CN114270101A - 混合式锅炉干燥器和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于减少加热炉的污染物的排放的方法。该方法包括由加热炉内的燃料流形成床；利用来自该加热炉的烟气流化该床；以及加热床内的燃料，以产生炭、灰分和污染物。该方法进一步包括经由灰分捕获污染物。

Description

混合式锅炉干燥器和方法

技术领域

本发明的实施方案整体涉及固体燃料锅炉，并且更具体地涉及混合式锅炉-燃料干燥器和方法。

背景技术

在常规锅炉诸如固体燃料锅炉中，工业和设施通常使用有机材料来产生蒸汽以操作设备并产生电力。例如，电力发电厂通常通过使用蒸汽来转动涡轮的轴而产生电力，从而驱动发电机。许多发电厂通过燃烧固体燃料诸如煤或生物质燃料来产生此蒸汽。燃料在加热炉燃烧室中燃烧以产生热量，然后该热量用于在锅炉中将水转化成蒸汽。然后将该蒸汽过热化并进行引导以驱动或旋转蒸汽涡轮。旋转涡轮通过轴或转子联接到交流发电机以用其产生交流电。在蒸汽通过涡轮之后，将该蒸汽提供给冷凝器并通过围绕携带冷却水的管道进行冷却，该冷却水从蒸汽中吸收热量。随着蒸汽冷却，该蒸汽冷凝成水，然后将水泵回到锅炉中以重复将该水加热成蒸汽的过程。

常规锅炉通常燃烧粉煤或生物质燃料，该粉煤或该生物质燃料可能具有高含水量，例如由于储存在户外并暴露于高湿度条件下。此类高含水量燃料的含水量可能变化很大，从而将随之而来的变化引入燃烧过程中并使得其更难以有效地运行锅炉。(如本文所用，术语“高含水量燃料”旨在表示并包括适于在加热炉中燃烧的任何类型的固体燃料)。已知固体燃料的含水量对锅炉运行的许多方面产生影响，包括效率和排放。燃烧高含水量燃料(诸如煤)的锅炉将由于燃料的较高含水量而表现出相对低的热效率。固体燃料中的高含水量还可能导致诸如燃料处理、燃料磨削、风扇容量和烟气流量之类的领域中的问题。

另外，在燃烧高含水量燃料的锅炉中，有效的悬浮或切向燃烧也受燃料的相对含水量和粒度分布的影响。如果燃料的含水量足够高，则可减缓或延迟燃烧室中燃料的燃烧，从而导致未燃烧的可燃材料与烟气一起被带走。进一步，如果粉状固体燃料的粒度足够大，则较大的燃料粒度将使得难以将燃料颗粒以悬浮方式保持在燃烧室中，从而减少了颗粒在高温下完成整个颗粒燃烧所花费的停留时间。因此，为了在切向燃烧锅炉中实现期望的燃烧效率，高含水量燃料必须充分干燥和设定尺寸。具体地，为了在常规锅炉中有效燃烧，必须在燃料预处理系统中解决(即，最小化)燃料的粒度和含水量两者。通常，在燃烧之前采用干燥器设备预处理(即，通过加热)高含水量燃料以降低含水量并提高燃料的BTU产量。

一些常规的锅炉试图通过采用半悬浮系统来避免燃烧具有相对较大且潮湿的颗粒的燃料的挑战。在此类系统中，将相对较大的燃料颗粒(例如，直径大于25mm)进料至锅炉底部的栅板，而在预处理期间将相对较小的颗粒(称为“细粒”)过筛并在单独的粉碎机干燥器中部分干燥，然后以悬浮方式燃烧。通常，对于常规的半悬浮系统，需要55％的颗粒含水量和小于40mm的最大粒度(90％的颗粒<25mm)。使用这些较大粒度、较高含水量的燃料通常需要锅炉处于大于50％最大连续额定值(MCR)的热输入。如本文所用，“MCR”是蒸汽锅炉连续且容易地产生和提供预定量的蒸汽而没有缺陷或不期望的影响(诸如过载、出渣或过热)的能力。

