CN103561849B - 增加scr催化剂寿命和/或催化活性和控制多种排放物的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明总的涉及控制锅炉、加热器、砖或石灰窑等设备或产生其它烟气或燃烧气体装置（例如，位于电厂、加工处理工厂等内的那些装置）排放的领域，具体来说，涉及用来减少或阻止SCR催化剂中毒和/或污染的新颖和有用的方法和装置。在另一实施例中，本发明的方法和装置设计成保护SCR催化剂。在还有的另一实施例中，本发明涉及增加SCR催化剂寿命和/或催化活性，同时又控制各种排放的方法和装置。

Description

增加SCR催化剂寿命和/或催化活性和控制多种排放物的系统和方法
相关申请的交互参照
本专利申请要求对2011年5月27日提交的美国专利申请No.13/117,332的优先权益，其题为“增加SCR催化剂寿命和/或催化活性和控制多种排放的系统和方法”。本文以参见方式引入该专利申请的全部内容，就如其在全部文中所完全阐述的那样。
技术领域
本发明总的涉及控制锅炉、加热器、砖或石灰窑等设备或其它产生烟气或燃烧气体装置（例如，位于电厂、加工处理工厂等中的那些装置）排放的领域，具体来说，本发明涉及用来减少或阻止SCR催化剂中毒和/或污染的新颖和有用的方法和装置。在另一实施例中，本发明的方法和装置设计成保护SCR催化剂。在还有的另一实施例中，本发明涉及增加SCR催化剂寿命和/或催化活性，同时又控制各种排放物的方法和装置。
背景技术
NOx是指燃烧过程中产生的一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）和痕量的其它氧化氮种类的累积的排放物。由于高温以及空气和燃料中存在氧和氮的缘故，任何化石燃料的燃烧都会产生一定水平的NOx。NOx排放物可使用低NOx燃烧技术和燃烧后处理技术来加以控制。一个如此的燃烧后处理技术包括选择性的催化还原（SCR）系统，在该系统中，催化剂促使NOx和反应剂（通常为氨水）之间发生化学反应，以产生分子氮和水蒸汽。
SCR技术在全球范围内被用来控制来自燃烧源的NOx排放物。自二十世纪七十年代后期以来，该技术已在日本广泛使用，用以控制电站锅炉的NOx，在德国自二十世纪八十年代后期，以及在美国自二十世纪九十年代也都广泛使用了该技术。工业规模的SCR已经设计成主要在500℉至900℉的温度范围内运行，但最常用在550℉至750℉的范围内。SCR通常设计成在最大许用氨泄漏下满足规定的NOx还原效率。氨泄漏是流出SCR的未反应氨水的浓度，其表达为按体积计每百万分之几。
对于有关工业和发电行业中所用的NOx除去技术的进一步细节，读者可参考Steam/itsgenerationanduse,41stEdition,KittoandStultz,Eds.,Copyright2005,TheBabcock&WilcoxCompany,Barberton,Ohio,U.S.A.,尤其是34章-NitrogenOxidesControl,本文以参见方式引入该文的内容，就如其在文中所完全阐述的那样。
由EPA颁布的规章允诺增加装备有SCR的电厂锅炉部分。SCR通常设计为最大效率约为90％。该限值不是由于在SCR为达到更高水平的NOx破坏能力的任何理论限值而设定的。相反，它是防止氨泄漏过度而设定的实际限值。该问题解释如下。
在SCR中，根据以下定量反应（a）至（d）中一种或多种反应使氨水与NOx反应：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（a）
12NO2+12NH3→12N2+18H2O+3O2（b）
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（c）
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（d）
以上的催化剂反应使用合适的催化剂进行。例如，以下专利中讨论了合适的催化剂：授予Chu等人的美国专利Nos.5,540,897；5,567,394；和5,585,081，本文以参见方式引入所有这些专利，就如它们在文中全面阐述的那样。催化剂的构成一般地落入以下三个分类中的一类：贱金属、沸石和贵金属。
贱金属催化剂使用带有少量钒、钼、钨的氧化钛，或好几种其它活性化学剂的组合。贱金属催化剂可在规定的温度范围内选择和操作。贱金属催化剂的主要缺点是有可能将SO2氧化成SO3；氧化程度根据催化剂的化学组成而变化。所形成的SO3量可与氨残留物反应以形成各种硫酸铵盐。
沸石催化剂是铝矽酸盐材料，其功能类似于贱金属。沸石催化剂的一个潜在优点在于它们约为970℉（521℃）的更高的运行温度。这些催化剂也会将SO2氧化成SO3，因此必须小心地匹配于烟气条件。
贵金属催化剂一般地由铂和铑制造。贵金属催化剂也需要仔细地考虑烟气构成和操作温度。尽管这些催化剂对还原NOx很有效，但它们也可起作氧化催化剂作用，在合适温度条件下将CO转换为CO2。然而，将SO2氧化成SO3以及昂贵的材料成本常使贵金属催化剂缺乏吸引力。
正如本技术领域内技术人员所公知的，当各种SCR催化剂由于各种化合物而变得污染时，它们会遭受中毒，如此的各种化合物包括但不限于某些磷化合物，诸如氧化磷（PO）或五氧化磷（P2O5）。此外，众所周知，SCR催化剂还随时间推移而劣化，必须定期更换，这花费相当成本并失去发电能力。在一个典型的100MWe的燃煤电厂中，与更换不再工作的催化剂相关的停工时间和成本可接近于一百万美元或更多。
具体来说，当SCR催化剂暴露于满载灰尘的烟气中时，存在着包括遮蔽、掩罩和中毒之类的许许多多机理，它们降低催化剂的活性并致使催化剂特性随时间降低。当燃烧国内东部产的煤（即，美国东部开挖出的煤）时遇到的最常见的催化剂中毒是砷中毒。当燃烧国内西部产的煤（即，美国西部开挖出的煤）时遇到的最常见的催化剂中毒是磷中毒，硫酸钙是最常见的掩罩机理。一种再循环使用用过的催化剂的方法是所谓的再生清洗或恢复活力的工艺过程。再生过程的最初步骤包括除去这些中毒的化学品，做法是处理催化剂通过各种装有可使毒物溶解的化学溶剂槽。尽管该处理工艺过程做了除去要求去除毒物的很好的工作，但其产生的废水具有非常高的砷浓度。
在其它情形中，诸如粉末河床/褐煤工厂，任何煤/生物量的共同燃烧，或任何煤/骨粉的共同燃烧，或甚至纯生物量的燃烧的发电厂，其SCR催化剂都将遭受到磷污染。
此外，除了控制NOx排放之外，还必须考虑和/或满足其它的排放控制，以符合各个国家、EPA和/或“洁净空气法案（CleanAirAct）”规定。对于锅炉、加热器、砖或石灰窑或产生其它烟气或燃烧气体的装置（例如，位于电厂、加工处理工厂等内的那些装置），需要考虑的某些其它排放物控制，包括但不限于汞、SOx以及某些颗粒物质。
如以上所给出的，需要有提供任何经济的和有利环境的合适方法的方法和/或系统，以提高SCR催化剂的催化寿命和/或催化活性，同时在某些情形中允许同时地从燃烧过程中除去各种气体化合物（例如，磷或汞）。
发明内容
本发明总的涉及锅炉、加热器、砖或石灰窑等设备或其它产生烟气或燃烧气体装置（例如，位于电厂、加工处理工厂等内的那些装置）的排放物控制的领域，具体来说，涉及用来减少或阻止SCR催化剂中毒和/或污染的新颖和有用的方法和装置。在另一实施例中，本发明的方法和装置设计成保护SCR催化剂。在还有的另一实施例中，本发明涉及增加SCR催化剂寿命和/或催化活性，同时又控制各种排放的方法和装置。
