CN105617829A - 用于降低从湿烟气脱硫废水的气体排放的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供通过在废水(W)在蒸发器装置(7)中蒸发之前降低废水(W)中的氨/铵离子含量而降低成套设备(10)气体排放的方法和系统(12)。因而,所述方法和系统(12)降低氨/铵离子向烟气(FG)流的释放,因此降低氨/铵离子向环境或大气的排放和/或氨/铵离子在例如湿烟气脱硫系统(13)的下游设备中的积聚。
Description
技术领域
本公开涉及用于降低从湿烟气脱硫废水的气体排放的系统和方法,且更具体地讲,涉及在蒸发器装置中蒸发废水之前降低湿烟气脱硫废水中存在的氨/铵离子由此降低或消除所述氨/铵离子的环境释放和/或系统积聚的系统和方法。
背景技术
公用工程和工业成套设备对于空气排放和废水排出受到越来越严格的限制。对政府规章的顺应显著增加由化石燃料供以动力的公用工程和工业成套设备的资本和操作成本。传统上,对空气排放限值的顺应通过使用湿烟气脱硫(WFGD)或干烟气脱硫(DFGD)系统实现。这类系统和相关辅助成套设备(BOP)系统的资本成本显著增加动力生产的总成本。BOP系统例如包括相关管网、鼓风机、散料处理系统和类似的相关工厂设备和系统。BOP系统通常花费200-500美元/千瓦特($/kW)。在改型情形下,与环境顺应性相关的资本成本可使得成套设备不经济。除了资金投资之外,WFGD和DFGD系统还包括与试剂消耗、辅助动力使用、操作人员和维护人员相关的大量的操作成本。
对当前废水排出限值的顺应以多种方式实现,其可简单到将多个工厂废水流合并/稀释成单一符合规定的流,或者复杂到包括中和、重金属沉淀、生物处理、过滤和/或类似的这类处理步骤的废水处理系统。烟气清洁系统和/或废水处理系统的实例可从国际公开号WO2006030398、美国专利申请公开号2009/0294377、2011/0262331、2012/0240761、2013/0248121和2013/0220792、美国专利号6,076,369、7,524,470、7,625,537、8,388,917和8,475,750、欧洲专利公开号EP1955755和日本公开的专利申请号JP2012200721了解。
随着关于空气排放和废水排出制定的限制越来越严格,需要降低从WFGD废水流的气体排放的有效且经济的系统和方法。
发明内容
根据本文说明的方面,提供用于降低气体排放的方法,其至少包括以下步骤:使容纳废水的废水收集槽与作为汽提剂的蒸汽、空气或蒸汽和空气接触以在其中诱发废水的氨汽提,从而产生汽提的氨流,和使所述汽提的氨流从所述废水收集槽流到燃烧单元的上游流,直接流到燃烧单元中,流到氮氧化物去除装置的上游流,和/或直接流到氮氧化物去除装置以降低或防止氨/铵离子向环境或大气的排放和/或其在例如湿烟气脱硫(WFGD)系统的下游设备中的积聚。
根据本文说明的其他方面,提供用于降低气体排放的系统,其包括废水收集槽,其可操作成容纳废水并接收作为汽提剂的蒸汽、空气或蒸汽和空气以诱发所述废水的氨汽提,从而产生汽提的氨流;和管网,其使汽提的氨流从所述废水收集槽流到燃烧单元的上游流,直接流到燃烧单元中,流到氮氧化物去除装置的上游流,和/或直接流到氮氧化物去除装置以降低或防止氨/铵离子向环境或大气的排放和/或其在例如WFGD系统的下游设备中的积聚。还实现了降低所述氮氧化物去除装置中的氨消耗的辅助益处。
概括地说,提供用于降低成套设备气体向环境的排放的方法,其包括使来自所述成套设备的烟气处理系统的废水与蒸汽、空气或蒸汽和空气接触以从所述废水产生汽提的氨气,和使所述汽提的氨气流到燃烧单元的上游流,到所述燃烧单元,到氮氧化物去除装置的上游流,或到所述氮氧化物去除装置以使所述汽提的氨气反应,从而降低其环境排放。还实现了降低所述氮氧化物去除装置中的氨消耗的辅助益处。根据该方法,所述废水包含氨、铵离子或氨与铵离子的组合和蒸汽。同样根据该方法,所述燃烧单元为焚烧炉或锅炉,所述氮氧化物去除装置为选择性催化去除装置或选择性非催化去除装置,所述成套设备为动力成套设备或工业成套设备,且所述烟气处理系统为湿烟气脱硫系统。
