DE102012101733A1

DE102012101733A1 - Verfahren und Systeme zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Fluidstrom

Info

Publication number: DE102012101733A1
Application number: DE102012101733A
Authority: DE
Inventors: Peter Martin Maly; Robert Warren Taylor; Vishal Bansal
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: BHA Altair LLC
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-09-06
Also published as: AU2012201216A1; US8562724B2; US20120222410A1; CN102679380A; GB2488655A; CA2769047A1; GB201203539D0; JP2012179593A

Abstract

Es ist ein Schadstoffentfernungssystem zur Verwendung bei einem Energieerzeugungssystem (10) geschaffen. Das Schadstoffentfernungssystem enthält eine Partikelkontrollvorrichtung (14), die konfiguriert ist, um Partikel aus einem Rauchgasstrom zu entfernen, der in dem Energieerzeugungssystem erzeugt wird, wobei die Partikelkontrollvorrichtung mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt wird, und ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate (206) in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus anzupassen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Verbrennungsvorrichtungen und insbesondere Verfahren und Systeme zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Abgasstrom, der durch die Verbrennungsvorrichtungen erzeugt wird.
Während eines typischen Verbrennungsprozesses z. B. innerhalb eines Ofens wird eine Strömung aus Abgasen oder Rauchgasen erzeugt. Bekannte Abgase enthalten Verbrennungsprodukte, zu denen einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Kohlenstoff, Flugasche, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor, Arsen, Selen und/oder Quecksilber gehören.
Emissionen aus Kohlekraftwerken unterliegen staatlicher Regulierung. Wenigstens einige bekannte Schadstoffkontrollsysteme injizieren ein Sorptionsmittel, wie beispielsweise Aktivkohle, in die Strömung der Rauchgase hinein, damit dieses mit darin befindlichen Schadstoffen, wie beispielsweise Quecksilber, reagiert. Da Kohlenstoff bei Temperaturen unterhalb von 350°F mit Quecksilber reaktiver ist, wird Aktivkohle gewöhnlich an einer von der Verbrennungsquelle entfernten Stelle injiziert. Die Injektionsstelle liegt ferner stromaufwärts von einer Partikelabscheidungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Schlauchfilter. Die Aktivkohle wird innerhalb eines oder mehrerer Filter gehalten, die in dem Schlauchfilter positioniert sind, so dass Quecksilber wenigstens teilweise aus den Rauchgasen entfernt wird, während die Rauchgase durch die Aktivkohle strömen und mit dieser in Kontakt gelangen, um mit der Aktivkohle zu reagieren.
Während des Betriebs wenigstens einiger bekannter Schlauchfilter wird die Aktivkohle periodisch entfernt, um ein Zustopfen der Schlauchfilter mit Partikeln zu verhindern. Jedoch können, wenn die Aktivkohle entfernt wird, Quecksilberemissionen steigen, bis zusätzliche Aktivkohle in die Strömung der Rauchgase eingeleitet wird. Allgemeiner können während derartiger Zeiträume die Quecksilberemissionen über festgelegte gesetzliche Grenzwerte ansteigen, während und/oder nachdem die Schlauchfilter gereinigt worden sind und bevor hinreichend Aktivkohle durch die Schlauchfilter wieder aufgenommen worden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform ist ein Schadstoffentfernungssystem zur Verwendung bei einem Energieerzeugungssystem geschaffen, das eine Partikelkontrollvorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um Partikel aus einem Rauchgasstrom zu entfernen, der innerhalb des Energieerzeugungssystems erzeugt wird. Die Partikelkontrollvorrichtung wird mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt. Das Schadstoffentfernungssystem enthält ferner ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung. Das Sorptionsmittelsteuersystem ist konfiguriert, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus einzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Energieerzeugungssystem geschaffen, das einen Ofen, der konfiguriert ist, um einen Brennstoff zu verbrennen und um einen Rauchgasstrom aus dem verbrannten Brennstoff zu erzeugen, und eine Partikelkontrollvorrichtung enthält, die mit dem Ofen in Strömungsverbindung steht und konfiguriert ist, um Partikel aus dem Rauchgasstrom zu entfernen. Die Partikelkontrollvorrichtung wird mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt. Das Energieerzeugungssystem enthält ferner ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom hinein stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung. Das Sorptionsmittelsteuersystem ist konfiguriert, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus anzupassen.
In einer noch weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus einem Rauchgasstrom geschaffen, das ein Empfangen eines Rauchgasstroms, der mehrere darin mitgeführte Schadstoffe enthält, und Leiten des Rauchgasstroms durch wenigstens einen Filter enthält. Es wird ein Reinigungszyklus ausgeführt, um Partikel aus dem Filter zu entfernen, und ein Sorptionsmittel wird in gesteuerter Weise in den Rauchgasstrom injiziert, so dass das Sorptionsmittel durch den Filter wenigstens teilweise zurückgehalten wird, wobei eine Sorptionsmittelinjektionsrate von einem Zustand des Reinigungszyklus abhängig (eingestellt) wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieerzeugungssystems.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schadstoffentfernungssystems, das bei dem in 1 veranschaulichten Energieerzeugungssystem verwendet werden kann.
3 zeigt eine graphische Darstellung eines beispielhaften Algorithmus zur Sorptionsmittelinjektionssteuerung, der bei dem in 2 veranschaulichten Schadstoffentfernungssystem verwendet werden kann.