然而，利用对湿燃料的燃料预处理(例如，为了实现低于40％的水分(即，基本上没有表面水)，具有96％小于10mm的和99％小于20mm的粒度)，在大于10％MCR的热输入下的悬浮燃烧是可行的，从而使得在低负载下能够实现有效的操作。另外，对于粉状和经干燥的燃料，对于粒度为85％小于1mm的燃料中至多25％的含水量，能够无负载限制地实现悬浮燃烧。然而，此类常规燃料预处理导致锅炉上的非期望的和大量的寄生负载。例如，虽然相对较小的粒度(通常小于2mm)，几秒的停留时间可能足以干燥至20％的湿度，但对于较大的粒度，可能需要数分钟的停留时间才能有效干燥。然而，为了使常规干燥器在粉末化之前经济地适用于燃料干燥，其将优选地具有几秒或更少的停留时间，使得这可在颗粒气动地输送到加热炉的同时完成。然而，此类干燥器中相应的热质传递速率通常仅可使用燃料粒度为1mm或更小的流化或夹带反应器来实现。用传统的煤磨机实现此类粒度在研磨能力方面一直是成本过高的。另外，研磨燃料所需的能量消耗随着燃料的含水量从20％上升至40％及以上而显著增加。

另外，煤和/或生物质燃料通常含有污染物，即，引起腐蚀、结垢、出渣和/或在锅炉和/或周围环境内不期望的气态元素和/或化学品，所述气态元素和/或化学品在加热炉中燃烧燃料时排放。

因此，需要一种用于减少加热炉的污染物的排放的混合锅炉-干燥器方法。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种用于减少加热炉的污染物的排放的方法。该方法包括由加热炉内的燃料流形成床；利用来自所述加热炉的烟气流化所述床；以及加热床内的燃料，以产生炭、灰分和污染物。该方法进一步包括经由灰分捕获污染物。

在另一个实施方案中，提供了一种加热炉。加热炉包括用于由燃料流形成床的炉子，以及可操作以用由加热炉产生的烟气来流化所述床的导管。床促进：由燃料产生炭、灰分和污染物；以及通过灰分捕获污染物。

在另一个实施方案中，提供了一种包括指令的非暂态计算机可读介质。指令适应至少一个处理器以：调节由加热炉内的燃料流形成的床的至少一个性质，以促进：由燃料产生炭、灰分和污染物；以及通过灰分捕获污染物。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本发明，其中：

图1是一个实施方案的示意图；

图2是一个另选实施方案的示意图；

图3是根据方法的一个实施方案的流程图；

图4是根据一个实施方案的示意图；

图5是又一个另选实施方案的示意图；

图6是又一个实施方案的示意图；和

图7是图6的实施方案的示意图。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在未重复描述的情况下，在整个附图中使用的相同引用字符是指相同或相似的部分。

如本文所用，术语“基本上”、“通常”和“约”表示相对于适于实现部件或组件的功能目的的理想期望条件，在合理可实现的制造和组装容限内的条件。如本文所用，术语“实时”是指用户充分及时感知或者使处理器能够与外部处理同步的处理响应能力的水平。如本文所用，“电耦合的”、“电连接的”和“电连通”是指所引用的元件直接地或间接地连接，使得电流或其他连通介质可彼此流动。连接可包括直接导电连接(即，不具有居间电容元件、感应元件或有源元件)、感应连接、电容连接、和/或任何其他合适的电连接。可存在居间部件。如本文所用，术语“流体连接的”是指将所引用的元件连接，使得流体(包括液体、气体和/或等离子体)可流动至彼此。因此，如本文所用，术语“上游”和“下游”描述所引用的元件相对于在所引用的元件之间和/或附近流动的流体和/或气体的流动路径的位置。此外，如本文所用，相对于颗粒的术语“流”是指颗粒的连续或近似连续流动。还如本文所用，术语“热接触”是指所引用的对象彼此接近，使得热/热能可在它们之间传递。

虽然本文所公开的实施方案主要相对于固体燃料锅炉进行描述，但应当理解，本发明的实施方案可适用于受益于本文教导内容的其他设备和/或方法。虽然出于本申请的目的，作为在发电厂的锅炉加热炉中燃烧的燃料的煤在本文中通常应被称为示例性粒状物质，但应当理解，也可使用构成工业操作的有用或有益输入的任何其他固体物质。

参见图1，示出了用于发电的固体燃料型发电厂90的实施方案的示意图。发电厂90可操作以增加气体的温度和压力来驱动一个或多个涡轮。旋转涡轮通过轴或转子联接到交流发电机以用其产生交流电。

