DE102008012892A1

DE102008012892A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Quecksilber aus Rauchgasen

Info

Publication number: DE102008012892A1
Application number: DE102008012892A
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: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2008-10-09
Also published as: CA2625525C; GB0804612D0; GB2448033A; US7531153B2; GB2448033B; CA2625525A1; US20080241029A1

Abstract

Es ist eine kohlebefeuerte Feuerungsanlage geschaffen. Die kohlebefeuerte Feuerungsanlage enthält einen Ofen (12), der eine Verbrennungszone (18) zur Verbrennung von darin aufgenommener Kohle (34) und Luft (32), so dass Rauchgase (46), die während des Verbrennungsprozesses gebildet werden, Kohlenstoff und elementares Quecksilber enthalten, einen Konvektionskanal (50), der mit dem Ofen strömungsmäßig verbunden ist, wobei der Konvektionskanal konfiguriert ist, um die Rauchgase hindurch zu leiten, einen Kühlmittelinjektor (70), der mit dem Konvektionskanal gekoppelt ist, wobei der Injektor konfiguriert ist, um ein Kühlmittel in den Konvektionskanal zu injizieren, um eine Reduktion einer Temperatur der Rauchgase zu fördern, und einen Sorptionsmittelinjektor (60) enthält, der mit dem Konvektionskanal gekoppelt ist, wobei der Sorptionsmittelinjektor konfiguriert ist, um ein Sorptionsmittel in den Konvektionskanal zu injizieren, um eine Oxidation von Quecksilber zu fördern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsvorrichtungen und insbesondere Emissionskontrollsysteme, die verwendet werden, um eine Beseitigung von Quecksilber aus Rauchgasen, die während einer Kohleverbrennung erzeugt werden, zu ermöglichen.
Während eines typischen Verbrennungsprozesses, z. B. innerhalb eines Ofens oder Kessels, wird eine Strömung von Verbrennungsgasen oder Rauchgasen produziert. Bekannte Verbrennungsgase enthalten Verbrennungsprodukte, die Kohlenstoff, Flugasche, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor und/oder Quecksilber, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich enthalten.
Quecksilber, Hg, ist ein flüchtiges Metall, das als ein Luftschadstoff während einer Kohleverbrennung erzeugt werden kann. Das während der Verbrennung aus Kohle freigesetzte Quecksilber wird leicht in ein Aerosol überführt und kann durch Luft befördert werden. Durch Luft befördertes Quecksilber kann global wandern, bevor es sich in den Erdboden und ins Wasser ablagert. In der Umgebung abgelagertes Quecksilber bildet einen beständigen und toxischen Schadstoff, der sich in der Nahrungsmittelkette ansammeln kann. So kann z. B. Quecksilber innerhalb von Mikroorganismen in Methylquecksilber umgewandelt werden, und der Konsum kontaminierter Fische kann einen Hauptweg bilden, auf dem Menschen Methylquecksilber ausgesetzt werden. Methylquecksil ber kann für den Menschen giftig sein und mit Störungen des Nervensystems, Komata, einer Herzerkrankung und Tod in Verbindung stehen. Die Beeinträchtigungen durch Methylquecksilber können außerdem für Kinder und Frauen im gebärfähigen Alter schwerwiegender sein.
Quecksilber-Emissionen aus mit Kohle befeuerten Energieanlagen bzw. Kraftwerken sind Gegenstand von Regierungsregulierungen. Die Kontrolle von Quecksilber-Emissionen wird durch die verschiedenen Formen, die Quecksilber in Verbrennungsrauchgasen annehmen kann, kompliziert. So ist z. B. Quecksilber bei Verbrennungstemperaturen im Rauchgas in seiner elementaren Form, Hg0, vorhanden, die schwierig zu kontrollieren sein kann, weil elementares Quecksilber leicht flüchtig und nicht reaktionsfähig ist. Quecksilber reagiert mit Kohlenstoff, wenn sich Rauchgase unter 1000°F abkühlen, und solche Reaktionen können Quecksilber in seine sehr reaktionsfähige oxidierte Form, Hg+2, überführen. Quecksilber kann auch in Flugasche und/oder anderen Rauchgasteilchen unter Bildung von an Teilchen gebundenem Quecksilber, Hgp, absorbiert werden.
Da Quecksilber mehrere Formen annehmen kann, kontrollieren bekannte Kontrolltechnologien die Quecksilber-Emission nicht für alle Kohletypen und für alle Verbrennungsofenkonfigurationen effektiv. Einige bekannte Quecksilber-Kontrolltechnologien nutzen die Reaktivität von Quecksilber mit Kohlenstoff und benutzen Kohlenstoff als ein Quecksilber-Sorptionsmittel zur Bildung oxidierten Quecksilbers. Kohlenstoff kann in quecksilberhaltiges Rauchgas in Form von Aktivkohle injiziert oder während des Verbrennungsprozesses in Folge unvollständiger Kohleverbrennung in situ gebildet werden. Weiter kann Kohlenstoff in Gegenwart von Chlor, Cl, die Oxidation des elementaren Quecksilbers verstärken. Im Rauchgas kann Quecksilber in seine oxidierte Form, Hg+2, umgewandelt werden und mit chlorhaltigen Verbindungen unter Bildung von Quecksilber(II)chlorid, HgCl₂, reagieren. An sich ist das Ausmaß der Quecksilberoxidation im Rauchgas allgemein höher für Kohlen mit höherem Chlorgehalt, wie bituminöse Kohlen, und geringer für Kohlen mit geringerem Chlorgehalt, wie Kohlen geringerer Qualität.
Die Wirksamkeiten der am meisten verfügbaren Quecksilberemissions-Kontrolltechnologien hängen von der Quecksilberart im Rauchgas ab. Oxidiertes Quecksilber ist wasserlöslich und kann unter Anwendung bekannter Nass-Entschwefelungssysteme (Nasswäscher) aus dem Rauchgas entfernt werden. Zumindest etwas teilchengebundenes Quecksilber kann unter Verwendung bekannter Teilchen-Sammelsysteme oder -Auffangsysteme aus dem Rauchgas entfernt werden. Elementares Quecksilber ist schwieriger zu entfernen als oxidiertes Quecksilber und/oder teilchengebundenes Quecksilber, weil elementares Quecksilber unreaktiv ist und als solches aus dem Rauchgas nicht mit Nass-Entschwefelungssystemen oder Teilchen-Sammelsystemen entfernt werden kann.
