CN1143728C - 除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

从大型锅炉的燃烧气体中除去SOx和颗粒,优选地还除去NOx,同时提高效率的简化方法。在初级处理区中,将包含有碱性SOx还原组分和优选地还包含用来降低NOx的含氮组分的浆料,在约900-1300℃的温度下输送到燃烧气体中。通过将气体开始与蒸汽发生装置接触,然后与气-气交换器接触进行冷却。接着将经冷却的气体进行二次处理,其中它们首先被增湿,再通过输入的喷雾水或气溶胶进一步冷却,使温度降低到100℃或100℃以下。使SOx还原组分和增湿气体间接触的反应时间保持至少约2秒。随后用织物过滤器从气体中分离出固体颗粒。经清洁的气体在排放到大气中之前用气-气热交换器进行预热。SOx的降低达到了80%以上,优选地为90-95%。

Description

除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法
本申请是M.Linda Lin和John E.Hofmann共同拥有的于1994年6月30日提交的题为“降低NOx和SOx的多步方法”的未决美国专利申请系列号08/264864的部分后续申请。
本发明涉及一种有效地降低气态污染物硫氧化物(SOx),优选地也包含氮氧化物(NOx)和颗粒状物的简化方法,而这些氧化物和颗粒状物是燃烧含碳燃料和废物产生的。本发明特别适用于降低从燃煤锅炉中产生的这些污染物,与通常所期望的这种类型的方法相比,本发明是通过向炉内注射而实现化学污染物的降低,这种方法提高了效率。
在大规模的工业,使用锅炉和其它发电厂中,燃烧含碳燃料产生氮氧化物(NOx),硫氧化物(SOx)和通常称之为粉煤灰的固态颗粒。由于燃烧煤产生了大量的硫氧化物和粉煤灰,所以带来了难以解决的问题。
通常使用湿洗器来有效除去SOx,这种湿洗器一般能降低95%或95%以上的SOx。采用炉内注射SOx还原组分的各种技术能得到较少的降低,一般使SOx降低85%以下,例如约30-75%,但是这些技术不能严格地将SOx降低到要求的程度。为了有效地进行湿洗步骤,通常湿洗之前用静电除尘器除去颗粒。因为静电除尘器能够高效地除尘,所以在炉内注射后,还使用静电除尘器-即将尿素与SOx还原组分一起加入用于降低NOx改进了其效果。
由于许多燃烧器的使用年限和产率的原因,湿洗器和静电除尘器的成本通常是更合算的。另外,目前使用其它技术的生产工艺还不能实现降低必须连续操作的工厂由购买的燃料(例如煤)的性质决定的就地产生的过量污染物。
因而需要一种经济、有效地降低气态污染物和颗粒排放的方法,该方法可以不需要昂贵和复杂的湿洗和静电除尘技术。
直接向炉内注入钙基吸着剂,以使其与高温燃烧气体接触除去SOx的工艺方法已经使用各种试剂,实现污染物和试剂的接触的物理装置和流出物的下游处理来除去灰分和废试剂。如上所述,已经发现使用湿洗器和静电除尘器是高效的,但是,在许多情况下,经济上不合算。同样地,流化床是有效的,但成本高。一般来说,人们应该清楚,次要的工艺方法例如炉内注射法对于竞争来说不是充分有效的。
人们已经提出了各种“吸着剂注射”技术,用来输入SOx吸着剂,例如石灰,石灰石和白云石。在必须清扫现有的燃烧器的许多情况下,从资本的观点出发,这些技术在经济上引起了人们的注意。但是,就目前的操作而言,在效率上还需进行改进。吸着剂注射的思想基础是输入适量的主要是干基形式的吸着剂与SOx进行反应,然后用常规的颗粒回收装置例如静电吸尘器或织物过滤器收集废吸着剂。一般来说,应该清楚吸着剂应该是化学水合形式的,它们通常以干基,湿基形式与燃料,燃烧空气一起在初始燃烧区下游的各个阶段输入。
Mitchfelder等人的美国专利US4440100公开了干基吸着剂注射的一个实例,其中描述了将吸着剂加入到燃烧器下的燃烧室中。Torbov等人的美国专利US4555996对该种类型的技术进行了评论,该专利指出其反应仅在1800-2200℃的窄温度范围内发生。Torbov等人提供的数据(SOx降低了22.6-72.5%)表明注射浆料形式的钙化合物比注射干基形式的化合物好,这是因为干基形式的化合物在约2200°F的温度下加入到炉内时常常失去活性。在指示的温度区域之外未发现反应,产且未讨论颗粒回收的问题。
