CN101466454A - 整合的干和湿烟道气清洁方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于除去烟道气(28)中的硫氧化物、其它气体和微粒的方法和系统。该方法包括在喷雾干燥器(22)中用浆体(30)处理烟道气，浆体(30)由水(31)、碱性试剂(32)和来自湿涤气器(26)的清洗物流(33)形成，由此产生干燥副产物(34)。该方法进一步包括过滤烟道气(28)来除去至少一部分的干燥副产物(34)，在湿涤气器(26)中湿洗涤从过滤器(44)中出来的烟道气(28)，加入石灰或者石灰石试剂(37)到湿涤气器(26)中，和产生石膏(39)。活性炭(36)可以被注入过滤步骤上游的烟道气(28)中，并且微粒可以从喷雾干燥器(22)上游的烟道气(28)中除去。
Description
发明背景
(1)发明领域
[0001]本发明通常涉及一种系统，其用于从化石燃料燃烧的燃烧器的烟道气中除去硫氧化物、其它酸性气体、微粒和汞。特别地，本发明涉及一种整合的干/湿烟道气清洁系统。
(2)相关领域说明
[0002]化石燃料燃烧的燃烧器等会产生大量的硫氧化物和其它酸性气体。硫氧化物通过烟道气从燃烧器排放到大气中。燃烧过程将煤中自然存在的硫转化为气态二氧化硫(SO2，一种标准的污染物和酸雨的前体)，并通过三氧化硫(SO3，PM2.5的前体并引起可见的排放)冷凝而形成硫酸雾。PM2.5指的是2.5微米或更小尺寸的微粒物质。由于细小微粒对于人的健康和环境的危害，因此它们引起关注。还会产生其它不期望的酸性气体污染物例如氯化氢(HCl)和氟化氢(HF)。
[0003]清洁的和合乎环境要求的发电和废物焚化需要经济的空气污染控制系统。空气污染控制系统有时候是复杂的，并典型地由用于除去微粒、酸性化合物、有机物质、重金属的阶段，以及处理这些过程的副产物组成。
[0004]两种目前用来除去烟道气中的硫氧化物的方法类型是湿烟道气脱硫(WFGD)和干烟道气脱硫(DFGD)。在WFGD中，烟道气进入大的容器例如喷雾塔或吸收器中，其通常被称为湿涤气器，在这里将它用水性浆体进行喷雾，该浆体例如是水和至少部分不溶物质(例如碱性物质例如石灰、石灰石等)的混合物。浆体中的钙与SO2反应来形成亚硫酸钙或硫酸钙。将亚硫酸钙和/或硫酸钙通过不同的手段脱水来产生固体副产物。当副产物主要是亚硫酸钙时，其通常与飞灰和固定石灰进行混合并进行垃圾填埋处理。可选择的，可以通过将压缩空气注入到湿涤气器中来从WFGD废产物中产生可销售的石膏。
[0005]在DFGD中，将水浆体(例如水与生石灰混合来形成氢氧化钙或者类似物)引入到喷雾干燥器塔中。将浆体喷雾并注入到烟道气中，在这里当它们在容器中蒸发时，小滴与SO2发生反应。将所形成的干废产物收集在喷雾干燥器底部和除微粒装置例如静电沉淀器(ESP)或者袋式过滤器中。典型地，收集除微粒装置中的干废产物并通过垃圾填埋进行处理。
[0006]由于使用昂贵的耐腐蚀材料和大量的试剂和副产物处理系统，因此WFGD典型地具有高的投资成本。WFGD系统典型地产生液体清洗物流(purge stream)，其必须在废弃之前进行处理，并且可能产生三氧化硫(SO3)酸雾排放，这是一种产生令人厌恶的可见排放的污染物，并且是PM2.5的前体。使用现有的WFGD工艺，必须通过昂贵的装置例如湿静电沉淀器(WESP)或者碱注入来消除SO3雾。可以采用可替代的脱硫方法例如氨水洗涤，但是其通常与现有的湿法和干法相比不具有经济上的竞争性。
[0007]DFGD可能需要高成本的运转，这是因为昂贵的石灰试剂的相对低效率的使用以及会产生固体废弃物处理问题。现有的干燥脱硫方法通常不能减轻问题例如低的硫氧化物除去百分比和差的试剂利用率。通常，喷雾干燥对于运行条件是敏感的，这使得难以取得最大的结果。根据存在的氧化物的量，必须将温度精确调整来产生期望的反应。因为该温度必须保持在窄的范围内，因此加工性能典型地降低了。但是，DFGD系统具有高的SO3除去效率的优点，因此避免了上述的与酸雾排放有关的问题。
发明概述
[0008]本发明的一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷雾干燥器中利用浆体来处理烟道气，该浆体由水、碱性试剂和来自湿涤气器的清洗物流(purge stream)形成，其中从烟道气中除去一部分的酸性气体，并且产生干燥副产物，和蒸发所述的清洗物流；过滤烟道气来除去飞灰和至少一部分所述的干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；在湿涤气器中湿洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气，作为净化步骤用于除去酸性气体和微粒；加入石灰或者石灰石试剂到所述的湿涤气器，其中所述的石灰或者石灰石试剂与所述的湿涤气器中所存在的至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产物；将清洗物流从湿涤气器排放到喷雾干燥器；和从湿涤气器副产物中产生石膏。