Eine bekannte Quecksilber-Kontrolltechnologie injiziert ein Sorptionsmittel, üblicherweise Aktivkohle, in die Rauchgasströmung, damit diese mit darin enthaltenem Quecksilber reagiert. Weil Kohlenstoff bei Temperaturen unterhalb von 350°F reaktionsfähiger mit Quecksilber ist, wird aktivierter Kohlenstoff typischerweise stromaufwärts einer Teilchen-Sammelvorrichtung, wie einer elektrostatischen Ausfällungsvorrichtung (eines elektrostatischen Filters) oder eines Gewebefilters, injiziert. Oxidiertes Quecksilber ist die am einfachsten entfernbare Art von Quecksilber und kann durch Injizieren eines Sorptionsmittels gebildet werden. Als ein Resultat ist die Wirksamkeit der Quecksilberbeseitigung um so größer, je höher der Anteil des oxidierten Quecksilbers in dem Rauchgas ist. In Abhängigkeit von der Konfiguration zur Sorptionsmittelinjektion und der Kohleart liegt die Wirksamkeit der Quecksilberentfernung typischerweise im Bereich von 40% bis 90% der Entfernung von Quecksilber-Emissionen. Die Kosten des Einsatzes von Aktivkohle für die Quecksilberkontrolle können jedoch hoch sein, so dass die Quecksilber-Emissionskontrolle durch die mit der Entfernung verbundenen Kosten als solche beeinflusst werden kann.
Quecksilber kann auch durch Umsetzen mit Kohlenstoff in kohlenstoffreiche Flugasche, die in situ in dem Verbrennungsprozess gebildet wird, aus dem Rauchgas entfernt werden. Flugasche mit hohem Kohlenstoffgehalt wird während der Verbrennung bituminöser Kohlen in der Kohle-Nachverbrennung und gestuften Luftzufuhr erzeugt und kann ein wirksames Quecksilber-Sorptionsmittel bilden. Andere Kohlen, wie, z. B., Powder River Basin (PRB)- und Lignit-Kohlen, werden als minderwertige Kohlen angesehen, und sie repräsentieren an sich einen signifikanten Teil des Kohleenergiemarktes. Solche Kohlen haben häufig einen geringen Schwefelgehalt, der das Problem der Schwefeldioxid-Emissionen löst, können jedoch auch einen geringen Chlorgehalt aufweisen. Das Quecksilber in minderwertigen Kohlen kann an sich wegen des Mangels an Chlor und der Anwesenheit anderer Bestandteile, die die Quecksilberoxidation zu unterdrücken neigen, nicht oxidiert werden. Infolgedessen ist das während der Verbrennung freigesetzte Quecksilber in erster Linie elementares Quecksilber. Wegen der hohen Reaktivität minderwertiger Kohlen hat außerdem Flugasche aus der Verbrennung solcher Kohlen üblicherweise einen geringen Kohlenstoffgehalt. Die Kohle-Nachverbrennung und abgestufte Luftzufuhr, die typischerweise den Kohlenstoffgehalt in einer Flugasche von bituminösen Kohlen erhöhen, erhöhen den Kohlenstoffgehalt in Flugasche bei minderwertigen Kohlen jedoch nicht signifikant. Die Quecksilberentfernung durch Reaktionen mit Koh lenstoff in Flugasche mag daher als solche nicht wirksam sein, da eine solche Flugasche keine ausreichende Menge an Kohlenstoff aufweist, mit dem das Quecksilber reagieren kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Reduktion einer in Rauchgasen, die durch die Verbrennung von Kohle erzeugt werden, enthaltenen Menge an Quecksilber geschaffen. Das Verfahren enthält ein Verbrennen einer Menge an Kohle und einer Menge an Luft in einem primären Verbrennungsbereich, so dass in den Rauchgasen eine Flugasche gebildet wird, die Kohlenstoff und elementares Quecksilber enthält, ein Zuführen von Luft zu dem primären Verbrennungsbereich in einer derartigen Weise, dass ein Teil der Luft zu einem Oberluft-Ausbrennbereich stromabwärts von dem primären Verbrennungsbereich geleitet wird, um eine Steigerung einer Menge des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche zu ermölichen, ein Kühlen der Rauchgase, um eine Oxidation des elementaren Quecksilbers unter Verwendung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche zu unterstützen, und ein Injizieren eines Sorptionsmittels in die Rauchgase, um eine weitere Reduktion der Quecksilbermenge in den Rauchgasen zu unterstützen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kohle gefeuerten Kraftwerks geschaffen. Das Verfahren enthält ein Einspeisen einer Menge an Kohle und einer Menge an Luft in einen primären Verbrennungsbereich, eine Verbrennung der Kohle und der Luft in einer derartigen Weise, dass in den Rauchgasen, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt werden, eine Flugasche gebildet wird, die Kohlenstoff und elementares Quecksilber enthält, eine Zuführung von Luft zu dem primären Verbrennungsbereich in einer derartigen Weise, dass ein Teil der Luft zu einem Oberluft-Ausbrennbereich stromabwärts von dem primären Verbrennungsbereich geleitet wird, um eine Steigerung einer Größe des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche zu ermöglichen, ein Kühlen der Rauchgase, um eine Oxidation des elementaren Quecksilbers innerhalb des Konvektionsdurchgangs unter Verwendung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche zu ermöglichen, und eine Injektion einer Menge eines Sorptionsmittels in die Rauchgase, um eine weitere Oxidation von Quecksilber zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Kohle gefeuerte Feuerungsanlage geschaffen. Die Feuerungsanlage enthält einen Ofen, der eine Verbrennungszone zur Verbrennung von darin aufgenommener Kohle und Luft aufweist, so dass Rauchgase, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt werden, Kohlenstoff und elementares Quecksilber enthalten, einen Konvektionsdurchgang, der in Strömungsverbindung mit dem Ofen verbunden ist, wobei der Konvektionsdurchgang konfiguriert ist, um Rauchgase hindurch zu leiten, einen Kühlmittelinjektor, der mit dem Konvektionsdurchgang gekoppelt ist, wobei der Injektor konfiguriert ist, um ein Kühlmittel in den Konvektionsdurchgang hinein zu injizieren, um eine Verringerung einer Temperatur der Rauchgase zu ermöglichen, und einen Sorptionsmittelinjektor, der mit dem Konvektionsdurchgang verbunden ist, wobei der Sorptionsmittelinjektor konfiguriert ist, um ein Sorptionsmittel in den Konvektionsdurchgang hinein zu injizieren, um eine Oxidation von Quecksilber zu ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftwerksystems.