发电厂90包括锅炉100，该锅炉包括被配置为在其中燃烧固体燃料120的加热炉250。如本文将更详细地描述，粒状形式的固体燃料120从储存区域140(诸如煤仓)进料至锅炉100，在该锅炉中其燃烧以产生热量。

加热炉250可操作以按已知方式点燃和燃烧固体燃料120。例如，在一个实施方案中，锅炉100可采用常规燃烧系统102诸如悬浮燃烧系统来燃烧燃料120。在不脱离本文权利要求的范围的情况下，其他实施方案可包括其他类型的常规加热炉燃烧系统102。在一些实施方案中，加热炉250可包括常规的后烟道部分252(图2)。

如图2所描绘，在操作期间，通过燃料120(图1)在加热炉250中的燃烧产生相对较热的烟气270，并将其提供给烟道257并从烟道排出，例如经由排气竖道259排出。在各种实施方案中，烟道257可由被布置成接收在加热炉250中产生的热烟气270的一个或多个管道限定。如本文更详细地描述，热烟气270的至少第一部分271(图4)和第二部分272(图4)可从烟道257中提取并再循环以实现本文所述的各种实施方案的操作。

另外，如图4所描绘，在一些实施方案中，一个或多个污染控制装置可被布置成接收来自烟道257的热烟气270。例如，洗涤器268(诸如常规湿式洗涤器)可被布置成与烟道257流体连通以接收来自烟道的烟气270，从而在提取和再循环烟气270的第一部分271和第二部分272之前从烟气270提取污染物，诸如硫化合物、硫的氧化物(例如，二氧化硫)和灰分颗粒。

锅炉100还包括混合式锅炉-干燥器900。如图所示，混合式锅炉干燥器900的实施方案包括第一燃料干燥器901和第二燃料干燥器902。在一个实施方案中，第一燃料干燥器901可包括悬浮态燃料干燥器，并且第二燃料干燥器902可包括栅板上燃料干燥器。如本文所用，术语“燃料干燥器”是指可用于通过施加直接或间接加热来降低粒状物质含水量的任何设备，包括但不限于流化床干燥器、振动流化床干燥器、固定床干燥器、移动床干燥器、级联式旋转床式干燥器或细长狭槽干燥器。

在操作期间，如图1所示，由加热炉250内燃烧燃料120的正常燃烧反应产生的热量继而对管(未示出)中的水加热并将其转化为蒸汽330，所述蒸汽330被递送到蒸汽涡轮340。在一些实施方案中，蒸汽涡轮340可包括可操作地串联连接的多个涡轮，诸如高压蒸汽涡轮360、中压蒸汽涡轮380和低压蒸汽涡轮480。蒸汽330通过推动连接到安装在轴(未示出)上的包含在每个涡轮340、360、380内的一系列轮(未示出)的扇状叶片(未示出)来执行工作。随着蒸汽330推压叶片(未示出)，其导致轮和涡轮轴两者旋转。此旋转的轴转动发电机430的转子，从而产生电力500。离开蒸汽涡轮360的蒸汽330被递送到冷凝器(未示出)，在该冷凝器中借助于冷却水将蒸汽冷却以将蒸汽转化回水。

在图2和图4所描绘的实施方案中，固体燃料120(诸如，相对高含水量的原煤)可收集在存储区域140(图1)(诸如煤仓)中，直至需要时。高含水量燃料120可包括限定相对较小粒度或“细粒”(例如，直径小于25mm)的燃料的第一部分121(如图4中箭头121所示)，以及限定相对较大粒度的燃料的第二部分122(如图4中箭头122所示)，所述相对较大粒度比由第一部分121限定的相对较细或较小粒度更粗或更大(例如，直径至少25mm)。在一个实施方案中，燃料的第一部分121还限定预定粒度，所述预定粒度适于由燃烧系统102燃烧而无需研磨或其他步骤来减小燃料的第一部分121内的粒度；并且燃料的第二部分122限定预定粒度，所述预定粒度需要研磨或其他步骤来减小燃料的第二部分122内的粒度以使得能够被燃烧系统102燃烧。