因此，本发明的一个方面是提出一种增加SCR催化剂有效寿命的方法，该方法包括以下步骤：（a）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；（b）在烟气进入SCR之前，允许至少一种含铁化合物与出现在燃烧区域或烟气中的任何气体磷化合物或含磷化合物反应；（c）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及（d）允许至少一个含卤化物的化合物与烟气燃烧区域内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，其中，该方法在至少约2000小时的运行时间内，在催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少约10％的增幅。
在本发明的又一方面中，提出一种增加SCR催化剂有效寿命的方法，该方法包括以下步骤：（i）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；（ii）在烟气进入SCR之前，允许至少一种含铁化合物与出现在燃烧区域或烟气中的任何气体磷化合物或含磷化合物反应；（iii）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及（iv）允许至少一个含卤化物的化合物与烟气燃烧区域内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，其中，该方法至少在大约3000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少约10％的增幅。
在本发明的又一方面中，提出一种同时隔绝一种或多种磷化合物或含磷化合物并使汞氧化的方法，一种或多种磷化合物或含磷化合物以一种或多种反应性较小的含铁-磷的化合物的形式被隔绝，该方法包括以下步骤：（A）向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；（B）允许至少一种含铁化合物与出现在燃烧区域或烟气中的任何气体磷化合物或含磷化合物反应，以形成一种或多种较少反应性的含铁-磷的化合物；（C）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及（D）允许至少一个含卤化物的化合物与燃烧区域或烟气内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，其中，该方法至少在大约4000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少约10％的增幅。
在本发明的又一方面中，提出一种同时隔绝一种或多种磷化合物或含磷化合物的方法，化合物呈一种或多种较少反应性的含铁-磷的化合物的形式，并对汞氧化，该方法包括以下步骤：（i）向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；（ii）允许至少一种含铁化合物与出现在燃烧区域或烟气中的任何气体磷化合物或含磷化合物反应，以形成一种或多种较少反应性的含铁-磷的化合物；（iii）在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及（iv）允许至少一个含卤化物的化合物与燃烧区域或烟气内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，其中，该方法至少在大约3000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少约15％的提高。
在本发明的又一方面中，提出一种同时隔绝一种或多种磷化合物或含磷化合物和使汞氧化的方法，一种或多种磷化合物或含磷化合物以一种或多种反应性较小的含铁-磷的化合物的形式被隔绝，，该方法包括以下步骤：向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；允许至少一种含铁化合物与出现在燃烧区域或烟气中的任何气体磷化合物或含磷化合物反应，以形成一种或多种较少反应性的含铁-磷的化合物；在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及允许至少一个含卤化物的化合物与燃烧区域或烟气内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，其中，该方法在至少大约4000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少约15％的增幅。
表征本发明新颖性的各种特征在附后的权利要求书的特质中予以指出，并形成本发明的一部分。为了更好地理解本发明、本发明的运行优点以及使用本发明所获得的特殊益处，可参照附图和说明本发明示范实施例的描述内容。
附图说明
图1是典型的带有SCR系统的化石燃料燃烧设施的示意图，其包括实践本发明方法的系统；以及
图2是显示一个增加催化活性和催化寿命的实例的图表，其通过利用根据本发明一个实施例的系统和方法来实现的。
具体实施方式
尽管本发明将以使用氨作为NOx还原剂的SCR系统来描述，因为出于经济性的原因氨通常是首选的还原剂，但本发明不局限于基于氨的系统。本发明的概念可用于使用氨化合物的任何系统内。正如本发明中所使用的，氨化合物是这样的术语，其意指包括诸如尿素、硫酸铵、氰尿酸以及有机胺及氨（NH3）之类的化合物。除了氨之外，这些化合物可用作为还原剂，但如上所述，出于经济性原因氨水常是首选的。也可使用诸如一氧化碳或甲烷之类的非氨性化合物，但有效性有所损失。
尽管本发明关于锅炉或化石燃料锅炉进行描述，但本发明不仅局限于此。相反，本发明可适用于产生NOx的任何燃烧源，而不管如此的燃烧源是结合锅炉还是结合蒸汽发生器使用。例如，本发明可结合砖或石灰窑、加热器使用，或结合全部地或部分地产生烟气或含有NOx的燃烧气体的任何其它类型的燃烧过程使用。因此，以下的描述可被认为仅是示范性的。
如图1所示，本发明可适用于锅炉设施，为从烟气中除去氧化硫，其使用湿法烟气去硫装置（WFGD或湿法涤气器），如图所示，在图1的右上侧内。在该构造中，湿法涤气器之前（相对于流过该系统的烟气气体流动方向）是颗粒物收集器装置（PCD），有利地是织物过滤器（FF）袋滤捕尘室，或是静电沉淀器（ESP）。如果需要的话，还可提供湿法静电沉淀器（湿法ESP或WESP），其可作为对细颗粒物质或SO3的最终“精加工”阶段而提供。替代地，本发明可适用于使用喷溅干燥器装置（SDA）或干式涤气器的系统，用以从烟气中去除氧化硫，如图1的右下侧所示。在该构造中，SDA或干式涤气器通常后跟（相对于流过该系统的烟气气体流动方向）颗粒物收集器装置（PCD），有利地是织物过滤器（FF）或袋滤捕尘室、静电沉淀器（ESP），或甚至是湿法静电沉淀器（湿法ESP）。
此外，本发明可适用于任何因磷基化合物造成中毒而受到不利影响的SCR催化剂，磷基化合物诸如是但不限于H3PO4、PO或P2O5。这样，本发明不限于任何一种类型的SCR催化剂，但相反地可广义地适用于宽范围的SCR催化剂系统。本发明适用的合适的催化剂系统包括但不限于蜂窝、板或波纹型的构造。
