CN101374587A - 燃烧中向燃烧炉供给吸附剂的设备 - Google Patents

Abstract

发电装置可包括燃烧炉、煤供应设备和吸附剂供应设备。所述燃烧炉可具有至少一个具有多个喷射器分布的面。所述煤供应设备可以与燃烧炉连通。喷射器可以与吸附剂源连通，并将其喷射剂提供给燃烧炉。所述吸附剂可以包括具有至少一种钙化合物、硅石和氧化铝的碱性粉末。

Description

燃烧中向燃烧炉供给吸附剂的设备

技术领域

本公开涉及发电装置，尤其是涉及具有吸附剂喷射系统的发电装置。

背景技术

存在于世界各地的相当大量的煤资源能够满足将来的两个世纪里世界的大部分能源需要。高硫煤很丰富，但需要补救措施以阻止燃烧中过量的硫被释放到大气中。在美国，低硫煤以低BTU值煤的形式存在于怀俄明州和蒙大纳州的保德河流域，以褐煤矿床的形式储藏于南、北达科他州的北部中心地区和德克萨斯州。但是即使当煤含有少量的硫时，它们还可能含有不容忽略的单质汞、氧化汞和/或其它重金属。

例如，在煤燃烧时汞至少部分挥发。当在煤燃烧过程中存在汞时，汞倾向于不留在灰中，而是成为烟道气组分。如果不采取补救，汞将会从煤燃烧设备中排放到周围空气中，会导致环境污染。

如今，某些汞通过多种设施捕获，例如湿式洗涤器、SCR控制和活性碳系统。虽然湿式洗涤器和SCR控制系统可以从煤燃烧的烟道气中去掉某些汞，但活性碳系统伴随着较高的处理和资本费用。而且，活性碳系统的使用导致诸如利用袋滤捕尘室和静电沉降器的废气处理中所收集的烟道灰的碳污染。

发明内容

发电装置包括燃烧炉、与燃烧炉连通的煤供应设备、以及吸附剂供应设备。所述燃烧炉具有至少一个具有多个喷射器分布的面。喷射器与吸附剂供应连通，并将其喷射提供至燃烧炉中。所述吸附剂可以包括具有至少一种钙化合物并进一步包含硅石和氧化铝的碱性粉末。

根据在此所提供的说明，进一步的应用范围是显而易见的。应该理解的是，本说明书以及特定实施方式仅仅是用于示例目的，而不是为了限定权力要求的范围。

附图说明

在此所述的附图仅仅是用于示例说明的目的，而不是以任何方式限定本公开的范围。

图1是依据本公开的教导的发电装置的示意图；

图2是第一燃烧炉的侧视示意图；

图3是图2中燃烧炉的透视示意图；

图4是图2中燃烧炉的俯视示意图；

图5是喷枪的剖面图；

图6是吸附剂储存室填充系统的示意图；以及

图7是第二燃烧炉的示意图。

具体实施方式

以下仅仅是本质上的示例性说明，而不是要限定本公开、应用或用途。

第一实施例中，发电装置可以包括燃烧炉、煤供应设备和吸附剂源。所述煤供应设备与燃烧炉连通。吸附剂源可以与煤供应设备和燃烧炉之一或二者连通，并包括具有至少一种钙化合物、硅石和氧化铝的碱性粉末。

所述发电装置还可以包括至少一个与吸附剂源连通并且可选择性地将吸附剂喷射到煤供应的喷射器。所述喷射器可以设置在燃烧炉的上游处，或者也可以设置在燃烧炉内。

燃烧炉还可以包括伸入燃烧炉内一段距离的喷枪。所述喷枪可以与吸附剂源连通，并提供吸附剂进入燃烧炉的通道。所述喷枪进入燃烧炉的长度可以大于或者等于两英尺。所述喷枪可以进一步包括穿孔。在燃烧炉的操作期间，燃烧炉内喷射吸附剂的位置可以经历高于或者等于2000℉的温度。而且，该位置也可处于高于或者等于2300℉的温度下。

在第二实施例中，发电装置可包括吸附剂源、燃烧炉、煤供应设备和确切的六个喷射器。所述煤供应设备与所述燃烧炉连通。所述喷射器可与吸附剂源连通，并可选择性地将吸附剂应用于燃烧炉内的煤。

在第三实施例中，发电装置可包括燃烧炉、煤供应设备和多个喷射器。所述燃烧炉可以具有至少一个面，并可以与所述煤供应设备连通。喷射器可以穿过燃烧炉的所述面分布，且可配置用于在燃烧炉内分散吸附剂。所述喷射器可包括伸入燃烧炉内一段距离的喷枪。所述喷枪可以伸入大于或者等于两英尺的距离。喷枪可以进一步包括穿孔。所述喷射器被配置在运行期间温度高于或者等于2000℉的燃烧炉内部位置将吸附剂输送至燃烧炉内。进一步地，所述位置也可以在温度高于或者等于2300℉处。