在操作期间，使用常规输送机装置114提供原始燃料120或将该原始燃料输送到过滤器或筛116以进行筛选。筛116可操作以基于燃料的第一部分121和燃料的第二部分122的相对粒度来将燃料的第一部分121与燃料的第二部分122分离。在各种实施方案中，筛116可包括辊筛。在其他实施方案中，筛116可包括离心机、滚筒筛分机、振动筛网、螺旋进料器和转鼓式进料器中的一者或多者。在其他实施方案中，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，可以使用任何期望的筛116装置将燃料的第一部分121与燃料的第二部分122分离，使得加热炉能够如本文所述那样操作。

一旦燃料的第一部分121被筛116过滤或与燃料的第二部分122分离，燃料的第一部分121就可随后被提供给加热炉250的燃烧系统102以经由第一燃料干燥器901进行燃烧。在一个实施方案中，第一燃料干燥器901包括第一通道或管道371，燃料的第一部分121通过烟气的第一部分271的流动输送通过所述第一通道或管道371。例如，在一个实施方案中，第一管道371被配置为直接从筛116接收煤的第一部分121。在其他实施方案中，第一管道371被配置为从第一输送机222接收煤的第一部分121，该第一输送机诸如为在第一管道371与筛116之间流体连通地联接的加压管道。在其他实施方案中，第一输送机222可以是机械型第一输送机222，诸如带式输送机或斜槽，或使得第一管道371能够从筛116接收煤的第一部分121的任何其他常规输送机。另外，第一管道371被布置成与烟道257流体连通以从其接收烟气的第一部分271。烟气的第一部分271流过第一管道371，从而将燃料的第一部分121通过其输送到加热炉250以由燃烧系统102进行燃烧。烟气的第一部分271可使用与第一管道371流体连通的第一空气风扇111(诸如主空气风扇)来提供。在一些实施方案中，第一空气风扇111可以包括烟气再循环风扇。

以这种方式，在包括第一管道371的第一燃料干燥器901中，来自烟气的再循环第一部分271的热量有利地用于进一步干燥燃料的第一部分121，而在加热炉250中燃烧之前在第一管道371内悬浮，例如通过悬浮或切向燃烧。

一旦燃料的第二部分122被过滤或与燃料的第一部分121分离，燃料的第二部分122就可在被提供给燃烧系统102以在加热炉250中燃烧之前被进一步干燥和设定尺寸。燃料的第二部分122由第二燃料干燥器902干燥。例如，第二燃料干燥器902可包括栅板400，所述栅板具有限定为穿过其的开口(未示出)并且被配置为在其上接收燃料的第二部分122并且安置在加热炉250的邻近燃烧系统102的下部251内。燃料的第二部分122通过第二输送机255(诸如常规的机械带式输送机)从筛116输送到加热炉250并设置在栅板400上。在其他实施方案中，第二输送机255可包括加压管道。在加热炉250的操作期间，当燃料的第二部分122位于栅板400上时，燃料的第二部分122由此由于在加热炉250中发生的燃烧而暴露于热量和还原环境，以及由缺氧废气流272流化，由此燃料的第二部分122以已知的方式至少部分地脱挥发成份并干燥。应当理解，设置在栅板400上的燃料的第二部分122限定其中发生流化的床区440，本文中也简称为“床”。例如，床区440可包括固定床、流化床、起泡流化床或缓慢流化床中的一者。

另外，由加热炉250中的燃烧产生的并且存在于床区440中的灰分颗粒可与燃料的第二部分122分离。例如，在一些实施方案中，诸如图5所描绘，固定床区440与灰分分离器444流体连通地联接，由此燃料的第二部分122中相对较重的灰分颗粒迁移到床区440的底部，并且被捕获以在灰分接收器475中处理，所述灰分接收器经由与床区440的底部流体连通的出口410联接。相反，燃料的第二部分122内相对较轻的灰分和燃料颗粒可保持朝向床区440的上部或顶部，并在输送到研磨机800之前从其提供给灰分冷却器405，诸如旋转灰分冷却器。在一个实施方案中，床区440的停留时间(即，燃料的第二部分122保持在加热炉250中的床区440中的时间段)可基于预定时间段。在其他实施方案中，燃料的第二部分122在床440中的停留时间可基于燃料的第二部分122的期望特性诸如预定的含水量来确定。当满足燃料的第二部分122的期望特性时和/或当满足燃料的第二部分122在栅板400上的预定停留时间时，燃料的第二部分122随后从床440移除或提取。