概括地说,提供用于降低成套设备气体向环境排放的系统,其包括废水收集槽,其容纳来自成套设备烟气处理系统的包含氨/铵离子的废水,用于暂时储存;蒸汽/空气源,其可操作成供给蒸汽、空气或蒸汽和空气到所述废水收集槽中的废水中以从所述废水产生汽提的氨气;和管网,其配置成使所述汽提的氨气流到燃烧单元的上游流,到所述燃烧单元,到氮氧化物去除装置的上游流,或到所述氮氧化物去除装置以使所述汽提的氨气在所述燃烧单元或所述氮氧化物去除装置中反应,从而降低其环境排放。根据本发明的系统,所述燃烧单元的上游流为空气流且所述氮氧化物去除装置的上游流为烟气流。同样根据本发明的系统,所述燃烧单元为焚烧炉或锅炉,所述氮氧化物去除装置为选择性催化去除装置或选择性非催化去除装置,所述成套设备为动力成套设备或工业成套设备,所述烟气处理系统为湿烟气脱硫系统,且所述废水收集槽在汽提氨气之后释放废水流到蒸发器装置以便于废水蒸发。
上述方法和系统以及其他特征由下图和详述例示。
附图说明
现在来看附图,其说明例示性实施方案,其中相同的元件用相同的参考数字和/或字母表示:
图1为用于降低气体排放的系统的第一例示性实施方案的方块图;和
图2为用于降低气体排放的系统的第二例示性实施方案的方块图。
文中公开的本发明系统和方法的其他细节、目的和优势将从例示性实施方案和相关例示性方法的以下描述而变得显而易见。
具体实施方式
在图1中充分说明的是动力、公用工程或工业成套设备10、用于降低气体排放的系统12和实施其以降低或防止氨/铵离子向环境或大气排放的方法。用于降低气体排放的系统12的实施方案可用于动力成套设备、公用工程成套设备和工业成套设备中。
如所说明,成套设备10包括燃烧单元1,例如燃气涡轮机、焚烧炉或锅炉,其燃烧燃料F,由此产生蒸汽和/或热烟气FG。燃烧单元1可经由导管2b进料至少一种含氧的气流A,例如氧化剂流,例如空气、氧气或另一类型的含有氧气的气体,并且经由导管2a进料燃料F以使所述燃料F在燃烧单元1中燃烧。所述燃料F可为化石燃料,例如煤、油或天然气,并且也可为包括生物废物或城市废物的其他燃料。除了蒸汽之外,热烟气FG也经由燃烧所述燃料F形成,其经由导管1a从燃烧单元1中流出。可将所述蒸汽传输到涡轮机(未示出),以便用于发电或用于其他用途,例如区域供热、工艺加热等。可将热烟气FG传输到其他系统12部件以便在将至少一部分烟气FG释放到环境或大气之前使用烟气FG的热。
导管1a流体连接在燃烧单元1和氮氧化物去除装置3之间以使烟气FG流从燃烧单元1到氮氧化物去除装置3。氮氧化物去除装置3可构造成选择性催化还原(SCR)单元、选择性非催化还原(SNCR)单元或构造成从烟气FG除去氮氧化物(例如,NO2、NO3、NOx)的另一类型的元件。
在烟气FG流经氮氧化物去除装置3之后,烟气FG经由流体连接的导管3a流到流体连接的预热器5以便进一步加工或使用。流经预热器5的烟气FG加热流经预热器5的循环流体(未示出),此后所述循环流体流到燃烧单元1中。烟气FG从预热器5经流体连接的导管5a流到颗粒收集器9。然而,流经导管3a的一部分烟气FG经流体连接的导管4流到流体连接的蒸发器装置7,由此绕过预热器5。供给到蒸发器装置7的那部分烟气FG在系统12的一些实施方案中可被视为“滑流”。
蒸发器装置7为按尺寸制作的经由导管4接收烟气FG且经由流体连接的管道23接收来自废水收集槽19的液态废水W的容器。废水收集槽19可操作成经由流体连接的管道17a接收来自成套设备10的一个或多个源17的液态废水W并存留所述废水以便如下文更详细描述以预先指定的流速或以受控的流速供给到蒸发器装置7。