在一个实施例中，本发明涉及在粉河流域（PRB）煤燃烧装置中降低SCR催化剂的失活率。应该注意的是，尽管本发明是关于PRB煤来描述的，但本发明不限于此。相反，本发明广义地适用于SCR催化剂被一种或多种气体的磷化合物中毒的任何情形。
在一个实施例中，PRB煤中的磷易于在分级燃烧和其它单元中造成快速钝化。通过碳高温还原反应释放出的气态磷易于造成该失活。在氧不足的条件下的该种反应中，含有磷的化合物通过以下反应释放出气态磷：
P2O5（固态化合物）＋3C（s）→2PO（g）＋3CO（g）
该气态磷附着到催化剂内的活性位点，造成NOx还原部位的失活。由于该失活，SCR催化剂不能将NOx还原过程进行得与未用过的催化剂同样性能的水平。
在一个实施例中，本发明涉及防止在燃烧环境中形成气态磷种类的系统和方法，由此降低、减小和/或消除SCR的失活率。在一个实施例中，本发明实现了上述的目标，其通过在燃烧之前向PRB煤添加至少一种含铁化合物的方式来实现该目标。
在另一实施例中，本发明涉及设计成增加催化剂活性和/或寿命的系统和方法。在该情形中，对于给定的锅炉、化石燃料锅炉、砖或石灰窑、加热器，或产生含有NOx的烟气或燃烧气体的任何其它类型的装置，针对标准的或已知的催化剂活性的衰减和/或寿命，来测定催化活性的增幅和/或催化寿命的增幅。
在一个实施例中，本发明的含铁化合物是任何的铁化合物（例如，氧化铁化合物），其能够在锅炉、炉子、电厂等共有的燃烧环境中经历还原反应。在一个特殊的实施例中，含铁化合物是氧化铁（III）（Fe2O3），也被公知为红色氧化铁或赤铁矿。在使用氧化铁（III）的实施例中，在锅炉或炉子的燃烧部分内发生的感兴趣的反应为如下所示：
3Fe2O3（s）＋CO（g）→2Fe3O4（s）＋CO2（g）（1）
Fe3O4（s）＋CO（g）→3FeO（s）＋CO2（g）（2）
应该指出的是，Fe3O4也称作黑色氧化铁或磁铁矿，以上第一反应中的Fe3O4也可更精确地写作FeO·Fe2O3。FeO或氧化铁（II）也称作氧化亚铁，其由于Fe2O3的还原反应而产生，在到达SCR之前，FeO可用来结合、连接和/或隔绝存在于锅炉或炉子的燃烧区域或烟气中的任何PO气体。在到达SCR之前，该PO气体然后将形成颗粒态的Fe-P化合物。该颗粒将通过催化剂，并避免催化剂劣化。
在另一实施例中，本发明可使用碳酸铁（II），其通过下面所示的反应在燃烧区域内转化为理想的氧化铁（II）：
FeCO3（s）→FeO（s）＋CO2（g）（3）
在又一实施例中，本发明可使用一种或多种含铁化合物以及一种或多种卤化物的化合物的组合，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁。因此，在该实施例中，至少一个含铁化合物结合至少一个含非铁卤化物的化合物使用。在又一实施例中，至少一个铁化合物具有AX的通式化合物，其中A等于铁，而X是氧化物离子或碳酸离子、阴离子、基团和/或部分，而至少一个卤化物的化合物具有BY的通式化合物，其中B是任何原子、元素，或除铁之外的阳离子，Y是选自氯化物、溴化物、氟化物或碘化物的卤化物。
在一个实施例中，结合本发明使用的合适的卤化物包括但不限于：溴化钾、氯化钾、氟化钾、碘化钾、溴化钠、氯化钠、氟化钠、碘化钠、溴化钙、氯化钙、氟化钙、碘化钙、溴化铝、氯化铝、氟化铝、碘化铝、其它的过渡金属卤化物（例如，溴化物、氯化物、氟化物和/或碘化物），前提是过渡金属不是铁，或上述的两个或多个化合物的任何混合物。在还有的另一实施例中，根据以上限定的前提的任何一种或多种卤化物的化合物，可结合一种或多种非卤化物的含铁化合物（例如，碳酸铁（II））使用。在还有的另一实施例中，本发明使用碳酸铁（II）与溴化钙的组合来控制烟气或燃烧气体内的磷含量，同时，允许控制烟气或燃烧气体内的汞化合物或含汞化合物，并允许提高催化活性和/或寿命。在还有的另一实施例中，本发明使用碳酸铁（II）与氯化钙的组合来控制烟气或燃烧气体内的磷含量，同时，允许控制烟气或燃烧气体内的汞化合物或含汞化合物，并允许提高催化活性和/或寿命。在还有的另一实施例中，本发明使用碳酸铁（II）与溴化铝和/或氯化铝中的一个或两个的组合来控制烟气或燃烧气体内的磷含量，同时，允许控制烟气或燃烧气体内的汞化合物或含汞化合物，并允许提高催化活性和/或寿命。如文中所使用的，汞化合物或含汞化合物包括但不限于含有氧化汞或结合的元素汞的任何化合物。在还有的另一实施例中，本发明涉及同时允许控制汞化合物或含汞化合物，它们主要含有氧化汞或仅含有氧化汞。
如文中所使用的，任何适于结合本发明使用的铁化合物可以水合的或非水合的形式使用。这样，无论是否由化学式具体显示，本文所称的任意铁化合物都包括任意水合形式。
正如本技术领域内所公知的（例如，参见美国专利申请公开No.2008/0107579，本文以参见方式引入其内容，就如其在文中完全地阐述那样），含卤化物的化合物可用来氧化烟气或燃烧气体中的元素汞。由于该氧化反应，合适的含卤化物的化合物的卤化物部分，允许元素汞转化为更加合适的形式，以在其后通过一种或多种合适的环境控制技术（例如，湿法涤气器或喷溅干式吸收器（SDA）、烟气去硫化系统（FGD）、粉末状的活性碳系统（PAC），或诸如织物过滤器（FF）或静电沉淀器（ESP）之类的颗粒物收集系统）进行捕捉或隔绝。在一种情形中，正如本技术领域内所公知的，添加一种或多种合适的含卤化物的化合物，还增加了颗粒粘结的汞量。由此许多专利和已出版的专利申请详述了合适的含卤化物的化合物允许提高从烟气或燃烧气体中回收汞的方式，那么，为了简明起见，将省略对其的详细讨论。
在任何上述的实施例中，合适的一种或多种含铁化合物以及一种或多种卤化物的化合物（如果希望的话）可通过一种或多种粉碎机添加到煤中。在又一实施例中，本发明的一种或多种含铁化合物以及一种或多种卤化物的化合物（如果希望的话）可通过一种或多种合适的供应管线添加到锅炉和/或炉子的燃烧区域中，所述合适的供应管线设计成将一种或多种含铁化合物和/或一种或多种卤化物的粉末状的、固体的、水性悬液、悬浮液或水溶液递送到炉子和/或锅炉的燃烧区域。为此目的，图1示出了实现该结果的合适设计方案的几个实施例。
参照图1，图中示出典型的带有SCR系统的化石燃料燃烧设施（总的由10表示）的示意图，该化石燃料燃烧设施10包括实践本发明方法的系统。如图所示，设置锅炉12用来从诸如煤那样的化石燃料与氧化剂（通常为空气）燃烧中萃取热量。该热量传递给诸如水那样的工作流体以产生蒸汽，蒸汽通过涡轮发电机装置（未示出）而膨胀，从而用来发电，或用于工业上加工处理过程和/或加热。
原煤14必须粉碎到要求的细度，并进行干燥以便于燃烧。原煤14暂时储存在煤仓16内，然后，借助于重力的或体积的馈送机18传送到一种或多种煤粉碎机20。在图1所示的实施例中，有六台煤粉碎机，分别标以煤粉碎机A-F。正如本技术领域内技术人员所公知的，每个煤粉碎机20将煤磨碎到要求的细度（例如，70％的煤能够通过200目的筛孔），当煤在磨碎时，热的一次空气从主空气扇（未示出）传送到每个煤粉碎机20以进行预热，并在煤磨碎时从煤中除去水分直到达到要求的水平。该一次空气还用来将粉碎的煤（PC）传出每个煤粉碎机20，并沿着多个粉碎煤供应管线（一个如此的燃烧器管线在图1中示作为A；单个煤粉碎机20可通过4-8条粉碎煤供应管线来供应煤）将煤递送到锅炉12的前后壁上的燃烧器22。一般地，燃烧器22位于锅炉12相对的前壁和后壁的一个壁上或两个壁上的间隔开的高度位置上，或位于被称作角燃烧或切向燃烧型单元（未示出）的设施中的锅炉的角上。本发明可结合以下的单元使用（包括但不只限于）；单壁燃烧、相对壁燃烧以及角燃烧或切向燃烧的单元。一般地，单一煤粉碎机20只将煤提供到壁上的单个高度的燃烧器22。因此，在图1所示的实施例中，六台煤粉碎机A-F供应到对应的燃烧器高度A-F。然而，正如本技术领域内技术人员所公知的，已知的还有其它的粉碎机和燃烧器构造（例如，单个粉碎机对多个壁和/或多个高度上的燃烧器进行供应，和/或多个粉碎器为单个高度上的燃烧器进行供应煤），以及本发明适用于任何如此的构造。