[0009]本发明的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷雾干燥器中喷雾干燥吸收烟道气和浆体，该浆体由水、碱性试剂和来自湿涤气器的一部分副产物形成，其中在该喷雾干燥吸收步骤中产生干燥副产物；过滤烟道气来除去至少一部分的干燥副产物；和湿洗涤从喷雾干燥器中出来的烟道气。
[0010]本发明仍然的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的系统。该系统包括喷雾干燥器、过滤器和湿涤气器。喷雾干燥器用于处理烟道气和由水和碱性试剂形成的浆体。在喷雾干燥器中产生干燥副产物。过滤器用于除去烟道气中的至少一部分的干燥副产物，湿涤气器用于洗涤从喷雾干燥器出来的烟道气，这是通过在湿涤气器中利用从烟道气中除去的干燥副产物作为试剂进行的。
[0011]本发明仍然的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷雾干燥器中利用由水和碱性试剂形成的浆体来处理烟道气，其中从该烟道气中除去一部分的酸性气体，并产生干燥副产物；过滤烟道气来除去飞灰和至少一部分干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；将干燥副产物加入到湿涤气器；在湿涤气器中湿洗涤从喷雾干燥器中出来的烟道气，作为净化步骤用于除去酸性气体和微粒；和加入石灰或者石灰石试剂到湿涤气器，其中该石灰或者石灰石试剂与湿涤气器中所存在的至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产物。
附图说明
[0012]出于说明本发明的目的，附图表示了本发明目前优选的形式。但是，应当理解本发明不局限于图示的精确的排布和手段，其中：
图1是根据本发明一种实施方案的系统的示意图；
图2是根据本发明另一种实施方案的系统的示意图；和
图3是根据本发明另一种实施方案的系统的示意图。
详细说明
[0013]现在参考附图(附图中相同的附图标记表示相同的部件)，并特别参考图1，本发明的一方面是一种整合的湿和干烟道气清洁工艺的方法20。本发明的方法包括使用喷雾干燥器22、微粒收集器24(其可以是织物过滤器、静电沉淀器等)和湿涤气器26来除去烟道气28中的硫氧化物、其它酸性气体、微粒和汞。
[0014]在图1所示的方法20中，来自燃烧器例如锅炉(未示出)的烟道气28首先进入喷雾干燥器22。作为此处使用的，烟道气28通常指的是任何在化石燃料燃烧中产生的烟道气，并且期望构成烟道气的具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。当在喷雾干燥器22中进行喷雾干燥吸收时，烟道气28与浆体30进行反应，该浆体30含有水31、碱性试剂32例如石灰、石灰石、碳酸钠等，和来自湿涤气器26的清洗物流33。浆体30是使用本领域已知的方法和装置来形成的。类似于常规的干烟道气脱硫系统，控制喷雾干燥器22中的温度和湿度来产生干燥副产物34和除去酸性气体例如SO2、SO3、HCl和HF。
[0015]接下来，烟道气28从喷雾干燥器22中出来并进入微粒收集器24中，在这里除去至少一部分干燥副产物34和飞灰。在一种实施方案中，活性炭36可以注入到微粒收集器24上游的烟道气28中，目的是除去烟道气中的汞。在滤饼(即过滤的干燥产物34)中碱性试剂32的存在导致了硫氧化物和酸性气体的进一步捕集。将干燥副产物34(其通过微粒收集器24从烟道气28中充分除去)丢弃。典型地，微粒收集器24是一种织物过滤器。但是，本领域技术人员将理解其它类型的过滤系统和其它类型的过滤器或者静电沉淀器也可以使用。
[0016]烟道气28然后从微粒收集器24中出来并接着在湿涤气器26中进行处理，在这里发生硫氧化物、酸性气体、微粒和汞的进一步的除去。石灰或者石灰石试剂37可以加入到湿涤气器26中来产生与湿涤气器中存在的酸性气体的反应。此外，空气38可以被注入到湿涤气器26中产生石膏29。湿涤气器26产生副产物40，其可以在固/液分离器41例如水力旋流器或类似物中进行处理，来除去一部分其中包含的液体42。液体40典型地被再循环回湿涤气器26中。一部分定义为清洗物流33的液体42可以从湿涤气器26中放出来控制细颗粒和/或溶解的固体例如氯化物聚集物，其在浆体30中是不期望的。图1表示了一种产生清洗物流33的系统。但是，本发明预期了其它产生清洗物流33的系统。分离器41的底流43可以在过滤器44例如真空过滤器或类似物中进一步加工来产生干燥的石膏39，其可以销售或者垃圾填埋处理。过滤器44的滤出液46可以返回湿涤气器26中。其余的处理过的烟道气28从湿涤气器26中出来并且典型地通过常规的烟囱48排放到大气中。
