JP6149038B2 - 乾式スクラバーへの非定常状態中の乾式吸着剤注入 - Google Patents
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この出願は、２０１１年９月２９日付け出願の米国仮特許出願第６１／５４０，８０６号に対する優先権を主張する。この出願の開示はその全体の参照によりここに完全に組み込まれる。
この出願は、２０１１年９月２９日付け出願の米国仮特許出願第６１／５４０，８０６号に対する優先権を主張する。この出願の開示はその全体の参照によりここに完全に組み込まれる。
本開示は、一般に、始動、停止、誤動作及び他の混乱期間中に乾式スクラバー煙道ガス脱硫システムを使用して、燃焼中に生成される煙道ガスから微粒子及び他の汚染物質を除去することに関する。特に、この開示は、燃焼システムで又は非定常状態中に汚染物質形成化石燃料を使用する前に、ガス流中に乾式吸着剤を注入することにより、好ましくは、該ガス流を噴霧乾燥吸着装置（噴霧乾燥アブソーバ）に通して吸着剤をバグハウスに分散させることにより、二酸化硫黄(SO2)、三酸化硫黄(SO3)、ＨＣｌ、及び他の酸性気体を捕獲するための新規かつ有益な方法及びシステムに関する。
燃焼中、燃料の化学エネルギーは熱に転換され、これが異なる用途に種々の形態で使用され得る。燃焼プロセスで使用される燃料は、石炭、油(ディーゼル、Ｎｏ．２、バンカーＣ又はＮｏ．６)、天然ガス、木、タイヤ、バイオマス等を含む広範な固体、液体及びガス状物質を包含する。
燃焼は、燃料を多くの化合物へと変換する。水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)が完全燃焼の主な生成物である。しかしながら、燃料の化学成分との他の燃焼反応は、望ましくない副産物をもたらす。使用される燃料により、そのような副産物は、微粒子（例えばフライアッシュ）、硫黄酸化物(SOx)又は一酸化窒素(NOx)等の酸性気体、水銀又はヒ素等の金属、一酸化炭素(CO)、及び炭化水素(HC)を含み得る。これらの副産物の多くの排出レベルは、米国環境保護庁（ＥＰＡ）等の政府事業体により規制されている。
煙道ガスからそのような副産物を除去するためのいくつかの異なる技術が存在する。噴霧乾燥化学吸着又は乾式スクラビングとして知られている一つの方法において、微細に噴霧化された水性アルカリ溶液又はスラリーは、燃料が燃焼された燃焼室の下流で煙道ガス中に噴霧される。該アルカリ試薬は汚染物質と反応し、微粒子が形成される。水は蒸発し、ホット煙道ガスを冷却する。出て行く清浄な煙道ガスは、一般に、約１０％〜約１５％の含水率を有する。次いで、煙道ガスは、一般にバグハウスである微粒子収集機器へと進行し、ここで、微粒子が煙道ガスから除去され、煙道ガスは次いでスタックへと送られる。
例えば炉を有するボイラー等の燃焼システムが、周囲温度等のコールド状態から始動される場合、炉は、通常、天然ガス又はディーゼル（No.２）油を燃やし、石炭に切り換える前にボイラーを「ウォームアップ」する。石炭を燃やし始めることができる前に、約４００°Ｆ〜約５００°Ｆの炉温度が必要である。種々の始動条件及び安全要求のため、炉は、定常状態運転を獲得する前に数回、始動及び停止され得る。完全な始動を終えるのに、遭遇する問題に応じて、８時間〜２日までかかり得る。