燃烧过程开始于锅炉12的炉子26的燃烧器区域24内，释放热量和形成热烟气28，热烟气28向上传送到锅炉12的上部30，跨过示意地为矩形32的加热表面。然后将烟气28输送通过悬置的对流烟道34的加热表面,进入水平对流烟道38的上部36。烟气28然后传输通过选择性的催化还原（SCR）装置40，在那里，烟气内的NOx被还原，然后，通过图中示意性地标示为42的一次和二次空气加热器设备。空气加热器42从烟气28中吸取禹外的热量，降低烟气温度和预热用于燃烧的流入的空气。
如图1所示，空气加热器42的下游烟气28进一步经受处理，以除去颗粒物和氧化硫。两种用来实现这些任务的下游设备的典型构造显示在图1的右手侧上。图1中的上部设备构造包括颗粒物收集装置（PCD），其示意地显示为44，用来从烟气28中除去颗粒物，在实践中，颗粒物收集装置44可包括织物过滤器或静电沉淀器。PCD44的下游设有湿法烟气去硫（WFGD）装置，其也可称作湿法涤气器，用来从烟气28中除去氧化硫。清洁的洗涤过的烟气可（可选地）传送通过湿法ESP47以除去细微的颗粒物或SO3，然后，传输到烟囱48以便排放到大气中。
图1中的下部设备构造包括喷溅干燥器装置（SDA），其示意地表示为50，也可称作干式涤气器，用以从烟气28中除去氧化硫。在SDA50的下游设有颗粒物收集装置（PCD）44，如上所述，用来从烟气28中除去颗粒物。然后，清洁的洗涤过的烟气被传送到烟囱48以便排放到大气中。
为了进一步减少NOx排放，某些锅炉12使用分段燃烧，其中，在主燃烧器区域24内仅提供计量的空气量的一部分，余量的用于燃烧的空气以及任何所需的过量的空气(由于燃烧过程的效率不可能达到100％)通过上方燃烧空气(OFA)口52输送到燃烧区24的上方。如果在锅炉12中采用分段燃烧，则由于供应到燃烧器区域24的空气减少，在加热炉26的下部(包括料斗区域54)产生还原气氛。
根据本发明的第一实施例，在将粉碎的煤供应到一种或多种燃烧器22之前，将一种或多种合适的含铁化合物，和一种或多种合适的卤化物（如果需要的话）添加到一种或多种煤粉碎机20。实现该要求结果的系统和装置也显示在图1中，其总体标号为100。系统100包括用以暂时储存总地由标号110表示的铁基的磷还原化合物和汞还原化合物（如果需要的话）的储存装置120则110；将化合物110传送到所需部位的递送装置130，该装根据需要可包括阀门、密封件等；以及控制装置150，有利地是基于微处理器的控制装置，它们可由操作者通过操作员界面（I/O）工位160进入，控制装置根据需要可包括显示器以及和数据采集和储存装置。尽管未予个别地示出，但在一个实施例中，本发明的系统可为各单个的铁化合物和/或卤化物使用独立的储存、递送和控制装置（根据以上所述的装置）。在又一实施例中，本发明的系统可包括一组用于这里所用到的一种或多种铁化合物的储存、递送和控制装置，以及一组用于这里所用到的一种或多种卤化物化合物的储存、递送和控制装置（根据以上所述的装置）。
在图1中，已经添加铁基的磷还原化合物110的原煤14被标以标号140。有利地，铁基的磷还原化合物110可通过馈送机18连同原煤14一起提供，这允许紧密地控制和测量递送到煤粉碎机20内的原煤14和铁基的磷还原化合物110。替代地，铁基的磷还原化合物110可直接提供到煤粉碎机20，和/或直接提供到一种或多种独立的燃烧器管线A-F，用来将粉碎的煤提供到独立的燃烧器22，并带有合适的密封装置以抵抗煤粉碎机20或燃烧器管线A-F内的正压。根据铁基的磷还原化合物110的具体情况和引入到烟气28中的量和位置，按照需要，递送装置可以是浆液型的或气动型的。控制或信号线170、180、190和195的互连布置将这些各种装置互连起来，以提供控制信号、铁基的磷还原化合物110水平信号，以及烟气28内的磷含量水平信号（由传感器200给出），以允许操作人员控制或自动控制铁基的磷还原化合物110引入到烟气28内。然而，如果没有用以测量烟气28中气态磷的含量水平的合适的实时传感器200，那么，可在位置200处采集烟气试样，用以后来通过合适的试验方法在实验室内作分析，合适的试验方法可以是电感偶联的等离子-体质谱测定法（ICP-MS）。根据实验室分析结果，操作人员然后可使用界面操作160，将引入到烟气28内的铁基的磷还原化合物110的量的要求的设定点手工地输入控制装置150内。假如其后的实验室分析未指出烟气28中气态磷含量水平有任何显著变化的话，则无需实时地、密切地控制引入的铁基的磷还原化合物110。相反，引入到烟气28内的铁基的磷还原化合物110量可以简单地是锅炉负荷或煤馈送率的数值的函数。
在又一实施例中，本发明使用氧化铁（II）。在该实施例中，无需发生还原反应，因此该实施例的氧化铁（II）的添加点比先前实施例更宽。在该情形中，氧化铁（II）可在燃烧后和SCR前的任何合适点进行添加，以便在到达SCR之前，结合、键合和/或隔绝任何存在于锅炉或炉子的烟气中的PO气体。尤其是，可在图1所示的部位G至Q中的一种或多种处供应铁基的磷还原化合物。具体来说，也可在以下的部位中的一种或多种处将铁基的磷还原化合物提供到烟气28中：
G：通过与燃烧器22分离开的装置，在前、后或侧壁中的一种或多种内，提供到燃烧器区域24内或燃烧器区域24下方；
H：在前、后或侧壁一种或多种内，在燃烧器区域24上方部位处，提供到炉子26内；
I、J：在前后壁中的一个或两个壁上的OFA口附近或通过壁上的OFA口5，提供到炉子26内；
K：在悬置的对流通道34内，提供到锅炉12内；
L：在水平的对流通道38的上部36内，提供到锅炉12内；
M、N、O、P：在水平的对流通道38内，提供到锅炉12内；和/或
Q：在水平的对流通道38下方的料斗区域内，提供到锅炉12内。
如上所给出的，应该注意的是，除了引入一种或多种铁基的磷还原化合物之外，根据以上详述的本发明，上述的系统、方法和/或控制装置和/或技术也可用来引入一种或多种卤化物化合物。因此，在一个实施例中，本发明涉及一种系统，据此系统，一种或多种铁基化合物和一种或多种卤化物化合物，能够以按照文中所述的各种方法和/或系统的以任何方式供应。在另一实施例中，每一种类型的化合物、或甚至每一独立的化合物，不管其类型如何，都可个别地进行供应。在又一实施例中，两种或更多种化合物的任何组合，不管其类型如何（即，无论是铁基化合物还是卤化物化合物），都可一起进行供应，只要一个化合物不是有害地与另一个化合物进行反应。
