CN104445569A - 用于海水泡沫控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于控制流出物海水在烟道气脱硫系统相关的海水曝气池中曝气期间，在流出物海水的表面上产生的负载重金属的泡沫的系统和方法。

Description

用于海水泡沫控制的方法和系统
发明领域
本发明涉及一种除去包含重金属的泡沫的方法，所述泡沫在处理来自基于海水的烟道气脱硫系统海水曝气池的流出物海水期间产生。
本发明还涉及一种用于除去包含重金属的泡沫的系统，所述泡沫在处理来自基于海水的烟道气脱硫系统海水曝气池的流出物海水期间产生。
发明背景
在许多工业过程中，产生含有二氧化硫SO2的过程气体。一种这样的工业过程为在燃烧设备(例如发电设备)中燃烧燃料，例如煤、油、泥煤、废物等。在这样的发电设备中，产生通常称为烟道气的热过程气体。产生的烟道气含有污染物，例如像酸性气体，例如二氧化硫SO2。在烟道气可排放至环境空气之前，需要从烟道气除去尽可能多的产生的酸性气体。产生含有污染物的过程气体的工业过程的另一个实例为由氧化铝电解生产铝。在该过程中，在电解池的通气罩内产生含有二氧化硫SO2的过程气体或烟道气。
WO 2008/105212公开了一种用于烟道气脱硫的锅炉系统，该系统包含锅炉、蒸汽涡轮系统和海水洗涤器。通过燃烧燃料，锅炉产生用于蒸汽涡轮系统的高压蒸汽，以产生电力。从海洋收集海水，并且在蒸汽涡轮系统的冷凝器中用作冷却介质。海水随后用于基于海水的烟道气脱硫洗涤器，该洗涤器可用于从在锅炉中产生的烟道气吸收二氧化硫SO2。在基于海水的烟道气脱硫洗涤器中接触的海水中吸收二氧化硫SO2，并且形成亚硫酸根和/或亚硫酸氢根离子。来自基于海水的烟道气脱硫洗涤器的流出物海水通往海水曝气池用于处理。在海水曝气池中，空气鼓泡通过从基于海水的烟道气脱硫洗涤器传送的流出物海水，用于将其中的亚硫酸根和/或亚硫酸氢根离子氧化为硫酸根离子。借助包含在鼓泡空气中的氧气，其中的亚硫酸根和/或亚硫酸氢根离子被如此氧化为硫酸根离子。在经处理的流出物海水中所得到的惰性硫酸根离子可随后排放返回至海洋。
在海水曝气池中流出物海水处理的一个问题是在流出物海水表面上产生泡沫。目前，在流出物海水的表面上这种产生的泡沫通常被排放返回至海洋。然而，这种产生的泡沫携带相对高浓度的不适合排放返回至海洋的重金属。需要用于控制流出物海水曝气池中海水泡沫的方法和系统，以降低或防止重金属排放返回至海洋。
发明概述
本公开的一个目的是提供一种用于控制在流出物海水的表面上产生海水泡沫的系统，所述泡沫在通过使含有二氧化硫的烟道气与海水接触而从烟道气去除二氧化硫时产生，并且在海水曝气池中经受处理。使用海水曝气池曝气扇实现该陈述的目的。曝气扇的高压力侧(即，鼓风机侧)用于吹送空气，以在海水曝气池中使流出物海水曝气。向曝气扇的低压力侧(即，抽吸侧)加入管道系统使得曝气扇可操作用于吸入从在海水曝气池中经历处理的流出物海水的表面产生的泡沫，用于泡沫储存、处理和环境保守的处置。
该系统的优点在于，该系统实现所述目的，具有与之相关的最小增加的操作和/或资本费用。使用曝气扇的低压能量的一部分导致最小的高压鼓风机效率损失。同样，在大多数应用中，使用非连续模式的系统操作实现泡沫控制。以非连续模式操作系统同样降低归结于此的任何曝气扇效率损失，也降低相关的成本。
本公开的另一个目的是提供一种用于控制在流出物海水的表面上产生海水泡沫的方法，所述泡沫在通过使含有二氧化硫的烟道气与海水接触而从烟道气去除二氧化硫时产生，并且在海水曝气池中经受处理。使用流出物海水海水曝气池曝气扇实现该陈述的目的。曝气扇的高压力侧(即，鼓风机侧)用于吹送空气或在海水曝气池中使流出物海水曝气。向曝气扇的低压力侧(即，抽吸侧)加入管道系统使得曝气扇可操作用于吸入从流出物海水的表面产生的泡沫，用于储存、处理和环境保守的处置。
该方法的优点在于，该方法实现所述目的，具有与之相关的最小增加的操作和/或资本费用。使用曝气扇的低压能量的一部分导致最小的高压鼓风机效率损失。同样，在大多数应用中，根据非连续模式的主题方法操作而实现泡沫控制。以非连续模式操作同样降低归结于此的任何曝气扇效率损失，也降低相关的成本。