另外,蒸汽、空气或蒸汽和空气S从蒸汽/空气源21经其间的流体连接的导管21a供给到废水收集槽19。作为汽提剂经导管21a供给到废水收集槽19的蒸汽、空气或蒸汽和空气S诱发氨从废水W汽提到废水收集槽19的上部或顶部空间19b中。在顶部空间19b中的汽提的氨气G从废水收集槽19中经导管19a流到流体连接到导管2b的导管19c以便流入燃烧单元1中,和/或流到流体连接的导管19d以便直接流入燃烧单元1中,和/或流到流体连接到导管1a的导管19e以便流入氮氧化物去除装置3中,和/或流到流体连接的导管19f以便直接流入氮氧化物去除装置3中。因而,在废水W流到蒸发器装置7之前,汽提的氨气G经导管19c和/或19d流到燃烧单元1,或经导管19e和/或19f流到氮氧化物去除装置3,从系统12除去汽提的氨气G,由此降低或防止氨/铵离子向环境或大气排放。
从废水收集槽19经管道23进料废水W的蒸发器装置7可构造成喷雾干燥吸收器(SDA)或能够使废水W流与烟气FG直接接触的其他装置或容器,以此方式将烟气FG冷却到降低的温度并通过蒸发废水W增加烟气FG的湿度水平。蒸发器装置7可包括旋转雾化器、双重流体喷嘴或其他分散元件以喷雾或以其他方式分散废水W到烟气FG中以便冷却并湿润烟气FG且蒸发废水W。
燃烧单元1放出的一部分烟气G从预热器5转向流到蒸发器装置7可容许相对较热的烟气FG,例如具有约700℉(370℃)、约600℉-约800℉或约300℃-约450℃的温度的烟气流到蒸发器装置7。上述温度范围代表蒸汽发电成套设备10应用。其他工业或燃气应用可具有不同的温度范围。与使用先前在其他传热操作中使用的相对较冷的烟气FG(例如,在烟气FG经过预热器5之后)相比较,在蒸发器装置7中使用所类相对较热的烟气FG实现相对较大量的废水W的蒸发。通过使烟气FG流从预热器5转向到蒸发器装置7得到的相对较高烟气FG温度还允许以较低的成本实现蒸发器装置7的制造。使用本发明的系统12和方法使得较低成本制造成为可能,因为与使用相对较冷的烟气FG进行蒸发的其他实施方案相比较,当使用相对较热的烟气FG进行蒸发时,用于蒸发设定量的废水W的蒸发器装置7的必要尺寸可较小。除了低制造成本之外,使用较小的蒸发器装置7还可容许蒸发器装置7、导管4和输出导管8占据较小的占地面积,这对于具有相对较小可用场地的成套设备10的改型系统12常常是有利的。
使用来自预热器5上游的相对较热的烟气FG具有以下额外优势:来自该上游位置的烟气FG压力高于预热器5下游的烟气FG压力。较高的烟气FG压力可促进烟气FG自然循环穿过导管4以便流入蒸发器装置7中并经流体连接的导管8离开蒸发器装置7。这种自然循环是有益的,原因是由此不需要泵或鼓风机31来为烟气FG流入蒸发器装置7或流出蒸发器装置7供以动力。当然,在这类系统12的导管8中可利用泵或鼓风机31作为备用措施或确保控制烟气FG流速可维持在所要的流速范围内。当在这类系统12中使用泵或鼓风机31时,泵或鼓风机可能能够在较低功率水平下操作,由此节约能量和相关成本,这归因于通过使用相对较热的烟气FG提供的较大压降。
进入蒸发器装置7的烟气FG的流速、烟气FG的温度和/或离开蒸发器装置7的烟气FG的湿度可经由邻近蒸发器装置7的入口35的至少一个流量传感器33、位于邻近蒸发器装置7的出口41或位于蒸发器装置7的导管8内的至少一个温度传感器37和/或至少一个湿度传感器39监测,以控制蒸发器装置7的操作,从而确保烟气FG被至少冷却到预先指定的温度并具有预先指定的湿度水平。经过导管4的烟气FG和/或进料到蒸发器装置7的废水W的流速可基于由所述一个或多个传感器33、37、39检测的烟气FG的流速、温度和湿度水平调节。供选地,可维持烟气FG流速,同时控制废水W流动,以达到烟气FG的所要温度和湿度条件。