乾式スクラビング脱硫法は低温では十分に機能しない。特に、煙道ガスの温度は、噴霧乾燥吸着装置を使用するために一般に少なくとも２２０°Ｆになる必要があり、これにより水が完全に蒸発され得る。始動中、噴霧乾燥吸着装置に進む煙道ガスの温度は、この閾値温度未満であり得るが、それでもSOx及び他の汚染物質は依然として作り出されている。加えて、炉は、一般に、噴霧乾燥吸着装置内で煙道ガスが２２０°Ｆの温度に到達する前に、４００°Ｆ〜５００°Ｆの石炭作動温度に達する。これは、始動中、より大きいSOx排出をもたらす。加えて、バグハウスは、一般に、かなりのアルカリ材料を蓄積させてかなりのSO2の除去を実現するため、噴霧乾燥吸着装置が始動した後、３０〜６０分の作動が必要である。
以前は、排出規制は、例えば始動、停止、及び動作不良等の「混乱」期間を含んでいなかった。しかしながら、管理規制の高まりのため、そのような排出を低減することが望ましいであろう。始動中にそのような排出を減らすことができる方法が非常に有益であろう。
脱硫のために乾式スクラバーを使用する汚染制御システムの始動、停止又は動作不良等の非定常状態作動状態中にSOx排出を低減するための種々の方法及びシステムがここに開示される。手短に言えば、例えば燃焼室がウォーミングアップしている際等の燃焼室が依然として標準作動温度未満である間、及び／又は、噴霧乾燥吸着装置がその閾値温度２２０°Ｆ未満である間、乾式水酸化カルシウム粉末が煙道ガス中に注入される。粉末は、好ましくは噴霧乾燥吸着装置の上流でシステム中に注入される。結果として生じた水酸化カルシウム粉末は、次いで、SOx排出を低減するのに有益な濾過ケーキを形成するために下流のハグハウスで集められる。
燃焼システムの燃焼室の始動等、燃焼システムの混乱期間中に燃焼排出を低減するための方法が実施形態に開示される。燃焼システムは、燃焼室から噴霧乾燥吸着装置を通って、噴霧乾燥吸着装置の下流のバグハウスへと延びるガス流路を有する。同伴ガス(これは煙道ガスであり得る)はガス流路を流れる。乾式水酸化カルシウム粉末は、典型的には空気である移送ガス中に混合され、燃焼室の下流でかつバグハウスの上流の注入地点まで空気圧により移送される。ここで、乾式水酸化カルシウム粉末は、ガス流路内の同伴ガスに（例えば注入により）吹き付けられ、該ガスと混合される。噴霧乾燥吸着装置内の同伴ガス中に水が噴霧されて同伴ガスを加湿し、また同伴ガスの温度を下げる。水酸化カルシウム粉末は、燃焼排出を低減する濾過ケーキを形成するためにバグハウス内に堆積させられる。濾過ケーキの形成は、噴霧乾燥吸着装置内での石灰スラリーの噴霧を伴うことなく生じ、これは、２２０°Ｆを上回る温度でのみ起こり得る。
特定の実施形態において、注入地点と噴霧乾燥吸着装置との間で同伴ガスには液体は全く加えられない。
噴霧乾燥吸着装置内の同伴ガス中に噴霧される水は、バグハウスから固体をリサイクルするためのリサイクルシステムからもたらされ得る。より少ない固体が始動時にリサイクルされているため、リサイクルシステムは、水又はスラリーを提供し得る。
時には、ガス流路は、燃焼室と噴霧乾燥吸着装置との間に位置付けられる空気予熱器を通って延びる。注入地点は、空気予熱器と噴霧乾燥吸着装置との間に位置付けられ得る。あるいは、注入地点は、空気予熱器の上流にある。粒子収集機器はまた、空気予熱器と噴霧乾燥吸着装置との間に位置付けられ得、注入地点は粒子収集機器の下流にある。
注入地点は、噴霧乾燥吸着装置とバグハウスとの間にあり得る。
噴霧乾燥吸着装置の下流のバグハウスは、パルスジェット繊維フィルター又はリバースガス繊維フィルターであり得る。