4–6 zeigen graphische Darstellungen alternativer Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmen, die bei dem in 2 veranschaulichten Schadstoffentfernungssystem verwendet werden können.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um Schadstoffe aus einem Rauchgasstrom unter Verwendung des in 2 veranschaulichten Schadstoffentfernungssystems zu entfernen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Energieerzeugungssystems 10, das allgemein einen Ofen 12, eine Partikelkontrollvorrichtung 14 und einen Auslassschacht 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- oder Ausbrennbereich 24 enthält. In einer anderen Ausführungsform kann der Ofen 12 ein Ofen mit „direktem Feuer” sein, bei dem die Verbrennungszone 18 keinen Nachverbrennungsbereich 22 und/oder Ausbrennbereich 24 enthält. Alternativ kann der Ofen 12 eine beliebige Kombination haben, die dem Energieerzeugungssystem 10 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält der primäre Verbrennungsbereich 20 mehrere Brennstoffinjektoren oder Brenner 28, 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) Brennstoff-Luft-Steuereinrichtung steuert das Verhältnis und die Mengen von Luft 32 und Brennstoff 30, die den Brennern 28 zugeführt werden. In dem hierin verwendeten Sinne, bezieht sich der Ausdruck „Steuereinrichtung” in weitem Sinne auf einen Prozessor, einen Computer, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine programmierbare Logiksteuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder jeden beliebigen sonstigen programmierbaren Schaltkreis. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „Prozessor” jedes programmierbare System enthalten, zu denen Systeme gehören, die Mikrocontroller, Schaltungen mit reduziertem Befehlssatz (RISC), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), Logikschaltungen und beliebige sonstige Schaltungen oder Prozessoren verwenden, die in der Lage sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Die obigen Beispiele sind lediglich beispielhaft und somit nicht dazu bestimmt, die Definition und/oder Bedeutung des Ausdrucks „Prozessor” in irgendeiner Weise zu beschränken.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Brennstoff 30 Kohle 34, die von einer Brennstoffquelle 31, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einer Kohlenmühle, geliefert wird. Insbesondere wird in der beispielhaften Ausführungsform die Kohle 34 vermahlen, und sie kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine bitominöse Kohle, eine Kohle aus dem Powder River Bason (PRB), eine Lignitkohle und/oder eine beliebige sonstige geeignete Kohle sein, die dem Ofen 12 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. Alternativ kann das System 10 mit einem beliebigen sonstigen geeigneten Brennstoff versorgt werden, zu dem einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Öl, Erdgas, Biomasse, Abfall und/oder jeder beliebige sonstige fossile und/oder erneuerbare Brennstoff gehören, der dem Ofen 12 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
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 von einem Nachverbrennungsbrennstoffinjektor 40 darin eingespritzt wird. Insbesondere wird in der beispielhaften Ausführungsform der Nachverbrennungsbrennstoff 38, wie beispielsweise Kohle 34, dem Nachverbrennungsbrennstoffinjektor 40 durch eine Folge von Brennstoffabsperrventilen 42 zugeführt. Alternativ kann der Nachverbrennungsbrennstoffinjektor 40 den Brennstoff 30 von einer anderen Quelle als der Brennstoffquelle 31 empfangen, und der Brennstoff kann irgendein anderer Brennstoff als die Kohle 34 sein. Zum Beispiel 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 und/oder irgend ein anderer fossiler oder erneuerbarer Brennstoff, sein.
In der beispielhaften Ausführungsform befindet sich der Ausbrennbereich 24 stromabwärts von dem Nachverbrennungsbereich 22 innerhalb der Verbrennungszone 18 und empfängt Oberluft 26, die von wenigstens einem Oberluftinjektor 27 darin injiziert wird. In der beispielhaften Ausführungsform steht der Oberluftinjektor 27 in Strömungsverbindung mit dem Lufteinlass 33. Insbesondere wird in der beispielhaften Ausführungsform eine vorbestimmte Menge der Oberluft 26 in den Ausbrennbereich 24 hinein durch den Injektor 27 injiziert. Alternativ kann der Ausbrennbereich 24 die Oberluft 26 von einer anderen Quelle als dem Lufteinlass 33 empfangen.
Das System 10 enthält ferner mehrere Wärmetauscher 48. Ein Kanal oder Konvektionsdurchgang 50, der sich stromabwärts von den Wärmetauschern 48 erstreckt, ist in Strömungsverbindung zwischen dem Ofen 12 und der Partikelkontrollvorrichtung 14 angeschlossen. Außerdem enthält der Konvektionsdurchgang 50 in der beispielhaften Ausführungsform einen Sorptionsmittelinjektor 60 und einen Kühlmittelinjektor 70. Alternativ kann der Konvektionsdurchgang 50 lediglich den Sorptionsmittelinjektor 60 enthalten.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Partikelkontrollvorrichtung 14 ein Schlauchfilter, der verwendet wird, um Flugasche aufzufangen, die oxidiertes Quecksilber und/oder teilchengebundenes Quecksilber enthält. Alternativ kann die Partikelkontrollvorrichtung 14 ein elektrostatischer Abscheider, ein Fliehkraftabscheider und/oder eine beliebige sonstige Vorrichtung sein, die Quecksilber und/oder andere Schadstoffe sammelt. Die Partikelkontrollvorrichtung 14 enthält einen Einlass 52 und einen Auslass 54, der mit dem Schacht 16 in Strömungsverbindung steht.
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 Steuereinrichtung gesteuert wird, zur Verbrennung unter Verwendung der Brenner 28. Der primäre Verbrennungsbereich 20 zündet das Brennstoff/Luft-Gemisch, um Verbrennungs- oder Rauchgase 46 zu erzeugen. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Rauchgase 46 stromabwärts von dem primären Verbrennungsbereich 20 in den Nachverbrennungsbereich 22 geleitet. Eine vorbestimmte Menge an Nachverbrennungsbrennstoff, wie sie durch die Steuerungseinrichtung gesteuert wird, 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 schaffen. An sich wird ein kleinerer prozentualer Anteil des Kohlenstoffs in dem Nachverbrennungsbrennstoff 38 verbrannt, so dass eine Steigerung und/oder Optimierung des Glühverlustes unterstützt wird. Außerdem unterstützt die in den Fluggasen 46 erzeugte Flugasche mit hohem Kohlenstoffgehalt eine Steigerung der Quecksilbermenge, die darin oxidiert wird.
Die Rauchgase 46, die durch das System 10 erzeugt werden, werden von dem Nachverbrennungsbereich 22 stromabwärts in den Ausbrennbereich 24 eingeleitet. Eine vorbestimmte Menge an Oberluft 26 wird über den Oberluftinjektor 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 Nachverbrennungsbrennstoffs 38 zu ermöglichen, was eine Reduktion von Schadstoffen in den Rauchgasen 46, wie beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, Stickoxiden, NO_x, und/oder Kohlenmonoxid, CO, ermöglicht. Insbesondere wird in der beispielhaften Ausführungsform die Menge der injizierten Oberluft 26 derart ausgewählt, dass sie ein vollständiges Ausbrennen des Kohlenstoffs in der Flugasche ermöglicht, was auf diese Weise eine Steigerung des Quecksilbereinfangs durch die Flugasche unterstützt.