2 zeigt eine grafische Darstellung unter Veranschaulichung beispielhafter Auswirkungen einer Verbrennung mit gestufter Luftzufuhr und der Temperatur einer elektrostatischen Ausfällungsvorrichtung bzw. eines elektrostatischen Filters (ESP, Electrostatic Precipitator) auf die Quecksilberoxidation.
3 zeigt eine grafische Darstellung unter Veranschaulichung beispielhafter Auswirkungen eines stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf die Quecksilberbeseitigung in einer ESP, die bei einer Temperatur von ungefähr 270°F arbeitet.
4 zeigt eine grafische Darstellung unter Veranschaulichung beispielhafter Auswirkungen eines Überschusses an O₂ auf die Quecksilberoxidation.
5 zeigt eine grafische Darstellung unter Veranschaulichung beispielhafter Auswirkungen einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche oder des Glühverlustes auf die Quecksilberoxidation.
6 zeigt eine grafische Darstellung unter Veranschaulichung beispielhafter Auswirkungen der Verbrennung mit gestufter Luftzufuhr und der Sorptionsmittelinjektion auf die Quecksilberoxidation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematisierte Ansicht eines beispielhaften Energieerzeugungssystems bzw. Kraftwerksystems 10, das allgemein einen Ofen 12, eine Teilchenkontrollvorrichtung 14 und einen Abgasschacht bzw. Schornstein 16 enthält. Insbesondere enthält der Ofen 12 in der beispielhaften Ausführungsform eine Verbrennungszone 18, die einen primären Verbrennungsbereich 20, einen Nachverbrennungsbereich 22 und einen Oberluft/Ausbrennbereich 24 enthält. Alternativ kann der Ofen 12 ein „gleichmäßig brennender" Ofen sein, in dem die Verbrennungszone 18 keinen Nachverbrennungsbereich 22 und/oder Ausbrennbereich 24 aufweist. Der primäre Verbrennungsbereich 20 kann mehrere Brennstoffinjektoren oder Brenner 28 enthalten, die mit einer vorbestimmten Menge an Brennstoff 30 aus einem Brennstoffeinlass 44 und einer vorbestimmten Menge an Luft 32 aus einem Lufteinlass 33 versorgt werden. Eine (nicht veranschaulichte) Luft-Brennstoff-Steuerungseinrichtung steuert die Menge der Luft 32 und die Menge des Brennstoffs 30, die den Brennern 28 zugeführt werden. In der beispielhaften Ausführungsform kann der Brennstoff 30 in Form von Kohle 34 vorliegen, die von einer Brennstoffquelle 31, wie beispielsweise einer Kohlenmühle, ohne darauf beschränkt zu sein, zugeführt wird. Insbesondere ist die Kohle 34 in der beispielhaften Ausführungsform pulverisiert bzw. Staubkohle und kann beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, eine bituminöse Kohle, eine Powder River Basin (PRB)-Kohle, eine Lignitkohle und/oder irgendeine andere geeignete Kohle sein, die dem Ofen 12 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. Alternativ kann der dem System 10 zugeführte Brennstoff 30 irgendein anderer geeigneter Brennstoff sein, wie beispielsweise Öl, Erdgas, Biomasse, Abfall oder irgendein anderer fossiler oder erneuerbarer Brennstoff, der dem Ofen 12 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Außerdem bezeichnet der Ausdruck „Steuerungseinrichutung", wie er hier verwendet wird, in weitem Sinne einen Prozessor, einen Computer bzw. Rechner, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine programmierbare Steuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder irgendeine sonstige programmierbare Schaltung. In dem hier verwendeten Sinne kann der Ausdruck „Prozessor" jedes beliebige programmierbare System, einschließlich Systeme, die Mikrocontroller, Schaltungen mit reduziertem Befehlssatz (RISC, Reduced Instruction Set Circuits), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs, Application Specific Integrated Circuits), Logikschaltungen und irgendwelche sonstigen Schaltungen verwenden, oder einen Prozessor umfassen, der in der Lage ist, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die vorstehend angegebenen Beispiele sind lediglich beispielhafter Natur und sollen folglich in keiner Weise die Definition und/oder Bedeutung des Ausdrucks „Prozessor" beschränken.
In der beispielhaften Ausführungsform befindet sich der Nachverbrennungsbereich 22 stromabwärts von dem primären Verbrennungsbereich 20 und empfängt eine vorbestimmte Menge eines Nachverbrennungs-Brennstoffs 38, der unter Verwendung eines Nachverbrennungs-Brennstoffinjektors 40 darin eingespritzt wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird der Nachverbrennungsbrennstoff 38, beispielsweise Kohle 34, dem Nachverbrennungs-Brennstoffinjektor 40 durch eine Folge von Brennstoffabsperrventilen 42 zugeführt. Alternativ kann der Nachverbrennungs-Brennstoffinjektor 40 den Brennstoff 30 von einer anderen Quelle als der Brennstoffquelle 31 empfangen, und der Brennstoff kann ein etwas anderer Brennstoff als die Kohle 34 sein. Beispielsweise kann der Nachverbrennungsbrennstoff 38, der durch die Injektoren 40 injiziert wird, in einer alternativen Ausführungsform irgendein anderer geeigneter Brennstoff, wie beispielsweise, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Öl, Erdgas, Biomasse, Abfall oder irgendein sonstiger fossiler oder erneuerbarer Brennstoff, sein. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, wird die vorbestimmte Menge des Nachverbrennungsbrennstoffs 38 in der beispielhaften Ausführungsform in den Ofen 12 injiziert, und sie ist ausgewählt, um ein gewünschtes stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Verbrennungszone 18 zu erreichen und/oder aufrechtzuerhalten. Das stöchiometrische Verhältnis (SR, Stoichiometric Ratio) in dem Ofen ist als das Verhältnis der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration, O₂, zu der tatsächlichen Brennstoffkonzentration 30 in dem Ofen 12 oder als das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis dividiert durch eine Luft-Brennstoff-Konzentration, die dazu führt, dass im Wesentlichen der gesamte Sauerstoff und Brennstoff verbraucht wird, oder als das Luft-Brennstoff-Verhältnis unter stöchiometrischen Bedingungen definiert.