在欧洲公开专利申请号373351中,DeMichele和Quattroni讨论了将尿素、熟石灰和水的混合物与静电除尘器一起使用,以降低氮氧化物和硫酐的含量。该专利指出当分散液的石灰浓度大于或等于35%时,使用多糖和木素磺酸盐分散剂。据称该方法的主要优点是由于使用了尿素和石灰含水浆料,改进了静电除尘器的操作。
在Thompson和Muzio的美国专利US4731233中也描述了使用浆料。该发明人指出使用水过量的浆料不是控制的标准,但是,在输入湿的或干的吸着剂之前使吸着剂充分水合是重要的。其结果(SOx降低了22-34%)是由小规模试验性工厂设备获得的,他们并未研究初始反应区下游的反应或任何收集颗粒的具体装置的优点。
在美国专利US5058514中,Mozes、Mangal和Thampi讨论了用于降低SO2和NOx的浆料注射方法,该方法采用了碳酸钙和含氮前体例如尿素。他们报道了配置有静电除尘器的小规模试验性工厂的煤燃烧器的结果。未发现SOx和NOx还原剂间的相互作用。所公开的优点是各组分具有单独的活性,即与单独使用各组分相比,活性未受到损失。未发现下游SOx的降低。
目前需要一种经济而有效的方法来改造现有发电厂,尤其是燃煤发电厂,从而提供与采用用于降低SOx的湿洗和用于除去颗粒的静电除尘器所获得的结果类似的污染物的降低。
本发明的一个目的是有效降低SOx,优选地同时降低NOx,而无需采用湿洗来降低SOx含量,也无需采用静电除尘器来除去颗粒。
本发明的另一个目的是通过提供一种整套方法,使用常规的吸着剂注射技术来提高SOx的降低,优选地包括NOx的降低,这种方法不仅具有高的SOx降低百分率,而且也实现了吸着剂的高效使用。
本发明的再一个目的是使用吸着剂注射技术,在整个方法中,提高燃煤燃烧器中产生的SOx的降低,优选地包括降低NOx,从而可以使控制污染物的有效费用更为经济,而无需更换许多现有发电厂的设备或用湿洗器等设备对它们进行改造。
用本发明提供的方法可以实现这些和其它目的,即从大型的,优选地是燃煤的燃烧器中产生的燃烧气体中除去SOx和颗粒,优选地也包括NOx。按照该方法制备浆料,优选地使用稳定剂来有效地长时间地保持浆料的稳定性。该浆料包含碱性SOx还原组分(吸着剂),优选地也包含有效地降低NOx的含氮组分(尤其是尿素或尿素水解产物或其组分),这两种组分在限定的温度范围内是有效的。
在燃烧器内至少选择一个处理区,该处理区具有限定温度范围的温度。正如本文下面将描述的,这是一个初级处理区,这个处理区是重要的,一般来说,不仅能降低SOx,和必要时能降低NOx,而且还能使SO3的浓度降低到将允许有效地进行二次处理的水平。必要时,为实现这种初级处理,可以在多于一个位置处选择和使用处理区。在处理区中,浆料优选地在燃烧气体的温度为约900-1300℃时加入到热的燃烧气体中。控制处理条件以使SO3浓度降低到约10毫克/米3以下。通过使气体开始与用于加热水例如产生蒸汽的热交换装置接触进行冷却,然后任选地与气-气热交换器接触。
接着经冷却的气体被通入到二次处理区中,在那里首先被增湿,然后加入水进一步冷却以产生增湿的气体,优选地被降低到100℃或100℃以下,气体的湿度增加到75-95%的范围内。通过气-气热交换器和增湿结合,可使气体冷却的温度取决于在初级处理区中已经被除去的SO3的程度。在携带SO3还原组分的气体流入合适的通道至少达2秒的反应时间内,保持SO3还原组分和增湿气体间的接触。然后使气体通过捕集固体颗粒的织物过滤器,从气体中分离出固体颗粒。燃烧气体接触了织物过滤器中捕集的固体颗粒,使气体中的SOx和吸着剂进一步接触。按需要在将清洁的气体排放到大气中之前,通过气-气热交换器进行预热。以能够有效提供必须从燃烧气体中分离出输入的颗粒容量的速度,从织物过滤器中回收固体。优选地,再将部分固体循环到工艺过程中,最好是刚好在增湿步骤之后进行循环,以提高吸着剂的利用率。该方法可使SOx降低80%以上,优选地达90-95%。另外,通过向固体循环流中加入新鲜的吸着剂,例如熟石灰,可以更高地降低SOx含量。