In der beispielhaften Ausführungsform treten die Rauchgase 26 aus der Verbrennungszone 18 aus 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. Die resultierende Leistung kann zu einem (nicht veranschaulichten) Energieversorgungsnetz geliefert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die Rauchgase 46 von den Wärmetauschern 48 zu einem Konvektionsdurchgang 50 geleitet. 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 anderes geeignetes (nicht veranschaulichtes) Wärmeübertragungsfluid konvektiv gekühlt. Außerdem werden die Rauchgase 46 in der beispielhaften Ausführungsform auf eine Temperatur abgekühlt, die dem Quecksilber ermöglicht, mit dem Kohlenstoff in der Flugasche zu reagieren, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, auf 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 ein Sorptionsmittel in den Konvektionsdurchgang 50. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Sorptionsmittel Aktivkohle. Alternativ kann das Sorptionsmittel irgendein anderes geeignetes Element und/oder irgendeine andere geeignete Verbindung sein, das bzw. die dem Energieerzeugungssystem 10 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. In der beispielhaften Ausführungsform reagiert das Sorptionsmittel mit dem in den Rauchgasen 46 vorhandenen Quecksilber, um Quecksilberoxid und/oder teilchengebundenes Quecksilber zu bilden.
Ein Kühlmittelinjektor 70 injiziert eine vorbestimmte Menge eines Kühlmittels in den Konvektionsdurchgang 50. Das Kühlmittel ermöglicht eine Reduktion einer Temperatur der Rauchgase 46, die in die Partikelkontrollvorrichtung 14 eintreten, und reduziert dadurch die Temperatur der Partikelkontrollvorrichtung 14. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Kühlmittel Wasser, das zerstäubt wird, bevor es in den Konvektionsdurchgang 50 eingespritzt wird. Alternativ kann das Kühlmittel Umgebungsluft und/oder ein beliebiges sonstiges Kühlmittel sein, das dem System 10 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. In der beispielhaften Ausführungsform ermöglicht das Kühlmittel eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase 46 und der Partikelkontrollvorrichtung 14 auf Werte zwischen etwa 250°F und etwa 310°F. Alternativ kann das Kühlmittel eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase 46 und der Partikelkontrollvorrichtung 14 auf jede beliebige sonstige Temperatur, wie gewünscht, ermöglichen. In der beispielhaften Ausführungsform erlauben die reduzierten Temperaturen der Rauchgase 46 und der Partikelkontrollvorrichtung 14 eine Reaktion zwischen dem in den Rauchgasen 46 vorhandenen Quecksilber und der Flugasche. Insbesondere hilft eine Reduktion der Temperatur der Rauchgase 46 und der Partikelkontrollvorrichtung 14, das Auffangen natürlichen Quecksilbers auf der Flugasche zu verbessern.
In der beispielhaften Ausführungsform strömen die Rauchgase 46 und das Sorptionsmittel durch den Konvektionsdurchgang 50 zu der Partikelkontrollvorrichtung 14. In einer Ausführungsform kann das System 10 ferner eine (nicht veranschaulichte) Aschenausbrenneinheit und/oder eine (nicht veranschaulichte) Quecksilberauffangeinheit enthalten, die mit der Partikelkontrollvorrichtung 14 gekoppelt ist, um ein Auffangen von Quecksilber aus den Rauchgasen 46 zu ermöglichen. Das System 10 kann ferner einen (nicht veranschaulichten) Nasswäscher und/oder einen (nicht veranschaulichten) Trockenwäscher enthalten, der stromabwärts von der Partikelkontrollvorrichtung 14 angeschlossen ist, um die Beseitigung eines oxidierten Quecksilbers und/oder eines teilchengebundenen Quecksilbers aus den Rauchgasen 46 und/oder anderer Verbindungen und/oder Elemente aus den Rauchgasen 46, wie z. B. Schwefeldioxid, zu ermöglichen.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Schadstoffentfernungssystems 100, das bei dem (in 1 veranschaulichten) Energieerzeugungssystem 10 verwendet werden kann. In der beispielhaften Ausführungsform enthält das Schadstoffentfernungssystem 100 die Partikelkontrollvorrichtung 14, den Schacht 16, den Sorptionsmittelinjektor 60 und den Kühlmittelinjektor 70. Außerdem enthält das Schadstoffentfernungssystem 100 in der beispielhaften Ausführungsform auch eine Sorptionsmittelinjektionssteuereinrichtung 102, die mit dem Sorptionsmittelinjektor 60 gekoppelt ist.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Partikelkontrollvorrichtung 14 wenigstens einen Filter 104, der zwischen dem Einlass 52 und dem Auslass 54 in Strömungsverbindung angeschlossen ist. Der Filter 104 kann ein beliebiger geeigneter Schlauch oder Einsatz sein. Mit dem Filter 104 ist eine Reinigungsvorrichtung 106 zur Entfernung von Partikeln, wie beispielsweise Flugasche und/oder Sorptionsmittel, die sich an und/oder in dem Filter 104 angesammelt haben, gekoppelt. In der beispielhaften Ausführungsform richtet die Reinigungsvorrichtung 106 „Umkehr”-Impulse von Hochdruckluft in Richtung auf und/oder durch den Filter 104, um ein Entfernen von Partikeln, die sich an und/oder in dem Filter 104 angesammelt haben, zu ermöglichen. Alternativ kann die Reinigungsvorrichtung 106 ein beliebiges sonstiges Verfahren und/oder einen beliebigen sonstigen Mechanismus verwenden, um Partikel aus dem Filter 104 zu entfernen. In der beispielhaften Ausführungsform werden Partikel, die aus dem Filter 104 durch die Reinigungsvorrichtung 106 entfernt werden, durch Schwerkraft in einen Trichter 108 eingespeist, um gesammelt und aus dem Schadstoffentfernungssystem 100 beseitigt zu werden. Außerdem ist in der beispielhaften Ausführungsform ein Gebläse 110 in der Nähe des Auslasses 54 innerhalb der Partikelkontrollvorrichtung 14 positioniert. Das Gebläse 110 saugt Rauchgase, wie beispielsweise die (in 1 veranschaulichten) Rauchgase 46, aus dem Konvektionsdurchgang 50 in die Partikelkontrollvorrichtung 14 über den Einlass 52 durch den Filter 104 ein und gibt „sauberere” Rauchgase durch den Auslass 54 aus. In der beispielhaften Ausführungsform werden ausgelassene Rauchgase von dem Auslass 54 zu dem Schacht 16 geleitet, wo die Gase in eine Außenumgebung freigesetzt werden.