此外，如上所给出的，本发明的还原的铁或氧化铁（II）能以铁-磷合金的形式除去气态的磷，该合金与来自铁-磷氧化物化合物的过燃烧空气接触。这显著地减少SCR催化剂内积聚的气态磷量。本发明的另一优点在于，通过铁的添加，任何存在的磷的很大部分将与铁结合。与铁结合的磷化合物可浸出性较低，由此，使磷向SCR催化剂的传递为最小。此外，与铁化合物（例如，氧化铁）相关和/或连接到铁化合物的磷，比与钙化合物（例如，氧化钙）相关和/或连接到钙化合物的磷更稳定。基于此，在一个实施例中，本发明涉及这样的情形，其中，存在于燃烧和/或烟气流中的大部分磷以合适的含铁-磷-氧化合物形式被隔绝，从而显著减少了能够与SOx反应的含钙/磷/氧的化合物的量。由此可以通过限制燃烧气流和/或烟气流中存在的含钙/磷/氧的化合物的量，以免其与各种SOx化合物反应导致不希望生成的气态磷化合物或者磷/氧化合物(它们会导致SCR催化剂不希望出现的中毒)，由此显著减少了燃烧气流和/或烟气流中产生的气态磷的量。
在又一实施例中，本发明的含铁化合物和/或卤化物化合物，可以任何合适方式添加，包括图1中详示的方式。合适的含铁化合物包括但不限于水合和水溶的形式的含铁化合物，诸如金属铁、一种或多种氧化铁、碳酸铁，或它们中的两种或更多种的混合物。合适的卤化物化合物包括但不限于：溴化钾、氯化钾、氟化钾、碘化钾、溴化钠、氯化钠、氟化钠、碘化钠、溴化钙、氯化钙、氟化钙、碘化钙、溴化铝、氯化铝、氟化铝、碘化铝、其它的过渡金属卤化物（例如，溴化物、氯化物、氟化物和/或碘化物），前提是过渡金属不是铁，或上述的两个或多个化合物的任何混合物。如果使用现存的滑道，则一种或多种水性反应剂可通过正排量泵从储存箱泵送到一种或多种煤馈送器，那里，随着煤在粉碎机上游的馈送机皮带上通过时，将反应剂喷溅在煤上。在该情形中，一种或多种卤化物化合物（如果使用的话）可选择溶解在水中，或是溶解在水性基的溶剂。合适的卤化物的可溶卤化物包括但不限于：溴化钾、氯化钾、氟化钾、碘化钾、溴化钠、氯化钠、氟化钠、碘化钠、溴化钙、氯化钙、氟化钙、碘化钙、溴化铝、氯化铝、氟化铝、碘化铝，或它们中的两种或更多种的混合物。在又一个实施例中，还可使用其它的过渡金属卤化物（例如，溴化物、氯化物、氟化物和/或碘化物），它们不是卤化铁，只要在该实施例中如此的化合物在水中可溶，或是在水性基的溶剂中可溶。
在一个实施例中，本发明的优点在于，它可适用于现有的SCR（翻新的）和新的SCR。此外，本发明可适用于利用生物质量作为燃料源的工厂。在一个实施例中，使用设计用来为燃烧工艺供应必需的铁化合物的低成本硬件，本发明的实施方式可以成本有效的方式来实现，。而且，本发明不会对现有的锅炉和SCR的设计造成影响。
在一个实施例中，结合本发明使用的一种或多种铁化合物的量可根据要被燃烧的煤中的磷含量而变化。在一个实施例中，本发明涉及一种方法和系统，其中，化学计量的过量的一种或多种铁化合物供应到SCR前的任何点。尽管不希望束缚于任何一种理论上，但业已发现，通过在SCR上游供应化学计量的过量的铁，可以出乎意料地提高SCR催化剂的催化活性和/或催化寿命。正如从图2的图表中可见的，添加化学计量的过量的一种或多种铁基化合物，不仅保护SCR免于通过各种磷化合物引起的中毒，而且在至少约2000小时的行时间内提高催化活性和催化寿命。
参照图2，图2是一图表，绘出本发明不添加含铁化合物或多个化合物的催化剂的原始预期失活性、添加本发明含铁化合物的催化剂的实际失活性，不添加本发明的含铁化合物或多个化合物的催化剂的观察到的失活性的比较图表。图2图表的y轴是以小数表示的催化活性，使用本技术领域内技术人员公知的任何合适方法来确定未用过的新鲜的催化剂催化活性，这里，0.9相当于测得的活性是未用过的新鲜的催化剂活性的90％。图2图表的x轴是所述催化剂面对一个100Mwe燃煤电厂的平均运行条件的运行小时数。
如上所给出的，在一个实施例中，本发明通过使用、引入和/或递送一种或多种含铁化合物，实现了催化活性的提高和/或催化寿命的提高中的一个或两个。在一个实施例中，与经受类似的运行条件但不经过如文中所披露的供应一种或多种铁基化合物时的给定催化剂的催化活性和/或催化寿命相比较，在至少约2000小时的运行时间下，催化活性的提高和/或催化寿命的提高中的一个或两个至少达到了约10％。正如本技术领域内技术人员将会明白的，各种已知的方法可用来测量各种催化剂的基准催化活性以及催化寿命，各种催化剂包括SCR催化剂。这样，为简明起见，这里省略了详细的讨论。
在另一实施例中，与经受类似的运行条件但不经过如文中所披露的供应一种或多种铁基化合物时的给定催化剂的催化活性和/或催化寿命相比较，本发明在至少约2000小时的运行时间下，催化活性和/或催化寿命的的一个或两个可达到至少约10％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约12.5％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约15％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约17.5％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约20％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约22.5％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到了至少约25％的增幅；在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约27.5％的增幅；或甚至在至少约2000小时的运行时间下，可达到至少约30％的增幅。此处，以及说明书和权利要求书中的任一处，个别的数值可组合起来形成其它的和/或尚未披露的范围。
在又一实施例中，与经受类似的运行条件但不经受如文中所披露的供应一种或多种铁基化合物时的给定催化剂的催化活性和/或催化寿命相比较，本发明在至少约2500小时的运行时间下，催化活性和/或催化寿命中的一个或两个可达到至少约10％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约12.5％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约15％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约17.5％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约20％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约22.5％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约25％的增幅；在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约27.5％的增幅；或甚至在至少约2500小时的运行时间下，可达到至少约30％的增幅。此外，以及说明书和权利要求书中的任一处，个别的数值可组合起来形成其它的和/或尚未披露的范围。
