CN104289097A - 用于减少汞再排放的亚硫酸盐控制 - Google Patents

用于减少汞再排放的亚硫酸盐控制 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种通过控制湿式烟气脱硫(WFGD)系统内亚硫酸盐浓度来减少汞排放和/或再排放的方法。一种用于通过控制亚硫酸盐浓度来减少汞排放和/或再排放的方法为测定用于WFGD体系中所用的含水碱性浆料的亚硫酸盐浓度并将其与预定的亚硫酸盐浓度值比较。如果该比较结果表明实测亚硫酸盐浓度高于预定值，则供应至该体系的氧化空气的量增加。如果该比较结果表明实测亚硫酸盐浓度低于预定值，则供应至该体系的氧化空气的量减少。

Description

用于减少汞再排放的亚硫酸盐控制
发明领域
概括地讲，本文公开的主题涉及减少伴随含汞或汞化合物的燃料源的燃烧排放到环境中的汞的量，更具体而言，涉及减少在经历了湿式洗涤操作的燃烧烟气中汞的排放和/或再排放。
背景技术
燃料源如煤的燃烧产生被称作“烟气”的废气，烟气待排放至环境如大气。燃料源通常包含硫和硫化合物，硫和硫化合物在燃烧过程中转化为气态物质包括硫氧化物，气态物质随后原样存在于所得烟气中。燃料源通常还包含元素汞或汞化合物，其在燃烧过程中转化为气态元素型汞或气态离子型汞物质，并且以气态元素型汞或气态离子型汞物质存在于烟气中。
因此，烟气包含颗粒、有害物质和被认为是环境污染物的其他杂质。在通过烟囱排放到大气中之前，烟气经历了清洁或纯化过程。在煤燃烧中，该纯化过程的一个方面通常是脱硫系统，如被称作湿式烟气脱硫(WFGD)系统的湿式洗涤操作。
使用WFGD系统通过将含水碱性浆料引入WFGD系统的洗涤器塔从烟气中除去硫氧化物。该含水碱性浆料通常包括将与污染物相互作用以将其从烟气中除去的碱性物质。可用于含水碱性浆料的碱性物质的实例包括石灰、石灰石、镁、其组合等。
近来，越来越关注于汞的去除。目前，存在各种用于从烟气中去除汞的方法。这些方法包括在烟气排放控制系统上游的锅炉中加入氧化剂并随后用洗涤器将其除去、加入反应物来与汞结合并从烟气中将其除去，和利用特别的煤或燃料来使煤或燃料燃烧时释放的汞量最小。
许多通常公知的去除汞的方法有效地产生汞盐，汞盐可被湿式洗涤操作中使用的含水碱性浆料溶解并除去。这些方法中的某些包括往湿式洗涤操作上游的煤或烟气中加入卤素或卤素化合物如溴以将元素汞氧化为离子型汞并形成汞盐，汞盐随后溶解于伴随硫氧化物去除过程的含水碱性浆料。然而，在湿式洗涤器的含水碱性浆料中除去汞经证明是难以控制的，且当针对除汞设计烟气清洁体系时是不容易预测的。所需的排放保证水平通常低至0.3μg汞/Nm3，这对应于湿式洗涤器中非常高的除汞效率。
发明内容
本文公开的主题的一个方面涉及从由燃料源的燃烧产生的烟气中除去一定量的汞以降低汞向环境如大气的排放和/或再排放。所述方法包括对烟气进行湿式洗涤操作以减少烟气中存在的一定量的硫氧化物。所述湿式洗涤操作包括使烟气与含水碱性浆料接触以从烟气中吸收硫氧化物，将至少一部分存在于烟气中的气态离子型汞物质溶解于含水碱性浆料以从烟气中除去所述气态离子型汞物质以产生清洁烟气、控制含水碱性浆料中的亚硫酸盐浓度以防止汞再排放到所述清洁烟气中并将所述清洁烟气释放到环境。该方法解决的问题为，一旦被含水碱性浆料氧化，汞在某些条件下可还原为元素汞。元素汞具有高蒸气压并因此可再排放到所述“清洁”烟气。本方法控制含水碱性浆料中亚硫酸盐浓度以防止元素汞再排放到所述清洁烟气。使用亚硫酸盐传感器例如WO2013/050990中公开并通过全文引用结合到本文中的亚硫酸盐传感器，从含水碱性浆料获得亚硫酸盐浓度的测定结果。这些亚硫酸盐浓度测定结果用作调节供应至WFGD体系的氧化空气的量从而调节体系的氧化空气化学计量比的基础。因此，控制WFGD体系的亚硫酸盐浓度以最低的碱化剂添加剂成本和氧化空气动力消耗实现所需的汞排放水平，而不会损害硫排放要求。Lindau在US 7,524,473(该文献通过全文引用结合到本文中)也通过改变氧化空气并因此间接地控制亚硫酸盐浓度来控制氧化还原电势来获得汞排放降低。本文中公开的本发明相对于Lindau的改进之处在于，可通过其他参数如溶解盐的浓度来改变氧化还原电势，在相同的亚硫酸盐浓度下给出不同的读数。