在一个实施方案中，第二通道或管道372被布置成与烟道257流体连通并且被配置为接收通过其离开加热炉250的烟气的第二部分272。烟气的第二部分272经由第二管道372被引导至第二燃料干燥器902以使设置在床440中的燃料的第二部分122流化。一些实施方案可包括任何数量的第二管道372以将烟气的第二部分272输送到第二燃料干燥器902。

在一个实施方案中，可将烟气的第二部分272提供给在栅板400下方和近侧设置的充气室450。烟气的第二部分272可使用风扇诸如第一空气风扇111通过第二管道372提供。在其他实施方案中，第二空气风扇(未示出)可用于代替第一空气风扇111或与该第一空气风扇结合使用。

在一个实施方案中，附加气体275(诸如环境空气)可通过与第一空气风扇111配合的阀112或阻尼器被吸入，并且被添加到烟气的第二部分272中以调节或控制被递送以使床440上的燃料的第二部分122流化的烟气的第二部分272的流量和氧含量。以此方式，可以控制栅板400上方的燃料(即，燃料的第二部分122)的流化气体(即，烟气的第二部分272)的温度、气体速度和化学组成。

当从栅板400提取时，燃料的第二部分122然后被输送到研磨机或粉碎机800以进行研磨(即，机械地减小燃料122的粒度)，并且然后重新引入加热炉250中以在其中燃烧。燃料的第二部分122通过第三输送机256从加热炉250输送到粉碎机，该第三输送机可以是加压管道。在其他实施方案中，第三输送机256可另选地包括常规的机械带式输送机或斜槽。在一些实施方案中，在从加热炉250输送到粉碎机800之前，燃料的第二部分122可经由第三输送机256输送到干燥器装置284(图4)，诸如常规的碳分离器和/或热交换器，以用于在输送到粉碎机800和通过该粉碎机设定尺寸之前进一步优化(即，减少)含水量和灰分去除。其他实施方案可省略干燥器装置284并经由第三输送机256将燃料的第二部分122从加热炉250直接输送到粉碎机800进行研磨。在粉碎机800中研磨之后，燃料的第二部分122然后被输送到加热炉悬浮燃烧系统102以进行燃烧。

在一个实施方案中，燃料的第二部分122可从粉碎机800输送并提供给第一管道272以与燃料的第一部分121一起输送到燃烧系统102。在其他实施方案中，燃料的第二部分122可与第一管道371中的燃料的第一部分121分开地经由第四输送机373从粉碎机800(即，在加热炉250的外部)输送到燃烧系统102(即，在加热炉的内部)。例如，在其中研磨机800可为搅拌器轮式研磨机的实施方案中，第四输送机373可包括加压通道或管道373，该加压通道或管道被布置成与研磨机800流体连通以利用从研磨机800吹送的加压空气从其接收燃料的第二部分122。在其他实施方案中，第四输送机373可包括与风扇(未示出)(诸如，常规的二次空气风扇)流体连通的第四管道373，以对第四管道373中的空气加压，从而协同地将燃料的第二部分122从研磨机800通过第四管道373输送到加热炉250中的燃烧系统102。另外其他实施方案可使用被布置成限定第四输送机373的任何数量的机械输送机将燃料的第二部分122输送到加热炉250中的燃烧系统102。如图2所描绘，一些实施方案可包括第四输送机373，该第四输送机包括任何数量的第四管道以将燃料的第二部分122从粉碎机800输送到燃烧系统102。

返回参考图1所描述的系统，锅炉100可作为常规的半悬浮系统开始。然而，当加热炉的温度达到预定或期望的水平时(例如，当可减少栅板400上输入的热量而对锅炉性能没有不利影响时)，烟气的第二部分272被再循环，并且启动栅板400上燃料的第二部分122脱挥发成份和干燥。然后从加热炉250中提取燃料的第二部分122，其中优选的含水量要在粉碎机800中设定尺寸(由于含水量较低，寄生负载相对较低)，然后通过悬浮燃烧系统102将其重新注入加热炉250中。以此方式，热量输入被转移到悬浮燃烧系统102，从而提供更大的灵活性以快速调节以适应负载需求的任何变化。