In der beispielhaften Ausführungsform liegt der Ausbrennbereich 24 stromabwärts des Nachverbrennungsbereichs 22 in der Verbrennungszone 18 und empfängt Oberluft 26, die darin von wenigstens einem Oberluftinjektor 27 injiziert wird. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Oberluftinjektor 27 mit dem Lufteinlass 33 in Strömungsverbindung gekoppelt. Insbesondere wird im Betrieb eine vorbestimmte Menge der Oberluft 26 in die Ausbrennzone 24 durch den Injektor 27 injiziert. Alternativ kann der Ausbrennbereich 24 die Oberluft 26 von einer anderen Quelle als dem Lufteinlass 33 empfangen. Die Menge der dem Bereich 24 zugeführten Oberluft 26 ist ausgewählt, um zu ermöglichen, ein gewünschtes endgültiges stöchiometrisches Verhältnis des Systems in dem Ofen 12 zu erreichen und/oder aufrechtzuerhalten.
Das System 10 enthält ferner mehrere Wärmetauscher 48 stromabwärts von der Verbrennungszone 18. In der beispielhaften Ausführungsform enthalten die Wärmetauscher 48 mehrere (nicht veranschaulichte) Brennstoffzellen, die mit einem (nicht veranschaulichten) Energieversorgungsnetz elektrisch verbunden sein können. Ein Kanal oder Konvektionsdurchgang 50 erstreckt sich stromabwärts von den Wärmetauschern 48 und ist in Strömungsverbindung zwischen dem Ofen 12 und der Teilchenkontrollvorrichtung (PCD, Particle Control Device) 14 eingekoppelt. Außerdem enthält der Konvektionsdurchgang 50 in der beispielhaften Ausführungsform einen Sorptionsmittelinjektor 60 und einen Kühlmittelinjektor 70. Alternativ kann der Konvektionsdurchgang 50 lediglich den Kühlmittelinjektor 70 enthalten.
In der beispielhaften Ausführungsform kann die Teilchenkontrollvorrichtung 14 durch eine elektrostatische Ausfällungsvorrichtung bzw. ein elektrostatisches Filter (ESP) gebildet sein. Alternativ kann die PCD 14 ein Gewebeententstauber oder -filter zum Auffangen von Flugasche enthaltendem oxidiertem Quecksilber und/oder teilchengebundenen Quecksilber sein. Die PCD 14 enthält einen Einlass 52 und einen Auslass 54 und ist in Strömungsverbindung mit dem Schacht 16 gekoppelt.
Während eines Betriebs des Systems 10 wird der Brennstoff 30 dem System 10 von der Brennstoffquelle 31 zugeführt. In der beispielhaften Ausführungsform tritt der Brennstoff 30 in das System 10 durch den Brennstoffeinlass 44 ein, und die Luft 32 wird dem System 10 durch den Lufteinlass 33 zugeführt. Der primäre Verbrennungsbereich 20 empfängt eine vorbestimmte Menge an Brennstoff und Luft, wie sie durch die Steuerungseinrichtung gesteuert wird, zur Verbrennung unter Verwendung der Brenner 28. Der primäre Verbrennungsbereich 20 zündet das Brennstoff/Luft-Gemisch, was Verbrennungs- oder Rauchgase 46 erzeugt. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Rauchgase 46 stromabwärts von dem primären Verbrennungsbereich 20 in den Nachverbrennungsbereich 22 geleitet. Eine vorbestimmte, durch die Steuerungseinrichtung gesteuerte Menge des Nachverbrennungsbrennstoffs 38 wird in den Nachverbrennungsbereich 22 durch die Nachverbrennungsinjektoren 40 injiziert. Die Menge des Nachverbrennungsbrennstoffs 38 ist ausgewählt, um eine brennstoffreiche Umgebung in dem Nachverbrennungsbereich 22 zu erzeugen. An sich wird in dem Nachverbrennungsbrennstoff 38 ein kleinerer prozentualer Anteil des Kohlenstoffs verbrannt, was eine Steigerung oder Optimierung des Glühverlustes (LOI, Loss-On-Ignition) unterstützt und eine Erzeugung einer Flugasche mit hohem Kohlenstoffgehalt in den Rauchgasen 46 ermöglicht. Das Quecksilber oxidiert leichter in einer Flugasche, die einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist.
Die Rauchgase 46, die durch das System 10 erzeugt werden, werden stromabwärts von dem Wiederverbrennungsbereich 22 in den Ausbrennbereich 24 geleitet. Eine vorbestimmte Menge der Oberluft 26 wird unter Verwendung des Ausbrenninjektors 27 in den Ausbrennbereich 24 injiziert. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Menge der Oberluft 26 ausgewählt, um im Wesentlichen eine Vervollständigung der Verbrennung des Brennstoffs 30 und des Wiederverbrennungsbrennstoffs 38 zu ermöglichen, was eine Reduktion von Verunreinigungen in den Rauchgasen 46, wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, Stickoxiden, NO_x und/oder Kohlenmonoxid, CO, ermöglicht. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Menge der injizierten Oberluft 26 insbesondere derart ausgewählt, dass sie ein vollständiges Aus brennen des Kohlenstoffs in der Flugasche zu verhindern ermöglicht. Infolgedessen erzeugt das System 10 Rauchgase 46, die einen Kohlenstoffgehalt in der Flugasche von etwa 0,1% bis etwa 0,4% aufweisen. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, ermöglicht eine Steigerung einer Menge des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche eine Steigerung des Quecksilbereinfangs durch die Flugasche.