在第四实施例中，发电装置可包括吸附剂源、燃烧炉、煤供应设备、多个喷射器和控制系统。煤供应设备可与燃烧炉连通，喷射器可与吸附剂源连通。所述控制系统可以控制所述喷射器向所述煤和燃烧炉之一的吸附剂施用或者向这二者上的施用。所述控制系统可被设置成独立控制每一个喷射器，也可以进一步被设置成基于至少一个输入参数来控制吸附剂的施用。

在第五实施例中，运行发电装置的方法可包括向燃烧炉进料煤供应并在燃烧炉内使煤燃烧。该方法可以进一步包括在燃烧时通过多个喷射器向燃烧炉供应包括碱性粉末的吸附剂。该碱性粉末可含有至少一种钙化合物、硅石和氧化铝。吸附剂的供应可以包括基于一系列预定参数的喷射器的独立运行。所述供应可包括在燃烧炉内将吸附剂供给煤，或者在燃烧炉的上游处将吸附剂供给煤然后将煤进料至燃烧炉中。所述供应可进一步包括将吸附剂喷射给燃烧炉内部位置，该位置在运行时的温度高于或者等于2000℉。进一步地，此温度可以高于或者等于2300℉。

在此所述的教导可与使用如下方法和组合物进行的煤处理一起使用，所述方法和组合物记载于2006年1月18日提出的、同时待审的美国临时申请NO.60/759,994；在2006年3月16日提出的美国专利申请NO.11/377,528；在2005年3月21日提出的PCT申请NO.PCT/US05/13831；在2006年3月16日提出、主张在2005年3月17日提出的美国临时申请NO.60/662,911优先权的PCT申请NO.PCT/US06/10000；在2005年12月2日提出的美国临时申请NO.60/742,154，其公开在此经引用而合并。

图1为发电装置10的示意图。如图所示，发电装置10包括煤供应设备12、燃烧炉14、化学品供应设备16、喷射系统18、控制系统20、涡轮机22和颗粒控制系统24。如下所述，煤供应设备12与燃烧炉14连通，化学品供应设备16通过喷射系统18直接与燃烧炉14连通。

化学品供应设备16包含粉末和液体吸附剂及其组合。例如，化学品供应设备16包含以碱性粉末组合物形式存在的吸附剂，该碱性粉末组合物可以包含至少一种钙化合物、以及硅石源和氧化铝源。

本发明的吸附剂组合物可以包含提供钙、硅石和氧化铝的组分，所述组分以碱性粉末的形式存在。在各种实施方式中，所述组合物还包含氧化铁，以及基于氧化钠(Na₂O)和氧化钾(K₂O)的碱性粉末。在非限制性的实施例中，粉末吸附剂包含约2～10wt％的Al₂O₃、约40～70wt％的CaO、约5～15wt％的SiO₂、约2～9wt％的Fe₂O₃以及约0.1～5wt％的诸如氧化钠和氧化钾等总碱。包括钙、硅石、氧化铝、以及其它成分(如果存在的话)的组分在单一组合物中结合到一起，或者分别作为组分加入到燃料燃烧系统中。使用所述吸附剂可以降低释放到大气中的硫和/或汞的量。使用所述吸附剂组合物还可以除去汞，尤其是除去氧化的汞。另外，所述组合物通过其中的钙含量的功效减少燃烧中放出硫的数量。

所述吸附剂组合物包含适当高水平的氧化铝和硅石。相信是氧化铝和/或硅石的存在导致了几个在所述吸附剂的使用中所发现的优点。例如，燃料燃烧产生的灰的硅石和/或氧化铝含量高于未加入吸附剂的燃料燃烧产生的灰。相信是添加的氧化铝和/或硅石促成了所观察到的所述灰在其水泥质性质上的提高。

另外，相信是氧化铝和/或硅石的存在促成了通过在所述吸附剂存在下燃烧煤或其他含汞燃料产生的灰中观察到的汞和/或其它重金属的低酸浸出性。

在煤或者其它燃料燃烧时使用所述吸附剂组合物导致在燃烧炉壁或者锅炉管上形成耐火炉衬。可以认为，这样的耐火炉衬反射燃烧炉内的热量并在锅炉内产生较高水温。使用吸附剂还降低结垢的形成或者在锅炉管周围的结渣。这样，吸附剂的使用导致燃烧炉更干净，并提高了燃烧的煤和锅炉管内的水之间的热交换。结果，燃烧相同量的燃料时，使用吸附剂导致在锅炉内产生较高水温。换句话说，据观察，在维持相同的电力输出或者锅炉水温时，吸附剂的使用可以降低例如煤的进料比率。以6％的比率使用吸附剂的煤/吸附剂组合物正好产生与相同重量的全是煤的组合物同样多的电力输出。通常在烟道灰中捕获并循环利用的吸附剂的使用，实际上增加了煤燃烧过程的效率，导致较低的燃料消耗。在此过程中，由于所述吸附剂的使用而通常体积增加的烟道灰被循环利用于波特兰水泥制造等，其具有改良的水泥质性质和低重金属浸出性。

