DE102008008825A1

DE102008008825A1 - Verfahren und Systeme zum Entfernen von Quecksilber aus Verbrennungs-Rauchgas

Info

Publication number: DE102008008825A1
Application number: DE102008008825A
Authority: DE
Inventors: Vitali Victor San Juan Capo Lissianski; Peter Martin Lake Forest Maly; William Randall San Clemente Seeker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: GB0802598D0; DE102008008825B4; US7662353B2; AU2008200391B8; US20080193352A1; CA2619194A1; MX2008002067A; CA2619194C; AU2008200391B2; GB2446711A; AU2008200391A1; GB2446711B

Abstract

Eine Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung (18) wird bereitgestellt. Die Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung schließt eine Verbrennungs-Vorrichtung ein, die eine Verbrennungszone (20) einschließt, wobei die Verbrennungs-Vorrichtung konfiguriert ist, eine Oxidationsreaktion von Quecksilber zu erleichtern und mindestens einer ersten Injektionsöffnung (23), die in der Verbrennungszone positioniert ist, einer zweiten Injektionsöffnung (25), die stromabwärts der Verbrennungszone positioniert ist, und einer dritten Injektionsöffnung (16), die stromaufwärts der Verbrennungszone positioniert ist, wobei mindestens eine der Injektionsöffnungen konfiguriert ist, eine Mischung von Quecksilber-Oxidationsmittel mit MgCl<SUB>2</SUB> und Luft zu injizieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungs-Vorrichtungen und, spezieller, auf Emissionskontrollsysteme für Verbrennungs-Vorrichtungen.
Während eines typischen Verbrennungsprozesses innerhalb eines Ofens oder Boilers, z. B., wird eine Strömung von Verbrennungsgas produziert. Das Verbrennungsgas enthält Verbrennungsprodukte einschließlich, ohne Beschränkung, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Wasserstoff, Stickstoff und Quecksilber, erzeugt als ein direktes Resultat des Verbrennens fester und/oder flüssiger Brennstoffe. Bevor das Verbrennungsgas in die Atmosphäre emittiert wird, sind gefährliche oder toxische Verbrennungsprodukte, wie Quecksilber-Emissionen und Stickstoffoxide (NO_x) gemäß EPA oder Regulierungen, Standards und Prozeduren der Staatsregierungen zu entfernen.
Mindestens einige konventionelle Methoden zum Entfernen von Quecksilber aus Verbrennungsgasen schließen das Injizieren aktivierten Kohlenstoffes in das Verbrennungsgas ein, während die Verbrennungsgase durch Leitungen strömen. Mit solchen Verfahren mag es jedoch schwierig sein, eine gleichmäßige Verteilung des teilchenförmigen Materials innerhalb der Leitungen zu erhalten. Als ein Resultat dürftigen Vermischens und/oder des Ausfallens von Kohlenstoff mag Quecksil ber nicht effizient aus den Verbrennungsgasen entfernt werden. In einem Versuch, solche Probleme zu lösen, wurde die Injektionsrate aktivierten Kohlenstoffes erhöht, was die mit den konventionellen Methoden verbundenen Probleme weiter verschlimmern kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Verringern von Quecksilber-Emissionen bei Einsatz mindestens eines festen Brennstoffes, Ofens und einer Rauchgassystem-Anordnung bereitgestellt. Das Verfahren schließt den Empfang eines Stromes von Quecksilber enthaltendem Brennstoff an der Ofenanordnung, Injizieren einer Strömung einer Lösung, einschließlich Injizieren einer Strömung des Quecksilber-Oxidationsmittels MgCl₂ und Oxidieren des Quecksilbers unter Benutzung des Quecksilber-Oxidationsmittels MgCl₂ und der Ofenanordnung ein.
In einem anderen Aspekt wird eine Ofenanordnung bereitgestellt. Die Anordnung schließt eine Ofenverbrennungszone ein, die konfiguriert ist, um mindestens eine Oxidationsreaktion des Quecksilbers zu erleichtern. Die Anordnung schließt auch eine erste Injektionsöffnung ein, die an der Ofenverbrennungszone positioniert ist. Die Injektionsöffnung ist konfiguriert, eine Strömung des Quecksilber-Oxidationsmittels MgCl₂ zu injizieren.