附图说明
为了说明本文公开的主题，附图示出了当前优选的实施方案的形式。但是，应当理解，所公开的主题不限于图中所示的精确配置和手段，其中：
图1是用于减少烟气中排放的气态元素汞的量的体系的示意图，该体系使用WFGD体系实践。
具体实施方式
本申请发明人业已发现，使用亚硫酸盐探针，如在WO2013/050990中公开的探针，WO2013/050990通过全文结合到本文中，在WFGD体系中含水碱性浆料的亚硫酸盐浓度可出于控制并减少清洁烟气的汞排放和/或再排放的目的而受控。在使用石灰石来吸收酸性气体的WFGD体系中且在将石膏浆料循环的情况下，控制鼓入浆料中的氧化空气的量以控制浆料的氧化还原电势并藉此控制汞排放。如果需要增加汞排放的水平，则控制氧化空气的供应来提供较少的量，导致较低的氧化还原电势和较高的汞排放。随后通过或高或低地调节控制氧化空气来使亚硫酸盐小于100%地氧化成硫酸盐并使得汞排放最小。
相反，无需不得不控制WFGD体系中含水碱性浆料的氧化还原电势，本发明方法通过控制亚硫酸盐浓度减少了清洁烟气中汞排放和/或再排放。用于通过亚硫酸盐浓度控制减少清洁烟气中汞排放和/或再排放的本发明的方法和体系在下文中详述。
来看图1，示出了本发明体系10的一个实施方案。体系10包括用于燃烧碳质燃料14的锅炉12，碳质燃料例如但不限于煤。碳质燃料14的燃烧产生包含酸性气体、气态重金属、颗粒等的烟气“FG”，在下文中统称作污染物。烟气FG经流体连接的通道16从锅炉12的出口20流出并进入流体连接的WFGD体系18的入口22。任选地，本领域技术人员公知的额外的设备体系可布置在锅炉12与WFGD体系18之间，但是为了清楚期间，在这里并未进行描述。
一旦在WFGD体系18内，烟气FG与含水碱性浆料24直接接触以从烟气FG中除去污染物。尽管为了清楚起见WFGD体系18在本文中描述为喷雾塔，本领域技术人员公知的其他类型的WFGD体系同样地适用。在WFGD体系18中，通过在洗涤器塔30上部28中一个或多个喷嘴26将含水碱性浆料24引入WFGD体系18中。如上所指出，含水碱性浆料24从烟气FG中除去了污染物例如硫氧化物。汞盐的去除伴随该硫氧化物去除过程。从烟气FG中除去这类污染物产生了清洁烟气“CFG”。清洁烟气CFG通过出口32从WFGD体系18流出。清洁烟气CFG可从出口32流向液体连接的烟囱(未示出)或其他排放控制装置(未示出)。
含水碱性浆料24经一个或多个泵36和流体连接的管道36a从流体连接的收集槽34运送到喷嘴26。运送到喷嘴26的含水碱性浆料24的量取决于多个因素例如但不限于洗涤器塔30中存在的烟气FG的量、烟气FG中的污染物的量、和/或WFGD体系18的设计。在含水碱性浆料24与烟气FG直接接触并从中去除污染物后，将含水碱性浆料24收集在收集槽34中，以经由管道36a由泵36再循环到喷嘴26。
为了减少来自洗涤器塔30的汞排放和/或再排放，将一个或多个亚硫酸盐传感器38布置在收集槽34中的含水碱性浆料24中。亚硫酸盐传感器38测定收集槽34中含水碱性浆料24的亚硫酸盐浓度。亚硫酸盐传感器38可连续地或以预定间隔测定亚硫酸盐浓度。例如，亚硫酸盐测定的预定间隔可通过与亚硫酸盐传感器38连通的控制装置40自动确定或通过手动确定。
由亚硫酸盐传感器38测定的亚硫酸盐浓度测定结果作为指示实测亚硫酸盐浓度的信号42送到控制装置40。控制装置40可包括例如但不限于计算机、微处理器、应用型专用集成电路、电路系统或能够传送并接收来自各种来源的电信号、至少暂时性地存贮由这类信号42表示的数据并对这类信号42表示的数据进行数学和/或逻辑运行的任何其他装置。控制装置40可包括或连接于监视器、键盘或其他用户界面，包括相关的记忆装置44.