总的说来，主题公开提供了用于控制包含重金属的泡沫的系统和方法，所述泡沫在流出物海水于烟道气脱硫系统相关的海水曝气池中曝气期间在流出物海水的表面上产生。因此，主题泡沫控制系统包含与曝气扇流体连接的海水曝气池，所述曝气扇可操作用于向所述海水曝气池中的流出物海水吹入含氧气体，并且可操作用于从所述海水曝气池中的流出物海水的表面抽吸泡沫。使用曝气扇从流出物海水表面的泡沫抽吸可连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。泡沫收集槽用于收集、储存和任选处理从流出物海水的表面抽吸的包含重金属(例如汞)的泡沫。由于抽吸的泡沫包含重金属(例如汞)，在泡沫收集槽中处理抽吸的泡沫包括从中除去至少一部分重金属。为了该目的，在其处理前和/或处理后，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中储存一定的时间。或者，抽吸的泡沫可收集并任选在泡沫收集槽中储存一定的时间，然后输送抽吸的泡沫到发电设备内或设备外的其它地方供处理。
用于控制包含重金属的泡沫的主题方法包括提供与曝气扇流体连接的海水曝气池，所述曝气扇可操作用于向流出物海水吹入含氧气体，用于在海水曝气池中使流出物海水曝气，并且可操作用于在海水曝气池中从流出物海水的表面抽吸包含重金属(例如汞)的泡沫。使用曝气扇从流出物海水表面的泡沫抽吸可连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。泡沫收集槽用于收集、储存和任选处理从流出物海水的表面抽吸的包含重金属(例如汞)的泡沫。由于抽吸的泡沫包含重金属(例如汞)，在泡沫收集槽中处理抽吸的泡沫包括从中除去至少一部分重金属。为了该目的，在其处理前和/或处理后，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中储存一定的时间。或者，抽吸的泡沫可收集并任选在泡沫收集槽中储存一定的时间，然后输送抽吸的泡沫到发电设备内的其它地方或场外供处理。
由以下描述和权利要求，本公开的其它目的和特征将显而易见。
附图简述
参考以下描述的附图，现在更详细地公开本发明。
图1为具有根据本公开的设备的发电设备的示意性侧截面图。
图2为说明根据图1的放大的基于海水的烟道气脱硫系统海水曝气池的示意性侧截面图。
发明详述
图1为说明发电设备10的示意性侧截面图。发电设备10包含锅炉12，由燃料来源14通过流体连接的进料管道16向锅炉12供应燃料F，例如煤，油等，用于在其中燃烧。在经由流体连接的氧供应导管20从氧来源18供应至锅炉12的氧O存在下，燃料F在锅炉12中燃烧。供应至锅炉12的氧O可例如以空气形式和/或以氧气和再循环的发电设备10烟道气FG的混合物的形式供应。在这种情况下，锅炉12为通常所说的“氧-燃料”锅炉。燃烧燃料F产生烟道气FG形式的热过程气体。在燃烧燃料F后，包含在燃料F中的硫物类形成二氧化硫SO2。因此，发电设备10烟道气FG包括二氧化硫作为其一部分。
生产的烟道气FG经由流体连接的导管22从锅炉12流动至形式为织物过滤器或静电沉淀器的颗粒收集装置24。颗粒收集装置24(例如如在US 4,502,872中描述的静电沉淀器)用于除去在烟道气FG中夹带的尘埃和/或灰分颗粒。或者，织物过滤器(例如在US 4,336,035中描述的)可用于来自烟道气FG的烟道气尘埃和/或灰分的颗粒收集。作为一个备选实施方案，颗粒收集装置24可在基于海水的烟道气脱硫系统28的下游布置。作为再一个实施方案，可从系统消除颗粒收集装置24，其中颗粒去除仅在基于海水的烟道气脱硫系统28中发生。
根据在图1中说明的本实施方案，其中已除去大多数灰分和/或尘埃颗粒的烟道气FG经由流体连接的导管26从颗粒收集装置24流动至基于海水的烟道气脱硫系统28。基于海水的烟道气脱硫系统28包含湿洗涤器塔或吸收器30。入口32布置在吸收器30的较低部分34。导管26与入口32流体连接，使得从颗粒收集装置24经由导管26流动的烟道气FG可经由入口32进入吸收器30的内部36。