本发明还涉及一种除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法,包括:制备一种浆料,所述的浆料包含(i)碱性SOx还原组分,其包含至少一种选自碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐的物质,和(ii)有效降低NOx的组分,其包含尿素,碳酸铵,碳酸氢铵,氨基甲酸铵,氢氧化铵或任何这些物质水溶液形式的混合物,所述的浆料在限定的850-1100℃的温度范围内能有效地降低SOx和NOx;在燃烧器内限定一个初级处理区,它至少包括一个处理区,其具有的温度在指定的温度范围内;在初级处理区内,将浆料输送到燃烧气体中,控制其中的条件,使SO3浓度降低到10毫克/米3以下;先用蒸汽发生装置,再用气-气热交换装置冷却燃烧气体;使经冷却的气体通入到二次处理区中,在那里它们首先被增湿,然后通过加入水进一步被冷却,以产生增湿的气体,其中气体的温度被降低到100℃以下,气体的相对湿度增加到50-95%的范围内;使SOx还原组分和增湿的气体间接触的反应时间保持至少2秒;使气体通过织物过滤器,以除去固体颗粒,并提供气体和过滤器上捕集的固体颗粒间的接触,从而提供清洁的气体;以能够有效提供必须从燃烧气体中分离出颗粒容量的速度,从织物过滤器中回收固体;和将部分回收的固体循环到该工艺中以提高SOx还原组分的利用率。
通过下面的详细描述,尤其是当参照附图阅读时,将更易于理解本发明,其优点将更明显,其中:图1是按照本发明降低SOx和颗粒的整个系统的示意图;图2是类似于图1的整个系统的示意图,但是也用来降低NOx;和图3用图表表示了实施例2的结果。
在所附的附图中详述了本发明的两个典型装置的结构,其中图1表示的是降低SOx,图2增加了降低NOx。在这两个装置中,锅炉100包括火焰区10,其中燃料12与空气燃烧形成热的燃烧气体,该燃烧气体包含气态污染物NOx和SOx以及固体颗粒例如粉煤灰。尽管本发明特别适合于在燃煤燃烧器中使用,但是附图并不是用来叙述任何具体的燃料源。虽然在这些操作类型中,优点可能更为显著,但是,本发明决不受这些限制。本发明可以处理从燃烧所有类型的含碳材料中产生的流出物,也可以处理天然气、合成气体、燃料油、沥青和残余的燃料油、民用和工业固体或其它可燃烧的废物等。
热的燃烧气体,有时也称之为流出物,从火焰区10通入到初级处理区110中,然后通入到系统的其余部分中(用双线箭头表示的料流)。气-气热交换器200位于二次处理区之前,二次处理区包括作为主要部件的冷却和增湿设备210、反应区220和织物过滤器230。热交换器起双重作用,在燃烧气体进入二次处理区前开始冷却燃烧气体,并在刚要通过通风机240和烟筒250排放之前,将由此产生的热量传输给清洁的气体。
图中燃烧器100的左边是用来制备和将SOx还原组分和优选地在图2的实施方案中将合适的NOx还原组分的浆料输入到初级处理区110中的装置。
图1所示的方法使用了含水浆料形式的单一处理剂,包含磨细的,最好是稳定的碱性SOx还原组分的悬浮液。
磨细的碱性SOx还原组分的悬浮液优选地包含至少一种选自碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐(优选地是镁或钙的氢氧化物或碳酸盐)的物质。这些物质最好是廉价的矿物形式。许多用于降低SOx含量的钙基和镁基吸着剂是已知的,包括石灰、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化镁和其混合物,例如普通矿物形式的石灰石、白云石和其它形式的碳酸钙或碳酸镁,包括贝壳、文石、方解石、白垩、云石、泥灰岩和石灰华。白云石是包含碳酸镁的优选形式。石灰石是碳酸钙的优选形式,但是,必要时可以用其它形式的碱性钙例如熟石灰代替。它们可以被开采,也可以被制备。在本说明书中,术语“碳酸钙和石灰石”可以交替使用。最好是其混合的形式。