例如,可监测烟气FG以维持导管8内的烟气FG在预先指定的温度范围内,例如在约180℉-约400℉的温度下或在约80℃-约205℃的温度下。作为另一实例,可监测在蒸发器装置7内和/或在导管8内烟气FG的温度以确保烟气FG比其绝热饱和温度高至少约10℃或约20℉以避免使固体颗粒变湿和/或腐蚀。如果确定烟气FG低于预先指定的温度阈值,则可将通过控制阀4a控制的较大量的烟气FG转向到导管4中,以便流入蒸发器装置7,和/或可减小通过控制阀23a控制的进料到蒸发器装置7的废水W的量,从而使较少的废水W接触烟气FG。如果确定烟气FG高于预先指定的温度阈值,则可将通过控制阀23a控制的较多废水W进料到蒸发器装置7中,和/或可将通过控制阀4a控制的较少烟气FG经导管4转向到蒸发器装置7。
进料到蒸发器装置7的已经自其中除去氨/铵离子的废水W可包含固态材料,例如悬浮在废水W内的固体颗粒。废水W还可包含可随着液态废水W被加热且接着在蒸发器装置7中蒸发而可从废水W中沉淀出的成分。当固体存在于废水W内时,这些固体可改善干燥操作。
在对于至少一些应用可优选的例示性实施方案中,将固态材料加到废水W中以促进废水W的蒸发及溶解和悬浮的固体的干燥,因此避免湿粒子在下游导管/管道和容器中沉积。例如,可将来自颗粒收集器9的固体颗粒或来自烟气脱硫(FGD)系统的固态副产物进料到废水收集槽19或在其中与废水W混合以将固体颗粒加到储存的废水W。固体颗粒在废水W内的混合可在废水收集槽19中进行或在废水W进料到蒸发器装置7中之前进行。
液态废水W还可包含混合或加入其中的其他成分。例如,可将含有例如生石灰、消石灰、碳酸钠、天然碱或碱性飞灰的碱性试剂R的材料加到废水W。碱性试剂源51例如存留这类材料的容器可经由导管51a流体连接到废水收集槽19,以将碱性试剂R进料到废水W,同时将其存留在废水收集槽19中。
可将预先指定量的碱性试剂R进料到废水W以使废水W富碱性并且当废水W在蒸发器装置7中经由与烟气FG接触而蒸发时,其对于使不溶性重金属的化合物沉淀所需要的量而言是过量的。加入碱性试剂R来提高废水收集槽19的内含物的pH,优选达到约12.0或更高,这改善了氨的汽提。在废水W内过量碱性试剂R的存在还可通过捕集在烟气FG内例如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和硫酸(H2SO4)的酸性气体成分并通过形成例如亚硫酸钙(CaSO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和氟化钙(CaF2)的固体颗粒来帮助防止腐蚀并降低污染物排放。另外,在所述固体内的任何未反应的碱性试剂R可提供吸收剂,当烟气FG从蒸发器装置7经导管8流动以与经流体连接的导管5a从预热器5流出的冷却且湿润的烟气FG和固体颗粒混合时,所述吸收剂继续在烟气FG内反应以继续捕集额外的酸性气体成分。这类吸收剂成分的存在可通过捕集在烟气FG内的酸性成分而帮助防止下游设备的腐蚀,且提供用于下游收集酸性气体相关成分以防止所述成分排放到大气中的额外吸收剂。
在其中湿烟气脱硫系统13位于蒸发器装置7下游的实施方案中,使用碱性试剂R捕集在上游烟气FG中的HCl可降低排放废水W的量。在所述实施方案中,蒸发器装置7的尺寸因此可减小,原因是需要相对较少量的烟气FG来蒸发相对较少量的废水W。
另外,来自活性碳或活性焦炭源53的活性碳或活性焦炭AC可经由流体连接的导管53a加到废水收集槽19中以将活性碳或活性焦炭AC加到液态废水W,随后将废水W进料到蒸发器装置7。活性碳或活性焦炭AC的存在可引起吸附例如汞、硒和砷的金属的化合物并且可在废水W在蒸发器装置7中蒸发时抑制蒸发这类化合物的潜在性。另外,活性碳或活性焦炭AC在液态废水W中的存在可引起可在经过蒸发器装置7的烟气FG中存在的金属化合物(例如汞)的吸附。
在一些实施方案中,活性碳或活性焦炭AC可与碱性试剂R混合,随后将材料进料到废水收集槽19。在其他实施方案中,可保持活性焦炭或活性碳AC与碱性试剂R分离且可将它们单独地加到废水W。
