量的溴或碘化合物。在一些实施方式中，液体吸附剂含有50wt％或更多的卤素化合物，例如溴化钙或碘化钙。

为进一步说明本发明，本发明的一些实施方式包括在燃烧之前将液体汞吸附剂直接加到原煤或粉碎的煤上。例如，在煤进料器中将汞吸附剂加入到煤上。液体汞吸附剂的加入范围为0.01～5％。更高的处理量也是可能的，但是会浪费材料，因为不会有更多的益处。优选的处理量是基于湿态的0.025～2.5wt％。当然，通过所述液体吸附剂加入的固体溴盐或碘盐的量在吸附剂中的重量分数减少。在一些实施方式中，以固体的重量计，溴化物或碘化物的加入量可低至例如为0.01％～1wt％。当使用50wt％的溶液时，则以0.02％～2％的比率加入吸附剂以达到加入的所述低水平。例如，在一些实施方式中，假定溴化钙在吸附剂中占大约50wt％来计算，以0.02～1％，优选0.02～0.5％的比率的液体吸附剂处理煤。在一些实施方式中，含有50％溴化钙的液体吸附剂以煤的重量计，以大约1％、0.5％或0.25％的量在燃烧前加到煤上。在一些实施方式中，最初的处理以低水平开始(例如0.01％～0.1％)，然后根据对排放的监测，逐渐增加直至达到理想的(低的)汞排放水平。当卤素以固体形式加入，或以与其他成分如钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁等的多成分组合物形式加入时，使用相似的卤素处理量。

使用时，将液体吸附剂以喷雾、滴加或者投放到煤上。在一些实施方式中，在燃料/吸附剂组合物进入炉子之前，在环境条件下将吸附剂加入到煤或其他燃料上。例如，在注入炉子之前，吸附剂被加入到粉煤上。可替代的，或者说另外，液体吸附剂在燃烧过程中加入炉子中和/或加入到炉子下游的烟道气中。含卤素的汞吸附剂组合物的加入经常伴随着在一分钟内或几分钟内在烟道气中测得的汞水平的下降；在一些实施方式中，汞的降低是附加在使用基于钙、二氧化硅和氧化铝的碱性粉末得到的降低之上的。

在一些实施方式中，本发明包括在燃烧过程中将卤素成分(例如溴化钙溶液)直接加到炉子中。在一些实施方式中，本发明提供将如上所讨论的溴化钙溶液在温度范围为2700℉～1500℉，优选2200℉～1500℉的区域加到炉子下游的气流中。在各种实施方式中，溴化合物，例如溴化钙的处理量以任何比例在共燃烧加入、预燃烧加入和后燃烧加入间分配。

在一些实施方式中，在燃烧之前将各种吸附剂成分加到煤中。所述煤可以是颗粒煤，根据常规过程或者是粉碎的或研磨成粉的煤。在非限制性实施例中，所述煤被研磨成粉，以使75wt％的颗粒通过200目的筛子(200目的筛子具有75μm的孔径)。在一些实施方式中，吸附剂成分作为固体，或者作为液体和固体的组合加到煤上。一般，固体吸附剂组合物是粉末形式。在一些实施方式中，如果以液体形式加入吸附剂(通常是一种或多种溴盐或碘盐的水溶液)，当进料到燃烧器中时煤还是湿的。在一些实施方式中，在燃煤工厂，吸附剂组合物被喷洒或混合到传送带、螺旋挤出机或其他进料装置上的煤中从而连续加入煤中。此外，或者说可替代的，在燃煤工厂或在产煤厂中，将吸附剂组合物单独与煤混合。在一些实施方式中，吸附剂组合物以液体或粉末在将煤进料到燃烧器中时加到煤中。例如，在一些实施方式中，吸附剂在注入前施加到粉碎煤的粉碎机中。如果需要的话，改变所述吸附剂组合物的加入比率来达到理想的汞排放水平。在一些实施方式中，监测烟道气中汞的水平，并根据需要向上或向下调节加入的吸附剂的量，以维持理想的汞水平。

在一些实施方式中，用常规分析仪器以工业标准检测和测定方法监测工厂排放的汞和/或硫的水平。在一些实施方式中，定期手动或自动进行监测。在一个非限制性实施例中，一小时监测一次汞的排放，以保证符合政府规定。例如使用Ontario Hydro法。在这种已知方法中，在预定的时间内收集气体，例如一个小时。汞从所收集的气体中沉淀出来，单质汞和/或氧化的汞的水平用适宜方法，例如原子吸收，来定量。以多于一小时一次或少于一小时一次的频率进行监测，这取决于技术和商业可行性。可设置商用的汞连续监测仪来测量汞并以适宜的频率产生数据，例如每3～7分钟一次。在一些实施方式中，汞监测仪的输出用于控制汞吸附剂的加入比率。根据监测的结果，通过增加加入量、减少加入量或保持不变来调节汞吸附剂的加入比率。例如，如果监测表明汞水平高于预期，那么就增加吸附剂的加入比率直至汞水平回到所需水平。如果汞水平处于所需水平，那么吸附剂加入的比率保持不变。或者，可降低吸附剂的加入比率，直至监测表明应该增加加入以避免高的汞水平。以这种方式，达到汞排放的降低，并避免了吸附剂的过量使用(伴随着灰的增多)。