在又一实施例中，与经受类似的运行条件但不经受如文中所披露的供应一种或多种铁基化合物时的给定催化剂的催化活性和/或催化寿命相比较，本发明在至少约3000小时的运行时间下，催化活性和/或催化寿命中的一个或两个可达到至少约10％的增幅；可达到至少约12.5％的增幅；可达到至少约15％的增幅；可达到至少约17.5％的增幅；可达到至少约20％的增幅；可达到至少约22.5％的增幅；可达到至少约25％的增幅；可达到至少约27.5％的增幅；或甚至可达到至少约30％的增幅。在又一实施例中，与经受类似的运行条件但不经受如文中所披露的供应一种或多种铁基化合物时的给定催化剂的催化活性和/或催化寿命相比较，本发明在约3500小时、约4000小时、约4500小时、约5000小时、约6000小时、约7000小时、约7500小时、约8000小时、约9000小时、约10000小时、约11000小时、约12000小时、约13000小时、约14000小时、约15000小时或甚至约16000小时的运行时间下，催化活性和/或催化寿命中的一个或两个可达到至少约10％的增幅；可达到至少约12.5％的增幅；可达到至少约15％的增幅；可达到至少约17.5％的增幅；可达到至少约20％的增幅；可达到至少约22.5％的增幅；可达到至少约25％的增幅；可达到至少约27.5％的增幅；或甚至可达到至少约30％的增幅。此处，以及说明书和权利要求书中的任一处，个别的数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
正如本技术领域技术人员所熟知的，煤中的磷含量可用各种已知方法来确定。因此，在该情形中，本发明不局限于所使用的铁化合物的任何一个范围。相反，可采用过量的化学计量比。在一个实施例中，铁对磷的过量的化学计量比在约2.5:1至10:1的范围内，或从约3:1至9:1，或从约3.5:1至8:1，或从约4:1至7.5:1，或从约5:1至7:1，或从约5.5:1至6.5:1，或甚至约为6:1。此，以及说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
在另一实施例中，在所使用的煤是粉河流域煤/褐煤时，结合本发明使用的一种或多种铁化合物的量都在给定的范围之内。在该实施例中，一种或多种铁化合物的量相对于粉河流域煤/褐煤来说，可表达为每1000磅煤中有多少磅一种或多种铁化合物的量（仅在该情形中，下文中就称作“铁”）。在一个实施例中，所用的一种或多种铁化合物的量的范围是每1000磅煤中的“铁”约为5磅至每1000磅煤中的“铁”约为20磅。在另一实施例中，所用的一种或多种铁化合物的量的范围是每1000磅煤中的“铁”约为5.5磅至每1000磅煤中的“铁”约为17.5磅，或从每1000磅煤中的“铁”约为6磅至每1000磅煤中的“铁”约为15磅，或从每1000磅煤中的“铁”约为7磅至每1000磅煤中的“铁”约为12.5磅，或从每1000磅煤中的“铁”约为7.5磅至每1000磅煤中的“铁”约为10磅，或甚至从每1000磅煤中的“铁”约为8磅至每1000磅煤中的“铁”约为9磅。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成其它的和/或尚未披露的范围。
在另一实施例中，其中，采用了如上所定义的铁基化合物和卤化物化合物，以重量为基础相比，一种或多种铁基化合物的量与一种或多种卤化物化合物的量之比，其范围是约95个重量份数的一种或多种铁化合物比约5个重份数的一种或多种卤化物。在另一实施例中，一种或多种铁化合物化合物对一种或多种卤化物化合物的重量比的范围为约95:5至约75:25，或从约93.5:6.5至约80:20，或从约92:8至约82.5:17.5，或从约91:9至约85:15，或甚至从约90:10至约87.5:12.5。因此，在一个实施例中，如果用到一种或多种卤化物，则一种或多种卤化物的量可通过本段所披露的比例根据任何上述的一种或多种铁化合物的量进行计算。此外，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
在另一实施例中，如果为了控制烟气或燃烧气体中的汞而结合本发明使用一种或多种卤化物，则一种或多种卤化物化合物的注入速率基于一个100Mwe的燃煤电厂的非限制性的实例。在该情形中，一种或多种卤化物的注入速率（如果在溶液中的话）是在每小时约0.25加仑至每小时约10加仑的范围内，或从每小时约0.5加仑至每小时约5加仑，或甚至从每小时约1加仑至每小时约4加仑。在另一实施例中，不管电厂或燃烧设备的规模如何，一种或多种卤化物（例如，溴化物、氯化物或碘化物）以能够足以产生以下浓度卤化物的任何的速率供应到烟气或燃烧气体，该浓度在约10ppm至约200ppm之间，或从约25ppm至约175ppm，或从约50ppm至约150ppm。应该指出的是，根据产生烟气或燃烧气体的装置上合适位置内的排放物控制技术，可能希望使用低浓度的卤化物，以防止对如此下游排放技术产生任何类型的有害影响。在如此情形的一个实施例中，卤化物浓度在约10ppm至约125ppm之间，或从约25ppm至约100ppm，或从约50ppm至约75ppm。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值（甚至来自不同的实施例）可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
鉴于以上所述，本技术领域内技术人员将会认识到，根据本发明的工艺过程，将要求的铁量供应到烟气或燃烧气体所需的一种或多种铁或铁基化合物的量，将根据产生如此烟气或燃烧气体的装置的大小而变化。对于一种或多种卤化物也可以这样说。即，本技术领域内技术人员将会认识到，根据本发明的工艺过程，将要求的卤素量供应到烟气或燃烧气体所需的一种或多种卤化物化合物的量，将根据产生如此烟气或燃烧气体的装置的大小而变化。因此，本发明不局限于任何特殊的供应速率或范围。
在另一实施例中，对于一个100Mwe的燃煤电厂，供应到烟气或燃烧气体的卤化物溶液量（25重量％的溶液）是在每小时约0.25加仑至每小时约6加仑的范围内，或从每小时约0.5加仑至每小时约5加仑，或甚至从每小时约1加仑至每小时约4加仑。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。然而，如上所述，本发明不只是局限于这些供应速率。相反，可采用任何的供应速率以达到所要求的卤化物浓度。
正如本技术领域内技术人员将会明白到的，还有其它附加的因素会影响结合本发明各种实施例供应的铁基化合物、含铁化合物和/或铁化合物的量。如此附加的因素包括但不限于：存在于煤或其它的可燃的燃料中的磷含量和/或类型；锅炉、加热器、砖或石灰窑或其它的烟气或燃烧气体产生装置的大小和/或输出量；以及所要达到的理想的化学计量比；燃烧的类型和/或方式、任何适用设备或结构的类型和/或布置。
在另一实施例中，结合本发明使用的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物，可以为任何颗粒大小和/或颗粒几何形状。合适的颗粒几何形状包括但不限于：球形、小板状、不规则形、椭圆形、长形，或两种或多种不同颗粒几何形状的组合。正如本技术领域内技术人员将会明白到的，每个不同的化合物，或甚至相同的化合物，可以一种或多种颗粒几何形状的形式供应。在一个实施例中，本发明的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物（如果是水溶的话），既可独立地也可一起地以溶液形式供应，只要递送到烟气或燃烧气体的活性成分不会不利地反应。在如此的情形中，可采用至少约为15重量%的一种或多种水溶的铁化合物和/或一种或多种水溶的卤化物化合物的溶液浓度。在另一实施例中，结合本发明可采用一种或多种水溶的铁化合物和/或一种或多种水溶的卤化物化合物的溶液浓度至少约为20重量%、至少约为25重量％、至少约为30重量％、至少约为35重量％、至少约为40重量％、至少约为45重量％的、或甚至至少约为50重量％。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。正如本技术领域内技术人员将会明白到的，在一个实施例中，任何的一种或多种水溶的铁化合物和/或一种或多种水溶的卤化物化合物的溶液浓度，分别不应超过一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物的溶解度。