为了稳定用于简化和有效操作的浆料,优选地是使用合适的稳定剂,例如由M.L.Lin于1994年1月10日提交的未决美国专利申请系列号08/179447中所公开的那些物质,该专利引入本文作为参考。优选的稳定剂体系是包含一般的疏水表面活性剂和较为亲水的表面活性剂的那些物质,所述的疏水表面活性剂具有的HLB低于10、优选低于8;所述的亲水表面活性剂具有的HLB至少为约8、优选至少为约10;其中疏水表面活性剂和亲水表面活性剂的HLB的差值至少为约3,优选地至少为约5。疏水分散剂和亲水分散剂的重量比优选地为约25∶1-1∶1,例如约12∶1-2∶1。所使用的分散剂体系的浓度约为20000份/百万W/V(ppm),优选地为约250-1000ppm。
优选的疏水分散剂(HLB值低于8)是选自乙氧基化的苯酚乙醇,环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段聚合物,石油磺酸盐,有机磷酸酯,脂肪酸例如油酸、蓖麻油,磺酸烷基酯,脂肪酸链烷醇酰胺和这些物质的任何两种或多种的混合物的物质。优选的亲水分散剂是选自链烷醇酰胺,十二烷基硫酸盐,十二烷基苯磺酸盐,酰胺磺酸盐,磷酸酯和这些物质的两种或多种的混合物。
组分中钙或类似的吸着剂的用量可以改变,这取决于流出物中的SOx含量和组分中含氮处理剂的含量。优选地,组分中将包含的钙或类似的吸着剂的用量为钙与基线(即预处理水平)SOx的摩尔比为约1∶2-4∶1,更优选地为约1∶1-3∶1。该比例也被称之为钙硫比。吸着剂通常包含至少约10%的浆料,优选地包含约15-50%。
再次参照附图,吸着剂原料例如石灰石被装在料斗20中,然后通过管线22加入制浆和贮存罐24中,在这里它们与水和各种上述添加材料混合使浆料具有合适的稳定性和反应性。吸着剂材料在制浆前最好被磨细成平均颗粒大小为1-20微米的颗粒(按重量平均数计)。
优选地通过气动装置体系,采用来自压缩器装置30,通过管线提供的空气,以合适的压力和体积液化并输送吸着剂。在典型的情况下,即吸着剂材料是磨细成平均颗粒大小为约10微米的石灰石(按重量平均数计)时,压力为0.8-1巴是有效的。储罐24中的浆料通过管线26被连续地输送到计量和泵送组件体系40中,并连续地通过管线28回收。这种浆料的连续循环有助于保持浆料中的固体处于悬浮状态。任何用于最终稀释所要求的水由装置50通过管线52提供给计量和泵送组件体系40。正如下面在二次处理时将讨论的,与来自装置60的水压约为30巴相比,来自装置50的水的压力比较低,例如约为6巴。
在燃烧器100内,至少选择一个位于初级处理区110内的输入位置,燃烧器所具有的温度在指定的温度范围内,优选地燃烧气体的温度为约900-1300℃。这个温度可以通过研究在数个不同的负载条件下,燃烧器100内的温度分布,并利用所得到的信息判断处理区110的位置和其内的注射器112的精确位置而确定。这个信息也可以用作部分计算机模型,根据负载和排放的污染物的测定值来改变注射参数。
根据需要,初级处理区110可包括一个以上的注射位置,通过含SOx的燃烧气体与SOx吸着剂接触实现初级处理。由于几个方面的原因,该初级处理区是重要的。首先,燃烧气体与吸着剂接触之后,SOx的浓度(和图2实施方案中的NOx)通常马上明显降低。而且,更为重要的是它使SO3的浓度降低到使下面将描述的二次处理能有效地进行的程度。为使SO3的浓度降低到低于10毫克/米3,要求控制初级处理区内的条件。
如所注明的,将浆料与任何添加的水一起从计量和泵送组件40泵送到分配组件70,分配组件70如所示通过控制系统将浆料输入到一套或多套注射器112中,从而使浆料输送到处理区内的热燃烧气体中。本发明优选的形式还包括在压力为例如6-7巴下提供空气,并且优选地露点为3℃。
因为为了有效降低污染物,需要使浆料均匀地通过流出物所需的横截面,所以必须选择喷嘴以有效地用于此目的。本发明的优点在于气雾喷嘴可以有效地用来输送处理浆料,该处理浆料可以仅含有SOx还原组分,也可以混合有NOx还原组分,根据工艺控制的需要可以对其进行改变。若考虑到本发明发现这种气雾喷嘴是有效的,那么作为熟练的技术人员应该认识到,某些常规的喷嘴对于该目的来说也是有效的。