经由导管8从蒸发器装置7中流出并流入导管5a的第一部分烟气FG与经导管5a从预热器5中流出的第二部分烟气FG合并,之后使合并的烟气FG流到流体连接的颗粒收集器9中。供选地,颗粒收集器9可经由单独的流体连接导管各自直接流体连接到蒸发器装置7和预热器5以便在颗粒收集器9内单独地接收第一部分烟气FG和第二部分烟气FG两者。颗粒收集器9可构造成例如静电沉淀器的沉淀器或例如织物过滤器的过滤器。颗粒收集器9可供选地构造成另一类型的颗粒收集器,所述另一类型的颗粒收集器构造成从烟气FG分离固体颗粒和/或使固体颗粒从烟气FG沉淀出来以从烟气FG分离出那些固体P。供选地,单独的颗粒收集器90可构造在蒸发器装置7的下游以经导管90a来捕集和处置分离且偏析的颗粒SP。在这种情况下,可在颗粒收集器90之后包括鼓风机31,来自鼓风机31的在导管8中流动的烟气与流经导管5a的烟气合并。
分离的烟气FG经流体连接的导管9a从颗粒收集器9流到流体连接的湿烟气脱硫系统13。在湿烟气脱硫系统13内,将硫从烟气FG中除去,之后烟气FG经流体连接的导管13a流到流体连接的烟道15例如烟囱或热回收蒸汽发生器,以便将“清洁的”烟气CG排到大气。在供选的实施方案中,可利用干烟气脱硫系统来代替湿烟气脱硫系统。
来自湿烟气脱硫系统13的废水W可经由流体连接的管道14进料到流体连接的废水收集槽19。另外,来自例如反应槽、第一旋流分离器溢流和/或真空滤液的另一源17的废水W可经由流体连接的管道17a进料到废水收集槽19。可将例如来自冷却塔泄料、暴风雨和煤堆废水、化学清洁废物和/或发电成套设备的灰池溢流的其他废水W源收集或以其他方式传输到废水收集槽19以便存留在其中。还考虑了以下情况,废水W的来源可来自为成套设备10的操作者的用户的另一工业当事者,其将“用户”废水W传输到成套设备10以便处理“用户”废水W。
从烟气FG分离的来自颗粒收集器9的固体P可包括在燃烧单元1中最初燃烧化石燃料F期间产生并夹带在这样产生的烟气FG内的固态材料。另外,从烟气FG分离的来自颗粒收集器9的固体P可包括由废水W与烟气FG接触以使烟气FG冷却并湿润形成的固体、可形成的烟气的沉淀物和/或例如飞灰的夹带在烟气中的颗粒。通过颗粒收集器9从烟气FG中分离的固体P可经由流体连接的导管11传输以便储存、处理或其他分配。
在一个供选的实施方案中,可将废水W进料到混合器装置25中以便与碱性试剂R、活性焦炭或活性碳AC和通过颗粒收集器9分离的固体P的至少一部分混合。图2说明这样的一个供选的实施方案。为了简化和清楚并且为了避免需要对其进行冗余的描述,图2的系统和方法与图1的系统和方法类似的那些特征用相同的参考数字和/或字母识别。
如在图2中说明,从燃烧单元1中流出的烟气FG流经氮氧化物去除装置3以从烟气FG中除去氮氧化物组分,其中一部分烟气FG随后流入导管6中以绕过预热器5。经由管道14来自湿烟气脱硫系统13的废水W和经由管道17a来自至少一个其他废水源17的废水W可暂时存留在废水收集槽19中。因而,废水收集槽19配置成经由流体连接的管道14和17a分别从湿烟气脱硫系统13和成套设备10的一个或多个源17接收液态废水W,并存留该废水W从而以预先指定的流速或通过控制阀23a控制的受控的流速供给废水W到蒸发器装置7。液态废水W还可包含混合或加入其中的其他成分。例如,可将含有碱性试剂R如生石灰、消石灰、碳酸钠、天然碱或碱性飞灰的材料加到废水W。碱性试剂源51例如存留所述材料的容器可经由导管51a流体连接到废水收集槽19,以将碱性试剂R进料到废水W,同时将其存留在废水收集槽19中。因而,可将预先指定量的碱性试剂R进料到废水W以使废水W富碱性并且当废水W在蒸发器装置7中经由与烟气FG接触而蒸发时,其对于使不溶性重金属的化合物沉淀所需要的量而言是过量的。加入碱性试剂R来提高废水收集槽19的内含物的pH,优选达到约12.0或更高,这改善了氨的汽提。在废水W内过量碱性试剂R的存在还可通过捕集在烟气FG内例如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和硫酸(H2SO4)的酸性气体成分并通过形成例如亚硫酸钙(CaSO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和氟化钙(CaF2)的固体颗粒来帮助防止腐蚀并降低污染物排放。