In einem anderen Aspekt schließt ein Ofenverbrennungszonen-Abgassystem eine Verbrennungskammer ein, konfiguriert, Quecksilber enthaltende Materialien zu verbrennen, sodass Quecksilber in einer Strömung des Abgases die Verbrennungskammer verlässt. Das System schließt auch einen Ofen, konfiguriert, mindestens eine Oxidationsreaktion von Quecksilber zu erleichtern, und eine zweite Injektionsöffnung ein, die stromabwärts der Ofenverbrennungszone positioniert ist. Die zweite Injektionsöffnung ist könfiguriert, eine Strömung des Quecksilber-Oxidationsmittels MgCl₂ zu injizierren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagesystems gemäß einem Aspekt der Erfindung,
2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagesystems, das benutzt werden kann, um das Entfernen von Quecksilber-Emissionen aus Verbrennungsgasen zu erleichtern, die mit dem in 1 gezeigten Energieanlagesystem erzeugt sind, und
3 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagesystems, das benutzt werden kann, die Entfernung von Quecksilber-Emissionen aus Verbrennungsgasen zu erleichtern, die mit demin den 1 und 2 gezeigten Energieanlagesystem erzeugt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren und System zum kontinuierlichen Entfernen und Vermindern gefährlicher und/oder toxischer Verbindungen, wie Quecksilber-Emissionen, aus einem Strom von Verbrennungsgas bereit, das, z. B., während eines Verbrennungsprozesses innerhalb eines Ofens oder Boilers produziert ist. Die Strömung des Verbrennungsgases weist Verbrennungsprodukte auf, einschließlich, ohne Beschränkung, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Wasserstoff, Stickstoff und Quecksilber. Dieses Verbrennungsgas ist ein direktes Resultat des Verbrennens fester und/oder flüssiger Brennstoffe. Bevor die Strömung des Verbrennungsgases in die Atmosphäre abgelassen wird, werden gemäß Regierungs- und Umwelt-Regulierungen und -Standards irgendwelche toxischen Verbrennungsprodukte, wie Quecksilber und Stickstoffoxide (NO_x), entfernt.
Das Verfahren wird unten unter Bezugnahme auf seine Anwendung in Verbindung mit dem Betrieb eines Systems zum kontinuierlichen Entfernen von Quecksilber aus einer Zufuhr von Verbrennungsgas beschrieben, das während eines Verbrennungsprozesses erzeugt ist. Es wird für den Fachmann, geleitet durch die Lehren hierin, jedoch klar sein, dass die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme gleichermaßen anwendbar sind auf irgendeine Verbrennungs-Vorrichtung, einschließlich, ohne Einschränkung, Boiler und Erhitzer, und dass sie auf Systeme angewendet werden können, die Brennstoffe, wie Kohle, Öl und irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, verbrauchen.
Die Bezugnahmen auf „teilchenförmiges Material", wie hierin benutzt, beziehen sich auf teilchenförmiges Material, das in dem Verbrennungsgas enthalten ist. Das teilchenförmige Material schließt Teilchen ein, einschließlich, ohne Einschränkung, Flugasche und Kohlenstoff, enthalten innerhalb des Verbrennungsgases als einem natürlich vorkommenden Produkt eines Verbrennungsprozesses, und sie können auch extern eingeführtes Material einschließen, einschließlich, ohne Beschränkung, mindestens eines von Aktivkohle-Teilchen und zusätzlicher Flugasche, zurückgeführt oder in das teilchenförmige Material injiziert, das innerhalb des Verbrennungsgases enthalten ist.
1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagesystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 100 eine Brennstofflager-Vorrichtung 12, wie, ohne Beschränkung, einen Behälter, Bunker, Meiler oder ein Silo ein, in dem ein Brennstoffvorrat gelagert und vor dem Transport zur Verbrennung gesammelt ist. Die Brennstofflager- Vorrichtung 12 ist in Strömungsverbindung mit einer Brennstoff-Transportvorrichtung 14 gekoppelt, die, ohne Beschränkung, eine Zuführungs- und Rohr-Anordnung einschließt, die zum Transport von Brennstoff zur Verbrennung benutzt wird. Eine erste Injektionsöffnung 16 erstreckt sich in die Brennstoff-Transportvorrichtung 14 und ergibt eine Strömungsverbindung zur Brennstoff-Transportvorrichtung 14. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Injektionsöffnung 16 stromaufwärts der Brennstoff-Lagervorrichtung 12 positioniert. In einer beispielhaften Ausführungsform schließt System 100 eine Ofen- Verbrennungsvorrichtung 18 ein, die eine Vielzahl von Brennstoffen verbrennt, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, darauf jedoch nicht beschränkt, wobei eine Zufuhr von Verbrennungsgasen erzeugt wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 schließt eine Verbrennungszone 20 ein, in der eine Brennstoff-Luftmischung verbrannt wird und einen Strom von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur erzeugt.
