CN104168982B - 用于湿法烟道气脱硫系统的汞捕捉系统和方法 - Google Patents

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Abstract

湿法烟道气脱硫(WFGD)系统包括可运行来从供应到其中的烟道气中移除污染物的吸收容器。吸收容器限定用于在其中容纳反应物浆料的浆料区段，以及与浆料区段处于流体连通的出口。WFGD系统包括与所述出口处于流体连通的汞移除容器。汞移除容器具有设置在其中的活性碳。

Description

用于湿法烟道气脱硫系统的汞捕捉系统和方法
技术领域
本发明大体涉及用于湿法烟道气脱硫(WFGD)系统的汞捕捉，并且特别地，涉及WFGD吸收容器，它具有与其中设置有活性碳的另一个容器处于流体连通的出口，以从供应自WFGD吸收容器的反应物浆料中吸附汞。
背景技术
一些矿物燃料发电站燃烧煤来产生蒸汽，蒸汽又用来发电。煤包含硫。由于煤的燃烧，硫的一部分与氧反应，并且形成二氧化硫(SO2)，二氧化硫存在于煤燃烧所产生的烟道气中。二氧化硫是已知的污染物。烟道气还可包含其它污染物，包括(但不限于)颗粒、氮氧化物(NOx)、汞、二氧化碳(CO2)等。汞、特别是有机结合汞会对人类造成严重的健康危害。
因此，一些国家已经建立了限制释放到大气中的烟道气中的二氧化硫和汞的量的环境法令。一种在烟道气释放之前减少或消除烟道气中的二氧化硫的方法是在脱硫吸收塔中处理烟道气。烟道气可与吸收塔中的湿石灰石(CaCO3)浆料反应，以形成亚硫酸钙(CaSO3)和硫酸钙(CaSO4)。刚开始可在脱硫吸收塔中移除汞的一部分，诸如电离汞(即，Hg2+)。但是，由于脱硫吸收塔中的化学反应，捕捉到的Hg2+的一部分可转化回元素汞(即，Hg0)，并且传送回烟道气中，这被称为“再次排放的”汞。这种再次排放可提高烟道气中的汞水平，使其超过规定的极限。
发明内容
根据本文公开的方面，提供一种湿法烟道气脱硫(WFGD)系统，它包括可运行来从供应到其中的烟道气中移除污染物的吸收容器。吸收容器包括用于在其中容纳反应物浆料的浆料区段。吸收容器包括与浆料区段处于流体连通的出口。另外，WFGD系统包括与出口处于流体连通的汞移除容器。汞移除容器具有设置在其中的活性碳。在一个实施例中，活性碳在汞移除容器中设置成堆、移动床、流化床，并且/或者与富汞流出物混在一起。
在本文限定的另一方面，活性碳可运行来从接收在汞移除容器中的反应物浆料中移除基本所有汞。在一个实施例中，活性碳为卵块和/或颗粒形式。
在本文公开的又一方面，提供一种WFGD系统，它包括可运行来从供应到其中的烟道气中移除污染物的吸收容器。吸收容器限定用于在其中容纳反应物浆料的浆料区段。吸收容器包括与浆料区段处于流体连通的出口。WFGD系统包括与出口处于流体连通的脱水系统。WFGD系统包括与脱水系统处于流体连通且定位在脱水系统下游的汞移除容器。汞移除容器具有设置在其中的活性碳。在一个实施例中，活性碳在汞移除容器中设置成堆、移动床、流化床，并且/或者与富汞流出物混在一起。
本文还公开了一种运行WFGD系统的方法。该方法包括提供吸收容器，吸收容器限定用于在其中容纳反应物浆料的浆料区段。吸收容器包括与浆料区段处于流体连通的出口。出口与汞移除容器处于流体连通。汞移除容器具有设置在其中的活性碳。将反应物和水供应到吸收容器。将包含汞的烟道气引入到吸收容器中，并且使它们与反应物浆料接触。反应物浆料吸收汞，并且变得富含汞(即，富汞反应物浆料)。将富汞反应物浆料的一部分供应到汞移除容器。活性碳从富汞反应物浆料中吸附汞，从而产生经处理的反应物浆料。使经处理的反应物浆料回到吸收容器。