另外,在所述固体内的任何未反应的碱性试剂R可提供吸收剂,当烟气FG从蒸发器装置7经导管8流动以与经流体连接的导管5a从预热器5流出的冷却且湿润的烟气FG和固体颗粒混合时,所述吸收剂继续在烟气FG内反应以继续捕集额外的酸性气体成分流体。这类吸收剂成分的存在可通过捕集在烟气FG内的酸性成分而帮助防止下游设备的腐蚀,且提供用于下游收集酸性气体相关成分以防止所述成分排放到大气中的额外吸收剂。而且,蒸汽、空气或蒸汽和空气S从蒸汽/空气源21经其间流体连接的导管21a供给到废水收集槽19。作为汽提剂经导管21a供给到废水收集槽19的蒸汽、空气或蒸汽和空气S诱发氨从废水W汽提到废水收集槽19的上部或顶部空间19b中。顶部空间19b中的汽提的氨气G从废水收集槽19中经导管19a流到流体连接到导管2b的导管19c以便流入燃烧单元1中,和/或流到流体连接的导管19d以便直接流入燃烧单元1中,和/或流到流体连接到导管1a的导管19e以便流入氮氧化物去除装置3中,和/或流到流体连接的导管19f以便直接流入氮氧化物去除装置3中。因而,汽提的氨气G经导管19c和/或19d流到燃烧单元1,或经导管19e和/或19f流到氮氧化物去除装置3,这从系统12除去汽提的氨气G,由此降低或防止气体向环境或大气排放。在从废水收集槽19中的废水W中汽提出氨气G之后,废水W在控制阀23a的控制下经管道23流到混合器装置25,以便与经流体连接到碱性试剂源51的流体连接的导管51b进料到混合器装置25的碱性试剂R混合。对于这类实施方案,考虑了以下情况,混合器装置25构造成得自ALSTOMPower,Inc.,Paris,France的NIDTM干烟气脱硫系统的混合器。当然,可供选地使用其他类型的混合器装置25。
活性碳或活性焦炭AC也经由流体连接到混合器装置25的流体连接的导管53a自活性碳或活性焦炭AC源53供给,以便与也供给到其中的废水W混合。混合器装置25还可经由流体连接的导管9b连接到颗粒收集器9,从而可将通过颗粒收集器9分离的所收集的固体P的至少一部分进料到混合器装置25。
混合器装置25可经由导管51b从碱性试剂源51接收碱性试剂R,经由导管9b从颗粒收集器9接收固体P,经由导管53a从活性碳或活性焦炭AC源53接收活性碳或活性焦炭AC且经由管道23从废水收集槽19接收液态废水W。混合器装置25可搅拌或以其他方式混合这些成分以合并这些成分,从而形成混合物M。通过混合器装置25形成的混合物可以潮湿粉末(例如湿粉尘或潮湿粉尘)或者浆料形式形成。当作为潮湿粉末形成时,混合物M可具有至少1重量%水的水含量或2重量%-5重量%水的水含量。还考虑可构造某些实施方案,从而混合器装置25形成具有1重量%-8重量%水的混合物M。在其他实施方案中,考虑混合器装置25可构造成形成具有1重量%水的水含量-超过8重量%水的含量值的潮湿粉末。
在混合器装置25内形成的混合物M接着可经由导管27从混合器装置25输出。至少一个混合物M分配导管27将混合器装置25流体连接到旁通管6以将混合物M进料到流经旁通管6的烟气FG。可使用一个或更多个喷嘴或其他分散机构27a来分散或喷雾在旁通管6内的混合物M以将混合物M进料到烟气FG。可构造混合物分配导管27使得通过混合器装置25形成的混合物M可在旁通管6的一个离散位置内分散或可在旁通管6中的多个不同间距的位置处分散,以便与流经旁通管6的烟气FG接触。烟气FG和混合物M可接着经过旁通管6的剩余部分以便流入蒸发器装置7中,且接着经由导管8与经由导管5a从预热器5流出的烟气FG合并。可构造系统12的供选实施方案以允许来自颗粒收集器9的任何废水W流或固体P单独地加到旁通管6或加到蒸发器装置7中。