控制装置40将测得的亚硫酸盐浓度与一个或多个作为设定点的预定的亚硫酸盐浓度值进行比较，该预定的亚硫酸盐浓度可存贮于记忆装置44。考虑到，所述一个或多个预定的亚硫酸盐浓度潜在值可包括单个值或一定范围的值。所述预定的值可为用户输入的参数。例如，预定的亚硫酸盐浓度值可为约300 mg/l-约500 mg/l或约25 mg/l-约150 mg/l。“预定(的)”仅仅是指该值在与由亚硫酸盐传感器38实际测得的亚硫酸盐浓度进行比较之前确定。
任选地，汞测定装置48可用于本发明体系以测定汞排放/再排放水平。汞测定装置48为适用于测定从洗涤器塔30排放的元素汞的任何装置。实例包括但不限于连续排放监视器(CEMs)，例如冷蒸气原子吸收光谱(CVAAS)、冷蒸气原子荧光光谱(CVAFS)、原位紫外分光光学吸收光谱(UVDOAS)和原子发射光谱(AES)。
将实测亚硫酸盐浓度与所述一个或多个预定的亚硫酸盐浓度值比较结果使控制装置40为鼓风机52提供了控制信号50。鼓风机52响应控制信号50调节氧化空气54的量，氧化空气例如含氧气体，氧化空气通过流体连接的管道52a从流体连接的氧化空气源56进入收集在流体连接的收集槽34中的含水碱性浆料24中。氧化空气54可为包含任何量的氧气的任何气体，例如但不限于，空气可作用含氧气体。调节引入流体连通的收集槽34的氧化空气54的量调节了收集槽34中存在的含水碱性浆料的亚硫酸盐浓度。
例如，如果实测亚硫酸盐浓度与预定的亚硫酸盐浓度值的比较结果表明，实测亚硫酸盐浓度大于预定的亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可提供控制信号50给鼓风机52，使得鼓风机52增加通过入口58引入收集槽34的氧化空气54的量。相反，如果实测亚硫酸盐浓度低于预定的亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可提供控制信号50给鼓风机52，使得鼓风机52减少通过入口58引入收集槽34的氧化空气54的量。因此，在使氧化空气54的消耗最小化的同时，限制出口32处汞的排放和/或再排放水平是可能的。考虑到，控制装置40可使用已知的控制算法，例如比例、积分和/或微分控制算法，以响应实测亚硫酸盐浓度与预定的亚硫酸盐浓度值的比较结果来调节控制信号50。
鼓风机52可为能够将各种量的氧化空气引入收集槽34中的含水碱性浆料24的任何适合类型。如图1中所示，加压氧化体系60包括入口叶片62，入口叶片工作时响应来自控制装置40的控制信号50调节从氧化空气源56进入鼓风机52的氧化空气54的量。虽然入口叶片62是用于调节供应给收集槽34的氧化空气54的量的适合装置，其他类型的装置和方法也可使用，例如在鼓风机52下游、将一些空气排放到大气的阀门64，或者通过控制鼓风机52的速度。或者，可使用喷雾器、气枪搅拌器(air lance agitators)和/或吸气器(未示出)替代鼓风机52，或者除了鼓风机52之外还可使用喷雾器、气枪搅拌器(air lance agitators)和/或吸气器。此外，加压氧化体系60可与收集槽34中的搅拌器(未示出)连接以将氧化空气54分配到整个含水碱性浆料24中。
示于图1中的一种使用体系10的方法是往WFGD体系供应燃烧烟气以与含水碱性浆料直接接触以从烟气中除去污染物。该方法包括测定WFGD体系中亚硫酸盐浓度以与预定的亚硫酸盐浓度值比较并调节供应至该体系的WFGD氧化空气的量以增加或减少亚硫酸盐浓度以保持设定点来减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放。
示于图1中的另一种使用体系10的方法是往WFGD体系供应燃烧烟气以与含水碱性浆料直接接触以从烟气中除去污染物，测定WFGD体系的含水碱性浆料中亚硫酸盐的浓度以与预定的亚硫酸盐浓度值比较并调节一个或多个WFGD体系参数以增加或减少亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放。