本文还公开了另一种运行WFGD系统的方法，包括提供吸收容器，吸收容器限定用于在其中容纳反应物浆料的浆料区段。吸收容器包括与浆料区段处于流体连通的出口。脱水系统与出口处于流体连通。汞移除容器定位在脱水系统下游，并且与脱水系统处于流体连通。汞移除容器具有设置在其中的活性碳。方法包括将反应物和水供应到吸收容器。将包含汞的烟道气引入到吸收容器中，并且使它们与反应物浆料接触。反应物浆料吸收汞，并且变得富含汞(即，富汞反应物浆料)。将富汞反应物浆料的一部分引入到脱水系统中。从富汞反应物浆料中分离出固体，以产生富汞流出物流，富汞流出物流比引入到脱水系统的富汞反应物浆料具有显著更少的悬浮固体。将富汞流出物供应到汞移除容器，在那里，活性碳从富汞流出物中吸附汞，从而产生经处理的流出物。经处理的流出物回到吸收容器或WFGD系统的其它部分。可将经处理的流出物的一部分发送出WFGD系统，以对它们进行处置，或者为了其它目的对它们进行进一步处理。
附图说明
现在参照附图，在图中，以相同的方式对所有相同部件编号；
图1是本文公开的湿法烟道气脱硫系统的横截面示意图；以及
图2是本文公开的另一个湿法烟道气脱硫系统的横截面示意图。
具体实施方式
如图1中示出的那样，湿法烟道气脱硫(WFGD)系统大体由标号10表示，它用于从烟道气流中移除污染物，诸如二氧化硫(2)和汞，并且包括在内部区域12A中的吸收容器12，其中，内部区域的一部分限定用于容纳反应物浆料16的浆料区段14。浆料区段14从吸收容器12的底部部分18向上延伸到界面20，界面20分开反应物浆料16(即，呈泡沫、充气浆料和/或浆料形式的反应物23，诸如CaCO3)和在内部区域12A的处理区域15中流动的烟道气34A。界面20位于内部区域12A中，与吸收容器12的顶部部分26相距距离D。距离D的幅度取决于WFGD系统10的运行状况，并且可随其改变。WFGD系统10包括与吸收容器12的浆料区段14处于流体连通的汞移除容器28。汞移除容器28具有内部区域28A，活性碳30设置在内部区域28A中。在一个实施例中，活性碳30在汞移除容器28中设置成堆，如本文描述的那样。活性碳30可运行来从接收在汞移除容器28中的反应物浆料16中移除基本所有汞，如下面描述的那样。
虽然显示和描述了吸收容器12具有用于容纳反应物浆料16的浆料区段14，浆料区段14从吸收容器12的底部部分18向上延伸到界面20，界面20分开反应物浆料16和烟道气34A，但本公开在这方面不受限制，因为可采用其它吸收构造，包括(但不限于)在其中包括用于在烟道气34A和反应物浆料16之间实现接触的区段的那些。
吸收容器12限定第一入口32，第一入口32用于接收烟道气34，以在吸收容器的内部区域12A中处理烟道气34。吸收容器12还限定第二入口36，第二入口36用于在内部区域12A中接收压缩机40供应的空气38，以对反应物浆料16充气。吸收容器12限定用于在内部区域28A中接收反应物23的第三入口48，以及用于在内部区域12A中接收从汞移除容器28的出口53排出的经处理的浆料52的第四入口50。在一个实施例中，汞移除容器28与吸收容器12分开。
虽然显示和描述了吸收容器12具有第一入口32、第二入口36、第三入口48和第四入口50，但吸收容器可在任何位置处具有任何数量的入口。在一个实施例中，在经处理的浆料回到吸收器12之前，将其引导到另一个容器。
吸收容器12还限定用于从内部区域12A中排出经处理的烟道气24的第一出口54。吸收容器12进一步限定第二出口56，第二出口56与浆料区段14处于流体连通，以使反应物浆料16从内部区域12A排到泵58的入口58A。泵58的出口58B与汞移除容器28的入口60处于流体连通。泵58构造成将反应物浆料泵送通过泵58，并且将反应物浆料泵送到汞移除容器28的内部区域28A中。在一个实施例中，泵58是离心泵。吸收容器12的第二出口56位于吸收容器12的浆料区段14中(即，在界面20下方)，使得反应物浆料16可从吸收容器12中排出，以在汞移除容器28进行处理(即，汞移除)。将第二出口56定位在浆料区段14中会阻止经处理的烟道气24通过第二出口离开吸收容器12。另外，第二出口56与界面20隔开足够的距离D1，以允许烟道气34在吸收容器12中被处理，而非作为气体流到汞移除容器28。在一个实施例中，第二出口56与汞移除容器28的入口60处于流体连通。在一个实施例中，汞移除容器28的入口60定位在第二出口56下游。虽然显示和描述了泵58安装在吸收容器12和汞移除容器28之间，但本公开在这方面不受限制，因为吸收容器和汞移除容器可在没有泵的情况下，在第二出口56和入口60之间彼此直接连通。