在对流通路中的适宜位置监测汞。在一些实施方式中，排放到大气中的汞被监测，并在颗粒控制系统的干净的一侧测量。也可以在所述颗粒控制系统上游的对流通路中监测汞。实验表明当不加入汞吸附剂时，煤中20～30％的汞被捕获到灰中，而不会排放到大气中。在一些实施方式中，如上所述的汞吸附剂的加入将汞捕获的量增加至90％或更多。排放到大气中的汞相应减少。

在一些实施方式中，吸附剂成分或吸附剂组合物大约连续地在燃烧前加入煤中、在燃烧过程中加到炉子中和/或加到如上所述的对流通路中的1500℉～2700℉区域中。在一些实施方式中，在汞监测装置和吸附剂进料设备之间提供自动反馈回路。以持续的监测放出的汞并调节吸附剂加入比例从而控制所述过程。

在一些实施方式中，用工业标准方法来检测汞和硫，例如美国测试和材料协会(ASTM)出版的方法或国际标准组织(ISO)出版的国际标准。包括分析仪器的设备优选放置在汞和硫吸附剂加入点的对流通路的下游。在一些实施方式中，汞监测仪放置在颗粒控制系统的干净的一侧。可替代的，或者说另外，在对流通路中的适宜位置对烟道气取样，而不需要安装仪器或监测装置。在各个实施方式中，测得的汞或硫的量用于提供反馈信号给泵、螺线管、喷雾器和其他装置，开动或控制这些装置来调节吸附剂组合物加入燃煤系统中的比率。可替代的，或者说另外，可以由一个操作员根据观察到的汞和/或硫的水平来调节吸附剂加入的比率。

在一些实施方式中，本发明的方法包括评估各种建议的控制系统的价值的商业分析，包括使用吸附剂来控制燃煤工厂中的排放物。后面的评估和业务决策都是基于分析的结果。

在一些实施方式中，商业分析可包括由五个步骤组成的评估过程：(1)获取给定设备的设备参数和规章选项；(2)草拟控制系统计划；(3)依大小排列所述控制系统组件；(4)评估这些单独的组件的成本；和(5)评估整个系统的成本(本金和年度投入)。

通常规章选项由其他人指定(一般是规章权力机构)，并且经常是技术驱动的，通常限定达到预定的排放限度所允许的方式。这些选项从“没有控制”到需要系统达到技术可以达到的最大值。允许的选项取决于，首先，排放源是否是点源，例如一堆或其他可以确认的污染源。一般堆通过“附加”装置控制。或许成本评价最主观的部分发生在控制系统要安装在已存在的设备上时。除非最初设计者已经预见要在各组件间包括容纳新装置的额外的占地面积和空间，否则翻新的污染控制装置的安装会强加额外的费用以将所述装置“塞”到正确的位置。

在一些实施方式中，总资本投资(TCI)包括购买控制系统所需的设备的所有成本(购买设备成本)、安装设备的劳动力和材料的成本(直接安装成本)、场地准备和建设成本和某些其他成本(间接安装成本)。在一些实施方式中，TCI还包括土地成本、流动资金和厂外设施成本。

在一些实施方式中，直接安装成本包括地基和支撑(foundations andsupports)、设备安装和操作、电力工作、管道敷设、绝缘和上漆的成本。间接安装成本包括：如工程费、建筑和场地费用(即，建筑管理人员、办公室人员、临时办公室租金等)的成本；承包人酬金(给工程中涉及的建筑和工程公司)；启动和测试费(以使所述控制系统运行，并检验是否符合性能保证)；或有费用。或有费用是涵盖可能发生的不可预料的成本的总称，例如可能的装置的重新设计和修改、装置成本的调整增加、场地劳工费用的增加和启动中遇到的延误。或有费用不同于不确定和改进翻新因素的费用。

在一个非限制性实施例中，总资本投资的各元素列于图1中。注意装置购买成本、直接和间接成本、场地准备和建造费用的总和包括“界区(batterylimits)”成本。这主要用于安装在已有工厂中的控制系统，虽然其也可以安装在不需要特殊的设备支持该控制系统(即厂外设备)的新工厂中。厂外的设备包括生产蒸汽、电和处理水的单元、实验室大楼；以及铁路专线(railroad spurs)、公路和其他运输基础设施项目。污染控制系统一般不具有专门的厂外资金单元，因为很少有污染控制装置以那样的水平消耗能量。但是，它可能是必需的——特别是控制系统安装在新工厂中的情况下——用于要建设到发电厂的场地中以服务于该系统的额外容量。但是注意，装置的所述资本成本不包括公用工程费用，即使所述装置需要厂外设备。公用工程费用作为运转成本以一定比率计入所述项目中，其涵盖了所述公用工程的投资和运转和维持费用。下面更详细地讨论运转成本。