Die Reinigungsvorrichtung 106 ist in der beispielhaften Ausführungsform mit der Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 zur Ausführung eines geplanten oder vorbestimmten Reinigungszyklus an dem Filter 104 gekoppelt. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck „Reinigungszyklus” die Zeitspanne, die zwischen einer Einleitung eines Betriebs der Reinigungsvorrichtung 106 und einer Beendigung eines Betriebs der Reinigungsvorrichtung 106 vergeht. An sich werden während eines Reinigungszyklus Partikel, wie beispielsweise Sorptionsmittel und Flugasche, aus dem Filter 104 entfernt. Außerdem steuert die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 einen Betrieb der Reinigungsvorrichtung 106, wie beispielsweise bestimmt einen Zeitpunkt, um einen Reinigungszyklus an dem Filter 104 zu initiieren (hier nachfolgend als ein „Reinigungszyklus-Initiierungszeitpunkt” bezeichnet), und einen Zeitpunkt, um den Reinigungszyklus an dem Filter 104 zu beenden (hier nachfolgend als ein „Reinigungszyklus-Beendigungszeitpunkt” bezeichnet). Außerdem bestimmt die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 in der beispielhaften Ausführungsform eine Reinigungszyklusfrequenz und eine Reinigungszyklusdauer. Alternativ kann jede beliebige sonstige Steuereinrichtung und/oder jedes beliebige sonstige System verwendet werden, um den Betrieb der Reinigungsvorrichtung 106 zu steuern. In der beispielhaften Ausführungsform steuert und/oder stellt die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 eine Rate, mit der der Sorptionsmittelinjektor 60 das Sorptionsmittel in den Konfektionsdurchgang 50 einleitet (hier nachfolgend als eine „Sorptionsmittelinjektionsrate” bezeichnet), auf der Basis oder in Abhängigkeit von dem Zustand des Reinigungszyklus ein. In der beispielhaften Ausführungsform kann der Reinigungszykluszustand basierend darauf ermittelt werden, ob ein Reinigungszyklus gerade durchgeführt wird, oder basierend auf einer Zeitdauer, die vergangen ist, seitdem ein Reinigungszyklus initiiert oder beendet worden ist, und/oder einer Zeitdauer, bis ein bevorstehender Reinigungszyklus planmäßig initiiert oder beendet werden soll. Alternativ kann der Reinigungszykluszustand auf der Basis einer beliebigen sonstigen Bedingung bestimmt werden, die dem Schadstoffentfernungssystem 100 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält das Schadstoffentfernungssystem 100 ferner wenigstens einen Einlassdrucksensor 112, der innerhalb und/oder in der Nähe des Einlasses 52 positioniert ist, und wenigstens einen Filterdrucksensor 114, der innerhalb und/oder in der Nähe des Filters 104, wie beispielsweise an einem (nicht veranschaulichten) Auslassende des Filters 104 positioniert ist. In der beispielhaften Ausführungsform erfassen und/oder messen der Einlassdrucksensor 112 und der Filterdrucksensor 114 einen Druck in dem Einlass 52 bzw. in dem Filter 104. Außerdem enthält das Schadstoffentfernungssystem 100 in der beispielhaften Ausführungsform wenigstens einen Einlasstemperatursensor 116, der innerhalb und/oder in der Nähe des Einlasses 52 positioniert ist, und wenigstens einen Filtertemperatursensor 118, der innerhalb und/oder in der Nähe des Filters 104 positioniert ist. In der beispielhaften Ausführungsform erfassen und/oder messen der Einlasstemperatursensor 116 und der Filtertemperatursensor 118 eine Temperatur innerhalb des Einlasses 52 bzw. innerhalb des Filters 104. Alternativ können der Einlassdrucksensor 112, der Filterdrucksensor 114, der Einlasstemperatursensor 116 und/oder der Filtertemperatursensor 118 an einer beliebigen Stelle innerhalb des Schadstoffentfernungssystems 100 positioniert werden.
Die Sorptionsmittelinjektionssteuereinrichtung 102 ist in der beispielhaften Ausführungsform mit dem Einlassdrucksensor 112, dem Filterdrucksensor 114, dem Einlasstemperatursensor 116 und dem Filtertemperatursensor 118 gekoppelt. Außerdem berechnet die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 in der beispielhaften Ausführungsform einen Differenzdruck über dem Filter 104, indem sie einen Druckwert, den sie von dem Einlassdrucksensor 112 empfangen hat (hier nachfolgend als ein „Einlassdruckwert” bezeichnet) von einem Druckwert subtrahiert, den sie von dem Filterdrucksensor 114 empfangen hat (hier nachfolgend als ein „Filterdruckwert” bezeichnet). Die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 kann ferner eine Differenztemperatur über dem Filter 104 berechnen, indem sie einen Temperaturwert, den sie von dem Einlasstemperatursensor 116 empfangen hat (hier nachfolgend als ein „Einlasstemperaturwert” bezeichnet), von einem Temperaturwert subtrahiert, den sie von dem Filtertemperatursensor 118 empfangen hat (hier nachfolgend als ein „Filtertemperaturwert” bezeichnet). In einer Ausführungsform kann die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Sorptionsmittelinjektionsrate wenigstens teilweise auf der Basis des berechneten Differenzdrucks und/oder der berechneten Differenztemperatur an dem Filter 104 steuern.