動作不良等のいくつかの混乱状態において、噴霧乾燥吸着装置中に噴霧された水は、単なる水（すなわちH2O）の形態、又は石灰スラリー(すなわち、水プラス水酸化カルシウム)の形態であり得る。水は、バグハウスから固体をリサイクルするためのリサイクルシステムからもたらされ得、又は、噴霧器が作動していない場合、補助ノズルを通じてもたらされ得る。ある実施形態において、噴霧乾燥吸着装置に入る煙道ガスは、約１４０°Ｆ〜約２１０°Ｆの温度を有する。一般に、噴霧乾燥吸着装置に入る同伴ガスは、２２０°Ｆ未満の温度を有する。
燃焼室は、４００°Ｆ未満の温度を有し得る。実施形態において、同伴ガスは、特に燃焼室の始動中に、燃焼室を出る煙道ガスである。しかしながら、該方法は、停止中、すなわち同伴ガスの温度が時間とともに低下する時でも使用可能である。
非定常状態作動状態中に燃焼室によって生成される煙道ガスにおける汚染物質を捕獲するための方法も開示される。乾式水酸化カルシウム粉末は、燃焼室の下流でかつ噴霧乾燥吸着装置の上流の注入地点で煙道ガス中に混合される。水は、噴霧乾燥吸着装置内の煙道ガス中に噴霧されて煙道ガスを加湿し、煙道ガスの温度を下げる。煙道ガスは、次いで、噴霧乾燥吸着装置の下流のバグハウスに通される。水酸化カルシウム粉末は、煙道ガスにおける汚染物質を捕獲する濾過ケーキを形成するためにバグハウスに堆積させられる。
これらの及び他の非限定的特徴が以下により具体的に記述される。
以下は、図面の簡単な説明であり、これらは、ここに開示された例示的実施形態を説明するために提供され、例示的実施形態に限定するためのものではない。
添付図面を参照することにより、ここに開示される構成要素、方法及び装置のより完全な理解が得られる。これらの図面は、便宜的で本開示の実施の簡易さに基づく単なる概略図であり、そのため、本開示の機器又は構成要素の相対的な規模及び寸法を示すこと、及び／又は、模範的な実施形態の範囲を定義しもしくは制限することを企図しない。
明瞭にするために以下の記述では特定の用語が用いられるが、これらの用語は、図面での例示のために選択された実施形態の特定の構造のみに言及することを企図し、開示の範囲を定義又は制限することを企図しない。図面及び以下の記述において、同様の数字指定は同様の機能の構成要素を指すことが理解されるべきである。
単数形、「a」、「an」及び「the」は、文脈が明らかに他の態様を要求する場合を除き、複数の指示対象を含む。
明細書及び特許請求の範囲で用いられる際、用語「備える（含む）」は、「から成る」及び「から本質的に成る」の実施形態を含み得る。
ここに開示されるすべての範囲は、引用された端点を含み、また、独立に組み合わせることができる（例えば、「２５０°Ｆ〜４００°Ｆ」は、端点２５０°Ｆ及び４００°Ｆ、及びすべての中間値を含む）。範囲の端点及びここに開示したいかなる値もまさにその範囲又は値には限定されない。それらは、十分に厳密ではなく、それらの範囲及び／又は値に近い値を含む。
ここで用いられる際、変化し得るいかなる量的表現も、量的表現が関連する基本機能に変化をもたらすことなく修飾するために、近似言葉が適用され得る。従って、いくつかのケースでは、一つ又は複数の用語、例えば「約」及び「実質的」等によって修飾された値は、まさにその明記された値に限定されるわけではない。少なくともいくつかの例では、近似言葉は、値を測定するための器具の精度に対応し得る。修飾語「約」は、二つの端点の絶対値によって定義される範囲をも開示するものと考えられるべきである。例えば、表現「約２〜約４」は２〜４の範囲をも開示する。