如图1所示，污染控制设备的安装也需要土地，但是由于大部分附加控制系统占用很小的空间(四分之一英亩或更小)，所以这项花费相对较小。某些控制系统，例如那些用于烟道气脱硫(FGD)或选择性催化还原(SCR)的控制系统，需要大量的土地用于设备、化学品存放和废物处置。在这些情况中，特别是当进行改型翻新安装时，空间约束条件能显著影响安装成本，而额外土地的购买可以是开发项目资本成本中的显著因素。但是，土地的交易与其他资本投资不同，因为随着时间推移土地可以保值。污染控制装置的位置所需的新的土地购买价格可加到TCI中，但是其一定不会贬值，因为土地会永远保值。而如果公司计划在某个未来的时间拆除该装置，那么该土地应该或者从所述分析中排除，或者该土地价值应该作为“收入”包括在该项目的清算点(disposal point)内，而将其从现金流分析中扣除出来。

所述控制的常规运行直到所述系统已经被检测、平衡并调节到在其设计参数范围内进行工作后才开始。至此，消耗的所有设备、消耗的所有劳动力和进行的所有维持和维修都是该项目的建设阶段的一部分，包括在TCI中的间接安装成本的“启动”部分中。

在一些实施方式中，总年度成本(TAC)具有三个部分：直接成本(DC)、间接成本(IC)和回收税收抵免(recovery credits，RC)，用下列等式表示其关系：

TAC＝DC+IC-RC

很明显，这些成本以一年为基础，由于该过程允许生产(和排放物的产生)的季节性变化，且可直接用于财务分析中。在一个非限制性实施例中，各种年度成本和它们的关系列于图2中。在一些实施方式中，直接成本是那些倾向于是某些生产力——一般是公司的生产性输出的测量直接成比例(可变成本)或部分成比例(半可变成本)的成本，但是，在一些实施方式中，适当的度量可以是所述控制系统每单位时间内产生的废气的量。最后，直接和间接年度费用可以被回收税收抵免所抵消，回收税收抵免认为是从所述控制系统所回收的可以出售、再循环到所述过程中，或在别的地方再利用的材料或能量。这种税收抵免的例子是用FGD控制硫的副产物。因为石灰或石灰石试剂与废气流中的硫反应，变成CaSO₄，例如，石膏，其可以被廉价地填埋(直接成本)，或收集并卖到墙板制造厂家(回收税收抵免)。这些税收抵免可以计算为任何相关加工、储存、运输和使回收材料或能量能再利用或能再出售的任何其他成本的净值。在赋予回收税收抵免价值过程中，应该非常注意并进行判断，因为回收的材料可能是小量的或可能不纯，导致其价值小于纯的材料。向直接年度成本一样，回收税收抵免也是可变的，因为它们的值直接与生产水平成比例。

在一些实施方式中，当存在备选投资机会，或多于一个污染控制设备可以使用时，最适合的备选方案的选择取决于备选方案对工厂收益率的影响。结果，财务分析员设立了一套工具，以洞察投资相关的财务后果。由于没有一种工具在所有的情况下都起作用，使用这些工具中的几个可提供给财务经理足够的洞察力来进行有意义的决策。大多数分析员都使用多于一种工具来进行财务决策。

需要的最基本的分析是现金流的分析，其使与投资备选方案相关的预期收入流入和费用流出形式化。污染控制装置通常不产生收入，但是环境成本会计人员还是通过现金流分析作为应用其他工具的前驱来开始他们对污染控制备选方案的评价。下面讨论现金流分析和怎么将其用于污染控制设备。分析人士的工具库中最重要的工具可能是净现值(NPV)，因为它是各种相关分析的基础，包括效益/成本分析。收入和开支发生在一个投资的整个期间(它的规划周期)内，其量和时限构成该项目的现金流。污染控制系统的成本总是包括开支但是不一定有收入。对于一个要产生收入的控制系统来说，其必然降低生产成本(通过较少投入或通过产品的再形成)，或者必然捕获或回收具有可再循环性能的污染物，例如可出售的燃料灰。

回报

很可能最简单的财务分析形式是回报周期分析，其简单计算投资的资本成本并将该值与投资会产生的年度净收入比较。如果年度净收入每年都相同，那么总资本投资可除以所述收入来计算回报周期。如果年度净收入不同，那么需要将所述值连续累计直至收入超过总资本投资。回报的决策规则是选择具有最短回报时间的投资。