Brennstofftransport-Vorrichtung 14 ist mit der Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Innerhalb der Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist eine Brennstoff-Verbrennungszone 20 enthalten. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich eine Luft-Injektionsöffnung 22 in Verbrennungs-Vorrichtung 18 und kanalisiert und steht Strömungs-Verbindung mit Verbrennungszone 20. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine zweite Injektionsöffnung in Verbrennungs-Vorrichtung 18 und steht in Strömungsverbindung mit Verbrennungszone 20. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine dritte Injektionsöffnung in Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 und steht in Strömungsverbindung mit einem Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit einem Gasauslass-Kanal 26 gekoppelt, der konfiguriert ist, ein Verbrennungs-Abgas 28 aus der Verbren nungs-Vorichtung 18 zu dirigieren. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die erste Injektionsöffnung 16 in Brennstofftransport-Vorichtung 14 und ist konfiguriert, eine Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel in die brennbaren Materialien zu injizieren, die durch Brennstofftransport-Vorrichtung 14 dirigiert werden. Die erste Injektionsöffnung 16 ist als ein Injektionsbaum, Injektionsring-Kopfstück oder irgendeine andere Injektions-Vorrichtung, die zum Injizieren einer Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel konfiguriert ist, ausgebildet.
In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Injektionsöffnung stromaufwärts der Brennstofflager-Vorrichtung 12 positioniert, um eine Quecksilber-Oxidationsmittelströmung zu den brennbaren Materialien zu liefern, die zur Brennstofflager-Vorrichtung 12 dirigiert werden. In der beispielhaften Ausführungsform wird das erste Quecksilber-Oxidationsmittel auf die brennbaren Materialien in der Brennstofftransport-Vorrichtung injiziert. Brennstofftranssport-Vorrichtung 14 liefert eine Strömung brennbarer Materialien, einschließlich des ersten Quecksilber-Oxidationsmittels, zur Verbrennungs-Vorrichtung 18.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 konfiguriert, eine Vielzahl von Brennstoffen zu verbrennen, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, darauf jedoch nicht beschränkt, in denen eine Zufuhr von Verbrennungsgasen produziert wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit einer Verbrennungszone 20 konfiguriert, worin eine Brennstoff-Luftmischung verbrannt wird, was das Erzeugen eines Stromes von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur verursacht. In einer alternativen Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 konfiguriert mit zusätzlicher Verbrennungsgasemission reduzierender Ausrüstung, wie Nachverbrennungsluft-Injektions öffnungen und Gaswiederverbrennungs-Systemen, die eine Temperatur von mehr als 2500 Grad Fahrenheit haben, darauf jedoch nicht beschränkt. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich Luftinjektions-Öffnung 22 in die Verbrennungs-Vorrichtung 18, um der Verbrennungszone 20 eine Verbrennungsluft-Strömung zuzuführen. In einer alternativen Ausführungsform ist eine zweite Injektionsöffnung mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 konfiguriert, um eine Quecksilber-Oxidationsmittelströmung zur Verbrennungszone 20 zu liefern. In einer alternativen Ausführungsform ist eine dritte Injektionsöffnung mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 konfiguriert, um Quecksilber-Oxidationsmittelströmung dem Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur zuzuführen.
Mehr im Besonderen sind Verbrennungsabgase 28 in dem Gasauslasskanal 26 oder einer anderen geeigneten Verbindung enthalten, die Verbrennungsabgas 28 durch System 100 dirigiert. Gasauslasskanal 26 liefert im Allgemeinen eine Strömungsverbindung zwischen Komponenten von System 100 durch einen Durchgang, in dem Verbrennungsabgas 28 kanalisiert wird. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die Lehren hierin, dass der Gasauslasskanal 26 irgendeine geeignete Größe, Gestalt und/oder Durchmesser haben kann, um an irgendeine Zufuhr von Verbrennungsgas anzupassen, die während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Gasauslasskanal 26 mit einer Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 ist mit Ausgangskanal 34 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Ausgangskanal 34 ist mit Schornstein 36 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung mit Schornstein 36. Abgase werden durch Schornstein 36 in die Atmosphäre abgelassen.
In Betrieb wird ein Strom von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur erzeugt und dirigiert, durch Gasauslasskanal 26 zu strömen. Verbrennungsgas 24 wird als Verbrennungsabgas 28 abgelassen. Verbrennungsabgas 28 wird zur Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 dirigiert. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die Lehren hierin, dass Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 irgendeine geeignete Größe, Gestalt und/oder Durchmesser haben kann, um an irgendeine Lieferung von Verbrennungsabgas 28 anzupassen, die während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird. Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 schließt, z. B., darauf jedoch nicht beschränkt, eine selektive Katalysator-Reduktionsvorrichtung, eine elektrostatische Ausfällungsvorrichtung, ein Beutelhaus, eine aktivierten Kohlenstoff injizierende Vorrichtung, eine Rauchgas-Entschwefelungsvorrichtung und/oder irgendwelche anderen Quecksilberemissions-, Stickoxidemissions- und Teilchen-emissions-Kontrollsystemtechnologien ein. Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 entlässt eine Strömung in Ausgangskanal 34, der eine Strömung zum Schornstein 36 dirigiert. Abgase werden durch Schornstein 36 an die Atmosphäre abgegeben.