再循环回路51通过管线55与吸收容器12处于流体连通，管线55将吸收容器在流体方面联接到泵57上。另一个管线59将泵57在流体方面联接到吸收容器12上。反应物浆料16通过管线59泵送到分配集管59A中，并且通过多个喷嘴59B，作为反应物滴16分散到吸收器12的处理区域15中。反应物滴16A接触烟道气34，并且从烟道气34中吸收污染物。虽然显示和描述了反应物浆料16泵送到分配集管59A中，并且通过喷嘴59B，作为反应物滴排出，但本公开在这方面不受限制，因为可采用用于在烟道气和反应物浆料16之间产生接触的其它构造，包括(但不限于)通过设置在吸收容器中的挡板、混合叶片和/或筛子使流烟道气和反应物交叉流动。
在一个实施例中，活性碳30在汞移除容器28的内部区域28A中设置成堆，其中，活性碳块一个摞在另一个上。可采用为卵块、砂粒和/或颗粒形式的活性碳30。活性碳30的单独的卵块和/或颗粒彼此支承，从而限定自支承构造。在一个实施例中，活性碳30的卵块和/或颗粒未嵌在纤维矩阵、格栅、织物、一个或多个筛子等中，未附连到它们上，或者未得到它们的支承。在一个实施例中，活性碳30设置在可渗透的容器28B(例如网、多孔篮或笼)中，可渗透的容器28B具有通道，通道在大小上设置成将活性碳保留在容器中，同时允许反应物浆料流过其中。在一个实施例中，当反应物浆料16流过其中时，活性碳30是不动的。在又一个实施例中，在反应物浆料流过其中时，活性碳30在容器28B或汞移除容器28内作为流化床而移动，并且/或者与富汞流出物混在一起。
在一个实施例中，筛子62定位在出口53中，并且/或者定位在汞移除容器28中，在出口53附近。筛子62构造成防止活性碳30离开汞移除容器28，或者防止活性碳30被受处理的反应物浆料16携带。因而活性碳30保留在汞移除容器28的内部区域28A中。在汞移除容器28中设置足够量的活性碳30，以捕捉包含在运送到汞移除容器中的反应物浆料16中的基本所有汞(即，至少90%)。在一个实施例中，汞移除容器28构造成罐(canister)的形式，它具有定位在入口60和出口53附近的联接装置64，以有利于在活性碳30充满汞时更换汞移除容器28。在一个实施例中，汞移除容器28构造成一次性的。在一个实施例中，例如通过移动床，将活性碳30运送到汞容器28中，或者从汞容器28中运送出活性碳30。活性碳的移动床提供充分的用于汞移除的活性碳供应，并且提供足够的富汞活性碳移除速率，而不必停止或中断汞移除过程。
虽然描述了成堆的活性碳30卵块和/或颗粒设置在汞移除容器28中，但本公开在这方面不受限制，因为可采用纤维矩阵、格栅、织物、一个或多个筛子或它们的组合来支承、定位卵块和/或颗粒，以及使它们彼此间隔开，或者有利于将活性碳30置于汞移除容器28中，以及/或者从汞移除容器28中移除活性碳30。
本公开包括运行WFGD系统10的方法，其中，对吸收容器12提供容纳在浆料区段14中的反应物浆料16。汞移除容器28与第二出口56处于流体连通。汞移除容器28具有设置在其中的活性碳30。在一个实施例中，成堆的活性碳30设置在汞移除容器28中。方法包括通过第四入口48将反应物23供应到吸收容器12。烟道气34通过第一入口32传送到吸收容器12。烟道气34与反应物浆料16混合，并且与反应物浆料16发生化学反应，以从烟道气34中移除污染物，包括汞和二氧化硫。因此，反应物浆料16变得富含汞。通过泵58将富汞反应物浆料16的一部分从吸收容器12引导到汞移除容器28。设置在汞移除容器28中的活性碳30从富汞反应物浆料16中吸附汞，以产生经处理的反应物浆料52。在一个实施例中，活性碳从富汞反应物浆料16中吸收汞。其中具有显著更低水平的汞(相对于总体反应物浆料16)的经处理的反应物浆料52从汞移除容器28排到吸收容器12。在一个实施例中，通过使压缩空气38通过第二入口36流到吸收容器12中来对反应物浆料16充气。