对于大多数污染控制设备，不大可能进行回报分析，因为所述设备不产生收入。但是，对于少量设备，其可生产能产生收入流的可出售的产品。在这些情况下，回报可以是有限的工具，并仅提供关于相对收益率的粗略评估，原因如下。首先，回报忽略了超出回报周期的规划远景内所有年份现金流的量和方向。一个五年内收回成本且收回之后的所有年内都产生收入的项目，与一个在同样时间内回报但是在随后的所有年份都招致重大损失的项目相比，具有相等的回报价值。其次，回报没有考虑货币的时间价值。

净现值

在一些实施方式中，为了评价备选的污染控制设备，分析人员必需能够以有意义的方式将它们进行比较。由于不同的控制设备具有不同的预期的使用寿命，并且会得到不同的现金流，因此，比较备选设备的第一步是用货币的时间价值原理将它们的收益标准化。通过该方法将未来现金流转为现值美元，该方法被称为现值分析。当现金流涉及收入和花费时，一般也称为净现值分析。在任一个例子中，计算都是一样的：将未来货币的价值调整为基于相同基础(一般为项目的第零年)的值，使用合适的利息(贴现)率，然后将它们加起来。NPV分析的决策规则是具有负NPV的项目不应进行；对于具有正NPV的项目，净现值越大，该项目就越有吸引力。

确定NPV的步骤为本领域所周知，可包括下列步骤：

·鉴定备选方案

·确定各个备选方案整个期间的成本和现金流

·确定合适的利率(贴现率)

·对于各个备选方案：计算设备的整个寿命中每一年的贴现因子

·对每一年的现金流，合计所有的收入和花费来确定对那一年的名目条款的净现金流

·将各年的净现金流乘以合适的贴现因子

·合计贴现的净现金流得出净现值

·比较各个备选方案的净现值

·在所述决策中，与其他备选方案相比，净现值越高，说明投资机会越好。

投资收益

许多公司基于建议的并购(capital purchase)的投资收益(ROI)进行投资决策，而不是根据其净现值的量。然而，对于大部分污染控制投资来说，ROI分析可能不能提供很多有用的信息，因为，和回报率分析一样，其必需有正向现金流才能适当地起作用。通过用年度净收入除以投资的资本成本计算，得到每年收益的投资的百分比。应该用于ROI分析的决策规则是，如果得到的百分比至少与一些已制定的收益率的最小值一样大，那么该投资是值得的。但是，不同的行业需要不同的投资收益率，甚至在一个行业内，也可发现许多不同的收益率。分析员应咨询他们公司的财务主管或行业协会，以确定应使用哪个百分比。

内部收益率

内部收益率(IRR)是净现值分析的一个特别情形，用来区分“好”投资机会和“坏”投资机会。实际上，许多贸易组织为它们的特定行业出版了标准IRR率。应拒绝具有小于行业标准的IRR的计划，因为不能提供足够的收入而不值实施；具有高于所述行业标准的IRR的计划应被认为是良好的投资机会。NPV分析实际上是一系列现值，每一个与不同的利率相关。对于选出的每一个利率，同样投资的NPV会不同，从利率非常低的负NPV上升到较高利率的正NPV。对于每个要分析的投资，导致刚好为零的NPV的利率是本投资的IRR。但是，IRR的应用取决于具有正的现金流，这可能限制其在分析污染控制备选方案的应用。当具有正向现金流时，IRR可提供有用的信息。

成本效益比

投资的效益-成本比定义为贴现效益与贴现费用的比例，每个都以相同的恒定美元牌价来估价，一般是第零年的美元牌价。考虑所述比例中的分子表示的效益，根据效益-成本比接受一个计划的标准是所述效益-成本比是否大于或等于1(即，效益大于成本)。但是，跟回报率分析和依赖收入的财务工具一样，当用于污染控制设备和从严格的财务观点评价时，效益成本比可是能力有限的。

会计成本和效益

会计成本是那些包括在财务报表、分类帐目或其他会计记录中的费用。它们“解释”资金在一个实体和另一个实体间资金的转移。但是，经济成本使更宽泛的成本分类。当包括会计成本时，评估污染控制设备时的其他典型的经济成本可包括外部成本，例如由其他导致而不是该公司的会计制度的一部分的费用。例如，锅炉可产生未燃烧的或部分燃烧的燃料的大颗粒，例如，粉煤灰。当锅炉的拥有者以较高燃料成本支付燃料的费用时，会计成本不包括从工厂的逆风方向的建筑物和房子上清洁煤烟的费用。该工厂主还不必支付因为所述粉煤灰而遭受呼吸问题的人们的哮喘病药费，也不用为他们由于哮喘症侵袭而带来的不适作出赔偿。这些经济成本中的第一个相当直接，经济学文献中有许多如何估计的例子。第二个是健康问题，也可以估计，虽然只有在经过大量研究和分析后才能得出。第三个费用，不适的赔偿，是精神成本而难以定量。但是，这些和许多其他成本应该在评估污染控制备选方案时通过分析考虑在内。