正如所提到的，吸附剂组合物的组分可以作为碱性粉末提供。不被理论所限制，可以认为，是所述吸附剂组分的碱性性质至少部分导致了以上所述的良好特性。用于本公开的吸附剂组合物的钙源包括诸如碳酸钙、石灰石、氧化钙、氢氧化钙、磷酸钙和其它钙盐的钙粉末。可知，诸如石灰石、石灰、熟石灰等的工业产品构成这种钙盐的主要部分。同样，它们是用于本公开的吸附剂组合物的合适组分。

其它钙源包括各种工业产品。这种产品市场上可以买到，并且有些作为其它工业过程中的废品或者副产品销售。该产品可以进一步向本公开的组合物提供硅石或氧化铝之一或者二者。除了钙还包含硅石和/或氧化铝的工业产品的非限制性实施例中包括波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、甜菜石灰、炉渣(诸如钢炉渣、不锈钢炉渣和鼓风炉渣)、废纸脱墨污泥灰、冲天炉捕尘器滤饼、冲天炉烟尘。混合这些和其它材料来提供碱性粉末或者碱性粉末的混合物，该粉末包含钙，还可以包含硅石和氧化铝。也可以使用各种火山灰材料。

甜菜石灰是从甜菜制造糖时产生的固体废料，钙含量很高，还包含各种在进行甜菜的石灰处理工艺中沉淀的杂质。这是一个商业项目，通常作为土壤改良剂卖给庭园设计家、农场主等。

水泥窑粉尘(CKD)通常指水泥制造过程中在水泥窑或者相关的工艺设备内产生的副产品。波特兰水泥能够在湿或干的工艺窑内制造。虽然湿或干的工艺不同，但两个工艺都分阶段加热原料。水泥制造的原料包含钙、硅石、铁和氧化铝的资源，且通常包括石灰石，以及诸如粘土、沙子和/或页岩的各种其它材料。第一阶段是预热阶段，在这一阶段中驱散原料中所有湿气、除去水合水并将原料温度升至约1500℉。第二阶段是通常发生在约1500℉和2000℉之间的煅烧阶段，该阶段中，石灰石(CaCO₃)通过在煅烧反应中除去二氧化碳(CO₂)转化为石灰(CaO)。然后原料在烧成带被加热到介于约2500℉和3000℉之间的最高温度，在该烧成带它们充分熔化并流出，因而形成诸如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙的无机化合物。波特兰水泥产品的标准分析中表明其含有约65～70％的CaO，20％的SiO₂、5％的Al₂O₃、4％的Fe₂O₃以及少量的诸如镁、硫、钾、钠等的氧化物的其它化合物等。熔化的原料被冷却固化成小结块的中间产品，作为众知的“熟料”随后从窑内排出。然后，熟料被磨细并与其它添加剂(诸如延缓剂、石膏)混合而形成波特兰水泥。然后，波特兰水泥与集料和水混合而形成混凝土。

通常，CKD包括在窑、预处理设备和/或材料处理系统的不同区域产生的不同颗粒的组合，例如包括熟料粉尘、部分完全煅烧的材料粉尘和原料(含水和脱水的)粉尘。CKD组合物基于使用的原料和燃料、制造和加工条件、以及在水泥制造过程中CKD的收集位置而改变。CKD可包括从窑流出(即排出)的气流、熟料冷却器流出物、预煅烧流出物、空气污染控制设备等收集的粉尘或者颗粒物质。

虽然CKD组合物会因窑的不同而发生变化，由于存在熟料和被煅烧材料的粉尘，CKD通常至少具有一些水泥质和/或火山灰的特性。典型CKD组合物包含有诸如包括硅酸三钙、硅酸二钙的硅酸盐的含硅化合物；诸如包括铝酸三钙的铝酸盐的含铝化合物；诸如包括铁铝酸四钙的铁酸盐的含铁化合物。CKD通常包含氧化钙(CaO)。示例的CKD组合物包括约为10～60wt％的氧化钙，或者约为25～50wt％，或者约为30～45wt％。CKD可以包括浓度约为1～10％的游离石灰(可用于与水发生水合反应)，或者约为1～5％，且在一些实施例中约为3～5％。而且，CKD可以包括含有碱性金属、碱土金属、硫及其它物质的化合物。