图2的WFGD系统110类似于图1中示出的WFGD系统10，因而类似元件都分配有以标号1开头的类似的元件编号。WFGD系统110包括吸收容器112，吸收容器112可运行来从供应到其中的烟道气134中移除污染物。吸收容器112包括内部区域112A，内部区域112A的一部分限定用于容纳反应物浆料116的浆料区段114。吸收容器112包括与浆料区段114处于流体连通的第二出口156。WFGD系统110包括与第二出口156处于流体连通的脱水系统170。WFGD系统110包括汞移除容器128，汞移除容器128定位在脱水系统170下游，并且与脱水系统170处于流体连通。汞移除容器128的出口152与吸收容器112的第四入口150处于流体连通，以将经处理的流出物152供应到吸收容器112。汞移除容器128具有设置在汞移除容器128的内部区域128A中的活性碳130。在一个实施例中，成堆的活性碳130设置在汞移除容器128的内部区域128A中。
如图2中示出的那样，脱水系统170包括泵172，泵172具有入口172A，入口172A通过管线174与第二出口156处于流体连通。脱水分离器176定位在泵172的下游。脱水分离器176的入口176A通过管线178与泵172的出口172B处于流体连通。脱水分离器176构造成从反应物浆料中分离出固体。例如，脱水分离器构造成使反应物浆料116脱水，以产生具有大约50%的固体的滤泥流182。在一个实施例中，脱水分离器176包括一个或多个水力旋流器。脱水系统170包括定位在脱水分离器176下游的固体转移槽180。固体转移槽180包括入口180A，入口180A通过管线182与脱水分离器176的出口178B处于流体连通。脱水系统170包括定位在固体转移槽180下游的另一个泵184。泵184包括入口184A，入口184A通过管线186与固体转移槽180的出口180B处于流体连通。脱水系统170包括定位在泵184下游的过滤器188。过滤器188包括入口188A，入口188A与泵184的出口184B处于流体连通。过滤器188包括液体出口188B，液体出口188B与流出物容器175处于流体连通，流出物容器175限定出口175A。出口175A与泵158的入口158A处于流体连通。过滤器188还包括用于排出固体(诸如(但不限于)石膏)的固体出口188C。过滤器188还包括用于清洗和产生石膏的水供应189。脱水分离器176包括出口176C，出口176C通过管线177与流出物容器175的入口175B处于流体连通。在一个实施例中，流出物流116A的一部分通过管线190A回到吸收器112。虽然显示和描述了WFGD系统110具有泵158，但本公开在这方面不受限制，因为不必提供这个泵158。
汞移除容器128定位在泵158下游。汞移除容器128的入口160通过管线190与泵158的出口158B处于流体连通。汞移除容器128与吸收容器112处于流体连通。特别地，汞移除容器128的出口153通过管道152与吸收容器112的第四入口150处于流体连通。另外，旁通管线190A与管线190和管线152处于流体连通，从而允许流出物116A的一部分绕过汞移除容器128。
虽然显示和描述了脱水系统170具有泵172、固体转移槽180、过滤器188、水供应189和脱水分离器176，但本公开在这方面不受限制，因为可采用其它脱水系统构造，包括(但不限于)没有泵的那些和/或只有过滤器和水清洗系统的那些。