与经济成本和会计成本类似，会计效益(收入，避免的生产成本)是经济效益的子集。污染控制设备减少了污染，它们的安装减少了这些经济成本的发生，所以该分析可包括在所述设备的效益中的避免的污染所引起的经济成本。换句话说，没有粉煤灰，建筑物不需要支付清洁费用——所避免的费用被认为是所述设备的效益。同样，没有哮喘症侵袭也被当作所述设备的效益。当进行污染控制备选方案的评估时，例如在其进入大气之前捕获粉煤灰的袋滤捕尘室，所述分析还要看避免这些经济成本的效益。

当进行污染控制备选方案的经济评估时，所述分析可将经济成本和效益应用到回报、净现值分析(用于效益成本分析或通过ROI或IRR与社会贴现率比较)中。

除了如上讨论的方法和模型，本领域技术人员还可利用下列出版物：Whet et al.1995“Environmental Cost Accounting for Capital Budgeting”USEPA OMB#2070 0138；和Office of Air Quality and Planning，2002，“EPA airpollution control cost manual”第六版，US EPA EPA/452/B-02-001，其公开在此通过引用而合并。

有利的是，采用本发明所述的方法运转燃煤工厂相关的成本比替代方案，如安装化学净气机、袋滤捕尘室和其他控制设备的成本低。这种低成本一般在诸如回报、NPV、IRR、ROI和其他如上所讨论的分析上具有有利效果。重要的是，由于避免的成本和增加的收入流，本发明的方法还具有显著的成本优势。不管是以应记费用法还是以现金收付制进行计算，都得到财务效益。

使用本发明所避免的成本包括但不限于：

·安装去除汞的化学净气机的资金和其他费用。在采用的第一年，现金支出是100％的购买价格，或者如果有应付票据的话就会较少。在未来几年里，票据产生利息，而所述财产上发生固定资产折旧，以根据一般接受的会计原理计算税收或其他目的的底线。根据发电厂的规模，净气机的成本可以达到数亿美元。净气机的运行涉及维持、劳务和材料费。账单里还必需算上故障时间和把所述净气机再联机的费用。同时，一般还有净气机产生的含汞材料的处置相关的费用。在一些实施方式中，这些资本成本的避免是使用在此所述的方法的主要的益处。

·用来支付所述设备的任何票据的债务成本。

·处置作为有害废弃物的废灰的成本。一些纠正汞的常规备选方法导致汞在粉煤灰或炉底灰中的捕获，正如本方法所述。然而，在常规方法中，汞以非螯合的方式被捕获在粉煤灰中。例如，汞(和其他重金属)在例如美国环境保护局定义的TCLP过程中的酸条件下倾向于从这样的灰中浸出。由于其高汞含量和浸出特性，所述灰被认为是有害废物。所以不能用于市场中，而必需作为有害废物管理和处置；

·不符合规定的成本。根据管辖地区，要求工厂经营者为排放诸如汞和硫的污染物超出规定限度的部分付以罚金和/或其他费用；

·污染信誉的成本。在特定情况下，如果公益事业经营者购买所谓的排放信誉，就允许他们免除由于诸如硫或汞的有害物质的超量排放而产生的罚金和违法责任。这些可在公开市场上得到，因此其价格是浮动的；

·区域居民中的疾病的花费。污染当地和区域环境和全球环境的公益事业经营者遭到社会中组织机构的任何成员和个人的反对。与所述反对相关的费用有时候是无形的，但是会反映在来自的当地政府、团体、税收机关、管理机构等所采取的不合作或无益的立场导致的增加的贸易成本上。

此外，采用本发明的方法得到增加各种收入流的益处：

·所述废灰可以卖到市场中，而不是作为有害废物填埋掉。产生的收入抵消了采用所述控制方法的至少部分成本；

·可以利用减少污染的税收鼓励。例如，美国税法的第45款提供了在某些条件下使用改性煤的税额减免。所述改性煤必需在价值上增加了至少50％；初始化学性质必需改变了至少20％，并且所述改性煤必需减少至少20％分NO_x以及汞或硫的排放。利用本方法，通过避免的成本和实现的收入达到财务利润。当基于为实现获利而消耗掉的煤的量计算该获利时，在一些实施方式中，煤升高的价值超过50％。初始化学性质的改变超过20％。硫和汞的减少超过20％，而在一些实施方式中还发现了NO_x的减少。所以在一些实施方式中，工厂经营者有资格利用第45款的税额减免，并将所述税额减免用于其所得税申报表中。

此外，所述吸附剂的使用使消耗单位煤所输出的电量增加，这又导致使用所述吸附剂获得的收入增加。在一些实施方式中，实施所述方法时锅炉管中的水温升高。相信，所述吸附剂的成分在锅炉壁上形成了耐高温性的组合物。结果，锅炉壁更好地反射了燃烧产生的热并将热聚焦到锅炉管上，而得到更高的水温。所以，烧等量的煤提高了锅炉的电输出，或者燃烧更少的煤就能维持相同水平的输出。所述净财务所得归功于在此所述的方法的使用，特别归功于所述吸附剂的使用。