碱性粉末的其它示例性来源包括各种水泥相关的副产品(除以上所述的波特兰水泥和CKD以外)，该碱性粉末包含钙，还进一步包含硅石和氧化铝。混合水泥产品是这种来源的一个合适例子。这些混合水泥产品通常包含波特兰水泥和/或与炉渣和/或火山灰(例如烟道灰、硅粉、焦化页岩)结合的其熟料的混合物。火山灰通常为其本身不具有水泥质性质的硅酸盐类(silicaceous)材料，但是当与游离石灰(游离CaO)和水发生反应时产生水凝水泥特性。其它原料来源为圬工用水泥和/或水硬性石灰，其包括波特兰水泥和/或其熟料与石灰或石灰石的混合物。其它合适的原料来源为含铝水泥，含铝水泥是通过燃烧石灰石和矾土(一种天然产生的异质材料，包含一种或多种氢氧化铝的矿物、加上硅石、氧化铁、氧化钛、硅酸铝以及其它少量或者微量的杂质的各种混合物)的混合物而制造的水凝水泥。还有另一个实施例为火山灰水泥，火山灰水泥是包含大量火山灰的混合水泥。通常，火山灰水泥包含有氧化钙，但是基本不含波特兰水泥。广泛使用的火山灰的常见实施例包括天然火山灰(诸如某些火山灰或者凝灰岩、某些硅藻土、焦化粘土和页岩)和人造火山灰(诸如硅粉和烟道灰)。

石灰窑粉尘(LKD)为生产石灰的副产品。LKD是从石灰窑或者相关工艺设备中收集的粉尘或者颗粒物质。工业石灰可以归类为高钙石灰或者白云石石灰，LKD依据其形成工艺而不同。常常通过煅烧反应来生产石灰，所述煅烧反应通过加热例如碳酸钙(CaCO₃)的石灰质原料以形成游离石灰(CaO)和二氧化碳(CO₂)来进行。高钙石灰具有高浓度的氧化钙和一些典型的杂质，杂质包括含铝和含铁的化合物。高钙石灰通常由高纯度碳酸钙(约95％的纯度或者更高)形成。在来自高钙石灰工艺的LKD产品中的典型的氧化钙含量高于或者等于约75wt％，或者高于或者等于约85wt％，在某些情况下高于或者等于约90wt％。在一些石灰制造中，白云石(CaCO₃·MgCO₃)通过加热被分解而主要产生氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，由此形成已知的白云石石灰。在由白云石石灰工艺产生的LKD中，氧化钙含量可以高于或者等于约45wt％，或者高于或者等于约50wt％，在某些具体实施例中高于约55wt％。然而LKD依据所使用的石灰工艺类型而改变，但通常具有相对高浓度的游离石灰。LKD中游离石灰的典型含量约为10～50％，或者约为20～40％，这取决于氧化钙存在于生成的石灰产品中的相对浓度。

炉渣通常为金属制造和加工产生的副产品化合物。术语“炉渣”包括多种类的副产品化合物，通常包含大部分黑色金属和/或钢制造和加工的非金属副产品。通常，炉渣被认为是各种金属氧化物的混合物，但是在基本形式上常常包含金属硫化物和单质形式的金属原子。

用于本发明的某些实施例的炉渣副产品的各种例子包括诸如在鼓风炉(还叫作冲天炉)中产生的铁炉渣，举例来说，铁炉渣包括气冷高炉炉渣(ACBFS)、膨胀高炉炉渣或者泡沫高炉炉渣、丸状的鼓风炉渣、粒状高炉矿渣(GBFS)等等。钢炉渣可以产于碱性氧气炼钢炉(BOS/BOF)或者电弧炉(EAF)。许多炉渣因具有水泥质和/或火山灰特性而被公知，然而正如熟练技工所知的，炉渣具备这些特性的程度取决于它们各自成分和它们来源于何种工艺。示例的炉渣包括含钙化合物、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。该炉渣可以包括约为25～60wt％的氧化钙，或者约为30～50wt％，再或者约为30～45wt％。通常具有水泥质性质的适当的炉渣的一个例子是磨碎的粒状鼓风炉渣(GGBFS)。

如上所述，其它适当的例子包括从连接于鼓风炉的空气污染控制设备中收集的鼓风(冲天)炉烟尘，诸如冲天炉捕尘器滤饼。另一个适当的工业副产品源是废纸脱墨污泥灰。如本领域技术人员所知，有许多不同的人造的/工业过程副产品可以用于形成本公开的吸附剂组合物的碱性粉末的钙源。许多这些已知的副产品同样也包含氧化铝和/或硅石。示例的人工产品和/或工业副产品的任意结合也被考虑用作本公开的碱性粉末。

硅石和/或氧化铝的期望处理水平高于靠加入诸如波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘和/或糖用甜菜石灰等材料所提供的处理水平。因此，可以用铝硅酸盐材料补充这类材料，例如但不限于粘土(例如蒙脱石、高岭土等)材料，需要这些材料来提供所需的硅石和氧化铝水平。补充的铝硅酸盐材料至少构成添加到煤燃烧系统的各种吸附剂组分的2wt％。或者，补充的铝硅酸盐材料至少构成添加到煤燃烧系统的各种吸附剂组分的5wt％。通常，只要维持了足够的钙水平，从技术观点来看铝硅酸盐材料的添加没有上限。但是，从成本立场来看，也许需要限制比较昂贵的铝硅酸盐材料的比例。因此，所述吸附剂组分可以包括约2～50wt％、更具体在2～20wt％、更进一步具体在约2～10wt％的诸如所示例的粘土的铝硅酸盐材料。