In der beispielhaften Ausführungsform verlassen die Rauchgase 46 die Verbrennungszone 18 und treten in mehrere Wärmetauscher 48 ein. Die Wärmetauscher 48 übertragen Wärme von den Rauchgasen 46 auf ein (nicht veranschaulichtes) Fluid, um eine Erhitzung des Fluids zu ermöglichen. In einer Ausführungsform kann das erhitzte Fluid Dampf erzeugen, der verwendet werden kann, um unter Verwendung bekannter Energieerzeugungsverfahren und -systeme, wie beispielsweise einer (nicht veranschaulichten) Dampfturbine, Leistung zu erzeugen. Alternativ können die Wärmetauscher 48 Wärme von den Rauchgasen zu einer (nicht veranschaulichten) Brennstoffzelle übertragen, die zur Erzeugung von Leistung verwendet wird. Die resultierende Leistung kann zu einem (nicht veranschaulichten) Energieversorgungsnetz geliefert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform strömen die Rauchgase 46 von den Wärmetauschern 48 zu einem Konvektionsdurchgang 50. Während die Rauchgase 46 durch den Konvektionsdurchgang 50 strömen, werden die Rauchgase 46 auf eine Temperatur abgekühlt, die kleiner ist als eine Verbrennungstemperatur der Rauchgase 46. Insbesondere werden die Rauchgase 46 innerhalb des Durchgangs 50 in der beispielhaften Ausführungsform durch Umgebungsluft, Wasser und/oder irgendein sonstiges geeignetes (nicht veranschaulichtes) Wärmeübertragungsfluid konvektiv gekühlt. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Rauchgase 46 auf eine Temperatur abgekühlt, die dem Quecksilber ermöglicht, mit dem Kohlenstoff in der Flugasche zu reagieren, beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Temperatur unterhalb von 350°F, um oxidiertes Quecksilber zu bilden. Das Quecksilber kann ferner mit Elementen und/oder Verbindungen in den Rauchgasen 46 reagieren, um teilchengebundenes Quecksilber zu bilden.
In der beispielhaften Ausführungsform injiziert ein Sorptionsmittelinjektor 60 eine vorbestimmte Menge eines Sorptionsmittels in den Konvektionsdurchgang 50. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Sorptionsmittel Aktivkohle. Alternativ kann das Sorptionsmittel irgendein anderes geeignetes Element und/oder eine andere geeignete Verbindung sein. Das Sorptionsmittel ist konfiguriert, um mit jedem in den Rauchgasen 46 vorhandenen Quecksilber zu reagieren. Insbesondere wird das Sorptionsmittel in der beispielhaften Ausführungsform in den Konvektionsdurchgang 50 unter Verwendung des Sorptionsmittelinjektors 60 injiziert. Alternativ wird das Sorptionsmittel nicht in den Konvektionsdurchgang 50 injiziert, so dass das Quecksilber in den Rauchgasen 46 als solches nur mit Elementen und/oder Verbindungen reagiert, die in den Rauchgasen 46 vorhanden sind. In der beispielhaften Ausführungsform fördert das Sorptionsmittel eine Reaktion zwischen dem Sorptionsmittel und Quecksilber, das in den Rauchgasen 46 vorhanden ist, um Quecksilberoxid und/oder teilchengebundenes Quecksilber zu bilden.
Ein Kühlmittelinjektor 70 injiziert eine vorbestimmte Menge eines Kühlmittels in den Konvektionsdurchgang 50. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, ermöglicht das Kühlmittel eine Reduktion einer Temperatur der Rauchgase, die in die PCD 14 eintreten, und reduziert dadurch die Temperatur der PCD 14. In der beispielhaften Aus führungsform ist das Kühlmittel Wasser, das zerstäubt und in den Konvektionsdurchgang 50 eingespritzt wird. Alternativ kann das Kühlmittel durch Umgebungsluft gebildet sein. Insbesondere ermöglicht das Kühlmittel in der beispielhaften Ausführungsform eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase 46 und der PCD 14 bis auf eine Temperatur zwischen etwa 310°F und etwa 250°F. In der beispielhaften Ausführungsform unterstützen die reduzierten Temperaturen der Rauchgase 46 und der PCD 14 eine Reaktion zwischen dem in den Rauchgasen 46 vorhandenen Quecksilber und der Flugasche. Insbesondere hilft die reduzierte Temperatur der Rauchgase 46 und der PCD 14, das Auffangen natürlichen Quecksilbers auf der Flugasche zu verbessern. Infolgedessen wird es ermöglicht, die Menge des in den Konvektionsdurchgang 50 injizierten Sorptionsmittels im Vergleich zu einem System, das die Temperatur der Rauchgase und der Filtervorrichtung ESP nicht reduziert, zu verringern.
In der beispielhaften Ausführungsform strömen die Rauchgase 46 und das Sorptionsmittel durch den Konvektionsdurchgang 50 zu der PCD 14. In einer alternativen Ausführungsform kann das System 10 ferner eine (nicht veranschaulichte) Aschenausbrenneinheit und/oder eine (nicht veranschaulichte) Quecksilberauffangeinheit enthalten, die mit der PCD 14 gekoppelt ist bzw. sind. Die Aschenausbrenneinheit ermöglicht ein Entfernen von Kohlenstoff aus den Rauchgasen 46, was Quecksilber aus der Flugasche desorbiert. Die Quecksilberauffangeinheit ist mit der Aschenausbrenneinheit gekoppelt und kann Aktivkohle oder irgendein sonstiges geeignetes Reagens enthalten, um durch die Ausbrenneinheit desorbiertes Quecksilber aufzufangen. Das System 10 kann ferner einen (nicht veranschaulichten) Nasswäscher und/oder einen (nicht veranschaulichten) Trockenwäscher stromabwärts von der PCD 14 enthalten. Eine derartige Komponente beseitigt oxidiertes Quecksilber und/oder teil chengebundenes Quecksilber aus den Rauchgasen 46 und/oder sonstige Verbindungen und/oder Elemente aus den Rauchgasen 46, wie beispielsweise Schwefeldioxid.