In Betrieb erleichtert System 100 das kontinuierliche Entfernen und Vermindern gefährlicher und/oder toxischer Verbindungen, wie Quecksilber-Emissionen, aus dem Verbrennungsgasstrom hoher Temperatur, der während der Verbrennung innerhalb der Verbrennungs-Vorrichtung 18 produziert worden ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Injizieren eines Quecksilber-Oxidationsmittels stromaufwärts der Verbrennungs-Vorrichtung 18 repräsentiert. Ein Quecksilber-Oxidationsmittel, wie es hier benutzt wird, bezieht sich auf ein Ion in Lösung oder eine Verbindung, die sich mit einem Quecksilberatom kombiniert. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidations mittel MgCl₂ ein, das bis zu 2600 Grad Fahrenheit stabil ist. Spezifisch schließt in einer Ausführungsform das Quecksilber-Oxidationsmittel mindestens eines eines Pulvers mit MgCl₂ und einer wässerigen Lösung mit MgCl₂ ein. MgCl₂ hat eine Löslichkeit in Wasser von 54g/100ml, und daher kann eine wässerige Lösung bis zu 54% MgCl₂ enthalten. In einer anderen Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel MgCl₂ zusammen mit Luft ein. Die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung kann verbessert werden durch Hinzugeben von MgCl₂ zu den zu verbrennenden Materialien. In einer alternativen Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung durch Injizieren von MgCl₂ in das Rauchgas verbessert werden. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Lösung in einem Verhältnis von etwa 0,5 US-Pfund zu etwa 3 US-Pfund MgCl₂ pro etwa einer US-Tonne Kohle hinzugegeben. Die thermische Zersetzung von MgCl₂ erzeugt Cl-haltige Stoffe (HCl, Cl₂ und Cl), was zu einer verbesserten Quecksilber-Oxidation führt und die Effizienz der Qecksilber-Entfernung verbessert. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz der Quecksilber-Entfernung durch, z. B., Injektion aktivierten Kohlenstoffes, Nasswäscher und andere Quecksilber-Kontrolltechnologien bereitgestellt.
2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagen-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. System 200-Komponenten 12, 14, 18, 20, 24, 26, 28, 32, 34 und 36 sind auch in 1 veranschaulicht.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 200 eine Brennstofflager-Vorrichtung 12 ein, wie ein Gefäß, einen Bunker, einen Meiler oder ein Silo, darauf jedoch nicht beschränkt, in dem eine Brennstoffzufuhr gelagert und vor dem Transport zur Verbrennung gesammelt wird. Die Brennstofflager-Vorichtung 12 ist in Strömungsverbindung mit der Brenn stofftransport-Vorrichtung 14 gekoppelt, die eine Förder- und Rohr-Anordnung einschließt, darauf jedoch nicht beschränkt, um Brennstoff zur Verbrennung zu transportieren. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine Injektionsöffnung in Brennstofftransport-Vorrichtung 14 und ergibt eine Strömungsverbindung zur Brennstofftransport-Vorrichtung 14. Brennstofftransport-Vorrichtung 14 ist mit der Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt und liefert eine Strömungsverbindung zur Verbrennungs-Vorrichtung 18. Innerhalb der Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist eine Brennstoff-Verbrennungszone 20 enthalten. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich eine zweite Injektionsöffnung 23 in die Verbrennungs-Vorrichtung 18 und kanalisiert und steht in Strömungsverbindung mit Verbrennungszone 20. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine dritte Injektionsöffnung in Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 und kanalisiert und steht in Strömungsverbindung mit Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 200 eine Ofen-Verbrennungsvorrichtung 18 ein, die eine Vielzahl von Brennstoffen verbrennt, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, darauf jedoch nicht beschränkt, in denen eine Zufuhr von Verbrennungsgasen produziert wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 schließt eine Verbrennungszone 20 ein, in der eine Brennstoff-Luftmischung unter Erzeugung eines Stromes von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur verbrannt wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit dem Gasauslasskanal 26 gekoppelt, der konfiguriert ist, Verbrennungsabgas 28 aus der Verbrennungs-Vorrichtung 18 zu kanalisieren.