用来注射含水浆料的合适的单个喷嘴包括Turbotak喷嘴。在由Chawla,Von Bergmann和Pachaly于1991年5月21日提交的申请号为PCT/EP91/00952,题为“减少燃烧气体中污染物浓度的方法和装置”的国际专利申请和1982年11月11日公开的西德专利DE2627880C2中公开了适用的其它喷嘴,其每一件公开专利引入本文作为参考。
在某些情况下,浆料中的水或其它稀释剂的量可以对吸着剂和含氮添加剂产生“骤冷”作用。即蒸发稀释剂的时间可以延缓化学处理剂的作用,直到处理在比开始所要求的温度还低的温度下进行。这个过程也可以在浆料中固体的浓度低于约40%(重量),更优选地低于约25%(重量)的情况下进行(尽管不是必须的)。
离开初级处理区110的气体开始与热交换器装置120接触,然后优选地与气一气热交换器200接触进行冷却,所述热交换器120的作用是用来加热水用于该目的或产生蒸汽。
接着使经冷却的气体通入到二次处理区(如上所述,包含至少一个增湿区210,反应区220和织物过滤器230)中。在二次处理区的第一阶段中,气体被增湿,并通过输入喷雾水或气溶胶进一步冷却,例如用喷嘴212将它们喷雾成10-50微米中等直径(按重量平均计)。图中表明水是从组件80通过管线82,优选地是在约20-40巴,例如约30巴的压力下输送到喷嘴中的。另外,采用气雾喷嘴可以使这些喷雾水产生低压,约为3-6巴。
喷雾水最好以足以使气体的温度降低到100℃或100℃以下的速度加入。在该点可以使气体冷却的温度取决于在初级处理区中已经被除去的SO3的程度和气流的饱和温度(露点)。在典型的情况下,即SO3浓度降低到低于10毫克/米3时,需将温度降低到100℃以下,而气体的湿度增加到50-95%。更优选地,在初级处理区中,使SO3的浓度降低到低于5毫克/米3,并且在气体的冷却和增湿步骤中产生增湿的气体,使气体的温度降低到65-80℃,而不超过其中任何量的SO3的露点。
在气体和SOx还原组分流过反应区220的期间内,保持SOx还原组分和增湿气体间的接触。反应区可以包含任何合适的通道,例如常规的导管,只要它们能使有效反应时间达到例如至少达2秒,优选地约为4-10秒。
然后使气体通过捕集固体颗粒的织物过滤器230,从气体中分离出至少包含有粉煤灰,废的吸着剂和无反应性的吸着剂的固体颗粒。如果过滤器中捕集了固体,那么就建立了一个层,即基本上形成了一个反应床,本发明由于以浆料形式注入从而提高吸着剂的反应性,并且如上所述增湿和冷却了气体的能力将增加该反应床的有效性。燃烧气体与织物过滤器上捕集的固体颗粒接触进一步提供了气体中的SOx和吸着剂的接触。
清洁的气体在经通风机240和烟囱250装置排放到大气中之前,用气-气热交换器200进行预热。
以能有效地提供必须从燃烧气体中分离出颗粒的容量的速度,从织物过滤器中回收固体。优选地,部分固体通过管线232、再循环储仓234、管线236和未示出的控制阀再循环到该工艺中,用来提高吸着剂的利用率。循环流236最好紧在增湿步骤之后进入工艺中,但在某些实施方案中,是在增湿之前或在其它位置进入到工艺中。SOx的降低一般为80%以上,优选地为90-95%。另外,为了进一步提高SOx的降低,可以在储仓234前后,通过管线238向固体循环流中加入新鲜的,最好是干的吸着剂(例如包含相当于约20-80%(重量)再循环固体的固体)。废的吸着剂输送到储仓239中待处理。
现在,参照图2的实施方案,其中使用NOx还原组分。NOx还原组分对非催化还原氮氧化物是有效的。该方法包括选择性的自由基传递方法,常常是指选择性的非催化还原(SNCR)。
贮存罐90提供浓缩的NOx还原组分,用来形成适当浓度的浆料。在需要时,浓缩的组分从贮存罐中被供入日槽92中。该组分从日槽中被供给计量和泵送组件40,该组件将所需量的组分输送到分配组件70中,在这里与浆料混合,并被供给注射器112,用来输入经混合的浆料,优选地是通过气雾化法输送。