Außerdem enthält der Schacht 16 in der beispielhaften Ausführungsform wenigstens einen Schachtemissionsanalysator 120, der mit der Sorptionsmittelinjektionssteuerung gekoppelt ist, um bei der Bestimmung einer oder mehrerer Emissionscharakteristika der ausgegebenen Rauchgase verwendet zu werden. In einer Ausführungsform kann die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Sorptionsmittelinjektionsrate wenigstens teilweise auf der Basis der ermittelten Emissionscharakteristika der ausgegebenen Rauchgase steuern. Zum Beispiel kann die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Sorptionsmittelinjektionsrate auf der Basis einer beliebigen Kombination von Werten und/oder Signalen steuern, die von der Reinigungsvorrichtung 106, dem Einlassdrucksensor 112, dem Filterdrucksensor 114, dem Einlasstemperatursensor 116, dem Filtertemperatursensor 118, dem Schachtemissionsanalysator 120 und/oder einer beliebigen sonstigen Vorrichtung empfangen wird, die dem Energieerzeugungssystem 10 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
Alternativ kann das Schadstoffentfernungssystem 100 mehrere Konvektionsdurchgänge 50 zur Leitung mehrerer Rauchgasströme zu der Partikelkontrollvorrichtung 14 enthalten. In einer derartigen Konfiguration enthalten alle Konvektionsdurchgänge 50 gesonderte Sorptionsmittelinjektoren 60, Einlassdrucksensoren 112 und/oder Einlasstemperatursensoren 116, die mit gesonderten Sorptionsmittelinjektionssteuerungen 102 gekoppelt sind. Außerdem können gesonderte Filter 104, Filterdrucksensoren 114 und/oder Filtertemperatursensoren 118 in Strömungsverbindung mit jedem Konvektionsdurchgang 50 angeschlossen sein, und jeder Filter 104 kann mit einer jeweiligen Reinigungsvorrichtung 106 versehen sein. An sich kann jede Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 jeden jeweiligen Sorptionsmittelinjektor 60 unabhängig von jedem anderen Sorptionsmittelinjektor 60 steuern, um z. B. zu ermöglichen, dass eine Sorptionsmittelmenge, die in jeden Konvektionsdurchgang 50 eingespritzt wird, unabhängig eingestellt wird.
Während des Betriebs wird Rauchgas in der beispielhaften Ausführungsform zu der Partikelkontrollvorrichtung 14 über den Konvektionsdurchgang 50 geleitet. Das Sorptionsmittel und/oder das Kühlmittel wird in den Rauchgas durch den Sorptionsmittelinjektor 60 und/oder den Kühlmittelinjektor 70 injiziert. Das Sorptionsmittel wird in dem Rauchgas mitgeführt und in die Partikelkontrollvorrichtung 14 geleitet. Das Gebläse 110 saugt das Abgas durch den Filter 104 hindurch und in den Schacht 16 hinein. Während das Abgas durch den Filter 104 geleitet wird, wird das Sorptionsmittel auf dem Filter 104 abgeschieden und/oder durch diesen zurückgehalten. Während sich das Sorptionsmittel an dem Filter 104 ansammelt, steigt der Differenzdruck über dem Filter 104. Der Einlassdrucksensor 112 und der Filterdrucksensor 114 übertragen Druckmesswerte zu der Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 zur Verwendung bei der Berechnung des Differenzdrucks und/oder zur Verwendung bei der Steuerung der Sorptionsmittelinjektionsrate. Außerdem übertragen der Einlasstemperatursensor 116 und der Filtertemperatursensor 118 Temperaturmesswerte von dem Rauchgas und/oder der Umgebungstemperaturen innerhalb des Konvektionsdurchganges 50 und innerhalb der Partikelkontrollvorrichtung 14 zu der Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 zur Messung der Differenztemperatur.
Während das Rauchgas durch den Filter 104 geleitet wird, reagiert Quecksilber, das in dem Rauchgas mitgeführt wird, mit dem Sorptionsmittel, das sich an dem Filter 104 angesammelt hat, so dass eine Quecksilbermenge innerhalb des Rauchgases deutlich reduziert ist, nachdem das Rauchgas den Filter 104 verlässt. Während das Rauchgas durch den Schacht 16 ausgegeben wird, detektiert der Schachtemissionsanalysator 120 Emissionscharakteristika des Rauchgases und überträgt die erfassten Emissionscharakteristika zu der Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102.
Außerdem steuert die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 in einer Ausführungsform einen Reinigungszyklus der Reinigungsvorrichtung 106 unter Verwendung eines vordefinierten oberen Drucksollwertes und eines vordefinierten unteren Drucksollwertes. Insbesondere ist die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 mit einem vordefinierten oberen und einem vordefinierten unteren Drucksollwert programmiert. Wenn die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 feststellt, dass der Differenzdruck den oberen Drucksollwert überschreitet, weist die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Reinigungsvorrichtung 106 an, einen Reinigungszyklus einzuleiten. Während des Reinigungszyklus leitet die Reinigungsvorrichtung 106 Impulse von Hochdruckluft zu dem Filter 104 hin, um ein Entfernen akkumulierten Sorptionsmittels und anderer Partikel zu ermöglichen. Während die Partikel aus dem Filter 104 entfernt werden, wird der Differenzdruck reduziert. Wenn die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 feststellt, dass der Differenzdruck bis unter den unteren Drucksollwert reduziert ist, weist die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Reinigungsvorrichtung 106 an, den Reinigungszyklus zu beenden.
In der beispielhaften Ausführungsform passt die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 die Sorptionsmittelinjektionsrate auf der Basis des Zustands der Reinigungsvorrichtung 106, wie beispielsweise auf der Basis des Status des Reinigungszyklus, an. Insbesondere erhöht die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 in der beispielhaften Ausführungsform die Sorptionsmittelinjektionsrate auf eine vordefinierte maximale Injektionsrate, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist, nachdem der Reinigungszyklus beendet worden ist. Die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 reduziert, beispielsweise reduziert zunehmend, die Sorptionsinjektionsrate danach, bis die Sorptionsmittelinjektionsrate eine vorbestimmte minimale Injektionsrate erreicht und/oder bis ein weiterer Reinigungszyklus initiiert wird. Insbesondere nimmt die Sorptionsmittelinjektionsrate in der beispielhaften Ausführungsform zunehmend ab, wenn der Differenzdruck steigt. In einer Ausführungsform hält die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 für den Fall, dass die Sorptionsmittelinjektionsrate die vorbestimmte minimale Injektionsrate erreicht, die Sorptionsmittelinjektionsrate auf der minimalen Injektionsrate aufrecht. Außerdem wird, wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben, in alternativen Ausführungsformen die Sorptionsmittelinjektionsrate erhöht, bevor ein Reinigungszyklus initiiert wird oder während ein Reinigungszyklus gerade durchgeführt wird.