本公开包括运行WFGD系统110的方法。该方法包括提供吸收容器112，吸收容器112具有容纳在浆料区段114中的反应物浆料116。吸收容器112包括与内部区域112A的浆料区段114处于流体连通的第二出口156。还提供与第二出口156处于流体连通的脱水系统170。汞移除容器128定位在脱水系统170下游，并且与脱水系统170处于流体连通。汞移除容器128具有设置在汞移除容器128的内部区域128A中的活性碳130。在一个实施例中，活性碳130自支承在汞移除容器128中。方法包括通过第四入口148将反应物123供应到吸收容器112。通过使压缩空气138通过第二入口136流到吸收容器112中来对反应物116充气。烟道气134通过第一入口132传送到吸收容器112中。烟道气134与反应物浆料116混合，并且与反应物浆料116产生化学反应，以从烟道气134中移除污染物，包括汞和二氧化硫。因此，反应物浆料116变得富含汞。将富汞反应物浆料116的一部分从吸收容器112引导到脱水系统170。脱水系统170从富汞反应物浆料116中分离出固体，以产生富汞流出物116A。富汞流出物或一部分流出物通过泵158传送到汞移除容器128。设置在汞移除容器128中的活性碳130从富汞流出物116A中吸附汞，以产生经处理的流出物152。其中具有显著更低水平的汞的经处理的流出物152从汞移除容器128排到吸收容器112。在一个实施例中，经处理的流出物152在回到吸收容器112之前，传送到WFGD系统中的另一个容器。在一个实施例中，从富汞反应物浆料116中分离出固体，以产生比引入到脱水系统170的富汞反应物浆料具有显著更少悬浮固体的富汞流出物流。
虽然已经参照各种示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解的是，可作出各种改变，并且等效物可代替本公开的元件，而不偏离本发明的范围。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适应本发明的教导，而不偏离本发明的实质范围。因此，意于的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (11)

1.一种湿法烟道气脱硫系统(10，110)，包括：
吸收容器(12，112)，其能够被用来从供应到其中的烟道气中移除污染物，所述吸收容器(12，112)限定用于容纳反应物浆料(16，116)的浆料区段(14，114)，以及与所述浆料区段(14，114)处于流体连通的出口(56，156)；以及
与所述出口(56)处于流体连通的汞移除容器(28，128)，并且所述汞移除容器(28，128)具有设置在其中的活性碳(30，130)；
其中，所述湿法烟道气脱硫系统进一步包括：
与所述出口(56，156)处于流体连通的脱水系统(170)，其中，所述脱水系统(170)包括脱水分离器(176)、固体转移容器(180)、流出物容器(175)和过滤器(188)，所述脱水分离器(176)定位在所述吸收容器(12，112)下游，并且与所述吸收容器(12，112)处于流体连通，所述固体转移容器(180)定位在所述脱水分离器(176)下游，并且与所述脱水分离器(176)处于流体连通，并且所述过滤器(188)定位在所述固体转移容器(180)下游，并且与所述固体转移容器(180)处于流体连通，所述流出物容器(175)定位在所述过滤器(188)和所述脱水分离器(176)下游，并且与所述过滤器(188)和所述脱水分离器(176)处于流体连通，并且所述汞移除容器(28，128)定位在所述流出物容器(175)下游，并且与所述流出物容器(175)处于流体连通，而且与所述吸收容器(12，112)处于流体连通。
2.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述湿法烟道气脱硫系统进一步包括：
与所述出口(56，156)处于流体连通的脱水系统(170)；以及
与所述脱水系统(170)处于流体连通且定位在所述脱水系统(170)的下游的所述汞移除容器(28，128)。
3.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述活性碳(30，130)在所述汞移除容器(28，128)中设置成堆、移动床、流化床中的至少一个，并且与富汞流出物(116A)混在一起。