用語「消石灰」は水酸化カルシウムのことをいい、Ca(OH)2としても知られる。ここで用いる用語「水酸化」は、分子水が存在することを意味しない。
用語「石灰スラリー」は、水酸化カルシウムと水との混合物を意味するように用いられる。他のカルシウム吸着剤は、例えば、石灰石又は生石灰を含む。用語「石灰岩」は、炭酸カルシウムのことをいい、CaCO3としても知られる。用語「生石灰」は、酸化カルシウム、CaOを意味する。
本開示は、他の構成要素の「上流」及び「下流」である構成要素に言及する。これら二つの用語は、別の指定された構成要素に対し相対的である。ある与えられた構成要素は、流路がある指定された構成要素を通過する前に上記与えられた構成要素を通過する場合、上記指定された構成要素の「上流」である。同様に、ある与えられた構成要素は、流路がある指定された構成要素を通過した後に上記与えられた構成要素を通過する場合、上記指定された構成要素の「下流」である。
本開示は、脱硫のための乾式スクラバーを使用する汚染制御システムにおける非定常状態作動状態（すなわち不調期間又は不調状態）中にSOx排出を低減するための種々の方法及びシステムに関する。非常に一般的に、煙道ガスは、燃料が燃やされる燃焼室を含む燃焼システムによって発生する。次いで、燃焼室が非定常状態作動状態にある間に乾式水酸化カルシウム粉末が煙道ガスに注入される。該粉末は噴霧乾燥吸着装置の上流に注入される。結果として生じる水酸化カルシウム粉末は、次に、下流バグハウスに集められ、SOx排出の低減に有益な濾過ケーキを形成する。
一般に、そのような方法は燃焼が生じるどのようなシステムでも使用可能であると考えられる。燃焼は、例えば、動力の生成、ある製品の製造又は単に所与の燃料を焼却するため等、どのような目的でも用いられ得る。本方法が適用され得る模範的な燃焼システムは、発電システムを含む。該発電システムは、燃焼室として炉を有するボイラー；セメントキルン；アーク炉；ガラス炉；製錬所（溶鉱炉）（銅、金、スズ等）；ペレタイザーロースター；高炉；コークス炉バッテリー；化学物質専焼ヒーター；精製炉；及び焼却炉（医療廃棄物、都市固形廃棄物）を使用する。用語「燃焼室」は、システム内における燃焼が生じる特定の構造のことをいう。
図１は、ボイラー１００及び下流脱硫システム１１０を有する模範的な発電システムを全体的に例示する。粉砕機１１１からの石炭等の化石燃料１１２と空気１１４が炉１０５内で燃やされ、煙道ガス１２０の発生をもたらす。煙道ガス１２０はエコノマイザー１１６を通過する。エコノマイザー１１６は、ボイラー内で使用される水を予熱して蒸気を作り出すと共に煙道ガス１２０を冷却するために使用される。エコノマイザー１１６の他の伝熱面は図示されない。煙道ガス１２０は、次いで、選択触媒還元(ＳＣＲ)システム１３０に入る。システム１３０は、煙道ガス１２０から窒素酸化物(NOx)を除去するために存在してもしなくてもよい。次に、煙道ガス１２０は空気予熱器１４０を通過する。空気予熱器１４０は、煙道ガス１２０を更に冷却すると共に、炉１０５に入る空気１１４を加熱する。空気予熱器１４０を通過後、煙道ガス１２０は、一般に、約２５０〜約４００°Ｆ(１２１〜２０４℃)の温度を有する。時には、煙道ガス１２０は、次いで、フライアッシュ及び他の大きな粒子を集める粒子収集機器１５０を通過する。煙道ガスは、乾式スクラバー又は噴霧乾燥吸着装置（噴霧乾燥アブソーバ）１６０内へと進む。