考虑了以下情况,烟气FG和来自混合器装置25的混合物M保留在蒸发器装置7内历时预先指定的停留时间,以确保废水W自混合物M充分蒸发,将烟气FG冷却到预先指定的温度并将固体颗粒充分干燥到预先指定的干燥程度,以便垂向流经导管8,流到颗粒收集器9中。供选地,单独的颗粒收集器90可构造在蒸发器装置7的下游以经导管90a捕集和处置分离且偏析的颗粒SP。在这种情况下,可在颗粒收集器90之后包括鼓风机31,来自鼓风机31的在导管8中流动的烟气与流经导管5a的烟气合并。使用来自预热器5上游的相对较热的烟气FG具有以下额外优势:来自该上游位置的烟气FG压力高于预热器5下游的烟气FG压力。较高的烟气FG压力可促进烟气FG自然循环经过导管6,流入蒸发器装置7中并经流体连接的导管8离开蒸发器装置7。这种自然循环是有益的,原因是由此不需要泵或鼓风机31来为烟气FG流入蒸发器装置7或流出蒸发器装置7供以动力。当然,在这类系统12的导管8中可利用泵或鼓风机31作为备用措施或确保控制烟气FG流速可维持在所要的流速范围内。当在这类系统12中使用泵或鼓风机31时,泵或鼓风机可能能够在较低功率水平下操作,由此节约能量和相关成本,这归因于通过使用相对较热的烟气FG提供的较大压降。
从预热器5流出的烟气FG在导管5a中与在其中经由流体连接的导管8流动的烟气FG和固体颗粒合并。合并的烟气FG和固体颗粒自导管8流入流体连接的颗粒收集器9中,以从烟气FG分离固体P。使在颗粒收集器9中从烟气FG分离的至少一部分固体P经流体连接的导管9b再循环到混合器装置25。另一部分固体P材料可经由导管11输出以便随后处理和分配。
烟气FG从颗粒收集器9流到湿烟气脱硫系统13以便脱硫,随后使“清洁的”烟气CG经流体连接的导管13a流到流体连接的烟道15,以便释放到环境或大气。来自湿烟气脱硫系统13的废水W以及来自其他成套设备10废水W源17的废水W可分别经管道14和17a进料到废水收集槽19用于氨汽提且随后在混合器装置25中使用。在供选的实施方案中,可利用干烟气脱硫系统来代替湿烟气脱硫系统。
在一些实施方案中,考虑了以下情况,在烟气FG离开预热器5之后,在混合器装置25中形成的混合物M的一部分经由流体连接的导管25a(在图2中以虚线示出)传输到流经流体连接的导管5a的烟气FG,从而可将烟气FG冷却并湿润且可使在混合物M内的固体颗粒在流入颗粒收集器9中之前干燥。系统12的这类实施方案可为有利的,因为其可提供相对较小的占地面积,容许成套设备10在发生最低投资成本的情况下改型。
例如,对于构造成使得通过混合器装置25形成的混合物M在烟气FG离开预热器5之后且在其经由导管5a进入颗粒收集器9之前进料到烟气FG的系统12的实施方案,可能不需要旁通管6。而且,考虑了以下情况,可以以最少的改进来利用将烟气FG从预热器5传输到颗粒收集器9的在成套设备10内的预先存在的管路,以将混合物M和烟气FG传输到颗粒收集器9。可构造传输混合物M和烟气FG两者的那部分管路以使得混合物M具有足够的停留时间,且烟气FG经过该管路以确保在进入颗粒收集器9之前将烟气FG充分冷却且将来自混合物M的固体颗粒充分干燥。例如,所述烟气可在离开预热器5之后处于约250℉-约400℉或约120℃-约205℃的温度且接着通过接触来自混合器装置25的混合物M进一步冷却到约180℉-约300℉或约80℃-约150℃的温度,从而在流入颗粒收集器9中之前将固体颗粒充分干燥且将烟气FG冷却并湿润。