碱性粉末吸附剂组合物可以包含一种或者多种诸如波特兰水泥、水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、各种炉渣、甜菜石灰的含钙粉末，以及例如但不限于蒙脱石或者高岭土的铝硅酸盐粘土。所述吸附剂组合物可以包含充足的SiO₂和Al₂O₃来与燃烧生成的硫酸钙形成耐高温样的混合物、并与汞和其他重金属形成耐高温样的混合物，以使硫酸钙被燃烧炉的颗粒控制系统处理，且在酸性条件下汞和重金属不从灰中浸出。所述含钙粉末吸附剂可以包含最少为2wt％的硅石和2wt％的氧化铝，更具体最少为5wt％的硅石和5wt％的氧化铝。氧化铝水平可以高于在波特兰水泥中发现的水平，也就是说以Al₂O₃计，高于约5wt％，更具体约高于6wt％。

合适的铝硅酸盐材料包括很多种类的无机矿物和材料。例如，许多矿物、天然材料和合成材料包含与氧环境相关的硅和铝与可选择的其它阳离子，和/或其它阴离子与可选择的水合水，所述其它阳离子例如但不限于Na、K、Be、Mg、Ca、Zr、V、Zn、Fe和Mn的阳离子，其它阴离子诸如是氢氧根离子、硫酸根离子、氯离子和碳酸根离子。这样的天然和合成材料在这里被称为铝硅酸盐材料，且以非限制性的方式通过以上提到的粘土进行了示例。

在铝硅酸盐材料中，硅易于以四面体存在，而铝以四面体、八面体或者二者的结合体存在。在这种材料中通过在硅和铝四面体或者八面体之间共用1、2或者3个氧原子而构成铝硅酸盐的链或者网状结构。这种矿物有诸如硅石、氧化铝、铝硅酸盐、地聚合物(geopolymer)、硅酸盐和铝酸盐等各种命名。但是目前，含铝和/或硅的化合物在氧存在下暴露于燃烧高温而易于产生硅石和氧化铝。

铝硅酸盐材料可以包括SiO₂·Al₂O₃的多晶体。例如，硅铝多晶体(silliminate)含硅石八面体和均匀地分配在四面体和八面体之间的氧化铝。蓝晶石基于硅石四面体和氧化铝八面体。红柱石是SiO₂·Al₂O₃的另一种多晶体。

链状硅酸盐可以为本公开的组合物提供硅(如硅石)和/或铝(如氧化铝)。链状硅酸盐包括但不限于辉石和似辉石硅酸盐，似辉石硅酸盐由共有的氧原子连结的SiO₄四面体的无穷链构成。

其它适当的铝硅酸盐材料包括例如但不限于云母、粘土、温石棉(诸如石棉)、滑石、皂石、叶蜡石和高岭石的片材。这种材料的特征为具有层状结构，在该层状结构中，硅石和氧化铝八面体和四面体共用两个氧原子。层状的铝硅酸盐包括诸如亚氯酸盐、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、钠蒙脱石和斑脱土的粘土。其它实施例包括云母和滑石。

合适的铝硅酸盐材料还包括合成和天然沸石，该合成和天然沸石例如但不限于是方沸石、方钠石、菱沸石、钠沸石、钙十字沸石和发光沸石群。其它沸石包括片沸石、锶沸石、柱沸石、辉沸石、浊沸石、镁碱沸石、方碱沸石和斜发沸石。沸石是以通过铝硅酸盐四面体的框架、离子可交换的“巨大阳离子”(诸如Na、K、Ca、Ba和Sr)且松散地保持住水分子为特征的矿物或者合成材料。

也可以使用框架或者三维硅酸盐、铝酸盐和铝硅酸盐。框架铝硅酸盐的特征在于通过三维连结的SiO₄四面体、AlO₄四面体和/或AlO₆八面体的结构。同时包含硅石和氧化铝的框架硅酸盐的非限制性的实施例中包括诸如钠长石、钙长石、中长石、倍长石、闪光拉长石、微斜长石、透长石和正长石的长石。

一方面，所述吸附剂粉末组合物的特征在于，包含大量的钙，例如以氧化钙计高于20wt％，而且其包含的硅石和/或氧化铝高于在诸如波特兰水泥的商业产品中发现的硅石和/或氧化铝水平。所述吸附剂组合物可以包括高于5wt％的氧化铝，高于6wt％的氧化铝，高于7wt％的氧化铝，或者高于8wt％的氧化铝。