在又一实施例中，本发明的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物，可以粉末形式、溶液形式、水性悬浮液形式，或上述的两种或多种形式的组合进行供给。在水性悬浮液的情形中，结合本发明使用的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物应具有合适的颗粒大小。此外，即使不要求将本发明的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物放置到水溶液中，一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物也应具有合适的颗粒大小，在放置与烟气或燃烧气体接触时，合适颗粒的大小有利于较高程度的反应性。在一个实施例中，通过以下方式可以满足这两个条件，可能是分别满足的，或者结合满足的：使用一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物，其中，至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约400μm（微米），其中至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约350μm（微米），其中，至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约300μm（微米），其中，至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约250μm（微米），其中，至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约200μm（微米），或甚至其中，至少约95％的颗粒具有的颗粒大小小于约175μm（微米）。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
尽管未局限于此，但结合本发明使用的合适的铁化合物可以是碳酸铁(II)，其可购自于普林斯农产品公司（PrinceAgriProducts）(美国新泽西州里奇菲尔德公园的非伯动物健康公司（PhibroAnimalHealthCorporationlocatedinRidgefieldPark,NewJersey）的子公司)。该碳酸铁（II）为粉末状化合物，其中，至少约95％的颗粒的大小小于约200μm（微米）。此外，该产品中的碳酸铁（II）的浓度约为80重量％，鉴于这里的用途，基本上所有其余的20重量％是非反应性的，结合本发明使用的合适的卤化物化合物（如果如此要求的话）则是溴化钙，其可购自TetraChemical公司（位于德克萨斯州的Woodlands市）。
在结合本发明使用一种或多种水性悬浮液的情形中，如此的水性悬浮液可进一步包括合适量的一种或多种抗沉降剂、悬浮剂、增稠剂或乳化剂。合适的抗沉降剂、悬浮剂、增稠剂或乳化剂包括但不限于：聚丙烯酸钠、卡波姆（、丙烯酸盐/酯以及无机增稠剂。其它合适的抗沉降剂、悬浮剂、增稠剂或乳化剂为本技术领域内技术人员所熟知，这样，为简明起见这里省略了讨论。在另一实施例中，合适的悬浮或乳化可通过搅动来实现，不必要求使用一种或多种抗沉降剂、悬浮剂、增稠剂或乳化剂。在另一实施例中，一种或多种抗沉降剂、悬浮剂、增稠剂或乳化剂可结合搅拌器而使用。
在又一实施例中，本发明的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物应独立地具有以下重量百分比的纯度：至少约为50重量％、至少约为55重量％、至少约为60重量％、至少约为65重量％、至少约为70重量％、至少约为75重量％、至少约为80重量％、至少约为85重量％、至少约为90重量％、至少约为95重量％，或甚至至少约为99重量％或更高。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。
就一种或多种铁化合物的不是“铁化合物”的那部分来说，在结合本发明出现的环境中，这些杂质应是不反应的。替代地，如果是反应的话，则这些杂质应被容易地捕获、除去和/或隔离，或者不应显著地增加任何下游催化剂的任何进一步的污染。在又一实施例中，在结合本发明使用的任何的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物中，含磷化合物杂质量应独立地小于约5重量％、小于约2.5重量％、小于约1重量％、小于约0.5重量％、小于约重量0.25％、小于约0.1重量％，或甚至小于约0.01重量％。此处，以及在说明书和权利要求书中的任一处，个别的范围数值可组合起来形成另外的和/或尚未披露的范围。在还有的另一实施例中，在结合本发明使用的任何的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物中，含磷化合物杂质量应为零。即，在该实施例中，结合本发明使用的一种或多种铁化合物和/或一种或多种卤化物化合物，应独立地没有任何含磷化合物。
尽管不希望囿于任何一个理论，但可以相信本发明利用了在磷化合物之间或含磷化合物之间的各种较佳的反应，从而隔离了有害于提高SCR催化剂的活性或寿命的各种磷化合物和含磷化合物。因此，这里所讨论的反应要被认为是非限制性的，这样的非限制性在于，其它附加的反应可在燃烧和/或烟气流中发生。
在另一实施例中，本发明涉及注入碳酸铁、其它合适的铁化合物的系统和方法，或使一种或多种铁化合物和一种或多种卤化物化合物与炉子中煤混合的系统和方法，以用Fe活性位点来补充SCR催化剂表面上的活性催化位点，同时实现汞的氧化。在一个实例中，注入的材料是碳酸铁（约为90重量％）和非含铁的卤素化合物（例如，10重量％的溴化钙）的混合物。正如本技术领域内技术人员所公知的，在煤燃烧过程中，煤灰中存在的任何铁（包括但不限于PRB煤灰）在其与各种硅酸盐和/或铝酸盐结合（或是被结合）时，这些铁催化功能上不是活性的。在PRB煤中，铁总量中的90％以上作为结合的矿物，这就是说，在燃烧过程中大部分铁被捕获在玻璃状的硅石和/或氧化铝内，由此，不能参与任何其它的化学反应。因此，本发明通过单独地注入铁而提供“自由”铁，尽管不希望囿于任何一个理论，但可以相信“自由”铁停留在和/或沉淀在飞扬煤灰的表面上，使其能参与进一步的化学反应。