在一些实施方式中，运行中的改善还表现在燃烧过程中发生的特别是在锅炉管上的积垢和/或成渣的减少。积垢包括所述管上的结合沉积物的形成，而成渣一般发生在这些沉积物溶解时。所述吸附剂的使用倾向于防止或减少积垢和/或成渣，和/或补救或消除已在不使用吸附剂的条件下运行的锅炉中的积垢和成渣。在各种实施方式中，当煤与吸附剂一起燃烧时，甚至从锅炉管上清除了一英尺厚的炉渣沉淀，所述吸附剂去除汞、并使灰中的汞为非浸出的，并具有更好的水泥质特性。炉渣沉积的清除使向锅炉管的热传递更好，并伴随着更高的锅炉温度。较高的锅炉温度使电输出增加，因为单位时间内产生了更多的蒸汽来旋转涡轮机。或者，可减少进料的煤量，直至水温维持在相同的温度。不管那种方式，单位煤产生的电量都升高。通过使用所述吸附剂产生的额外的电的价值还造成了采用所述控制系统的财务上的利益。虽然本发明不被理论所限制，但是相信上述吸附剂组合物向燃煤过程提供了附加的或补充的二氧化硅和氧化铝来源。伴随着加入的二氧化硅和氧化铝的煤的燃烧形成了地聚合物基质，如已知的冷陶瓷(cold ceramics)。虽然煤天然含有小量的二氧化硅和/或氧化铝，但是相信煤中天然产生的物质的量一般不足以在燃烧时提供所述地聚合物基质。并且，煤中天然含有的二氧化硅和氧化铝不一定与天然含有的钙平衡，以提供最适宜的燃烧时的硫和/或汞的捕获，和/或水泥质灰产物。

在一些实施方式中，本发明提供了改进诸如汞的重金属从煤中浸出特性的方法。所述方法包括，将足够的二氧化硅和/或氧化铝加到煤中，以在燃烧时形成地聚合物。优选，二氧化硅和氧化铝与足量的碱性粉末一起加入以减少硫点蚀。所述碱性粉末倾向于中和二氧化硅和氧化铝，结合二氧化硅和/或氧化铝一起形成地聚合物灰，以形成陶瓷样基质，作为稳定的灰。还可以是与煤一起烧的氧化铝和二氧化硅与汞、铅、砷、镉、锑、钴、铜、锰、锌和/或其他重金属形成耐高温的混合物。结果，得到的含有重金属的煤灰或粉煤灰在标准状况下能耐浸出。如上所述，所述煤灰的非浸出性质导致商业优势，因为该产品不会再被认为是有害物质。

虽然上述对本发明的讨论使用燃煤电厂作为例子，但是本领域技术人员应理解本发明可用于任何燃煤工厂，包括水泥生产厂、造纸厂、蒸汽厂、住宅或商用热能等。全世界煤的主要应用是发电，所以，本发明可用于发电的燃煤工厂。本领域技术人员应理解对所述商业分析的微小变化或改变可能是必需的，这取决于要分析的是什么类型的燃煤工厂。

在2005年3月15日，EPA对燃煤电厂提出了最终的洁净空气汞章程(Clean Air Mercury Rule，CAMR)。该章程有两个基本原则。第一个是性能标准，限制在2004年1月30日之后建立的燃煤电厂的汞的排放。第二个针对不论什么时候建立的燃煤电厂，并且是基于市场的“总量管制与排放交易(cap and trade)”程序，允许公司进行汞排放的交易。该程序建立了对汞排放的两个阶段的“总量管制”，或国家限制。CAMR根据洁净空气条例(Clean Air Act，CAA)的第111款利用基于市场的总量管制与排放交易法，要求两个阶段的排放的减少：2010年38吨的上限，2018年之后15吨的上限，总减少量为现有水平的70％。工厂通过持有在任何给定年份对排放的每盎司汞的“许可”来证明符合该标准。在最终的规程中，EPA声明燃油工厂镍排放的规章是不“合适和必需的”。排放交易是对排放建立一个总量的体系，并容许排放源(如电厂)灵活选择对他们的情况最有作用的减排计划。所述交易允许能够过度控制其排放的排放源将超额的减排信誉卖给另一个控制排放将过于昂贵或技术上难以安装设备的排放源。

熟悉本领域的人会了解目前已经证明二氧化硫(SO₂)和氧化氮(NO_x)的排放交易市场目前比较成功。例如，1990洁净空气修正案制定的美国酸雨计划规定，允许SO₂排放源决定使用何种排放减少方案，例如换燃料、控制技术或排放物交易，对于各个工厂是最经济的。这种灵活性可以更低的成本得到更大的环境益处。新展开的NO_x市场也降低了其排放，虽然价格还是较为不稳定。