优选地,按处理剂中氮与基线(即预处理)流出物氮氧化物的量比为0.5-3.5的比例,向浆料中加入含氮处理剂。该比例也可称之为“标准化的化学计量比”或“NSR”。“标准化的化学计量比”是指还原基例如NHx基(NHx基,X是一个整数,据信是促进一系列反应的处理剂部分,由此使NOx还原成N2)的浓度与流出物中氮氧化物的浓度之间的比例,可以表示为〔NHx/NOx〕。另外,当用还原化学不好限定时,处理剂与NOx浓度的摩尔比可以用来代替NSB;本文所用的术语“NSB”在适当的时候也应该理解为摩尔比。
较为有利的是,含氮处理剂的用量为总组分(稀释剂,即水除外)的3-35%(重量),约为最终浆料的1-15%。
最终浆料中的吸着剂与含氮试剂的重量比一般为1.5∶1-33∶1,优选地为2.7∶1-22∶1。除了含氮试剂和吸着剂外,剩余的组分包含足以形成浆料的水或其它稀释剂。浆料通常包含约15-70%(重量)的固体,优选地为20-50%(重量)的固体。
各种纯的和市售形式的含NH组分在输入到水溶液中并经受高温时,将会产生有效的气相剂(例如amidozine基团,一种由氮和氢组成的游离基,NH·)。这些重要的含NH组分选自氨,氨的前体(当加热或在水中溶解时生成氨的物质),尿素,尿素的前体(当加热或在水中溶解时生成尿素),尿素的水解产物(例如氨基甲酸铵,碳酸铵,碳酸氢铵和氢氧化铵),尿素本身或与其它组分的反应产物,有关的组分和这些物质的混合物。这些化合物是其它的铵盐(无机盐和有机盐),特别是有机酸盐(例如甲酸铵,柠檬酸铵,乙酸铵,草酸铵),各种稳定的胺,胍,碳酸胍,双胍,脒基脲硫酸盐,密胺,二氰酰亚胺(dicyanimide),氰氨化钙(calcium cyanamide),缩二脲,1,1’偶氮二甲酰胺,羟甲基脲,羟甲基脲-尿素,二甲基脲,六亚甲基四胺(HMTA)及其混合物。
水解产物是氨,氢氧化铵,氨基甲酸盐,例如氨基甲酸铵,碳酸铵,碳酸氢铵和其它氨盐,各种尿素配合物和半氨盐。这些化合物中的某些化合物的精确形式尚不清楚,这是因为用来分析它们的技术对其结构会产生影响。Hofmann等人的US4997631和Harpe等人的PCT申请WO92/02291引入本文作为参考。
如果工艺特征有需要的话,还可以使用一种或多种增强剂。增强剂是添加的物质,就其有效温度、使用效率或其它方面而言,它们能改变污染物减少剂的作用。增强剂可以是以合适的混合形式使用的上述物质,氧化的碳氢化物和其混合物。氧化的碳氢化物的实例包括酮,醛,醇包括多元醇,羧酸,糖,淀粉水解产物,氢化的淀粉水解产物,含糖残基例如糖蜜,和任何这些物质的混合物。US4719092,US4844878和US4877591的全部公开文本引入本文作为参考。
尽管本发明的优选实施方案是将NOx和SOx还原组分混合成了单一的组分,但是,应该清楚也可以将NOx和SOx还原组分分别注入炉中不同的区域。当SOx还原的优选温度在900-1300℃温度范围的上限,而NOx还原的优选温度在900-1300℃温度范围的下限时,这种情况将会存在。在这种情况下,两种试剂通过单独的注射体系注入,如图2所示,不是在组件70中混合。
下面的实施例用来进一步说明和解释本发明及其某些优点,而不是对其进行任何限制。除非另有说明,所有的百分数按重量百分数计。
实施例1操作撒料器-自动加煤机(spreader-stoker)用来加热水。该装置是用含约0.9%(重量)硫的烟煤来燃烧的。锅炉是在热输入量为140Gj/小时下运行的。对于SO2来说,未经处理的基线排放物为2300mg/Nm3(干7%O2),对于NOx来说为600mg/Nm3(干7%O2)。
在建立了基本条件后,开始注入含有44.5公斤/小时尿素的水溶液。与此同时,也开始注入熟石灰浆料。注入的熟石灰(Ca(OH)2)量为275公斤/小时。在其它操作中,可将溶液和浆料混合,作为单一浆料注射。
使省热器后,约占总燃烧气流(相当于约3000Nm3/小时)的5%燃烧气通入到增湿区和袋式过滤器中。进入增湿区的气体的温度约为120℃。然后向增湿区中注入水,使燃烧气体的温度降低到70-80℃。气体通过反应区,其停留时间为3-4秒。在反应区之后,气体通过总表面积约为14.7米2的织物过滤器。