以有效控制在燃烧时释放到大气中的硫和/或汞的量的比率，用吸附剂组分处理煤或者其它燃料。根据煤被处理的重量或者通过燃烧消耗煤的比率，吸附剂组分的总处理水平在约0.1wt％～20wt％的范围内变动。当吸附剂组分被结合成单一组分时，组分处理水平与吸附剂处理水平一致。这样，单一吸附剂组分可以被提供并测量或者为添加到煤燃烧系统中而进行测量。在仍旧提供足以达到对硫和/或汞排放的期望效果的吸附剂同时，通常使用最小量的吸附剂以免过多的灰使系统超过负荷。因此，吸附剂处理水平约在1wt％～10wt％的范围内变动，更具体在从约1wt％或者2wt％至约10wt％。对许多种煤来说，发现以6wt％的添加比率使用粉末吸附剂是可行的。

燃烧炉14产生的蒸汽供给涡轮机22动力。燃烧炉14的排气装置与颗粒控制系统18连通。

如图2～4所示，在非限制性的实施例中，燃烧炉14为切向燃烧炉26。如图所示，切向燃烧炉26包括具备上部27、中部29和下部31的燃烧炉体28、粉碎燃料进料器30、二次空气入口32、燃烧炉颈34、过热器管束36、第一管束38、第二管束40、底灰收集坑42和吸附剂喷射器44。燃烧炉体28包括壁46、48、50、52。在壁48、52上示出粉碎燃料进料器30用于说明目的。由空气供应设备(未示出)通过粉碎燃料进料器30进料粉碎的煤。粉碎燃料进料器30通常可以彼此交叉设置，并且在刚好高于二次空气的位置到高于底灰收集坑42的位置运转。二次空气入口32设置在粉碎燃料进料器30上方，通常提供除了所述燃烧炉内较低位置用燃料进料的燃烧之外的燃烧。二次空气入口32通常可以设置在燃烧火球的顶部。火球通常可以扩散至燃烧炉26的燃烧炉颈34。使用二次空气能够改善燃烧并倾向于降低氮氧化物(NO_x)排放。

如示例设备所示，燃烧炉颈34设置在粉碎燃料进料器30、二次空气入口32和吸附剂喷射器44的上方，通常用于燃烧炉排出的废气。过热器管束36、第一管束38和第二管束40利用从切向燃烧炉26产生的热量将水转变为水蒸汽，以便在涡轮机22旋转的同时产生电流。底灰收集坑42设置在粉碎燃料进料器30、二次空气入口32和吸附剂喷射器44的下方，通常容纳没有通过燃烧炉颈34离开切向燃烧炉26的燃烧的副产品。

如图所示，喷射系统18包括在二次空气入口32上方、伸入燃烧炉体28的壁46、48、50和/或52的吸附剂喷射器44。吸附剂喷射器44穿过单层或多层的燃烧炉壁46、48、50、52中的一个或多个分布，且可在燃烧炉26内排列以提供达到所需吸附剂分布的任何布局。可以使用许多合乎特定燃烧炉的喷射器。例如，燃烧炉壁46、48、50、52中的每一个可以包括4～8个喷射器。在图2～4所示的实施例中，燃烧炉26在燃烧炉壁46、48、50、52的每一个上包括5个喷射器。

吸附剂喷射器44通常可以为管状喷枪的形式并伸入燃烧炉体28以适当长度。伸入燃烧炉体28的长度可以是超过燃烧炉体28的任何所需量。在非限制性的实施例中，吸附剂喷射器44延伸入燃烧炉体28的长度约大于或者等于两英尺。吸附剂喷射器44可以沿着燃烧炉壁以任意适当的方式隔开。例如，吸附剂喷射器44可以彼此等距隔开，也可以以任意所需距离隔开，包括4、6或者12英尺。吸附剂喷射器44可以在温度高于2000℉、更特定在高于2300℉的位置将吸附剂喷入燃烧炉14。用于喷射的位置可以在随着燃烧炉的不同而改变。可以使用诸如计算机建模方法的手段来预测燃烧炉气流和热性质，所述计算机建模方法包括计算流体动力学(CFD)、有限元分析(FEA)、有限差分模型和传热模型。众多手段之中只有几种可以用于测定喷射器位置。

在燃烧炉中，燃烧过程中产生的火球或者火焰前锋可以变化。例如，火球或者火焰前锋可以改变其深度和/或相对于燃烧炉壁的位置。因此，可以改变喷射器的布置和进入燃烧炉体28的程度，以达到在燃烧炉26内的所需位置喷射。例如，喷射器位置可变更为在对应于燃烧炉26的特定内部温度的位置进行喷射。通常位于或者靠近火球顶部的位置可以为2300～2600℉的温度。在燃烧炉26的颈部34下方的温度可以约为3000℉。在火球中心位置的温度可以约为3600℉。