3 zeigt eine graphische Darstellung eines beispielhaften Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus 200, der durch die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 verwendet werden kann, um eine Injektionsrate des Sorptionsmittelinjektors 60 einzustellen (die beide in 2 veranschaulicht sind). In der beispielhaften Ausführungsform kennzeichnet die Ordinatenachse der 3 eine Sorptionsmittelmenge 202, die in den (in 2 veranschaulichten) Konvektionsdurchgang 50 auf der Basis eines von der Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 empfangenen Eingangssignals injiziert wird. Die Abszissenachse kennzeichnet eine Zeit 204, während der die Sorptionsmittelmenge 202 injiziert wird. Demgemäß veranschaulicht 3 eine Sorptionsmittelinjektionsrate 206 des (in 2 veranschaulichten) Schadstoffentfernungssystems 100.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 im Wesentlichen maximiert, nachdem ein Reinigungszyklusbeendigungszeitpunkt 208 der (in 2 veranschaulichten) Reinigungsvorrichtung 106 verstrichen ist. Nachdem die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 eine vorbestimmte maximale Injektionsrate 210 erreicht, wird die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 reduziert, bis eine vorbestimmte minimale Injektionsrate 212 erreicht wird. In der beispielhaften Ausführungsform tritt die minimale Injektionsrate 212 im Wesentlichen im oder in der Nähe des Reinigungszyklusbeendigungszeitpunkts 208 auf. Außerdem wird in der beispielhaften Ausführungsform die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 reduziert, wenn der Differenzdruck über dem Filter 104 steigt und/oder wenn ein erfasstes Quecksilberemissionsniveau sinkt. An sich ist die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 in der beispielhaften Ausführungsform zu dem Differenzdruck über dem Filter 104 umgekehrt proportional, nachdem die maximale Injektionsrate 210 erreicht wird, und/oder zu dem erfassten Quecksilberemissionswert umgekehrt proportional.
Alternativ kann die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 auf im Wesentlichen null reduziert werden, wenn ein Reinigungszyklusinitiierungszeitpunkt 214 erreicht wird, und/oder in einem vorbestimmten Zeitpunkt, bevor der Reinigungszyklusinitiierungszeitpunkt 214 erreicht wird. Außerdem sollte erkannt werden, dass, während 3 eine Sorptionsmittelinjektionsrate 206 veranschaulicht, die die Gestalt einer im Wesentlichen sägezahnförmigen Wellenform aufweist, die Sorptionsmittelinjektionsrate 206 eine beliebige Gestalt oder Neigung aufweisen kann, die dem Schadstoffentfernungssystem 100 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
4 zeigt eine graphische Darstellung eines alternativen Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus 300, der durch die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 verwendet werden kann, um eine Injektionsrate des Sorptionsmittelinjektors 60 einzustellen (die beide in 2 veranschaulicht sind). 5 zeigt eine graphische Darstellung eines weiteren alternativen Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus 400, der verwendet werden kann, um eine Injektionsrate des Sorptionsmittelinjektors 60 einzustellen.
In der in 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist eine Sorptionsmittelinjektionsrate 302 des (in 2 veranschaulichten) Schadstoffentfernungssystems 100 dargestellt, die eine vorbestimmte minimale Injektionsrate 304 erreicht und bis zu einer vorbestimmten maximalen Injektionsrate 306 während einer Zeitspanne zwischen dem Reinigungszyklusinitiierungszeitpunkt 214 und dem Reinigungszyklusbeendigungszeitpunkt 208 steigt. Demgemäß wird das Sorptionsmittel in den (in 2 veranschaulichten) Konvektionsdurchgang 50 injiziert, während ein Reinigungszyklus der Reinigungsvorrichtung 106 gerade durchgeführt wird. An sich sollte wenigstens ein Teil des Sorptionsmittels während des Reinigungszyklus und unmittelbar nach der Beendigung des Reinigungszyklus an dem Filter 104 vorhanden sein, um in der Lage zu sein, dem Quecksilber zu ermöglichen, während des gesamten Betriebs des Schadstoffentfernungssystems 100 entfernt zu werden.
In der in 5 veranschaulichten Ausführungsform ist eine Sorptionsmittelinjektionsrate 402 des Schadstoffentfernungssystems 100 veranschaulicht, die eine vorbestimmte minimale Injektionsrate 404 erreicht und auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate 406 vor dem Reinigungszyklusinitiierungszeitpunkt 214 ansteigt. Demgemäß wird das Sorptionsmittel in den (in 2 veranschaulichten) Konvektionsdurchgang 50 injiziert, bevor ein Reinigungszyklus der Reinigungsvorrichtung 106 initiiert wird. An sich wird wenigstens einem Teil des Sorptionsmittels ermöglicht, während des Reinigungszyklus und unmittelbar nach der Beendigung des Reinigungszyklus an dem Filter 104 vorhanden zu sein, so dass Quecksilber ermöglicht wird, während des gesamten Betriebs des Schadstoffentfernungssystems 100 entfernt zu werden.