在进入内部36后，烟道气FG垂直向上流动通过吸收器30，如箭头FG指示。吸收器30的中间部分38配备有多个在彼此之上垂直布置的喷淋装置40。为了简化在图1中说明的实施方案，有三个这样的喷淋装置40。通常在吸收器30中存在1-20个这样的喷淋装置40。每一个喷淋装置40包含供应管道42和多个与相应的供应管道42流体连接的喷嘴44。经由相应的供应管道42供应至喷嘴44的海水SW借助喷嘴44雾化，在吸收器30的内部36接触流动通过其中的烟道气FG。如此，海水SW和烟道气FG之间的接触能够在吸收器30的内部36使海水SW从烟道气FG吸收二氧化硫SO2。
布置泵46用于从海水供应或海洋50经由流体连接的抽吸管道48泵送海水SW，并且经由流体连接的压力管道52使海水SW通往流体连接的供应管道42。
根据一个备选的实施方案，通过泵46供应至供应管道42的海水SW可为在与锅炉12关联的蒸汽涡轮系统(未显示)中先前用作冷却水的海水SW，然后将这样的海水SW供应至吸收器30。
根据一个备选的实施方案，基于海水的烟道气脱硫系统28可包含一层或多层在吸收器30的内部36布置的填料材料58。可由塑料、钢、木材或另外的合适材料制造的填料材料58增强气-液接触。使用填料材料58，喷嘴44仅在填料材料58之上分布海水SW，而不是雾化海水SW。填料材料58的实例包括可得自Sulzer Chemtech AG，Winterthur，CH的MellapakTM和可得自Raschig GmbH，Ludwigshafen，DE的PallTM环。
借助喷嘴44在吸收器30的内部36雾化的海水SW在吸收器30中向下流动，并且在吸收器30的内部36中从垂直向上流动的烟道气FG吸收二氧化硫。在内部36通过海水SW吸收二氧化硫形成在吸收器30的较低部分34中收集的流出物海水ES。在吸收器30的较低部分34中收集的流出物海水ES经由流体连接的流出物管道54通往海水曝气池56。
任选，如果需要，可将新鲜的海水SW加入到通过流出物管道54流向海水曝气池56的流出物海水ES。为此，任选的管道60可与压力管道52流体连接，使得新鲜的海水SW的流通往流体连接的流出物管道54，该管道54使流出物海水ES通往海水曝气池56。因此，在流出物管道54中可发生新鲜的海水SW和流出物海水ES的相互混合。作为另一个任选的备选方案(未说明)，经由管道60传送的新鲜的海水SW可直接通往海水曝气池56，与其中的流出物海水ES混合。作为再一个选项(未说明)，在锅炉22或与之关联的蒸汽涡轮系统(未显示)中产生的残余的水和/或冷凝物可在海水曝气池56中与流出物海水ES混合。
假定在吸收器30的内部36中二氧化硫的吸收根据以下反应发生：
SO2 (g) + H2O 　= >　HSO3 - (aq) + H+ (aq)　　　　[式1.1a]
根据以下平衡反应，取决于流出物海水ES的pH值，亚硫酸氢根离子HSO3 -可进一步解离，以形成亚硫酸根离子SO3 2-：
HSO3 - (aq) <=> SO3 2- (aq)　+　H+ (aq)　　 [式1.1b]
因此，作为二氧化硫吸收的效果，流出物海水ES将比得自海洋50的新鲜的海水SW具有较低的pH值，将分别含有亚硫酸氢根和/或亚硫酸根离子HSO3 -和SO3 2-，作为在二氧化硫吸收中产生的氢离子H+的效果。亚硫酸氢根和/或亚硫酸根离子为需氧物质，因此其向海洋50的排放受限。
在海水曝气池56中，亚硫酸氢根和/或亚硫酸根离子HSO3 -和/或SO3 2-通过与氧A反应被氧化，根据以下反应：
HSO3 - + H+ + 1/2 O2 (g) = > SO4 2- +2H+ 　　　　[式1.2a]
SO3 2- +2H+ + 1/2 O2 (g) = > SO4 2- +2H+ 　　　　[式1.2b]
海水曝气池56包括曝气扇62，所述曝气扇操作用于经由流体连接的管道系统64向其中的流出物海水ES中吹入含氧气体，例如空气。曝气扇62和管道系统64共同形成氧供应系统66，用于向海水曝气池56中的流出物海水ES供应氧A。下文中参考图2提供海水曝气池56的更详细的描述。