现在转向图3，在一个实施方案中，提供了一种操作加热炉的方法，所述加热炉具有被配置为燃烧在其中接收的固体燃料的颗粒的燃烧系统。方法包括：在步骤401处，将固体燃料的颗粒提供给筛；在步骤402处，基于固体燃料的颗粒的尺寸将固体燃料分离成燃料的第一部分和燃料的第二部分，其中燃料的第一部分中的颗粒的尺寸小于预定尺寸，并且燃料的第二部分中的燃料颗粒的尺寸大于预定尺寸；在步骤403处，引导烟气通过烟道；在步骤414处，将烟气的第一部分提供给第一燃料干燥器，所述第一燃料干燥器包括与烟道流体连通的第一管道；在步骤415处，将燃料的第一部分输送到第一管道；在步骤416处，干燥第一管道中的燃料的第一部分；在417处，将燃料的第一部分通过第一管道输送到加热炉；以及在418处，利用燃烧系统燃烧燃料的第一部分。该方法还包括：在步骤421处，将燃料的第二部分输送到设置在加热炉的下部内的第二燃料干燥器，并且将烟气的第二部分输送到第二燃料干燥器部分；在422处，用第二燃料干燥器部分干燥燃料的第二部分；在步骤423处，将燃料的第二部分从加热炉内的第二燃料干燥器部分输送到设置在加热炉外的研磨机；在步骤424处，用研磨机减小燃料的第二部分的颗粒的尺寸；在步骤425处，将燃料的第二部分从研磨机输送到加热炉；以及在步骤427处，用燃烧系统燃烧燃料的第二部分。

在上述实施方案中，燃料的第二部分122在栅板400上被进料至锅炉250并暴露于降低的大气环境，持续预定的停留时间，具有低气体速度，使得污染物质从燃料122中释放。这些实施方案的技术效果是，远离栅板400的生物质灰分夹带受到低气体速度的限制，从而减小了加热炉250下游堵塞或结垢的趋势。

上述实施方案的技术效果是，通过再循环烟气，控制加热炉的下部区段中的还原环境以及悬浮燃烧经干燥的燃料，允许更好地控制NOx排放。

因此，根据受权利要求书保护的主题，锅炉包括具有适于较大尺寸、高含水量燃料颗粒的停留时间的混合式干燥器。在粉化之前使用热烟气预干燥燃料使得能够去除水分，而不需要昂贵的热传递设备，诸如常规的旋转和流化床干燥器。

现转向图6，如将了解的，在实施方案中，通过第二燃料122的流形成在栅板400上的床440可操作以通过促进污染物(由虚线圆700表示)的捕获来减少加热炉250的排放，所述污染物例如NOx、SOx、一种或多种碱金属、一种或多种碱土金属元素、其他污染物金属，和/或可能引起腐蚀、结垢、出渣、温室效应、酸雨或以其他方式期望防止被排放到大气/环境中的其他元素和/或化学物质。在此类实施方案中，床440可通过再循环烟气(例如，通过管道372的烟气272的第二部分)来流化。如将理解的，当燃料122横跨越床440行进时，来自加热炉250和/或烟气272的热量使燃料122产生炭702、灰分704和污染物700。换句话说，燃料122在床440内部分地气化和燃烧。通过调节和/或控制床440的一个或多个性质，本发明的实施方案促进了灰分704对污染物700的捕获，并且继而炭702(诸如燃料122的最终在加热炉250中燃烧的部分)在进入床440之前具有比燃料122显著更少的污染物，或者在一些实施方案中没有污染物。

例如，在实施方案中，床440的一个或多个性质可以包括：烟气272跨越床440的流速，该流速可以在约0.05ft/s至约5.0ft/s的范围内；床440内的烟气272的氧气浓度，该氧气浓度可以在约0％体积至约21％体积的范围内；床440内的烟气272的温度，该温度可以在约环境温度例如70-80℉至约600℉的范围内；床440的高度H，该高度H可以在约3ft至约60ft的范围内；床440的长度L，该长度L可以在约1ft至约500ft的范围内；床440的宽度W(未示出，因为与图6的图纸正交)，该宽度W可以在约10ft至约250ft的范围内；停留时间，即燃料122在床440内耗费的时间量，该时间量可以在约1s至约2h的范围内(取决于燃料水分和温度含量)；和/或床440的其他性质，所述其他性质影响床440内的化学和/或化学计量条件。

在一些实施方案中，组合物，即构成床440的物质可以变化。例如，在实施方案中，加热炉250可以进一步包括注入器/递送装置708，所述注入器/递送装置将添加剂递送/进料到床440以便改变床440的化学组成。此类添加剂可以包括石灰石(用于控制硫排放)、粘土(用于捕获碱金属)、再循环燃料灰分、石灰和/或能够捕获污染物的任何其他吸附剂。