ここで、噴霧アルカリスラリー１６２が煙道ガス中に噴霧され、硫黄酸化物(SOx)と反応し、煙道ガス１２０を約１４０〜約２１０°Ｆ(６０〜９９℃)の範囲へと更に冷却する。スラリーの水は蒸発させられ、結果として生じた粒子を含む清浄な煙道ガス１２０が、例えばバグハウス又は静電集塵器等の粒子収集機器１７０に送られ、煙道ガス１２０から粒子が除去される。清浄な煙道ガス１２０は、次いで、スタック１８０に送られる。所望により、粒子収集機器１７０からのリサイクル流１７２が、バグハウスからアルカリ粒子を集め、これらを水１７６とリサイクルタンク１８０内で混合してアルカリスラリー１６２を作るために使用可能である。該アルカリスラリー１６２は噴霧乾燥吸着装置１６０で用いられる。あるいは、フレッシュスラリー１６４が噴霧乾燥吸着装置１６０で用いられる。粒子はまた、参照番号１７４でここに示される廃棄のために粒子収集機器１７０から取り除かれ得る。
また、噴霧乾燥吸着装置の煙道ガスの温度は、その脱硫活動が開始できる前に、少なくとも２２０°Ｆである必要がある。加熱の唯一の源は煙道ガス自体である。燃焼システムが冷たい場合、換言すれば、燃焼室が周囲温度にある場合、噴霧乾燥吸着装置の温度は不十分である。始動、停止、誤動作及び他の混乱期間中、燃焼室は、SOx及び他の汚染物質の排出を作り出すことができ、その間、煙道ガスは２２０°Ｆ未満であり、その際、乾式スクラバーは脱硫又は他の汚染物質の除去には使用することができない。これは望ましくない結果である。
本開示の方法において、脱硫活動は、噴霧乾燥吸着装置の温度がアルカリスラリーを使用するには低すぎる期間中にバグハウスで生じ得る。用語「非定常状態」は、ここでは、そのような期間のことをいうために用いられ、そこでは噴霧乾燥吸着装置は２２０°Ｆ(約１０４℃)未満である。そのような状態は、始動、停止及びいくつかの誤作動等の混乱期間中に生じ得る。そのような状態の間、水酸化カルシウムはバグハウスに堆積され、酸の高効率除去を与え、これを高める。この点に関し、煙道ガスは、バグハウスのフィルターに形成された濾過ケーキを通過しなければならない。これは、煙道ガスとアルカリ水酸化カルシウム生成物との密な接触を提供し、濾過ケーキによる煙道ガス中の気相酸性気体(SOx等)の吸収を促進する。より一般的には、本方法は、煙道ガスから粒子を除去するために使用可能である。
本開示が企図する非定常状態作動状態は、燃焼システムの始動中である。始動中、燃焼室、脱硫システム(噴霧乾燥吸着装置を含む)、及びこれらの構成要素内部のガスは、周囲温度にある。温度は、燃焼室がその安定状態作動温度に達するまで高められる。安定状態作動温度は１０００°Ｆの高さにもなり得る。言い換えれば、燃焼室を出る煙道ガスの温度は、始動中、時間とともに上昇する。
加えて、始動中、噴霧乾燥吸着装置の煙道ガスの温度がその安定状態作動温度へと上昇する間、限られた量の水酸化カルシウムのみが噴霧乾燥吸着装置の噴霧器により煙道ガス中に噴霧され得る。これは、より低い煙道ガス温度において、煙道ガスを冷やすのにより少ない水を要するからである。この冷却は、煙道ガスを完全に飽和させるべきではない。加えて、どのようなスラリーにもアルカリ吸着剤の量には実際的な制限があり、それは、一旦スラリーが約２５％〜約３５％固体の範囲になるとアルカリスラリーが一般に高粘度を遭遇し、これが、噴霧器によるアルカリ吸着剤の注入速度を制限するポンプ動問題を引き起こすからである。噴霧乾燥吸着装置の上流で煙道ガスに乾式水酸化カルシウム粉末を加えることは、この粘性問題を回避する。必要なアルカリ度が、蒸発されなければならないスラリーの水成分を伴うことなく、煙道ガスに加えられ得る。それでも、蒸発のための噴霧器以外の手段により水が加えられ、バグハウスに持ち越され得ることに留意すべきである。