含有如上所定义的“自由”铁的混合材料然后可提供铁，以提高除NOx的催化剂的催化活性和/或催化寿命，同时，如果这样提供的话，则本发明的一种或多种卤化物化合物中的卤素部分可用来帮助或实现汞的氧化。尽管不希望囿于任何一个理论，但可以相信，当飞灰沉淀在SCR催化剂的表面上时，由于注入的过程而在飞灰表面上的铁或沉淀在催化剂上的铁，提供氨水和NOx可反应而形成N2和水的位点。当铁以低的注入速率连续地注入时，任何变得衰竭的活性铁的位点，以合理的速率被新铁的位点替代，由此，当与以上详细解释过的类似的未处理的催化剂相比较时，允许延长和/或增加催化寿命和/或催化活性。一种或多种卤化物化合物中的卤素部分，将元素汞氧化成其氧化的形式，使得通过下游的湿法或干法涤气器或PAC注入法而去除汞变得更加容易。
尽管不希望囿于任何一个实例，但从一个100Mwe燃煤电厂的碳酸铁的长期注入试验中可提供数据来支持本发明。在催化剂暴露于燃烧烟气之前，由XRF（X射线荧光）技术对催化剂作的分析表明，催化剂表面上和体积内存在的铁可忽略不计。在大约运行2000小时和注入FeCO3之后，取得催化剂试样并通过XRF进行分析。该试样显示表面上有0.35％的铁，体积内有0.13％的铁。先前使用过的催化剂（没有从同样场所注入FeCO3），在11000小时运行之后，表面上有0.26％的铁，体积内有0.06％的铁。在注入碳酸铁之前作的基准试验表明，在空气加热器出口处的烟气中的SO3浓度小于1ppm。在外加8000小时的运行之后，在空气加热器出口处测得的SO3浓度约为2.6ppm。这证明注入到炉子内的铁确实到达了SCR。SO3浓度的增加可关联到催化剂表面上铁的存在，因为铁也是将SO2转换到SO3的良好催化剂。
如上所述，图2示出了带有和不带有铁注入的催化剂性能。上方的曲线（带有小写字母“x”的那条）是最初预期的催化剂失活曲线。该催化剂预计维持约16000小时运行。下方的曲线（带有菱形）显示该催化剂的实际特性。由于磷去活化的缘故，催化剂实际仅维持6800小时运行。中间的线（带有三角形）显示经过至少本发明铁化合物注入处理的催化剂的性能。该实例中的催化剂在安装时不是新的，而再生过的催化剂，初始活性比未用过的催化剂低15％的活性。
因此，在一个实施例中，本发明通过注入一种或多种含铁化合物对除NOx的反应提供额外的位点，由此，能够显著地提高SCR催化剂的寿命和/或催化活性，超过目前所能接受的或所认定的时间寿命。当本发明的一种或多种卤化物被采用时，一种或多种卤化物化合物提供卤素成分，其允许增强汞的氧化，并能够用任何合适技术（例如，AQCS（空气质量管理）设备）除去下游的汞。
尽管已经详细地显示和描述了本发明的具体实施例以图说明本发明的应用和原理，但应该理解到，本发明决不意图局限于此，且本发明可以其它方式实施，而不会脱离如此的原理。在本发明的某些实施例中，本发明的某些特征有时可优点突出地使用，而不对应地使用其它的特征。因此，所有如此的变化和实施例都合适地落入附后权利要求书的范围之内。

Claims (17)

1.一种增加SCR催化剂有效寿命的方法，该方法包括以下步骤：
(a)在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含铁化合物；
(b)在烟气进入SCR之前，允许至少一种含铁化合物与燃烧区域或烟气中存在的任何气体磷化合物或含磷化合物反应；
(c)在烟气进入SCR之前，向炉子或锅炉的燃烧区域或烟气流提供至少一种含卤化物的化合物，前提是含卤化物的化合物不是卤化铁；以及
(d)允许至少一种含卤化物的化合物与燃烧区域或烟气内存在的任何汞反应和/或氧化任何的汞，
其中，该方法在至少2000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少10％的增幅。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铁化合物从以下中选择：金属铁、一种或多种氧化铁、碳酸铁，或其中的两种或更多种的混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铁化合物从以下中选择：氧化铁(III)、碳酸铁(II)、氧化铁(II)，或其中的两种或更多种的混合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铁化合物从以下中选择：氧化铁(III)、碳酸铁(II)，或它们的混合物。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含铁化合物通过添加到粉末状煤中而提供到燃烧区域。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含铁化合物通过专用供应管线提供到燃烧区域。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含卤化物的化合物从以下中选择：溴化钾、氯化钾、氟化钾、碘化钾、溴化钠、氯化钠、氟化钠、碘化钠、溴化钙、氯化钙、氟化钙、碘化钙、溴化铝、氯化铝、氟化铝、碘化铝、过渡金属卤化物，前提是过渡金属不是铁，或上述的两种或多种化合物的任何混合物，或上述的两种或多种化合物的多种混合物。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铁化合物从以下中选择：碳酸铁(II)，而所述含卤化物的化合物从溴化钙中选择。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含卤化物的化合物通过添加到粉末状煤中而供应到燃烧区域。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含卤化物的化合物通过专用供应管线提供到燃烧区域。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含铁化合物以铁对磷的过量化学计量比提供，比值范围在2.5:1至10:1。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含铁化合物以铁对磷的过量化学计量比提供，比值范围在3.5:1至8:1。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个含卤化物的化合物以足够量提供，以得到10ppm至200ppm之间的卤化物浓度。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在至少3000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少10％的增幅。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在至少4000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少10％的增幅。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在至少3000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少15％的增幅。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在至少4000小时的运行时间内，使催化活性和/或催化寿命中之一个或两个达到至少15％的增幅。
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