示于图1中的另一种使用体系10的方法是往WFGD体系供应燃烧烟气以与含水碱性浆料直接接触以从烟气中除去污染物，测定WFGD体系中汞浓度以与预定的汞浓度值比较，并调节一个或多个WFGD亚硫酸盐浓度设定点以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放。
虽然针对示例性实施方案描述并说明了本发明的主题，但是本领域技术人员应当理解，可在不偏离所公开的方法和体系的精神和范围的情况下在其中和对其进行上述各种其他变化、省略和增加。因此，其他实施方案在以下随附的权利要求的范围内。

Claims (12)

1. 一种用于减少清洁燃烧烟气中汞排放或再排放水平的方法，所述方法包括：
将燃烧烟气供应至湿式烟气脱硫(WFGD)体系(18)以与含水碱性浆料(24)直接接触以从烟气中除去污染物以产生清洁烟气，
测定WFGD体系(18)中亚硫酸盐的浓度以与预定的亚硫酸盐浓度值比较，且
调节WFGD体系参数以增加或减少亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放水平。
2. 根据权利要求1的方法，其中所述亚硫酸盐浓度在WFGD体系(18)的含水碱性浆料(24)中测定。
3. 根据权利要求1的方法，其中所述亚硫酸盐浓度在喷雾塔型WFGD体系(18)的含水碱性浆料(24)中测定。
4. 根据权利要求1的方法，其还包括：
在调节WFGD体系参数以增加或减少亚硫酸盐浓度以基于汞浓度减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放之前，
测定WFGD体系(18)中汞浓度以与预定的汞浓度值比较。
5. 根据权利要求1的方法，其还包括：
将一定量的氧化空气供应至含水碱性浆料(24)以调节WFGD体系参数以减少其亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放水平。
6. 一种用于减少清洁燃烧烟气中汞排放或再排放水平的体系(10)，其包括：
含水碱性浆料(24)与流过其的燃烧烟气FG直接接触的WFGD体系(18)，
用于收集在与燃烧烟气FG直接接触后的含水碱性浆料(24)的收集罐(34)，所述收集罐具有布置于其中用于测定所收集的含水碱性浆料(24)中的亚硫酸盐浓度以获得实测亚硫酸盐浓度的一个或多个亚硫酸盐传感器(38)，
用于将实测亚硫酸盐浓度与预定亚硫酸盐浓度比较并在此基础上控制装置(62、64)的控制装置(40)；和
受控制装置(40)控制的装置(52)，该装置用于调节WFGD体系参数以增加或减小亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放水平。
7. 权利要求6的体系(10)，其还包含：
在WFGD体系(18)的出口(32)中的用于测定流过的清洁烟气中的汞浓度以获得实测汞浓度的一个或多个汞传感器(48)。
8. 权利要求6的体系(10)，其还包含：
在WFGD体系(18)的出口(32)中用于测定流过的清洁烟气中的汞浓度以获得实测汞浓度的一个或多个汞传感器(48)，
用于将实测汞浓度与预定汞浓度比较并在此基础上控制装置(62、64)的控制装置(40)，和
受所述控制装置(40)控制的装置(52)，该装置用于调节WFGD体系参数以增加或减小含水碱性浆料(24)中的亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放水平。
9. 根据权利要求6的体系(10)，其中所调节的WFGD体系参数为供应至WFGD体系(18)的氧化空气的量。
10. 根据权利要求6的体系(10)，其中由控制装置(40)控制的装置(52)为用于将一定量的氧化空气传送至WFGD体系(18)的鼓风机(52)。
11. 根据权利要求书6的体系(10)，其中由控制装置(40)控制的装置(52)为用于将一定量的氧化空气传送至WFGD体系(18)的含水碱性浆料(24)的鼓风机(52)。
12. 根据权利要求6的体系(10)，其中装置(52)为将一定量的氧化空气传送至含水碱性浆料(24)以减少其中亚硫酸盐浓度以减少所产生的清洁烟气中汞排放和/或再排放水平的鼓风机(52)。
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