测定从织物过滤器中排出的SO2和NOx的浓度。NOx的浓度基本上是恒定的,并与增湿后的气体温度无关。在校正到干的状态和7%O2后,NOx的平均浓度约为235mg/Nm3。这相当于从未处理的基本状态降低了61%。
在织物过滤器中的气体温度为70-75℃的条件下,发现SO2的平均浓度为200mg/Nm3。200mg/Nm3的SO2浓度相当于从2300mg/Nm3的原始基线降低了90%。
实施例2用与实施例1相同的煤燃烧类似的,但稍小的产生蒸汽的燃煤锅炉。该实验的总热输入量平均为约67Gj/小时。该锅炉产生的燃烧气体中基线或未处理的SO2浓度为2060mg/Nm3(干7%O2)或766g/Gj。
在省热器后排出约4000Nm3/小时的部分燃烧气体,并输送到与实施例1中所描述的相同增湿反应器和织物过滤器中。然后以约120公斤/小时熟石灰的速度,向炉内注入熟石灰的浆料。
接着向增湿反应器中加入足量的水,以使燃烧气体的温度从约150℃降低到约80℃。18次实验的总结果示于图3中,沿着曲线图,每一个标记表示了记录SO2和织物过滤器出口温度的实验。表明当过滤器的出口温度达到80℃时,以g/Gj表示的SO2的浓度降低。这代表SO2从原始基线降低约75%。
上面的描述是用于指导本领域的熟练技术人员如何实施本发明,并不打算详述那些对于熟练的技术人员来说在阅读了本说明书后所进行的各种显而易见的改变和改进。但是,所有这些显而易见的改变和改进将包括在本发明的范围内,由所附的权利要求书进行限定。权利要求是以有效满足达到所期望目的的任何排列和顺序来覆盖所要求的要素和步骤,除非上下文另有说明。

Claims (21)

1.一种除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法,包括:制备一种在限定的温度范围内有效降低SOx的碱性SOx还原组分的浆料,所述浆料包含至少一种选自碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐的物质;在燃烧器内限定一个初级处理区,它至少包括一个处理区,其具有的温度在限定的温度范围内;在初级处理区内,将浆料输送到燃烧气体中,控制条件使SO3浓度降低到10毫克/米3以下;冷却燃烧气体;使经冷却的气体通入到二次处理区中,在那里它们首先被增湿,然后通过加入水进一步冷却以产生增湿的气体;使SOx还原组分和增湿的气体间接触的反应时间保持至少2秒;使气体通过织物过滤器以除去固体颗粒,并提供气体和过滤器上捕集的固体颗粒间的接触,从而提供清洁的气体。
2.根据权利要求1的方法,其中离开初级处理区的气体先用水加热装置进行冷却,再用气-气热交换器进行冷却。
3.根据权利要求2的方法,其中经清洁的气体在排放到大气中之前用气-气热交换器进行预热。
4.根据权利要求1的方法,其中冷却和增湿气体以产生经增湿的气体的步骤使气体的温度降低到100℃以下,并使气体的相对湿度增加到50-95%的范围内。
5.根据权利要求4的方法,其中冷却和增湿气体以产生经增湿的气体的步骤使气体的温度降低到65-80℃。
6.根据权利要求1的方法,其中以能够有效提供必须从燃烧气体中分离出颗粒容量的速度,从织物过滤器中回收固体,并将部分固体循环到该工艺中,以提高SOx还原组分的利用率。
7.根据权利要求1的方法,其中所述的组分包含稳定剂体系,所述的体系包含HLB低于8的一般疏水的表面活性剂和HLB至少为8的更亲水的表面活性剂,其中的疏水表面活性剂和亲水表面活性剂的HLB的差值至少为3。
8.根据权利要求7的方法,其中的疏水表面活性剂和亲水表面活性剂的HLB的差值至少为5。
9.根据权利要求1的方法,其中浆料进一步包含在限定的温度范围内有效降低NOx的组分。
10.根据权利要求9的方法,其中NOx还原组分包含尿素,碳酸铵,碳酸氢铵,氨基甲酸铵,氢氧化铵或水溶液形式的这些物质的任何混合物。