本開示が企図する別の非定常状態作動状態は、燃焼システムの停止中である。停止中、燃焼室の温度は、定常状態作動温度から周囲温度へと意図的に下げられる。言い換えれば、燃焼室を出る煙道ガスの温度は、停止中、時間とともに低下する。停止の一つの理由は、バグハウス自体に使用されるフィルターバッグを洗浄及び交換する等のメンテナンス目的であり得ることに留意すべきである。フィルターバッグ上に存在する濾過ケーキは、バグハウスに入るSO2の６３％もの除去を担うことができる。浄化又は交換の後にもかかわらず、この脱硫機能は濾過ケーキが再構築されるまで欠如する。本開示の方法の下、濾過ケーキは、アルカリスラリーを噴霧するために噴霧乾燥吸着装置が利用可能になるのを待つよりも早期かつ迅速に再構築され得る。これは、より迅速に回復しかつ全排出をより迅速に低減する脱硫機能をもたらす。目標は、煙道ガス排出が脱硫システムを出る前にフィルターバッグを水酸化カルシウムでプレコートすることである。
本開示が企図する第３の非定常状態作動状態は、燃焼システムの動作不良中であり、これは、２２０°Ｆ未満に低下された噴霧乾燥吸着装置中のガスの温度をもたらす。そのような動作不良は、一般に、非常に苛酷であり、大きな温度低下を考慮し、また、主に意図しないか及び／又は結果としてではない周囲温度への低下での停止とは異なる。
図２は、燃焼システム２００と、下流脱硫システム２１０と、乾式水酸化カルシウム粉末注入システム２９０とを有する本開示の模範的なシステムを例示する。図１と同様に、空気２１４及び粉砕機２１１からの石炭２１２が燃焼室２０５で燃焼され、結果として煙道ガス２２０が発生する。一般的に言えば、煙道ガスは、ガス流路に沿って進行する同伴ガスである。煙道ガスは、エコノマイザー２１６(エコノマイザーの上流の他の伝熱面は図示しない)、及びＳＣＲシステム２３０を通る。ＳＣＲシステム２３０は存在してもしなくてもよい、煙道ガスからNOxを除去する。煙道ガスは、空気予熱器２４０を通過し、噴霧乾燥吸着装置２６０内へと続く。所望により、任意の粒子収集機器２５０が、フライアッシュ及び他の大きい粒子を集めるために空気予熱器２４０と噴霧乾燥吸着装置２６０との間に配置され得る。噴霧乾燥吸着装置２６０において、噴霧アルカリスラリー２６２、例えば石灰スラリー等が、煙道ガスを清浄化及び冷却するために煙道ガス２２０中に噴霧される。結果として生じる清浄化された粒子を含む煙道ガス２２０は、バグハウス２７０へと運ばれ、煙道ガスから粒子が除去される。該清浄な煙道ガス２２０は、次いで、スタック２８０に送られる。所望により、バグハウス２７０からのリサイクル流２７２は、バグハウスから未反応アルカリ粒子を集め、それらをリサイクルタンク２８０内の水２７６と混合してアルカリスラリー２６２を作るために用いられ得る。アルカリスラリー２６２は噴霧乾燥吸着装置内で使用される。あるいは、フレッシュスラリー２６４は、噴霧乾燥吸着装置２６０で使用可能である。バグハウスからの粒子はまた処分され得、ここでは参照番号２７４で示される。