6 zeigt eine graphische Darstellung eines noch weiteren alternativen Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus 500, der durch die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 verwendet werden kann, um eine Injektionsrate des Sorptionsmittelinjektors 60 einzustellen (die beide in 2 veranschaulicht sind). In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform ist eine Sorptionsmittelinjektionsrate 502 des (in 2 veranschaulichten) Schadstoffentfernungssystems 100 veranschaulicht, die eine vorbestimmte maximale Injektionsrate 504 erreicht, nachdem ein Reinigungszyklus der Reinigungsvorrichtung 106 geendet hat (das heißt nach einem Reinigungszyklusbeendigungszeitpunkt 208). Außerdem wird die Sorptionsmittelinjektionsrate 502 auf der maximalen Injektionsrate 504 für eine vorbestimmte Zeitdauer 506 gehalten, um eine schnelle Ansammlung des Sorptionsmittels an dem Filter 104 zu ermöglichen, nachdem der Reinigungszyklus geendet hat. Nachdem die vorbestimmte Zeitdauer 506 verstrichen ist, wird die Sorptionsmittelinjektionsrate 502 auf eine vorbestimmte minimale Injektionsrate 508, wie beispielsweise auf im Wesentlichen null, reduziert, bis ein nachfolgender Reinigungszyklus geendet hat. An sich wird einem Sorptionsmittel ermöglicht, schnell an dem Filter 104 erneut platziert zu werden, nachdem der Reinigungszyklus geendet hat, so dass eine Quecksilberemissionsmenge infolge des Reinigungszyklus deutlich minimiert wird.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Rauchgasstrom. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Verfahren 600 durch das Schadstoffentfernungssystem 100 ausgeführt und wird wenigstens teilweise durch die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 ausgeführt (wie sie beide in 2 veranschaulicht sind). In der beispielhaften Ausführungsform enthält das Verfahren 600 ein Empfangen 602 eines Rauchgasstroms, der mehrere darin mitgeführte Schadstoffe enthält, und Leiten 604 des Rauchgasstroms durch wenigstens einen Filter, wie beispielsweise den (in 2 veranschaulichten) Filter 104. Ein Reinigungszyklus wird durch eine Reinigungsvorrichtung, wie beispielsweise die (in 2 veranschaulichte) Reinigungsvorrichtung 106, ausgeführt, 606, um Partikel aus dem Filter zu entfernen. Es wird ein Sorptionsmittel in gesteuerter Weise in den Rauchgasstrom derart injiziert, 608, dass das Sorptionsmittel wenigstens teilweise durch den Filter zurückgehalten wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Sorptionsmittel in gesteuerter Weise durch den (in 2 veranschaulichten) Sorptionsmittelinjektor 60 injiziert, 608, und eine Sorptionsmittelinjektionsrate wird durch die Sorptionsmittelinjektionssteuerung 102 gesteuert. Außerdem basiert die Sorptionsmittelinjektionsrate in der beispielhaften Ausführungsform auf einem Zustand des Reinigungszyklus.
In einer Ausführungsform wird die Sorptionsmittelinjektionsrate nach einer Beendigung des Reinigungszyklus erhöht, und die Sorptionsmittelinjektionsrate kann zunehmend verringert werden, nachdem die Sorptionsmittelinjektionsrate eine maximale Injektionsrate erreicht hat. In einer anderen Ausführungsform wird die Sorptionsmittelinjektionsrate nach einer Beendigung des Reinigungszyklus auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate erhöht. Die Sorptionsmittelinjektionsrate wird für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten und wird auf eine vorbestimmte minimale Injektionsrate verringert, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Sorptionsmittelinjektionsrate vergrößert werden, bevor, während oder nachdem ein Reinigungszyklus initiiert, durchgeführt wird oder beendet worden ist.
Bekannte Partikelentfernungssysteme injizieren ein Sorptionsmittel mit einer konstanten Rate oder mit einer variablen Rate basierend auf Emissionscharakteristika. Derartige Systeme können erhöhte Quecksilberemissionen aufweisen, wenn die Schlauchfilter gereinigt werden. Im Gegensatz hierzu steuert das (in 2 veranschaulichte) Schadstoffentfernungssystem 100 in der vorliegenden Erfindung eine Injektion des Sorptionsmittels auf der Basis einer Reinigungszykluszeit und/oder auf der Basis eines Differenzdrucks über dem (in 2 veranschaulichten) Filter 104. Als solches wird ermöglicht, dass im Vergleich zu bekannten Partikelentfernungssystemen mehr Sorptionsmittel an dem Filter 104 vorhanden ist, nachdem ein Filterreinigungszyklus geendet hat, um eine Absorption von Quecksilber aus den Rauchgasen zu unterstützen.
Ein technischer Effekt der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren enthält wenigstens einen von: (a) Empfangen eines Rauchgasstroms, einschließlich mehrerer darin mitgeführter Schadstoffe; (b) Leiten eines Rauchgasstroms durch wenigstens einen Filter; (c) Ausführen eines Reinigungszyklus, um Partikel aus einem Filter zu entfernen; und (d) gesteuertes Injizieren eines Sorptionsmittels in einen Rauchgasstrom, so dass das Sorptionsmittel wenigstens teilweise durch einen Filter zurückgehalten wird, wobei eine Sorptionsmittelinjektionsrate auf einem Zustand des Reinigungszyklus basiert.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ergeben ein effizientes und kostengünstiges Schadstoffentfernungssystem für ein Energieerzeugungssystem. Das Schadstoffentfernungssystem enthält wenigstens einen Filter und eine Reinigungsvorrichtung, die einen Reinigungszyklus an dem Filter durchführt, um Partikel zu entfernen, die darin aufgestaut worden sind. Eine Sorptionsmittelinjektionssteuerung steuert und/oder passt eine Sorptionsmittelinjektionsrate eines Sorptionsmittelinjektors an, um Quecksilber und/oder andere Schadstoffe aus einem Rauchgasstrom zu absorbieren, der durch den Filter geleitet wird. Die Sorptionsmittelinjektionsrate wird auf der Basis eines Zustands des Reinigungszyklus, auf der Basis eines Differenzdrucks über dem Filter und/oder auf der Basis von Emissionscharakteristika des Rauchgases, während das Gas aus dem Schadstoffentfernungssystem ausgegeben wird, gesteuert und/oder eingestellt.
Beispielhafte Ausführungsformen eines Verfahrens und von Systemen zur Verwendung bei der Entfernung von Schadstoffen aus einem Fluidstrom sind vorstehend im Einzelnen beschrieben. Das Verfahren und die Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten der Systeme und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und gesondert von anderen Komponenten und/oder Schritten, wie sie hierin beschrieben sind, verwendet werden können. Zum Beispiel kann das Schadstoffentfernungssystem auch in Verbindung mit anderen Energiesystemen und Verfahren verwendet werden, und es ist nicht darauf beschränkt, lediglich mit dem Energieerzeugungssystem, wie es hierin beschrieben ist, in die Praxis umgesetzt zu werden. Vielmehr kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Energiesystemanwendungen realisiert und genutzt werden.