Es wurden beispielhafte Tests unter Verwendung einer (nicht veranschaulichten) 1,0 MMBTU/Stunde-Kessel-Simulatoreinrichtung (BSF) durchgeführt, um die Auswirkungen der Kühlmittelinjektion und Verbrennungsstufung auf die Quecksilberoxidation und -beseitigung zu bestimmen. Die folgenden Testergebnisse und die BSF, in der die Tests durchgeführt worden sind, sind lediglich beispielhafter Natur und in keiner Weise beschränkend. Die BSF war gestaltet, um eine genaue Subskalen-Simulation (in reduziertem Maßstab) der Rauchgastemperaturen und -zusammensetzungen zu liefern, wie sie in dem System 10 aufgefunden werden. Die während des Tests verwendete BSF war konfiguriert, um Kohle 34 zu verbrennen, und enthält einen Brenner, einen vertikal nach unten brennenden Strahlungsofen, einen horizontalen konvektiven Durchgang, der sich von dem Ofen aus erstreckt, einen Schlauch- oder Gewebefilter und eine ESP. Der Brenner ist ein Diffusionsbrenner mit variabler Verwirbelung und einem axialen Brennstoffinjektor, und er wird benutzt, um die ungefähre Temperatur und Gaszusammensetzung eines kommerziellen Brenners in einem Kessel der Originalgröße, wie z. B. dem System 10, zu simmulieren. Primäre Luft wird axial injiziert, während ein sekundärer Luftstrom radial durch Verwirbelungsschaufeln injiziert wird, um eine kontrollierte Brennstoff/Luft-Vermischung zu bewirken. Die Verwirbelungszahl kann durch Einstellung des Winkels der Verwirbelungsschaufeln kontrolliert werden. Zahlreiche Zugangsanschlüsse, die entlang einer Achse der Einrichtung angeordnet sind, gestatten Zugang für zusätzliche Ausrüstung, wie beispielsweise Nachverbrennungs-Injektoren, zusätzliche Injektoren, Oberluft-Injektoren und Sonden zur Probenentnahme. Der Strahlungsofen ist aus acht modularen, mit feuerfestem Material ausgekleideten Abschnitten mit einem Innendurchmesser von 22 Zoll und einer Gesamthöhe von 20 US-Fuß konstruiert.
Der Konvektionsdurchgang der BSF ist feuerbeständig ausgekleidet und enthält luftgekühlte Rohrbündel, die die Supererhitzer- und Nacherhitzer-Abschnitte eines Kessels der Originalgröße, wie z. B. in dem System 10, simmulieren. Die Wärmeextraktion in dem Strahlungsofen und dem Konvektionsdurchgang sind derart gesteuert, dass das Verweildauer-Temperatur-Profil mit demjenigen eines typischen Kessels der Originalgröße, wie z. B. des Systems 10, übereinstimmt. Ein Saugpyrometer wird benutzt, um Ofengastemperaturen zu messen.
Die Teilchenkontrollvorrichtung für die BSF war eine plattenartige elektrostatische Ausfällungsvorrichtung, die drei elektronische Felder bzw. Gruppen enthält. Jedes elektrische Feld bzw. jede elektrische Gruppe enthielt zwei Gasdurchgänge mit drei parallelen Sammelplatten. Die Gasdurchgänge hatten eine Weite von etwa 4 Zoll. Der spezielle Sammelbereich der ESP betrug in etwa 450 Fuß²/1000 effektiver Kubikfuß pro Minute (ACFM). Die Rauchgasbehandlungszeit in der ESP betrug ungefähr 10 Sekunden. Die Quecksilberkonzentration wurde an einem ESP-Einlass und einem ESP-Auslass unter Verwendung eines (nicht veranschaulichten) kontinuierlich arbeitenden Emissionsüberwachungssystems gemessen, das in der Lage ist, sowohl elementares Quecksilber als auch die gesamte Qecksilberkonzentration zu messen. Die Konzentration des oxidierten Quecksilbers wird unter Verwendung der Differenz zwischen der Gesamtquecksilberkonzentration und der elementaren Quecksilberkonzentration bestimmt.
Beispielhafte Tests wurden mit und ohne gestufte Luftzuführung in der BSF ausgeführt. In der beispielhaften Ausführungsform wurden insbesondere Tests mit PRB-Kohle unter Grundbedingungen (Bezugsbedingungen) und Oberluft-Stufung-Bedingungen ausgeführt. Außerdem wurde das stöchiometrische Verhältnis SR in den Tests mit Luftstufung zwischen etwa 1,16 und etwa 0,7 festgelegt, was eine an Brennstoff arme Umgebung bzw. eine brennstoffreiche Umgebung kennzeichnet. In den Bezugstests wurden der gesamte Brennstoff und die gesamte Luft in eine Verbrennungszone ohne irgendeine gestufte Luftzufuhr injiziert. In der beispielhaften Ausführungsform betrug das SR der Bezugstests ungefähr 1,16, was etwa 3,2% Überschussluft oder einer an Brennstoff armen Umgebung entspricht. In Oberlufttests wurde jedoch ein Teil der Verbrennungsluft stromabwärts der Verbrennungszone injiziert, so dass die Brennstoffverbrennung in einer brennstoffreichen Umgebung erfolgte. Endgültiges überschüssiges O₂ in den Oberlufttests war das gleiche wie in den Bezugstests, obwohl es in einigen Tests von etwa 2,2% bis etwa 4,2% überschüssiges O₂ variierte. Das stöchiometrische Verbrennungsverhältnis (SR1) in dem primären Verbrennungsbereich und dem Nachverbrennungsbereich wurde durch Einstellung der Strömugnsrate der Verbrennungsluft durch den Brenner von 0,7 bis 1,16 verändert. Das stöchiometrische Verhältnis (SR2) des endgültigen Systems wurde durch Einstellung der Oberluftströmungsrate aufrechterhalten.
2 zeigt beispielhafte Auswirkungen der Temperatur der elektrostatischen Filtervorrichtung (ESP) und der Verbrennugn mit Luftstufung auf die Beseitigung von Quecksilber aus Rauchgasen, die während einer Kohleverbrennung erzeugt werden. Insbesondere zeigt 2 in der beispielhaften Ausführungsform, dass die Quecksilberbeseitigung im Allgemeinen bei einer Verringerung der ESP-Temperatur verbessert wird. Um jedes Maß der Quecksilberbeseitigung zu bestimmen, wurde zuerst die Gesamtmenge des Quecksilbers, das durch die Kohle in den Ofen eingebracht worden ist, unter Verwendung einer Kohlezuführrate und durch Bestimmung des Quecksilbergehaltes in der Kohle berechnet. Die Kohlezuführrate ist die Menge der Kohle pro Zeiteinheit, die dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Die Quecksilberbeseitigung wurde anschließend als die Differenz zwischen dem in der Kohle eingebrachten Quecksilber und dem in den Rauchgasen an dem ESP-Auslass gemessenen Quecksilber bestimmt. Insbesondere liefert 2 eine graphische Darstellung beispielhafter Effekte des Bezugszustands und der Oberluftstufung und der ESP-Temperatur auf die Entfernung von Quecksilber, das auf der Oberfläche der Flugasche oxidierte. Die Quecksilberentfernung unter Bezugsbedingungen oder bei gleichmäßiger Feuerung ist mit Quadraten dargestellt, während die Quecksilberentfernung unter Verwendung der gestuften Oberluftzufuhr mit Dreiecken dargestellt ist.