[0017]现在参考图2，本发明另外一种实施方案包括方法120。除了下面所述的差异之外，方法120基本上类似于或者等同于方法20，通过类似的相同的元件编号来表示。如方法20的说明中的，对于方法120，烟道气28通常指的是任何的烟道气，并且期望构成烟道气的具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。方法120与方法20不同的一种方式是副产物40可以在分离器41中部分脱水。一部分副产物40，分离器41的底流43，通常与碱性试剂32进行混合并被供给到喷雾干燥器22。分离器41的顶流即液体42返回到湿涤气器26中。在方法120中，分离器41的底流43是再循环而非加工来形成石膏39。单个的干燥副产物34典型地被垃圾填埋处理。石灰或者石灰石试剂37可以用于湿涤气器26中。典型地，石灰石是经济上优选的。如在方法20中的，水31分别被加入到喷雾干燥器22和湿涤气器26中来控制温度和水平。任选地，空气38可以注入到湿涤气器26中来产生石膏39。
[0018]现在参考图3，本发明另外一种实施方案包括方法220。除了下面所述的差异之外，方法220基本上类似于或者等同于方法20，通过类似的相同的元件编号来表示。如在方法20的说明中的，对于方法220，烟道气28通常指的是任何的烟道气，并且期望构成烟道气的具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。方法220与方法20不同的一种方式是DFGD副产物34被送入湿涤气器26中，在这里未反应的碱性试剂32帮助除去SO2，并部分地弥补了加入石灰或者石灰石试剂37的需要。DFGD副产物34和WFGD副产物40在湿涤气器26中结合并最终以废弃副产物物流222的形成共同处理。废弃副产物物流222通常进行垃圾填埋处理。
[0019]根据本发明的干/湿烟道气清洁系统提供了超过现有技术设计的优点，其在于干烟道气清洁工艺例如喷雾干燥器和湿烟道气清洁工艺例如湿涤气器的组合允许高效的除去硫氧化物，并具有非常低的酸雾排放。在喷雾干燥吸收处理步骤中除去烟道气中大约50-99.9％的三氧化硫和其它酸性气体以及一部分的任何存在的二氧化硫，并且在湿洗涤步骤中除去烟道气中大约50-99.9％剩余的硫氧化物和其它酸性气体。为了降低与石灰使用相关的运行成本，喷雾干燥器可以以这样的方式运行：使得SO2的吸收最小，同时仍然除去50-99.9％的SO3和其它酸性气体。通过喷雾干燥吸收来除去硫氧化物特别是三氧化硫(SO3)避免了湿涤气器下游的不透明物和可见物的排放的问题，由此消除了对于昂贵的缓解手段例如湿静电沉淀器或者碱注入的需要。
[0020]此外，湿涤气器清洗物流的喷雾干燥消除了对于昂贵的废水处理装置的需要，否则将需要处理方法20的清洗物流33。
[0021]本发明一种另外的优点是由于在喷雾干燥吸收步骤过程中氯化物被除去，因此湿涤气器可以用低成本材料来制作。典型地，由于在洗涤浆体中氯化物的存在，因此需要昂贵的材料例如合金钢或者其它防腐材料。此外，烟道气中任何的氯化物，水或者其它物质(其可以到达湿涤气器)同样通过除去湿涤气器26的清洗物流33而减少。
[0022]此外，由于织物过滤器中的活性炭注入，本发明具有高的汞除去的优点。
[0023]最后，在方法220中利用顺流的产物流动实施方案允许近乎完全的利用石灰和取消昂贵的真空过滤装置。
[0024]虽然已经参考其示例性的实施方案对本发明进行了描述和说明，但是本领域技术人员应当理解可以在其中和对其进行前述的和不同的其它变化、省略和添加，而不脱离本发明的主旨和范围。因此，其它的实施方案落入下面的权利要求的范围。
Claims (22)
1.一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法，所述的方法包括：
在喷雾干燥器中利用浆体来处理烟道气，该浆体由水、碱性试剂和来自湿涤气器的清洗物流形成，其中从烟道气中除去一部分的酸性气体，并且产生干燥副产物，和蒸发所述的清洗物流；
过滤烟道气来除去飞灰和至少一部分所述的干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；
在湿涤气器中湿洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气，作为净化步骤用于除去酸性气体和微粒；