图2更详细地说明海水曝气池56。将流出物海水ES在第一端90(为海水曝气池56的入口端)经由流体连接的流出物管道54供应至海水处理系统80的海水曝气池56部分。流出物海水ES如箭头S指示大概水平地从第一端90流动至第二端92，第二端92为海水曝气池56的出口端。当流出物海水ES从第一端90流动至第二端92时，在第二端92附近，在流出物海水ES的表面82上产生泡沫HM。泡沫HM携带相对高浓度的重金属，例如汞等。在第二端92，经处理的流出物海水TS从海水曝气池56经由流体连接的溢流管道68溢流。
曝气系统80还包括具有曝气扇62和管道系统64的氧供应系统66。管道系统64包含在海水曝气池56的内部84中的多个出口94。曝气扇62通过管道系统64吹送氧A，以从低于在海水曝气池56中流出物海水ES表面82的出口94排放。管道系统64沿着海水曝气池56在其第一端90和第二端92之间延伸。通过曝气扇62的高压力侧86吹送并且从出口94排放的氧A在海水曝气池56中与流出物海水ES混合。氧A在流出物海水ES中分散并且与之混合，以氧化其中存在的亚硫酸氢根和/或亚硫酸根离子，以在经处理的海水TS中形成惰性硫酸根，然后经由溢流管道68将经处理的海水TS环境排放至海洋50。
如以上说明的，流出物海水ES如箭头S指示大概水平地从第一端90流动至第二端92(为海水曝气池56的出口端)。当流出物海水ES从第一端90流动至第二端92时，在流出物海水ES的表面82上通过湍流和曝气产生泡沫HM。作为流出物海水ES从第一端90流动至第二端92的结果，泡沫HM在第二端92附近积累或收集。泡沫HM携带相对高浓度的重金属，例如汞等。
为了防止泡沫HM经由溢流管道68从海水曝气池56流动至海洋50中，低压力侧88(即，抽吸侧)经由抽吸导管96与泡沫收集槽98流体连接。还与泡沫收集槽98流体连接的是泡沫导管100。泡沫导管100经由出口102与泡沫收集槽98流体连接。泡沫导管100的相对出口102为自由敞开端104。泡沫导管100的自由敞开端104可操作用于经由从表面82从曝气扇62泡沫HM抽吸而除去。从表面82这样除去的泡沫HM在泡沫收集槽98中收集，用于在处置前储存和处理。使用曝气扇62收集泡沫HM可连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。
作为一个选项，可处理在泡沫收集槽98中收集的泡沫HM，以在排放经处理的泡沫TF之前，除去至少一部分相对高浓度的泡沫重金属。如此，经处理的泡沫TF可经由流体连接的经处理泡沫管道106从泡沫收集槽98排放，泡沫管道106与溢流管道68流体连接，用于使经处理的泡沫TF返回至海洋50。
或者，在排放经处理的泡沫TF或在发电设备10或设备外的其它地方使用经处理的泡沫TF之前，可将在泡沫收集槽98中收集的泡沫HM输送至另外的发电设备10设施(未显示)，用于去除至少一部分相对高浓度的泡沫重金属。
总的说来，主题公开提供了用于控制包含重金属的泡沫的系统和方法，所述泡沫在流出物海水于烟道气脱硫系统相关的海水曝气池中曝气期间在流出物海水的表面上产生。因此，主题泡沫控制系统包含与曝气扇流体连接的海水曝气池，所述曝气扇可操作用于向所述海水曝气池中的流出物海水吹入含氧气体，并且可操作用于从所述海水曝气池中的流出物海水的表面抽吸泡沫。使用曝气扇从流出物海水表面的泡沫抽吸可连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。泡沫收集槽用于收集、储存和任选处理从流出物海水的表面抽吸的包含重金属(例如汞)的泡沫。由于抽吸的泡沫包含重金属(例如汞)，在泡沫收集槽中处理抽吸的泡沫包括从中除去至少一部分重金属。为了该目的，在其处理前和/或处理后，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中储存一定的时间。或者，抽吸的泡沫可收集并任选在泡沫收集槽中储存一定的时间，然后输送抽吸的泡沫到发电设备内或设备外的其它地方供处理。