燃焼室２０５は、空気予熱器２４０の上流にあり、空気予熱器２４０は噴霧乾燥吸着装置２６０の上流にある。バグハウス２７０は、噴霧乾燥吸着装置２６０の下流にある。言い換えれば、噴霧乾燥吸着装置２６０は、空気予熱器２４０とバグハウス２７０との間に配置される。ＳＣＲシステム２３０は、もし存在するなら、燃焼室２０５と空気予熱器２４０間に位置付けられる。
本方法は、ガス流路２２０が燃焼システムと脱硫システムとの間に存在することを企図する。例えば煙道ガス又は通常の空気等の同伴ガスはガス硫路を流れる。乾式水酸化カルシウム粉末は、燃焼室２０５の下流でかつバグハウス２７０の上流の注入位置で同伴ガス中に注入される。水は、噴霧乾燥吸着装置２６０内の同伴ガス中へと噴霧され、煙道ガスを冷却しかつ加湿する。水酸化カルシウム粉末は、次いで、バグハウス２７０に堆積され、濾過ケーキを形成する。濾過ケーキは、排出を低減するために使用される。
濾過ケーキは、比較的多く汚染物質を生成する燃料（例えば石炭）の燃焼室２０５内への追加前に、又は、換言すれば、比較的清浄な燃料（例えば天然ガス）が燃焼室を温めるために使用されている間に、形成され得る。水酸化カルシウム粉末の注入が、そうでなければ噴霧乾燥吸着装置２６０が始動され得るよりも６０〜９０分早く開始されることが企図される。そのため、アルカリ度がバグハウス２７０をより迅速に被覆するために加えられ得、脱硫がより早期に始まる。言い換えれば、濾過ケーキは、噴霧乾燥吸着装置２６０内の水又はスラリー(すなわち、石灰スラリー、リサイクルスラリー、又はそれらの組み合わせ)の噴霧が始まる前に形成され得る。
乾式水酸化カルシウム粉末注入システム２９０は、水酸化カルシウム供給源２９２を含む。水酸化カルシウム粉末は、三つの異なる地点Ａ、Ｂ、Ｃで脱硫システム中に注入され得ることが企図される。これら三つの注入地点はすべて、燃焼室２０５の下流でかつバグハウス２７０の上流である。特に、煙道ガス／同伴ガスの温度は、消石灰の安定を保つために１０００°Ｆであるべきである。
第１注入地点Ａは、空気予熱器２４０の下流でかつ噴霧乾燥吸着装置２６０の上流である。言い換えれば、注入地点Ａは、空気予熱器２４０と噴霧乾燥吸着装置２６０との間にある。任意の粒子収集機器２５０は、注入地点Ａの上流にあるべきである。ある実施形態において、噴霧乾燥吸着装置に入る(すなわち注入地点Ａの)煙道ガスは、約１４０°Ｆ〜約２１０°Ｆ、又は約１５０°Ｆ〜約２００°Ｆ、又は約１６０°Ｆ〜約１７０°Ｆの温度を有する。
第２注入地点Ｂは、燃焼室２０５の下流でかつ空気予熱器２４０の上流である。第２注入地点Ｂはまた、ＳＣＲシステム２３０の下流として記述され得る。
第３注入地点Ｃは、噴霧乾燥吸着装置２６０の下流である。言い換えれば、注入地点Ｃは、噴霧乾燥吸着装置２６０とバグハウス２７０との間である。
乾式水酸化カルシウム粉末はまた、上記で特定した種々の位置で同時に注入され得る。図２を再度参照して、噴霧乾燥吸着装置２６０に噴霧される水は、別個の水源からもたらされることができ、又は、いくつかの実施形態においてリサイクルシステム２８０からもたらされ得る。始動中、リサイクル流２７２を通過する固体はほとんどないか全くない。そのため、流れ２６２は本質的に水である。
任意の粒子収集機器２５０は、種々の実施形態で静電集塵器（ＥＳＰ）又はバグハウスのいずれかであり得る。例えば、リバースガス繊維フィルター、揺動収縮繊維フィルター、及びパルスジェット繊維フィルター等、バグハウスの異なるタイプも技術的に知られている。