Obwohl spezielle Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen veranschaulicht sein können und in anderen nicht, ist dies nur der Einfachheit wegen. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Verbindung mit jedem beliebigen Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es ist ein Schadstoffentfernungssystem zur Verwendung bei einem Energieerzeugungssystem 10 geschaffen. Das Schadstoffentfernungssystem enthält eine Partikelkontrollvorrichtung 14, die konfiguriert ist, um Partikel aus einem Rauchgasstrom zu entfernen, der in dem Energieerzeugungssystem erzeugt wird, wobei die Partikelkontrollvorrichtung mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt wird, und ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate 206 in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus anzupassen.
Bezugszeichenliste

10: Energieerzeugungssystem
12: Ofen
14: Partikelkontrollvorrichtung
16: Abgasschacht
16: Schacht
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: Nachverbrennungsbrennstoffinjektor
42: Brennstoffabsperrventile
44: Brennstoffeinlass
46: Rauchgase
48: Wärmetauscher
50: Konvektionsdurchgang
52: Einlass
54: Auslass
60: Sorptionsmittelinjektor
70: Kühlmittelinjektor
100: Schadstoffentfernungssystem
102: Sorptionsmittelinjektionssteuerung
104: Filter
106: Reinigungsvorrichtung
108: Trichter
110: Gebläse
112: Einlassdrucksensor
114: Filterdrucksensor
116: Einlasstemperatursensor
118: Filtertemperatursensor
120: Schachtemissionsanalysator
200: Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus
202: Sorptionsmittelmenge
204: Zeit
206: Sorptionsmittelinjektionsrate
208: Reinigungszyklusbeendigungszeitpunkt
210: Maximale Injektionsrate
212: Minimale Injektionsrate
214: Reinigungszyklusinitiierungszeitpunkt
300: Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus
302: Sorptionsmittelinjektionsrate
304: Minimale Injektionsrate
306: Maximale Injektionsrate
400: Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus
402: Sorptionsmittelinjektionsrate
404: Minimale Injektionsrate
406: Maximale Injektionsrate
500: Sorptionsmittelinjektionssteueralgorithmus
502: Sorptionsmittelinjektionsrate
504: Maximale Injektionsrate
506: Vorbestimmte Zeitdauer
508: Minimale Injektionsrate
600: Verfahren
602: Empfangen eines Rauchgasstroms mit mehreren darin mitgeführten Schadstoffen
604: Leiten des Rauchgasstroms durch wenigstens einen Filter
606: Ausführen eines Reinigungszyklus, um Partikel aus dem Filter zu entfernen
608: Gesteuertes Injizieren eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom, so dass das Sorptionsmittel durch den Filter wenigstens teilweise zurückgehalten wird, wobei eine Sorptionsmittelinjektionsrate auf einem Zustand des Reinigungszyklus basiert.

Claims

Schadstoffentfernungssystem zur Verwendung bei einem Energieerzeugungssystem (10), wobei das Schadstoffentfernungssystem aufweist: eine Partikelsteuervorrichtung (14), die konfiguriert ist, um Partikel aus einem Rauchgasstrom zu entfernen, der innerhalb des Energieerzeugungssystems erzeugt wird, wobei die Partikelkontrollvorrichtung mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt wird; und ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate (206) in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus einzustellen.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 1, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um: die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate (210) zu erhöhen; und die Sorptionsmittelinjektionsrate zu verringern, nachdem die vorbestimmte maximale Injektionsrate erreicht wird.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 2, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) auf die vorbestimmte maximale Injektionsrate (210) zu erhöhen, nachdem der Reinigungszyklus geendet hat.
Schadstoffentfernungssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1–3, wobei die Partikelkontrollvorrichtung (14) wenigstens einen Filter (104) aufweist, wobei der Rauchgasstrom wenigstens teilweise durch den wenigstens einen Filter geleitet wird.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 4, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) auf der Basis eines Differenzdrucks über dem wenigstens einen Filter (104) einzustellen.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 5, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) im Wesentlichen umgekehrt proportionale zu dem Differenzdruck einzustellen, nachdem die Sorptionsmittelinjektionsrate eine vorbestimmte maximale Injektionsrate (210) erreicht.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 1, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate (206) zu erhöhen, nachdem der Reinigungszyklus initiiert und bevor der Reinigungszyklus beendet worden ist.
Schadstoffentfernungssystem nach Anspruch 1, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um: die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) nach einer Beendigung des Reinigungszyklus auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate (210) zu erhöhen; die Sorptionsmittelinjektionsrate für eine vorbestimmte Zeitdauer (204) aufrechtzuerhalten; und die Sorptionsmittelinjektionsrate auf eine vorbestimmte minimale Injektionsrate (212) zu verringern, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
Energieerzeugungssystem (10), das aufweist: einen Ofen, der konfiguriert ist, um einen Brennstoff (30) zu verbrennen und um einen Strom eines Rauchgases (46) aus dem verbrannten Brennstoff zu erzeugen; eine Partikelkontrollvorrichtung, die in Strömungsverbindung mit dem Ofen angeschlossen und konfiguriert ist, um Partikel aus dem Rauchgasstrom zu entfernen, wobei die Partikelkontrollvorrichtung (14) mit einem vorbestimmten Reinigungszyklus gereinigt wird; und ein Sorptionsmittelsteuersystem zur steuerbaren Injektion eines Sorptionsmittels in den Rauchgasstrom stromaufwärts von der Partikelkontrollvorrichtung, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um eine Sorptionsmittelinjektionsrate (206) in Abhängigkeit von dem Reinigungszyklus einzustellen.
Energieerzeugungssystem (10) nach Anspruch 9, wobei das Sorptionsmittelsteuersystem konfiguriert ist, um: die Sorptionsmittelinjektionsrate (206) auf eine vorbestimmte maximale Injektionsrate (210) zu erhöhen; und die Sorptionsmittelinjektionsrate zu verringern, nachdem die vorbestimmte maximale Injektionsrate erreicht ist.