In der beispielhaften Ausführungsform wurde Kühlwasser in den Konvektionsdurchgang der BSF eingespritzt, um die Temperatur der Rauchgase und der PCD zu verringern. Bezugnehmend auf 2 betrug die Quecksilberbeseitigung unter Bezugsbedingungen und bei ESP-Temperaturen zwischen etwa 300°F und etwa 310°F für Systeme, die PBR-Kohle verbrennen, etwa 15% bis etwa 20%. Außerdem zeigt 2, dass sich die Quecksilberbeseitigung verbesserte, wenn die Tempeatur der ESP reduziert worden ist. Insbesondere steigerte eine Reduktion der ESP-Temperatur von etwa 310°F auf etwa 250°F in der beispielhaften Ausführungsform die Quecksilberbeseitigung auf etwa 30% bis etwa 40%. Darüber hinaus veranschaulicht 2 auch, dass die Quecksilberbeseitigung mit Oberluftstufung und ESP-Temperaturen zwischen etwa 320°F und 260°F die Quecksilberbeseitigung gegenüber Bezugsbedingungen um etwa 15% bis etwa 20% verbesserte. Insbesondere betrug die Quecksilberbeseitigung in einer Ausführungsform unter Verwendung der Oberluftstufung und mit der ESP-Temperatur von etwa 260° ungefähr 50%.
3 veranschaulicht die Auswirkungen des stöchiometrischen Verhältnisses SR auf die Quecksilberbeseitigung. Insbesondere veranschaulicht 3 beispielhafte Effekte des SR auf die Quecksilberbeseitigung mit einer ESP-Temperatur von etwa 270°F. In der beispielhaften Ausführungsform kann die Quecksilberbeseitigung unter reduzierten ESP-Temperaturen durch Veränderung des SR in der Verbrennungszone weiter verbessert werden. In der beispielhaften Ausführungsform entspricht ein SR von etwa 1,16 im Wesentlichen den Bezugsverbrennungsbedingungen, in denen im Wesentlichen die gesamte Luft zu der Verbrennungszone geleitet wird. Ein SR von weniger als etwa 1,16 kennzeichnet im Allgemeinen eine Oberluftstufung. In der beispielhaften Ausführungsform wird im Allgemeinen umso mehr Verbrennungsluft von dem primären Verbrennungsbereich zu dem Oberluft-Ausbrennbereich umgeleitet, je kleiner das SR ist. 3 zeigt, dass eine Reduktion des SR von etwa 1,16% auf etwa 0,7% in einer Ausführungsform die Quecksilberbeseitigung von etwa 30% auf etwa 65% steigerte. An sich wird der prozentuale Anteil des Quecksilbers, der von Rauchgasen entfernt werden kann, erhöht, wenn brennstoffreichere SR-Verhältnisse verwendet werden.
4 veranschaulicht beispielhafte Effekte des endgültigen überschüssigen O₂ auf die Quecksilberbeseitigung unter Luftstufungsbedingungen. Während der Tests wurde überschüssiges O₂ durch Veränderung der Menge der Oberluft unter Aufrechterhaltung des SR-Verhältnisses eingestellt. Wie in 4 veranschaulicht, verbessert eine Verringerung des überschüssigen O₂ im Allgemeinen die Quecksilberbeseitigung. Diese Verbesserung rührt höchstwahrscheinlich von der Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes in dem Aschengehalt her. Wie oben beschrieben, ist dies auch als Glühverlust LOI bekannt. Die Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche ermöglicht der Asche, ein effektiveres Quecksilbersorptionsmittel zu werden. Außerdem ermöglicht die Kombination aus dem erhöhten Kohlenstoffgehalt in der Flugasche und der reduzierten ESP-Temperatur eine Steigerung der Reaktionsfähigkeit von Kohlenstoff mit Quecksilber. Infolgedessen nimmt die Beseitigung von Quecksilber im Allgemeinen zu, wenn der O₂-Überschuss verringert wird. Folglich wird ermöglicht, die erforderliche Menge eines Sorptionsmittels, das in den Konvektionsdurchgang injiziert wird, im Vergleich zu Systemen, die die Menge an überschüssigem O₂ verringern, zu reduzieren.
5 veranschaulicht, dass eine Steigerung des Kohlenstoffgehaltes oder Glühverlustes LOI in der Flugasche die Beseitigung von Quecksilber aus den Rauchgasen unterstützt. Insbesondere veranschaulicht 5, wie die Erhöhung des Quecksilbergehaltes in der Flugasche aufgrudn einer Reaktion von Quecksilber mit dem Kohlenstoff in der Flugasche mit einer Steigerung des Kohlenstoffgehaltes oder dem LOI in Verbindung steht.