在未图示的可供替换的配置中，吸附剂喷射器可以在紧接着废气烟囱的部位上部喷入燃烧炉。或者，吸附剂喷射器被设置在燃烧炉的较低部位。吸附剂喷射器还可以设置在多个位置。虽然在一个实施例中已经描述了吸附剂喷射器被设置在二次空气入口和粉碎燃料进料的上方，但在其它的实施例中，吸附剂喷射器可以被设置在二次空气入口和粉碎燃料进料的任意结合的上方、下方或者之间。

如图5的例子所示，吸附剂喷射器44还可以包括在伸入燃烧炉体28的部分上的穿孔54。吸附剂喷射器44还可以包括产生收敛/发散喷嘴或者文丘里管的直径缩小部分56。所述文丘里管可以对喷入燃烧炉26的吸附剂提供更好的渗透性。如图所示，可选择的空气进料管道58与吸附剂喷射器44连接，以与吸附剂喷射器44呈小于30°的角度布置。空气进料管道58可包括或不包括用于控制进入吸附剂喷射器44的空气流的入口阀62。空气进料管道58的直径可以有很大变化。例如，空气进料管道58的直径可以约为吸附剂喷射器44直径的一半。例如，吸附剂喷射器44的直径可以约为2英寸，空气进料管道58的直径可以约为1英寸。

吸附剂喷射器44还可以每个都包括图4所示的入口阀62。吸附剂喷射器44的每个壁可以与其主进料管道64连通。主进料管道64还可以包括入口阀66且可以与吸附剂储存室68连通(图6所示)。入口阀62、66可以被控制系统20控制。

控制系统20可以自动控制作为燃烧炉操作参数的函数的吸附剂喷射的量和频率。例如，可以通过增加或者减少与吸附剂供应设备连通的鼓风机的进料速度和/或星轮进料器的转动速度调整吸附剂喷射。输给控制系统20的输入参数可以包括炉体内的硫含量、炉体内的汞含量、炉体内的NO_x含量和供给燃烧炉26的燃料进料速度。吸附剂喷射器44可以彼此独立或者作为组进行操作。

如图6所示的非限制性的实施例所述，一系列的吸附剂储存室68可以用于向燃烧炉26供应吸附剂。如图所示，吸附剂储存室68由气动鼓风机70通过管道72填充，管道72具有通向每个吸附剂储存室68的进料管74。四通分流器76用来分开每个吸附剂室68以便单独填充。储存室的数量不是特别重要。在各种实施例中，可以使用多于或者少于图6所示的储存室向燃烧炉26供应吸附剂。

在切向燃烧炉26被描述为将吸附剂单独喷入燃烧炉体28时，吸附剂可在煤进料器的顶部或附近被喷射在煤上，然后可以粉碎煤并作为单一混合物一起喷入燃烧炉体28中。通常，使用的喷射器可以与图5所示的喷射器44相似。作为非限制性的实施例，喷射器通常可以以相对煤进料器的顶部60°的角度向下，并且具有2～6英寸的进料直径。

参照图7，图示了链条炉126。如图所示，链条炉126包括燃烧炉体128、助燃空气源130、煤入口132、木材入口134、废气烟囱136、水管束138、炉排140、煤灰桶142和清洗管路144。

煤入口132和木材入口134通常提供从煤供应设备113和木材供应设备112到炉排140的煤和木材的通道。在燃烧期间，炉排140可以是输送木材、煤或者其它燃料通过燃烧炉26的宽度的移动炉排。助燃空气供应130可以设置在炉排140下面的燃烧炉126的较低部位。水管束138设置在靠近废气烟囱136的燃烧炉126的上部，与诸如图1所示的涡轮机22的涡轮机连通。废气烟囱136可以设置在燃烧炉126的上部，与诸如颗粒控制系统24的控制系统连通。燃烧炉炉渣通道146还可以与诸如图1所示的颗粒控制系统24的控制系统连通。

清洗管路144提供燃烧炉体128和煤灰桶142之间的连通。煤灰桶142可以通过一个设备(未图示)被气动充满烟道灰并将烟道灰进料给燃烧炉体128。清洗管路144可以是适合于链条炉126的任何尺寸。在所示的非限制性的实施例中，清洗管路144的直径约为2英寸。可以使用任何数量的清洗管路144。在图7所示的具体实施例中有6根清洗管路144。每根清洗管路144可以通过喷射系统与化学品供应连接在一起，该化学品供应和喷射系统例如为图1所示的化学品供应设备16和喷射系统18。

喷射系统18可以包括吸附剂喷射器148。每根清洗管路144可以包括连接其上的吸附剂喷射器148。同样，图7中示出了6个喷射器。如上所述，每个吸附剂喷射器148可以通过进料管道150与诸如化学品供应设备16的化学品供应连通。进料管道150可以是各种尺寸，可以由各种材料制成。例如，进料管道150是具有2英寸直径的可弯曲管道。进料管道150可以与从吸附剂储存室154延伸的主进料管道152通过双通分流器156连接在一起，它们各自都具有合适的直径，例如2英寸。在吸附剂喷射器148和分流器156之间空气管道158与进料管道150在排气口160处连接在一起。空气压缩机162连接到空气管道158上。