Spezifischer sind Verbrennungsabgase 28 in Gasauslasskanal 26 oder einer anderen geeigneten Verbindung enthalten, die Verbrennungsabgas 28 durch System 200 dirigiert. Gasaus lasskanal 26 liefert allgemein eine Strömungsverbindung zwischen Komponenten von System 200 durch einen Durchgang, in dem Verbrennungsabgas 28 kanalisiert wird. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die hierin gegebenen Lehren, dass Gasauslasskanal 26 irgendeine geeignete Größe, Gestalt und/oder Durchmesser haben kann, um an irgendeine Zufuhr von Verbrennungsgas anzupassen, die während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Gasauslasskanal 26 mit einer Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Verunreinigungs-Kontrollvorrichtung 32 ist mit dem Ausgangskanal 34 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Ausgangskanal 34 ist mit Schornstein 36 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung mit Schornstein 36. Abgase werden durch Schornstein 36 in die Atmosphäre abgegeben.
Im Betrieb erleichtert System 200 das kontinuierliche Entfernen und Vermindern gefährlicher und/oder toxischer Verbindungen, wie Qecksilber-Emissionen aus dem Strom von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur, der während der Verbrennung innerhalb der Verbrennungs-Vorrichtung 18 produziert worden ist.
Brennstofflager-Vorrichtung 22 liefert die brennbaren Materialien in Strömungsverbindung mit Brennstofftransport-Vorrichtung 14, die eine Fördervorrichtung und Rohranordnung einschließt, darauf jedoch nicht beschränkt, die zum Transport von Brennstoff zur Verbrennung benutzt wird. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine erste Injektionsöffnung in Brennstofftransport-Vorrichtung 14 und ist konfiguriert, eine Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel in die brennbaren Materialien zu injizieren, die durch Brennstofftransport-Vorrichtung 14 dirigiert werden. In einer anderen Ausführungsform ist eine erste Injektionsöffnung strom aufwärts der Brennstofflager-Vorrichtung 12 positioniert und liefert Quecksilber-Oxidationsmittel zu den brennbaren Materialien, die zur Brennstofflager-Vorrichtung 12 dirigiert werden. Brennstofftransport-Vorrichtung 14 liefert einen Strom brennbarer Materialien, einschließlich des Quecksilber-Oxidationsmittels zur Verbrennungs-Vorrichtung 18.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 konfiguriert, eine Vielzahl von Brennstoffen, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, darauf jedoch nicht beschränkt, zu verbrennen, wobei eine Zufuhr von Verbrennungsgasen produziert wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit einer Verbrennungszone 20 konfiguriert, in der eine Brennstoff-Luftmischung unter Erzeugen eines Stromes von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur verbrannt wird. In einer alternativen Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 mit einer zusätzlichen Verbrennungsgasemission reduzierenden Ausrüstung, wie Überhitzungsluft-Injektionsöffnungen und Gas-Wiederverbrennungssystemen, konfiguriert, darauf jedoch nicht beschränkt.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Luft-Injektionsöffnung 22 (gezeigt in 1) mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt, um eine Verbrennungsluft-Strömung zur Verbrennungszone 30 zu liefern. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine zweite Injektionsöffnung 23 mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt, um eine Quecksilber-Oxidationsmittel-Strömung zur Verbrennungszone 20 zu liefern. Die zweite Injektionsöffnung 23 ist als ein Injektionsbaum, Injektionsring-Kopfstück oder irgendeine andere Injektionsvorrichtung ausgebildet, die zum Injizieren einer Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel konfiguriert ist. In einer alternativen Ausführungsform ist eine dritte Injektionsöffnung mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 gekoppelt, um eine Quecksilber-Oxidationsmittel-Strömung zum Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur zu liefern.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Injizieren eines Quecksilber-Oxidationsmittels auf die in Verbrennungszone 20 der Verbrennungs-Vorrichtung 18 zu verbrennenden Materialien injiziert. Das Quecksilber-Oxidationsmittel, in einer Ausführungsform, ist mindestens eines eines Ions in Lösung und einer Verbindung, die sich mit einem Quecksilberatom kombiniert. In einer beispielhaften Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel MgCl₂ ein, das bis zu 2600 Grad Fahrenheit stabil ist. Spezifisch schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel in einer Ausführungsform mindestens eines eines Pulvers mit MgCl₂ und einer wässerigen Lösung mit MgCl₂ ein. MgCl₂ hat eine Löslichkeit in Wasser von 54g/100ml und daher kann eine wässerige Lösung bis zu 54% MgCl₂ enthalten. In einer anderen Ausführungsform enthält das Quecksilber-Oxidationsmittel MgCl₂ mit Luft. Die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung kann verbessert werden durch Injizieren von MgCl₂ in die in Verbrennungszone 20 zu verbrennenden Materialien. In einer alternativen Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung durch Injizieren von MgCl₂ in das Rauchgas stromabwärts der Verbrennungszone 20 verbessert werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann die Effizienz der Quecksilber-Entfernung durch Injizieren von MgCl₂ in die zu verbrennenden Materialien stromaufwärts der Verbrennungs-Vorrichtung 18 verbessert werden. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Lösung in einem Verhältnis von etwa 0,5 US-Pfund zu etwa 3 US-Pfund MgCl₂ pro etwa eine US-Tonne Kohle hinzugegeben. Die thermische Zersetzung von MgCl₂ erzeugt Cl-haltige Stoffe (HCl, Cl₂ und Cl), was zu einer verbesserten Quecksilber-Oxidation führt und die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung verbessert. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verbessern der Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung durch Benutzen einer Injektion aktivierten Kohlenstoffes, von Nasswäschern und anderen Quecksilber-Kontrolltechnologien bereitgestellt.