6 veranschaulicht den kombinierten beispielhaften Effekt der gestuften Oberluftzuführung und Sorptionsmittelinjektion auf die Quecksilberbeseitigung für einen Ofen, der ein SR von im Wesentlichen 0,9 und eine elektrostatische Filtervorrichtung aufwies, die eine Temperatur von ungefähr 300°F hatte. Im Allgemeinen erhöht eine Verringerung des SR während einer Verbrennung mit Luftstufung den Kohlenstoffgehalt der Flugasche, was anschließend die Beseitigung von Quecksilber steigert. Infolgedessen dient die Flugasche als ein natürliches Sorptionsmittel für Quecksilber. Wenn ferner ein aktiviertes Sorptionsmittel verwendet worden ist, um Quecksilber zu beseitigen, war weniger Ac tiv-Sorptionsmittel erforderlich, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen, als wenn keine Stufung eingesetzt worden wäre. Wenn außerdem die Temperatur der Rauchgase und der ESP unter Verwendung eines Kühlmittel-Injektionssystems reduziert wurde, wurde die natürliche Beseitigung des Quecksilbers durch die Flugasche ferner gesteigert. 6 veranschaulicht ferner, dass eine Verbesserung der Beseitigung natürlichen Quecksilbers aus der Flugasche die Anforderungen an eine Aktiv-Sorptionsmittel-Injektion verringerte. Beispielsweise hatte eine Integration einer Aktivkohle-Injektion mit Oberluftstufung in 6 für eine Quecksilberbeseitigung von 70% eine Reduktion der Sorptionsmittel-Injektionsrate für PRB-Kohle von etwa 2 Pfund pro Million effektiven Kubikfuß („Pfund/MEKF") der Rauchgase auf etwa 0,75 Pfund/MEKF zur Folge. Infolgedessen ermöglichte die natürliche Quecksilberbeseitigung auf der Flugasche eine 60%-ige Reduktion des Sorptionsmittelbedarfs.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen eine Reduktion von Quecksilber aus Verbrennungsabgasen durch Verbesserung des natürlichen Quecksilbereinfangs auf Flugasche und Verbesserung des Sorptionsmitteleinsatzes. Eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase und der elektrostatischen Filtervorrichtung durch Injektion eines Kühlmittels in einen Konvektionsdurchgang ermöglicht es, die natürliche Absorption von Quecksilber in der Flugasche im Vergleich zu Öfen, die Kohle bei einer höheren Rauchgas- und ESP-Temperatur verbrennen, zu steigern. Außerdem ermöglicht eine Optimierung der Kohlenstoffmenge in der Flugasche unter Verwendung von Verbrennungsstufungstechnologien, wie beispielsweise einer Kohlenachverbrennung und gestufter Luftzufuhr, eine Erhöhung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses in der Verbrennungszone, und dies ermöglicht eine Steigerung der natürlichen Beseitigung von Quecksilber aus dem Rauchgas. An sich steht für Schadstof fe, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Quecksilber, mehr Kohlenstoff zur Verfügung, mit dem diese in den Rauchgasen reagieren können. Außerdem wird in Kraftwerken, die eine Sorptionsmittelinjektion einsetzen, die Menge des injizierten Sorptionsmittels verringert, wenn die natürliche Absorption von Quecksilber durch die Flugasche steigt. Da Kohlenstoff in Asche ein effektives Quecksilber-Sorptionsmittel darstellt, das in-situ gebildet wird, ermöglicht eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase und der ESP eine Optimierung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche, eine Reduktion der Menge des injizierten Sorptionsmittels und eine Reduktion der Gesamtkosten des Systembetriebs.
Vorstehend sind beispielhafte Ausführungsformen von Verfahren und Vorrichtungen zur Entfernung von Quecksilber aus einem Verbrennungsabgas in Einzelheiten beschrieben. Die Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten der Verfahren und Vorrichtung unabhängig und separat von anderen hierin beschriebenen Komponenten benutzt werden können. So kann beispielsweise die Reduktion der ESP-Temperatur und die Optimierung des Kohlenstoffgehaltes in der Flugasche auch in Kombination mit anderen Verunreinigungskontrollsystemen und -verfahren benutzt werden, und sie ist nicht darauf beschränkt, nur im Zusammenhang mit dem hierin beschriebenen kohlebefeuerten Kraftwerk ausgeführt zu werden. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen zur Reduktion von Verunreinigungsemission ausgeführt und benutzt werden.
Während die Erfindung anhand verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung in dem Rahmen und Schutz umfang der Ansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.

10: System
12: Ofen
14: Teilchenkontrollvorrichtung (PCD)
16: Abgasschacht, -schornstein
18: Verbrennungszone
20: Primärer Verbrennungsbereich
22: Nachverbrennungsbereich
24: Ausbrennbereich
26: Oberluft
27: Oberluftinjektor
28: Brenner
30: Brennstoff
31: Brennstoffquelle
32: Luft
33: Lufteinlass
34: Kohle
38: Nachverbrennungsbrennstoff
40: Nachverbrennungs-Brennstoff-Injektor
42: Brennstoff-Absperrventile
44: Brennstoffeinlass
46: Rauchgase
48: Wärmetauscher
50: Konvektionsdurchgang
52: Einlass
54: Auslass
60: Sorptionsmittelinjektor
70: Kühlmittelinjektor

Claims

Kohlebefeuerte Feuerungsanlage, die aufweist: einen Ofen (12), der eine Verbrennungszone (18) zur Verbrennung von Kohle (34) und Luft (32), die darin aufgenommen werden, so dass Rauchgase (46), die während des Verbrennungsprozesses erzeugt werden, Kohlenstoff und elementares Quecksilber enthalten, aufweist; einen Konvektionsdurchgang (50), der mit dem Ofen in Strömungsverbindung gekoppelt ist, wobei der Konvektionsdurchgang konfiguriert ist, um die Rauchgase hindurch zu leiten; einen Kühlmittelinjektor (70), der mit dem Konvektionsdurchgang gekoppelt ist, wobei der Injektor konfiguriert ist, um ein Kühlmittel in den Konvektionsdurchgang zu injizieren, um eine Reduktion einer Temperatur der Rauchgase zu ermöglichen; und einen Sorptionsmittelinjektor (60), der mit dem Konvektionsdurchgang gekoppelt ist, wobei der Sorptionsmittelinjektor konfiguriert ist, um ein Sorptionsmittel in den Konvektionsdurchgang zu injizieren, um eine Oxidation von Quecksilber zu ermöglichen.
Kohlebefeuerte Feuerungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Ofen (12) konfiguriert ist, um die Kohle (34) und die Luft (32) derart zu verbrennen, dass Rauchgase (46) gebildet werden, die Flugasche mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 0,1% und etwa 0,4% aufweisen.
Kohlebefeuerte Feuerungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelinjektor (70) konfiguriert ist, um das Kühlmittel in den Konvektionsdurchgang (50) zu injizieren, um eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase (46) auf etwa 310°F bis etwa 250°F zu ermöglichen.
Kohlebefeuerte Feuerungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelinjektor (70) ferner konfiguriert ist, um entweder Wasser oder Luft (32) in den Konvektionsdurchgang (50) zu injizieren, um eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase (46) zu ermöglichen.
Kohlebefeuerte Feuerungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelinjektor (70) eine Erhöhung der Absorption elementaren Quecksilbers durch den Kohlenstoffgehalt in den Rauchgasen (46) unterstützt.
Kohlebefeuerte Feuerungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelinjektor eine Optimierung der in den Konvektionsdurchgang (50) injizierten Sorptionsmittelmenge ermöglicht.