系统12和使用系统12的方法提供在废水W蒸发到烟气FG流中之前降低废水W中氨/铵离子含量的方法。因而,所述方法降低氨向所述烟气FG流的释放,因此降低氨向环境或大气的排放和/或在例如湿烟气脱硫系统13的下游设备中的积聚。由于在成套设备10中的氨,烟气FG流具有不合需要的排放且操作许可证常需要在某一排出水平内操作成套设备。在实践中,氨常用于成套设备应用中,其中氨在SCR的上游加入以还原氮氧化物化合物。一些过量的氨时常将经过SCR并通到下游设备中,在其中其可根据设备而被去除到各种水平。如果WFGD系统位于SCR的下游,WFGD系统将从烟气FG除去一些氨且所述氨随后聚积在水性WFGD浆料中。WFGD系统水蒸汽的一部分通常作为废水W排放以维持一定的内部化学组成,例如来控制大致的氯离子水平,废水W中的任何氨大部分将随排出的废水W流离开WFGD系统。本文公开的系统和方法减小了成套设备将氨释放到烟气FG中并释放到环境中的潜在性。因而,本发明的系统和方法使得成套设备在不接触氨/铵离子的情况下使用废水W流的蒸发系统;降低或消除由于蒸发含有氨/铵离子的废水W产生的氨的随烟气FG流的排放;降低或避免氨在废水W蒸发器装置7下游的WFGD系统中积聚;和降低SCR或SNCR3系统需要的氨补给供应。
应该了解考虑不同的设计标准可对用于降低气体排放的系统12的实施方案进行各种改变。例如,用于传输到系统12的不同元件或从系统12的不同元件传输的不同固体/流体的导管的尺寸、形状或构造可为许多合适形状、尺寸或构造中的任一种,并且包括许多不同元件中的任一种,这些元件例如为容器、阀门、管道、管、槽或导管,它们具有有或没有受连接到这些元件或与这些元件流体连通的泵或鼓风机影响的夹带颗粒的流体的流速。烟气、废水及其他流体流将维持或保持在其下的温度和/或压力也可为许多合适范围中的任一个,以满足特别设定的设计目的。作为另一实例,任何类型的合适碱性试剂R可注入废水W内或与废水W混合以中和被蒸发器装置7中的废水W吸收的酸性气体。
虽然已经参考各种例示性实施方案描述了用于降低气体向环境的排放的本发明系统和方法,但是本领域技术人员应当理解的是可在不脱离预定范围的情况下对其要素进行各种改变且可用等价物替代。另外,可在不脱离本发明的基本范围的情况下进行许多修改以适应本发明教导的特定情形或材料。因此,意图是本发明系统和方法不限于所公开的特定实施方案,而是包括落入随附权利要求书范围内的所有实施方案。
Claims (15)
1.降低成套设备气体向环境的排放的方法,其包括:
使来自所述成套设备的烟气处理系统的废水与汽提剂接触以由所述废水产生汽提的氨气;和
使所述汽提的氨气流到燃烧单元的上游流,到所述燃烧单元,到氮氧化物去除装置的上游流,或到所述氮氧化物去除装置以使所述汽提的氨气反应,从而降低其环境排放。
2.权利要求1的方法,其中所述废水包含氨、铵离子或氨与铵离子的组合。
3.权利要求1的方法,其中所述汽提剂为蒸汽、空气或蒸汽和空气。
4.权利要求1的方法,其中所述燃烧单元为焚烧炉或锅炉。
5.权利要求1的方法,其中所述氮氧化物去除装置为选择性催化去除装置或选择性非催化去除装置。
6.权利要求1的方法,其中所述成套设备为发电成套设备或工业成套设备。
7.权利要求1的方法,其中所述烟气处理系统为湿烟气脱硫系统。
8.降低成套设备气体向环境的排放的系统,其包括:
废水收集槽,其容纳来自成套设备烟气处理系统的包含氨/铵离子的废水以便暂时储存;
汽提剂源,其可操作成将汽提剂供给到所述废水收集槽中的废水中以由所述废水产生汽提的氨气;和
管网,其配置成使所述汽提的氨气流到燃烧单元的上游流,到所述燃烧单元,到氮氧化物去除装置的上游流,或到所述氮氧化物去除装置以使所述汽提的氨气在所述燃烧单元或所述氮氧化物去除装置中反应,从而降低其环境排放。
9.权利要求8的系统,其中所述燃烧单元的上游流为空气流。
10.权利要求8的系统,其中所述氮氧化物去除装置的上游流为烟气流。
11.权利要求8的系统,其中所述燃烧单元为焚烧炉或锅炉。
12.权利要求8的系统,其中所述氮氧化物去除装置为选择性催化去除装置或选择性非催化去除装置。
13.权利要求8的系统,其中所述汽提剂为蒸汽、空气或蒸汽和空气。
14.权利要求8的系统,其中所述烟气处理系统为湿烟气脱硫系统。
15.权利要求8的系统,其中所述废水收集槽在汽提氨气之后释放废水流到蒸发器装置以便于废水蒸发。
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