用于控制包含重金属的泡沫的主题方法包括提供与曝气扇流体连接的海水曝气池，所述曝气扇可操作用于向流出物海水吹入含氧气体，用于在海水曝气池中使流出物海水曝气，并且可操作用于在海水曝气池中从流出物海水的表面抽吸包含重金属(例如汞)的泡沫。使用曝气扇从流出物海水表面的泡沫抽吸可连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。泡沫收集槽用于收集、储存和任选处理从流出物海水的表面抽吸的包含重金属(例如汞)的泡沫。由于抽吸的泡沫包含重金属(例如汞)，在泡沫收集槽中处理抽吸的泡沫包括从中除去至少一部分重金属。为了该目的，在其处理前和/或处理后，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中储存一定的时间。或者，抽吸的泡沫可收集并任选在泡沫收集槽中储存一定的时间，然后输送抽吸的泡沫到发电设备内的其它地方或场外供处理。
虽然已参考多个优选的实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围下，可进行各种变化并且可用等价物替代本发明的要素。此外，可进行许多修改，使得在不偏离本发明的实质范围下，具体的情况或材料适应本发明的教导。因此，旨在本发明不局限于作为预期实施本发明的最佳方式而公开的具体实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。此外，使用术语第一、第二等不表示任何顺序或重要性，而是将术语第一、第二等用于区分一个要素与另一个要素。
认识到，在所附权利要求的范围内，上述实施方案的许多修改是可能的。

Claims (15)

1. 一种泡沫控制系统，所述系统包含：
与曝气扇62流体连接的海水曝气池56，所述曝气扇可操作用于向所述海水曝气池56中的流出物海水吹入含氧气体，并且可操作用于从所述海水曝气池56中的流出物海水的表面82抽吸泡沫。
2. 权利要求1的系统，所述系统还包含泡沫收集槽98，用于收集从所述流出物海水的表面82抽吸的泡沫。
3. 权利要求1的系统，其中所述抽吸的泡沫包含重金属。
4. 权利要求1的系统，其中所述抽吸的泡沫包含汞。
5. 权利要求1的系统，其中所述抽吸的泡沫包含重金属，并且所述抽吸的泡沫在泡沫收集槽98中处理，以从中除去至少一部分重金属。
6. 权利要求1的系统，其中所述抽吸的泡沫包含重金属，并且在处理前，在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫用于储存。
7. 权利要求1的系统，其中所述抽吸的泡沫包含重金属，并且在输送到别处处理前，在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫。
8. 权利要求1的系统，其中使用所述曝气扇62的泡沫抽吸连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。
9. 一种用于泡沫控制的方法，所述方法包括：
提供与曝气扇62流体连接的海水曝气池56，所述曝气扇可操作用于向所述海水曝气池56中的流出物海水吹入含氧气体，并且可操作用于从所述海水曝气池56中的流出物海水的表面82抽吸泡沫。
10. 权利要求9的方法，所述方法还包括提供泡沫收集槽98，用于收集从所述流出物海水的表面82抽吸的泡沫。
11. 权利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金属。
12. 权利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含汞。
13. 权利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金属，并且处理所述抽吸的泡沫，以从中除去至少一部分重金属。
14. 权利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金属，并且在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫，用于在其中处理，或用于储存然后输送到别处处理。
15. 权利要求9的方法，其中使用所述曝气扇62的泡沫抽吸连续进行、按预定周期进行、按检测器启动的“按需”周期进行、或按其它非连续方式进行。
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