转到图7，在实施方案中，加热炉250和/或包围设施(例如，发电厂90(图1))可以进一步包括安置在床440下游的碳分离器706，并且可操作以将炭702与灰分704分离，使得炭702可以在加热炉250中燃烧，并且含有污染物的灰分704可以被安置和/或进一步处理。

在一些实施方案中，通过允许灰分704从床440下降，同时将炭702保持在床440内，并且灰分704通过出口410移动到接收器475(图5)，栅板400可用作碳分离器。

如上所述，在已经由加热炉250干燥之后，可将炭702发送到研磨机800(图5)，以用于在加热炉250中燃烧之前进行处理。

在实施方案中，控制器710可以经由一个或多个传感器712监测床440的化学物质，并调节床440的性质，如上文所论述，以优化对污染物700的捕获(图6)。

最后，还应当理解，加热炉250、锅炉100和/或包围发电厂90可包括必要的电子器件、软件、存储器、储存装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或其他视觉或音频用户界面、打印装置、以及用于执行本文所述功能和/或实现本文所述结果的任何其他输入/输出界面，这些可实时完成。例如，控制器710可包括至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构，所述至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。控制器710的至少一个处理器可包括一个或多个常规微处理器以及一个或多个补充协处理器，诸如数学协处理器等。本文讨论的数据储存器结构可包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，并且可包括例如RAM、ROM、闪存驱动器、光学盘诸如致密盘和/或硬盘或驱动器。

另外，可将使控制器适应于执行本文所公开的方法的软件应用程序从计算机可读介质读取到至少一个处理器的主存储器中。如本文所用，术语“计算机可读介质”是指向控制器710的至少一个处理器(或本文所述装置的任何其他处理器)提供或参与提供指令以供执行的任何介质。此类介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如光学、磁性或光磁性的盘，诸如存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电可擦可编程的只读存储器)、FLASH-EEPROM、任何其他存储器芯片或匣、或计算机可读取的任何其他介质。

尽管在实施方案中，软件应用程序中指令序列的执行使得至少一个处理器执行本文所述的方法/过程，但可使用硬连线电路来代替或结合用于实现本发明方法/过程的软件指令。因此，本发明的实施方案不限于硬件和/或软件的任何特定组合。

还应当理解，以上描述旨在为示例性的而非限制性的。例如，上述实施方案(和/或其方面)可彼此结合使用。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导内容。

例如，在实施方案中，提供了一种用于减少加热炉的污染物的排放的方法。该方法包括由加热炉内的燃料流形成床；利用来自所述加热炉的烟气流化所述床；以及加热床内的燃料，以产生炭、灰分和污染物。该方法进一步包括经由灰分捕获污染物。在某些实施方案中，污染物是NOx、SOx、一种或多种碱金属和/或一种或多种碱土金属元素。在某些实施方案中，方法进一步包括调节床的至少一个性质。在某些实施方案中，至少一个性质是：烟气跨越床的流速；所述床内的所述烟气的氧气浓度；所述床内的所述烟气的温度；所述床的高度；和/或床的停留时间。在某些实施方案中，至少一个性质是烟气跨越床的流速，并且被调节为在约0.05ft/s至约5.0ft/s的范围内。在某些实施方案中，至少一个性质是床内的烟气的温度，并且被调节为在约70℉至约600℉内。在某些实施方案中，至少一个性质是床的高度，并且被调节为介于约3ft至约60ft之间。在某些实施方案中，至少一个性质是床的停留时间，并且被调节为介于约1s至约2h之间。在某些实施方案中，方法进一步包括经由碳分离器将炭与灰分分离。

其他实施方案提供一种加热炉。加热炉包括用于由燃料流形成床的炉子，以及可操作以用由加热炉产生的烟气来流化所述床的导管。床促进：由燃料产生炭、灰分和污染物；以及通过灰分捕获污染物。在某些实施方案中，污染物包括NOx、SOx、一种或多种碱金属和/或一种或多种碱土金属元素。在某些实施方案中，床的一个或多个性质可操作以使污染物通过灰分的捕获最大化。在某些实施方案中，烟气具有约0.05ft/s至约5ft/s的跨越床的流速。在某些实施方案中，床内的烟气的温度介于约70℉至约600℉之间。在某些实施方案中，床的高度介于约3ft至约5ft之间。在某些实施方案中，床的停留时间介于约1s至约2h之间。在某些实施方案中，加热炉包括将添加剂进料到床的递送装置。在某些实施方案中，加热炉进一步包括碳分离器，所述碳分离器可操作以将炭与灰分分离。在某些实施方案中，加热炉进一步包括可操作以处理炭的研磨机。