11.一种除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法,包括制备一种在限定的900-1300℃温度范围内有效降低SOx的碱性SOx还原组分的浆料,该碱性SOx还原组分包含至少一种选自碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐的物质;在燃烧器内限定一个初级处理区,它至少包括一个处理区,其具有的温度在限定的温度范围内;在初级处理区内,将浆料输送到燃烧气体中,控制其中的条件使SO3浓度降低到10毫克/米3以下;先用蒸汽发生装置,再用气-气热交换装置冷却燃烧气体;使经冷却的气体通入到二次处理区中,在那里它们首先被增湿,然后通过加入水进一步被冷却,以产生增湿的气体,其中气体的温度被降低到100℃以下,气体的湿度增加到75-95%的范围内;使SOx还原组分和增湿的气体间接触的反应时间保持至少2秒;使气体通过织物过滤器,以除去固体颗粒,并提供气体和过滤器上捕集的固体颗粒间的接触,从而提供清洁的气体;以能够有效提供必须从燃烧气体中分离出颗粒容量的速度,从织物过滤器中回收固体;和将部分回收的固体循环到该工艺中以提高SOx还原组分的利用率。
12.根据权利要求11的方法,其中清洁的气体在被排放到大气中之前,用气-气热交换器进行预热。
13.根据权利要求11的方法,其中冷却和增湿气体以产生经增湿的气体的步骤使气体的温度降低到65-80℃而不超过其中任何量的SO3的露点。
14.根据权利要求11的方法,其中所述的组分包含稳定剂体系,所述的体系包含HLB低于8的一般疏水的表面活性剂和HLB至少为8的更亲水的表面活性剂,其中的疏水表面活性剂和亲水表面活性剂的HLB的差值至少为3。
15.根据权利要求14的方法,其中的疏水表面活性剂和亲水表面活性剂的HLB的差值至少为5。
16.根据权利要求11的方法,其中SOx还原组分包含选自石灰石、白云石、熟石灰及其混合物的物质。
17.根据权利要求11的方法,其中浆料进一步包含在限定的温度范围内有效降低NOx的组分。
18.根据权利要求17的方法,其中降低NOx的组分包含尿素,碳酸铵,碳酸氢铵,氨基甲酸铵,氢氧化铵或任何这些物质水溶液形式的混合物。
19.根据权利要求11的方法,其中将包含SOx还原组分的新鲜浆料加入到再循环的固体中。
20.除去燃烧器的燃烧废气中SOx和颗粒的方法,包括:制备一种浆料,所述的浆料包含(i)碱性SOx还原组分,其包含至少一种选自碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐的物质,和(ii)有效降低NOx的组分,其包含尿素,碳酸铵,碳酸氢铵,氨基甲酸铵,氢氧化铵或任何这些物质水溶液形式的混合物,所述的浆料在限定的850-1100℃的温度范围内能有效地降低SOx和NOx;在燃烧器内限定一个初级处理区,它至少包括一个处理区,其具有的温度在限定的温度范围内;在初级处理区内,将浆料输送到燃烧气体中,控制其中的条件,使SO3浓度降低到10毫克/米3以下;先用蒸汽发生装置,再用气-气热交换装置冷却燃烧气体;使经冷却的气体通入到二次处理区中,在那里它们首先被增湿,然后通过加入水进一步被冷却,以产生增湿的气体,其中气体的温度被降低到100℃以下,气体的相对湿度增加到50-95%的范围内;使SOx还原组分和增湿的气体间接触的反应时间保持至少2秒;使气体通过织物过滤器,以除去固体颗粒,并提供气体和过滤器上捕集的固体颗粒间的接触,从而提供清洁的气体;以能够有效提供必须从燃烧气体中分离出颗粒容量的速度,从织物过滤器中回收固体;和将部分回收的固体循环到该工艺中以提高SOx还原组分的利用率。
21.根据权利要求11的方法,其中SOx还原组分包含选自石灰石,白云石,熟石灰及其混合物的物质;将包含SOx还原组分的新鲜浆料加入到再循环的固体中;并且冷却和增湿气体以产生经增湿的气体的步骤使气体的温度降低到65-80℃而不超过其中任何量的SO3的露点。
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