In der beispielhaften Ausführungsform erzeugt System 200 einen Strom von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur, der in Strömungsverbindung mit Gasauslasskanal 26 steht, und es wird als Verbrennungsabgas 28 abgelassen. Verbrennungsabgas 28 steht in Strömungsverbindung mit Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die hierin gegebenen Lehren, dass Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 irgendeine Größe, Gestalt und/oder Durchmesser haben kann, um an irgendeine Zufuhr von Verbrennungsabgas 28 anzupassen, die während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird. Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 28 schließt, z. B., eine selektive Katalysatorreduktions-Vorrichtung, eine elektrostatische Ausfällungs-Vorrichtung, ein Beutelhaus, eine Vorrichtung zur Injektion aktivierten Kohlenstoffes, eine Rauchgas-Entschwefelungs-Vorrichtung und/oder irgendwelche andere Quecksilberemissions-, Stickoxidemissions- und Teilchenemissions-Kontrollsystemtechnologien ein, darauf jedoch nicht beschränkt. Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 gibt die Strömung an den Ausgangskanal 34 ab, der die Strömung zum Schornstein 36 leitet. Abgase werden durch Schornstein 36 an die Atmosphäre abgegeben.
3 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieanlagesystems 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. System 300-Komponenten 12, 14, 18, 20, 24, 26, 28, 32, 34 und 36 sind auch in den 1 und 2 gezeigt. In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 300 eine Brennstofflager-Vorrichtung 12, wie einen Behälter, Bunker, Meiler oder Silo ein, darauf jedoch nicht beschränkt, in der eine Brennstoffzufuhr gelagert und vor dem Transport zur Verbrennung gesammelt wird. Brennstofflager-Vorrichtung 12 ist in Strömungsverbindung mit einer Brennstofftransport-Vorrichtung 14 gekoppelt, die eine Fördervorrichtung und Rohranordnung einschließt, darauf jedoch nicht beschränkt, die zum Transport von Brennstoff zur Verbrennung benutzt wird. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die erste Injektionsöffnung in die Brennstofftransport-Vorrichtung 14 und steht in Strömungsverbindung damit. Brennstofftransport-Vorrichtung 14 ist mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Innerhalb der Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist eine Brennstoff-Verbrennungszone 20 enthalten. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die zweite Quecksilberoxidationsmittel-Injektionsöffnung in Verbrennungs-Vorrichtung 18 und steht in Strömungsverbindung mit Verbrennungszone 20. Die dritte Quecksilberoxidationsmittel-Injektionsöffnung 25 erstreckt sich in Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 und steht in Strömungsverbindung mit Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 300 eine Ofen-Verbrennungsvorrichtung 18 ein, die eine Vielzahl von Brennstoffen, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe verbrennt, darauf jedoch nicht beschränkt, wobei eine Zufuhr an Verbrennungsgasen produziert wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 schließt eine Verbrennungszone 20 ein, worin eine Brennstoff-Luftmischung unter Verursachung eines Stromes von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur verbrannt wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit Gasauslasskanal 26 gekoppelt, der konfiguriert ist, Verbrennungsabgas 28 aus der Verbrennungs-Vorrichtung 18 zu kanalisieren.
Spezifischer sind Verbrennungsabgase 28 im Gasauslasskanal 26 oder irgendeiner anderen geeigneten Verbindung enthal ten, die Verbrennungsabgas 28 durch System 300 dirigiert. Gasauslasskanal 26 liefert allgemein eine Strömungsverbindung zwischen Komponenten von System 300 durch einen Durchgang, in dem Verbrennungsabgas 28 kanalisiert wird. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die hierin enthaltenen Lehren, dass Gasauslasskanal 26 eine geeignete Größe, Gestalt und/oder Durchmesser haben kann, um an irgendeine Zufuhr von Verbrennungsgas anzupassen, die während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Gasauslasskanal 26 mit einer Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 ist mit Ausgangskanal 34 gekoppelt und steht in Strömungsverbindung damit. Ausgangskanal 34 ist mit Schornstein 36 gekoppelt und liefert eine Strömungsverbindung zum Schornstein 36. Abgase werden durch Schornstein 36 an die Atmosphäre abgegeben.