加入石灰或者石灰石试剂到所述的湿涤气器，其中所述的石灰或者石灰石试剂与所述的湿涤气器中所存在的至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产物；
将所述的清洗物流从所述的湿涤气器排放到所述的喷雾干燥器；和从所述的湿涤气器副产物中产生石膏。
2.根据权利要求1的方法，其中将活性炭注入到所述的过滤步骤上游的烟道气中来除去烟道气中的汞。
3.根据权利要求1的方法，其中在所述的喷雾干燥吸收处理步骤中除去烟道气中大约50-99.9％的三氧化硫和其它酸性气体以及一部分的任何存在的二氧化硫。
4.根据权利要求1的方法，其中所述的处理步骤适于使二氧化硫的吸收最小化，同时仍然除去大约50-99.9％的任何三氧化硫和其它酸性气体。
5.根据权利要求1的方法，其中在所述的湿洗涤步骤中除去烟道气中大约50-99％的剩余的硫氧化物和其它酸性气体。
6.根据权利要求1的方法，其中织物过滤器、静电沉淀器或者其它微粒收集装置被用于所述的过滤步骤中。
7.根据权利要求1的方法，其中所述的碱性试剂是石灰、石灰石、碳酸氢钠等中的一种。
8.一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法，所述的方法包括：
在喷雾干燥器中喷雾干燥吸收烟道气和浆体，该浆体由水、碱性试剂和来自湿涤气器的一部分副产物形成，其中在所述的喷雾干燥吸收步骤中产生干燥副产物；
过滤烟道气来除去至少一部分所述的干燥副产物；和
湿洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气。
9.根据权利要求8的方法，其进一步包括：除去所述的喷雾干燥吸收步骤上游的烟道气中的微粒。
10.根据权利要求8的方法，其进一步包括：加入石灰或者石灰石试剂到所述的湿涤气器中来与所述的湿涤气器中存在的酸性气体进行反应。
11.根据权利要求8的方法，其中将活性炭注入到所述的过滤步骤上游的烟道气中来除去烟道气中的汞。
12.根据权利要求8的方法，其中在所述的喷雾干燥吸收处理步骤中除去烟道气中大约50-99.9％的三氧化硫和其它酸性气体以及一部分的任何存在的二氧化硫。
13.根据权利要求8的方法，其中在所述的湿洗涤步骤中除去烟道气中大约50-99％的剩余的硫氧化物和其它酸性气体。
14.根据权利要求8的方法，其中织物过滤器或者静电沉淀器被用于所述的过滤步骤中。
15.根据权利要求8的方法，进一步包括：
从所述的湿涤气器中过滤副产物；和
处理所述的过滤副产物。
16.一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的系统，所述的系统包括：
用于处理烟道气和浆体的喷雾干燥器，该浆体由水和碱性试剂形成，其中在所述的喷雾干燥器中产生干燥副产物；
过滤器，其用于除去烟道气中至少一部分所述的干燥副产物；和
湿涤气器，其用于洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气，在湿涤气器中利用从烟道气中除去的所述的干燥副产物作为试剂。
17.根据权利要求16的系统，其进一步包括：用于除去所述的喷雾干燥器上游的烟道气中的微粒的装置。
18.根据权利要求16的系统，其进一步包括：用于将活性炭注入到所述的过滤器上游的烟道气中来除去该烟道气中的汞的装置。
19.根据权利要求16的系统，其中所述的过滤器是织物过滤器和静电沉淀器中的一种。
20.根据权利要求16的系统，其中在所述的喷雾干燥吸收处理步骤中除去烟道气中大约50-99.9％的三氧化硫和其它酸性气体以及一部分的二氧化硫。
21.根据权利要求16的系统，其中在所述的湿洗涤步骤中除去烟道气中大约50-99％的剩余的硫氧化物和其它酸性气体。
22.一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其它酸性气体和微粒的方法，所述的方法包括：
在喷雾干燥器中利用由水和碱性试剂形成的浆体来处理烟道气，其中从该烟道气中除去一部分的酸性气体，并产生干燥副产物；
过滤烟道气来除去飞灰和至少一部分所述的干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；
将所述的干燥副产物加入到所述的湿涤气器；
在湿涤气器中湿洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气，作为净化步骤用于除去酸性气体和微粒；和
加入石灰或者石灰石试剂到所述的湿涤气器，其中所述的石灰或者石灰石试剂与所述的湿涤气器中所存在的至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产物。
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