虽然已显示为与清洗管路144连接在一起，但吸附剂喷射器148在结构上可以独立于清洗管路144并且在燃烧炉体128的周围延伸，该结构通常类似于有关切向燃烧炉26所描述的结构。同样，喷枪也可以作为喷射器148的一部分被合并，与图5所示的类似。在非限制性的实施例中，吸附剂喷射器可以排列在移动炉排140上方约20英尺处。

如上所述，诸如图1所示的控制系统20的控制系统可以根据燃烧炉操作参数来控制吸附剂喷射频率和持续时间。此外，如以上所指出的，吸附剂喷射器148可以彼此独立或者作为一组运行。

吸附剂储存室154可以以类似于图6中关于吸附剂储存室68所讨论的方式被填充。在图6的吸附剂储存室68和图7的吸附剂储存室154的填充结构之间的主要不同在于，在图6中使用了多个室68，而在图7中使用了单个室154。

无论是切向燃烧炉的形式，还是链条炉的形式，燃烧炉14可以是直焰炉，或者是倒风炉。如上所述，喷射器的布置可以依据使用的燃烧炉类型而改变。

Claims (22)

1.一种发电装置，包括:

燃烧炉；

与所述燃烧炉连通的煤供应设备；以及

吸附剂源，其与所述煤供应设备和所述燃烧炉中的至少之一个连通，所述吸附剂包括具有至少一种钙化合物、硅石和氧化铝的碱性粉末。

2.根据权利要求1所述的发电装置，进一步包括与所述吸附剂源连通并被配置成将所述吸附剂施用于所述煤供应设备的喷射器。

3.根据权利要求2所述的发电装置，其中所述至少一个喷射器被设置在所述燃烧炉的上游。

4.根据权利要求2所述的发电装置，其中所述至少一个喷射器被设置在所述燃烧炉内。

5.根据权利要求1所述的发电装置，其中所述吸附剂源通过伸入所述燃烧炉内一段距离的喷枪与所述燃烧炉连通。

6.根据权利要求5所述的发电装置，其中，所述距离至少为两英尺。

7.根据权利要求5所述的发电装置，其中，所述喷枪包括穿孔。

8.根据权利要求1所述的发电装置，其中，所述吸附剂在所述燃烧炉运行过程中内部温度至少为2000℉的位置被喷入所述燃烧炉。

9.根据权利要求8所述的发电装置，其中，所述吸附剂在所述燃烧炉内部温度至少为2300℉的位置被喷入所述燃烧炉。

10.一种发电装置，包括:

具有至少一个面的燃烧炉；

与所述燃烧炉连通的煤供应设备；以及

多个喷射器，穿过所述燃烧炉的所述至少一个面分布，并被配置成在所述燃烧炉内分配吸附剂。

11.根据权利要求10所述的发电装置，其中，所述喷射器包括伸入所述燃烧炉内一段距离的喷枪。

12.根据权利要求11所述的发电装置，其中，所述喷枪伸入所述燃烧炉内至少两英尺。

13.根据权利要求11所述的发电装置，其中，所述喷枪包括穿孔。

14.根据权利要求10所述的发电装置，其中，所述喷射器被配置在所述燃烧炉运行过程中内部温度至少为2000℉的位置将所述吸附剂输送至所述燃烧炉内。

15.根据权利要求14所述的发电装置，其中，所述喷射器被配置在所述燃烧炉运行过程中内部温度至少为2300℉的位置将所述吸附剂输送至所述燃烧炉内。

16.一种发电装置，包括:

吸附剂源；

燃烧炉；

与所述燃烧炉连通的煤供应设备；

与所述吸附剂源连通的多个喷射器；和

控制系统，控制所述喷射器向所述煤和所述燃烧炉中的至少一个的吸附剂施用，所述控制系统被设置成独立控制所述多个喷射器中的每一个。

17.根据权利要求16所述的发电装置，其中，所述控制系统被设置为基于至少一个输入参数来控制吸附剂的施用。

18.一种方法，包括:

将煤供应进料至燃烧炉；

在燃烧炉内烧煤；以及

在燃烧时，通过多个喷射器向燃烧炉供应包括碱性粉末的吸附剂，该碱性粉末含有至少一种钙化合物、硅石和氧化铝，所述供应包括基于一系列预定参数独立运行所述喷射器。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述供应包括向燃烧炉内的煤施用吸附剂。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述供应包括在燃烧炉的上游将吸附剂施用到煤上然后将所述煤进料至燃烧炉。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述供应包括在燃烧炉运行期间内部温度至少为2000℉的位置将吸附剂喷入燃烧炉内。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述供应包括在燃烧炉的内部温度至少为2300℉的位置将吸附剂喷入燃烧炉内。

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