4.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述活性碳(30，130)能够被用来从接收在所述汞移除容器(28，128)中的反应物浆料(16，116)中移除所有汞。
5.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述活性碳(30，130)为卵块和颗粒形式中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述汞移除容器(28，128)可移除地定位在所述湿法烟道气脱硫系统(10，110)中。
7.根据权利要求1所述的湿法烟道气脱硫系统(10，110)，其特征在于，所述汞移除容器(28，128)限定与所述吸收容器(12，112)处于流体连通的出口(53，152)。
8.一种运行湿法烟道气脱硫系统(10，110)的方法，包括：
提供吸收容器(12，112)，所述吸收容器限定用于容纳反应物浆料(16，116)的浆料区段(14，114)，以及与所述浆料区段(14，114)处于流体连通的出口(56，156)，所述出口(56，156)与汞移除容器(28，128)处于流体连通，所述汞移除容器(28，128)具有设置在其中的活性碳(30，130)；
将反应物和水供应到所述吸收容器(12，112)；
使包含汞的烟道气流到所述吸收容器(12，112)中，所述反应物浆料(16，116)吸收汞，从而产生富汞反应物浆料(16，116)；
将所述富汞反应物浆料(16，116)的一部分供应到所述汞移除容器(28，128)；以及
用设置在所述汞移除容器(28，128)中的活性碳(30，130)从所述富汞反应物浆料(16，116)中吸附汞，从而产生经处理的反应物浆料(52，152)；
其中，所述活性碳(30，130)在所述汞移除容器(28，128)中设置成堆、移动床、流化床中的至少一个，并且与富汞流出物(116A)混在一起。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述经处理的反应物浆料(52，152)供应到所述吸收容器(12，112)。
10.一种运行湿法烟道气脱硫系统(10，110)的方法，包括：
提供吸收容器(12，112)，所述吸收容器限定用于容纳反应物浆料(16，116)的浆料区段(14，114)，以及与所述浆料区段(14，114)处于流体连通的出口(56，156)；
提供与所述出口(56，156)处于流体连通的脱水系统(170)；
提供汞移除容器(28，128)，所述汞移除容器与所述脱水系统(170)处于流体连通，并且定位在所述脱水系统(170)的下游，所述汞移除容器(28，128)具有设置在其中的活性碳(30，130)；
将反应物和水供应到所述吸收容器(12，112)；
使包含汞的烟道气流到所述吸收容器(12，112)中，以吸收汞，从而产生富汞反应物浆料(16，116)；
将所述富汞反应物浆料(16，116)的一部分供应到所述脱水系统(170)，以从所述富汞反应物浆料(16，116)中分离出固体，以及产生富汞流出物(116A)；
将所述富汞流出物(116A)供应到所述汞移除容器(28，128)；以及
用所述汞移除容器(28，128)中的活性碳(30，130)从所述富汞流出物(116A)中吸附汞，从而产生经处理的流出物(52，152)；
所述活性碳(30，130)在所述汞移除容器(28，128)中设置成堆、移动床、流化床中的至少一个，并且与所述富汞流出物(116A)混在一起。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述经处理的流出物(52，152)供应到所述吸收容器(12，112)。
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