Im Betrieb erleichtert das System 300 das kontinuierliche Entfernen und Vermindern gefährlicher und/oder toxischer Verbindungen, wie Quecksilber-Emissionen aus dem Strom des Verbrennungsgases 24 hoher Temperatur, der während der Verbrennung in der Verbrennungs-Vorrichtung 18 produziert wird. Brennstofflager-Vorrichtung 12 liefert die brennbaren Materialien in Strömungsverbindung mit Brennstofftransport-Vorrichtung 14, die Zuführungs- und Rohr-Anordnung einschließt, darauf jedoch nicht beschränkt, um Brennstoff zur Verbrennung zu transportieren. In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich eine erste Injektionsöffnung in Brennstofftransport-Vorrichtung 14 und ist konfiguriert, eine Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel in die brennbaren Materialien zu injizieren, die durch Brennstofftransport-Vorrichtung 14 dirigiert werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform ist eine erste Injektionsöffnung strom aufwärts der Brennstofflager-Vorrichtung 12 positioniert, um eine Quecksilber-Oxidationsmittelströmung zu den brennbaren Materialien zu liefern, die zur Brennstofflager-Vorrichtung 12 dirigiert werden. Brennstofftransport-Vorrichtung 14 liefert eine Strömung brennbarer Materialien, einschließlich des ersten Quecksilber-Oxidationsmittels, zur Verbrennungs-Vorrichtung 18.
In der beispielhaften Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 konfiguriert, eine Vielzahl von Brennstoffen, wie Kohle, Öl oder irgendwelche festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, darauf jedoch nicht beschränkt, zu verbrennen, wobei eine Zufuhr an Verbrennungsgasen produziert wird. Verbrennungs-Vorrichtung 18 ist mit Verbrennungszone 20 gekoppelt, in der eine Brennstoff-Luftmischung verbrannt wird und das Erzeugen eines Stromes von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur verursacht. In einer alternativen Ausführungsform ist Verbrennungs-Vorrichtung 18 mit zusätzlicher Verbrennungsgasemission reduzierenden Ausrüstung konfiguriert, wie Überhitzungs-Luftinjektionsöffnungen und Gaswiederverbrennungs-Systemen, darauf jedoch nicht beschränkt.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine Luftinjektionsöffnung mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt, um der Verbrennungszone 20 eine Verbrennungsluft-Strömung zuzuführen. In einer anderen alternativen Ausführungsform ist eine zweite Injektionsöffnung mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 gekoppelt, um der Verbrennungszone 20 eine Quecksilber-Oxidationsmittelströmung zuzuführen. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine dritte Injektionsöffnung 25 mit Verbrennungs-Vorrichtung 18 stromabwärts der Verbrennungszone 20 gekoppelt, um Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur eine Quecksilber-Oxidationsmittelströmung zuzuführen. Die dritte Injektionsöffnung 25 ist als ein Injektionsbaum, Injektionsring-Kopfstück oder irgendeine andere Injektions-Vorrichtung ausgebildet, konfiguriert, eine Strömung von Quecksilber-Oxidationsmittel zu injizieren. Das Quecksilber-Oxidationsmittel schließt in einer Ausführungsform mindestens eines eines Ions in Lösung und einer Verbindung ein, die sich mit einem Quecksilberatom kombiniert. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel MgCl₂ ein, das bis zu 2600 Grad Fahrenheit stabil ist. In einer Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel spezifisch mindestens eines eines Pulvers mit MgCl₂ und einer wässerigen Lösung mit MgCl₂ ein. MgCl₂ hat eine Löslichkeit in Wasser von 54g/100ml und daher kann eine wässerige Lösung bis zu 54% MgCl₂ enthalten. In einer anderen Ausführungsform schließt das Quecksilber-Oxidationsmittel MgCl₂ zusammen mit Luft ein. Die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung kann verbessert werden durch Injizieren von MgCl₂ in das Rauchgas stromabwärts der Verbrennungszone 20. In einer alternativen Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung verbessert werden durch Injizieren von MgCl₂ in die in Verbrennungszone 20 zu verbrennenden Materialien. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung verbessert werden durch Injizieren von MgCl₂ in die zu verbrennenden Materialien stromaufwärts der Verbrennungs-Vorrichtung 18. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Lösung in einem Verhältnis von etwa 0,5 US-Pfund zu etwa 3 US-Pfund MgCl₂ auf etwa eine US-Tonne Kohle hinzugegeben. Die thermische Zersetzung von MgCl₂ erzeugt Cl-haltige Stoffe (HCl, Cl₂ und Cl), die zu einer verbesserten Quecksilber-Oxidation führen und die Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung verbessern. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verbessern der Wirksamkeit der Quecksilber-Entfernung bereitgestellt durch Nutzen einer Injektion aktivierten Kohlenstoffes, von Nasswäschern und anderen Quecksilberkontroll-Technologien.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt System 300 einen Strom von Verbrennungsgas 24 hoher Temperatur ein, der erzeugt wird und sich in Strömungsverbindung mit Gasauslasskanal 26 befindet und als Verbrennungsabgas 28 abgelassen wird. Verbrennungsabgas 28 steht in Strömungsverbindung mit Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32. Es ist klar für den Fachmann und geleitet durch die hierin gegebenen Lehren, dass die Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 irgendeine geeignete Größe, Gestalt und/oder Durchmesser aufweisen kann, um an irgendeine Zufuhr von Verbrennungsgas 28 anzupassen, das während des beschriebenen Verbrennungsprozesses produziert wird. Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 schließt, z. B., mindestens eines einer selektiven Katalysatorreduktions-Vorrichtung, einer elektrostatischen Ausfällungs-Vorrichtung, eines Beutelhauses, einer Vorrichtung zum Injizieren aktivierten Kohlenstoffes, einer Rauchgas-Entschwefelungsvorrichtung und/oder irgendeine andere Quecksilberemissions-, Stickoxidemissions- und Teilchenemissions-Kontrollsystemtechnologie ein. Verunreinigungskontroll-Vorrichtung 32 gibt die Strömung zum Ausgangskanal 34 ab. Ausgangskanal 34 steht in Strömungsverbindung mit Schornstein 36. Ausgangsgase werden durch Schornstein 36 an die Atmosphäre abgegeben.
Beispielhafte Ausführungsformen eines Verfahrens und Systems zum kontinuierlichen Entfernen von Quecksilber aus einer Zufuhr von Verbrennungsgas sind oben detailliert beschrieben. Das Verfahren und System sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern vielmehr können Stufen des Verfahrens und/oder Komponenten des Systems unabhängig und separat von anderen Stufen und/oder Komponenten, die hierin beschrieben sind, benutzt werden. Weiter können die beschriebenen Verfahrensstufen und/oder Systemkomponenten auch definiert oder benutzt werden in Kombination mit anderen Verfahren und/oder Systemen und sie sind nicht darauf beschränkt, nur mit dem hierin beschriebenen Verfahren und System ausgeführt zu werden.
Während die Erfindung hinsichtlich spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikation innerhalb des Geistes und Umfanges der Ansprüche ausgeführt werden kann.

12: Brennstofflager-Vorrichtung
14: Brennstofftransport-Vorrichtung
16: erste Injektionsöffnung
18: Verbrennungs-Vorrichtung
20: Brennstoff-Verbrennungszone
22: Luft-Injektionsöffnung
23: zweite Injektionsöffnung
24: Verbrennungsgas hoher Temperatur
25: dritte Injektionsöffnung
26: Gasauslasskanal
28: Verbrennungsabgas
32: Verunreinigungskontroll-Vorrichtung
34: Ausgangskanal
36: Schornstein
100: Energieanlagensystem
200: Energieanlagensystem
300: Energieanlagensystem

Claims

Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung (18), umfassend: eine Verbrennungs-Vorrichtung mit einer Verbrennungszone (20), wobei die Verbrennungs-Vorrichtung konfiguriert ist, eine Oxidationsreaktion von Quecksilber zu erleichtern, und mindestens eine einer ersten Injektionsöffnung (23), die in der Verbrennungszone positioniert ist, einer zweiten Injektionsöffnung (25), die stromabwärts der Verbrennungszone positioniert ist, und einer dritten Injektionsöffnung (16), die stromaufwärts der Verbrennungszone positioniert ist, worin mindestens eine dieser Injektionsöffnungen konfiguriert ist, eine Mischung von Quecksilber-Oxidationsmittel einschließlich MgCl₂ und Luft zu injizieren.
Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung (18) nach Anspruch 1, worin mindestens eine der Injektionsöffnungen (16, 23, 25) konfiguriert ist, MgCl₂ und Luft in mindestens eines von Flugasche und Teilchen aktiven Kohlenstoffes in der Gasströmung zu injizieren.
Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung (18) gemäß Anspruch 1, weiter umfassend ein Brennstoff-Handhabungs- (12) und -Transportsystem (14), das stromaufwärts der Verbrennungs-Vorrichtung positioniert ist.
Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung (18) nach Anspruch 1, worin die Verbrennungsvorrichtungs-Anordnung eine Kohlegefeuerte Energieanlage umfasst.