然而，其他实施方案提供了一种包括指令的非暂态计算机可读介质。指令适应至少一个处理器以：调节由加热炉内的燃料流形成的床的至少一个性质，以促进：由燃料产生炭、灰分和污染物；以及通过灰分捕获污染物。

因此，如将了解的，通过调节安置于如上所述加热炉内的燃料的流化床的一个或多个性质，本发明的一些实施方案可以提供优于传统的污染物捕获系统和方法的改进的排放减少。

虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定各种实施方案的参数，但它们不是限制性的并且仅作为示例性实施方案。在回顾以上描述时，许多其他实施方案对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书以及授权的此类权利要求书的等同形式的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等的术语仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不是以平均值加函数格式书写的，并且不旨在解释为此类限制，除非且直到此类权利要求书限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于…的方式”。

该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施方案，包括最佳模式，并且使得本领域普通技术人员能够实践本发明的实施方案，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。

如本文所用，以单数形式列举并且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他此类元件。

由于在不脱离本文所涉及的本发明实质和范围的情况下可在上述发明中进行某些改变，因此旨在将附图中所示的上文描述的所有主题应仅解释为示出本文发明构思的示例，并且不应理解为限制本发明。

Claims (20)

1.一种用于减少加热炉的污染物的排放的方法，所述方法包括：由所述加热炉内的燃料流形成床；

利用来自所述加热炉的烟气流化所述床；

加热所述床内的所述燃料，

以产生炭、灰分和污染物；

以及经由所述灰分捕获所述污染物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述污染物是NOx、SOx、一种或多种碱金属和/或一种或多种碱土金属元素。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

调节所述床的至少一个性质。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个性质是：

所述烟气跨越所述床的流速；

所述床内的所述烟气的氧气浓度；

所述床内的所述烟气的温度；

所述床的高度；

所述床的化学组成；和/或

所述床的停留时间。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个性质是所述烟气跨越所述床的流速，并且被调节为在约0.05ft/s至约5ft/s的范围内。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个性质是所述床内的所述烟气的温度，并且被调节为在约70℉至约600℉内。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个性质是所述床的高度，并且被调节为介于约3ft至约60ft之间。

8.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个性质是所述床的停留时间，并且被调节为介于约1s至约2h之间。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

经由碳分离器将所述炭与所述灰分分离。

10.一种加热炉，所述加热炉包括：

炉子，所述炉子可操作以由燃料流形成床；和

导管，所述导管可操作以由所述加热炉产生的烟气来流化所述床；

其中所述床促进：

由所述燃料产生炭、灰分和污染物；以及

通过所述灰分捕获所述污染物。

11.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述污染物包括：

NOx、SOx、一种或多种碱金属和/或一种或多种碱土金属元素。

12.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述床的一个或多个性质可操作以使所述污染物通过所述灰分的捕获最大化。

13.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述烟气具有跨越所述床的约0.05ft/s至约5ft/s的流速。

14.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述床内的所述烟气的温度介于约70℉至约600℉之间。

15.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述床具有介于约3ft至约60ft之间的高度。

16.根据权利要求10所述的加热炉，其中所述床具有介于约1s至约2h之间的停留时间。

17.根据权利要求10所述的加热炉，所述加热炉还包括：

递送装置，所述递送装置将添加剂进料到所述床中。

18.根据权利要求10所述的加热炉，所述加热炉还包括：

碳分离器，所述碳分离器可操作以将所述炭与所述灰分分离。

19.根据权利要求10所述的加热炉，所述加热炉还包括：

研磨机，所述研磨机可操作以处理所述炭。

20.一种包括指令的非暂态计算机可读介质，所述指令适应至少一个处理器以：

调节由加热炉内的燃料流形成的床的至少一个性质，以促进：

由所述燃料产生炭、灰分和污染物；以及

通过所述灰分捕获所述污染物。

Images