总量管制与排放交易计划在控制排放方面能提供若干好处。交易方案一般提供比常规指令加控制的方法更具灵活性的调节单元来满足整体的排放减少，因为一个单元可以使用它寻求的为满足排放限制最适合并且最节省成本的任一种控制方法。这种灵活性减少了市场中的整个控制成本。并且，总量管制与排放交易计划可通过建立不能超过的固定的国家排放总量来提供更大的环境确定性。然而，总量管制与排放交易方案的环境效益取决于所述上限的适当性。

根据EPA提出的汞排放交易方案，对于不能通过控制来成本有效地减少排放的单位，可以从减排量能超过其确定的容许限额，并且愿意出售其超额的容许额度的单位购买容许额度。要求每个单位对其排放的每盎司汞拥有一个排放容许额度。允许单位在国家排放市场中的其他单位中购买和出售信誉。EPA建议的总量管制与排放交易方案可选择地建议，为2010年制定的临时汞排放总量可基于单独达到的汞减少量作为根据已提出的洁净空气州际章程(Clean Air Interstate Rule，CAIR)实施SO₂和NO_x控制的共同益处。

在一些实施方式中，本发明提供了如上所述的降低燃煤工厂的汞排放的方法。在一些实施方式中，本发明提供满足由政府机关或制定规章的人决定的汞排放限度的方法。在一些实施方式中，提供通过至少使用上述吸附剂来产生可交易的排放信誉的方法。在一些实施方式中，所述排放交易信誉可出现在财务报表上，这样的财务报表如上所述。在一些实施方式中，排放信誉可用作资产或为有利润的经营者提供利润。

实施例

实施例1

在正压通风切向燃烧锅炉中燃烧煤来发电，以供用户使用。煤粉(75％通过200目筛)进料到锅炉中。在将煤粉加入到锅炉之前，以要燃烧消耗的煤的6wt％的比率将粉末吸附剂加到煤上。所述粉末吸附剂含有93wt％的水泥窑粉尘和石灰窑粉尘的50/50混合物，和7wt％的钙蒙脱石。同时，50wt％的溴化钙水溶液以要燃烧消耗的煤的0.1～2wt％的比率滴到煤上。加入吸附剂之前收集粉煤灰样本，加入所述粉末和液体吸附剂之后再收集粉煤灰样本。用标准方法测定氯和重金属含量。结果列于表1。

表1  有和没有吸附剂的粉煤灰组份

 

元素	检测—加入吸附剂之后(ppm(除氯外))	基线—加入吸附剂之前(ppm(除氯外))
			砷	59.3	26.5
钡	1.3	1.4
			镉	2.3	1.1
钴	44.8	38.5
			铬	52.0	34.3
铜	61.0	48.8
			锰	455.7	395.5
钼	26.0	31.5
			镍	208.5	325.5
铅	45.8	31.3
			锑	23.0	7.3
钒	473.0	874.5
			锌	3954.0	974.7
汞	0.246	0.128
			氯	0.940％	0.56％

实施例2

下面根据如上所述的EPA的TCLP程序检测所述灰样本，以测定关键元素的酸浸出阈值。结果见表2。

表2.粉煤灰TCLP检测结果

 

元素	EPA阈值(ppm)	基线—加入吸附剂之前(ppm)	检测—加入吸附剂(ppm)
				砷	5.00	<0.04	<0.04
钡	100.00	0.814	0.313
				镉	1.00	<0.04	<0.04
铬	5.00	0.030	<0.007
				铅	5.00	0.513	0.096
汞	0.20	0.095	0.078
				硒	1.00	<0.07	<0.07
银	5.00	3.835	3.291

在这些非限制性实施例中可见所述吸附剂的使用提高了粉煤灰可见的几种重金属的水平。例如，砷、镉、铬、铅、汞和氯在检测灰中的含量高于基线。相信这表明这些示例性元素被更多地捕获于所述灰中。检测的灰中锌水平的升高的原因不清楚。但是，可能是由于使用本发明的吸附剂观察到的锅炉管大量排渣的事实。锌水平的升高可能是由于在带有吸附剂燃烧时从锅炉管上清除的物质而造成。

表2表明，虽然所述粉煤灰中诸如砷、铅和汞的元素的绝对水平较高，但是在检测的粉煤灰中可浸出的砷、铅和汞量实际上低于基线。

本申请中引用的所有的文献和类似材料，包括但不限于专利、专利申请、文章、书、论文和互联网网页，无论这样的文献和类似材料的形式如何，在此都通过参考而完整合并。如果所述合并的文献和类似材料中的一个或多个与本申请不同或与本申请矛盾，包括但不限于定义的术语、术语的使用、说明的技术等，以本申请中所述的为准。

此处所述的实施方式和实施例为示例性的，而是为了限制性地描述本发明的组合物和方法的整个范围。可在本发明的范围内进行这些实施方式、材料、组合物和方法的等同改变、修改和变更，而得到基本相似的结果。

Claims (33)

1.一种增加燃煤工厂中燃烧价值的方法，所述方法包括:

在至少一种吸附剂存在下燃烧含汞的煤以产生热能、灰和烟道气，所述灰含有原始存在于所述煤中的至少90wt％的汞，所述灰含有酸可浸出的汞的量低于在所述至少一种吸附剂不存在下燃烧煤产生的灰中酸可浸出的汞的量；

检测所述烟道气中的所述汞，调节所述至少一种吸附剂的存在以达到理想的汞排放，以符合环境规定；和

通过避免对所产生的粉煤灰的处置费用实现金钱节省。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在一个或多个财务报表上反映所述金钱节省。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述财务报表为纳税申报单、资产负债表、现金流量分析、股本报表和收益表中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括计算每单位燃烧的煤的净节省。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括用所述每单位燃烧的煤的净节省抵消所述煤和所述至少一种吸附剂中的至少一个的费用。

6.根据权利要求1所述的方法，其中由于所述至少一种吸附剂存在而获得的金钱节省将燃烧所述煤的价值提高了至少50％。

7.根据权利要求1所述的方法，其中由于所述至少一种吸附剂存在而获得的金钱节省大于所述至少一种吸附剂的存在的费用。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种吸附剂包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃煤工厂为电业工厂。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃煤工厂为水泥厂。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括产生汞排放的商业信誉。

12.一种运行燃煤工厂的方法，包括:

在吸附剂组合物存在下在炉中燃烧煤；和

通过燃烧煤产生能量；

其中所述吸附剂组合物以如下方式中的至少一种方式使用:在所述燃烧之前加到所述煤上，在燃烧中施加到炉中和施加到所述炉下游的烟道气中，

其中，与在没有所述吸附剂组合物的情况下燃烧煤相比，所述吸附剂组合物的存在减少了汞和硫中至少一种的排放，并且

其中，与在没有所述吸附剂组合物的情况下燃烧煤产生的煤灰相比，所述吸附剂组合物的存在产生的煤灰更具水泥质特性。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括出售所述能量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述能量为电。

15.根据权利要求12所述的方法，其中与在没有所述吸附剂组合物的情况下燃烧煤相比，在所述吸附剂组合物存在下燃烧煤提高了每单位煤燃烧产生的电量。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述吸附剂组合物包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O中的至少一种。

17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在水泥生产中使用所述能量。

18.一种进行业务决策以在符合有关汞排放的环境规定的各种方式中进行选择的方法，所述方法包括:

提供第一系统，其需要使用至少一种加到煤上或在燃烧中加到燃煤装置中的吸附剂，其中所述至少一种吸附剂的使用减少了汞和硫中的至少一种的排放，并且产生汞含量增加的灰，所述灰具有环境可接受的酸可浸出的汞的量；

提供第二系统，其包括在至少一种设备上进行资本投资以从所述燃煤工厂的排放中去除汞；

进行如下操作中的至少一种:计算所述第一系统和第二系统的投资收益，准备资产负债表来比较所述第一系统和第二系统，和准备比较所述第一系统和第二系统的收益表；和

根据所计算的投资收益、资产负债表和收益表中的至少一个在执行所述第一系统和执行所述第二系统之间进行业务决策。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一种吸附剂包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O中的至少一种。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述燃煤工厂是电业工厂。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述燃煤工厂是水泥厂。

22.根据权利要求18所述的方法，进一步包括满足对于所述汞排放和硫排放中的至少一个的规定的要求。

23.一种运行煤工厂以产生能量和废灰的方法，所述方法包括:

在吸附剂组合物存在下燃烧煤以生产废灰，所述废灰与没有所述吸附剂组合物存在时燃烧煤产生的废灰相比，其具有降低的酸可浸出的汞的量；和

回收所述降低了汞排放的废灰并将其与水泥质粉末混合以制备水泥产品:

其中所述具有降低的酸可浸出的汞的量的废灰与在没有吸附剂组合物存在下燃烧煤产生的废灰相比，具有降低的汞浸出。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括向商业市场中出售所述水泥产品。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述水泥质粉末为波特兰水泥、火山灰材料、矿渣和水泥窑粉尘中的至少一种。

26.根据权利要求23所述的方法，进一步包括产生汞排放的商业信誉。

27.根据权利要求23所述的方法，其中所述吸附剂组合物包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O中的至少一种。

28.一种运行燃煤工厂以产生热能和废灰的方法，所述方法包括:

在至少一种吸附剂存在下燃烧煤，与在没有所述至少一种吸附剂存在下燃烧煤相比，提高了粉煤灰中的重金属含量，且降低了所述粉煤灰中酸可浸出的重金属的量；和

将所述粉煤灰作为工业原料出售。

29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括发电。

30.根据权利要求29所述的方法，进一步包括出售所述电。

31.根据权利要求29所述的方法，进一步包括在生产水泥中使用所述能量。

32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括出售所述水泥。

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种吸附剂包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O和K₂O中的至少一种。

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