噴霧乾燥吸着装置２６０の下流のバグハウス２７０は、望ましくは、パルスジェット繊維フィルター（ＰＪＦＦ）又はリバースガス繊維フィルターである。この点に関し、バグハウスは、ＥＳＰと比べてのバグハウスの脱硫機能のため、この地点でのＥＳＰよりも好ましい。換言すれば、バグハウスは、気相である汚染物質を捕獲可能であるのに対し、ＥＳＰは粒子を捕らえるのみで、気相汚染物質を有意には捕獲しない。一般に、バグハウス２７０に入る煙道ガスのすべては、SO2、SO3、及びHCl等の酸性気体が除去され得るように、濾過ケーキを通過すべきである。
図３は、パルスジェット繊維フィルターの概略図である。バグハウスは、一般に複数の区画を含み、各区画は、数百までの長さで、垂直に支持され、小径繊維バッグを含む。パルスジェット繊維フィルター（ＰＪＦＦ）では、バッグ３２０は、チューブシート３３０から垂下される。粒子を含む煙道ガスは、バッグの外部(中実矢印で示される)からバッグの内部（輪郭矢印で示される）へと流れる。煙道ガスは、多孔質バッグを通過して、粒子を置き去りにし、バッグの外面に濾過ケーキ３４０を形成する。圧縮空気のパルスが開放上部３２２からバッグ中に向けられ得、衝撃波をバッグの長さに進行させ、濾過ケーキを取り外す。
水酸化カルシウムは、その塩が水に溶けないので用いられる。対照的に、ナトリウム吸着剤は、一般に可溶性であり、そのためより望ましくはない。加えて、水酸化カルシウムは生石灰よりも安全であり、生石灰は水と組み合わされると熱を発する。
出願人は、粉末の水酸化カルシウムの反応性が、石灰スラリーにおける水酸化カルシウムの反応性に匹敵することを確認した。これは、種々の非定常状態条件に受け入れられるように乾式脱硫システムが作動されることを可能にする。ここでは、始動の前、かなりの濾過ケーキを形成するために石灰スラリーを十分な量で導入することが可能となる前に、水酸化カルシウム粉末が加えられ得る。そのため、そうでなければ可能となるよりもずっと早期に受容可能な酸性気体排出を実現する。
一般に、水酸化カルシウム粉末を噴霧乾燥吸着装置２６０の上流（すなわち、注入地点Ａ又はＢ）で注入することがより望ましい。何故なら、噴霧乾燥吸着装置が、粉末をバグハウス２７０全体にわたって適切に分散させることを支援するからである。図４は、脱硫システムに一般的に使用される噴霧乾燥吸着装置４００の破断図である。噴霧乾燥吸着装置は、典型的には、円錐台形状のハウジング４１０を有し、円錐の頂点は該吸着装置の底部にある。しかしながら、噴霧乾燥吸着装置はまた、円錐に代えて平坦な底部を有し得る。空気ヒーターから来た煙道ガス４２０は、二つの流れ４２２、４２４に分割され得るが、この点は常にではなく、本開示には必要ない。一方の流れ４２２は、環形状の上方ガスディスペンサー４３０に向けられる。他方の流れ４２４は、下方ガスディスペンサー４４０に向けられる。噴霧器４５０は、吸着装置ハウジングの屋根の中央を通じて延び、石灰スラリーを煙道ガス中に噴霧する。煙道ガスは、上記複数のガスディスペンサーを通って噴霧乾燥吸着装置４００に入る。噴霧乾燥吸着装置は、煙道ガスとスラリーとの良好な混合を保証するように設計され、また、内部に堆積することなく自由に流動する固体を作り出すべくスラリーを乾燥するために十分な滞留時間を提供するような大きさとされる。しかし始動に関しては、噴霧乾燥吸着装置により水酸化カルシウム粉末に対して与えられる混合及び乱流は、バグハウスのフィルターバッグ全体にわたる水酸化カルシウムのより良好な分散を保証する。水酸化カルシウムスラリーを形成するため、噴霧器４５０により噴霧乾燥吸着装置中の乾式水酸化カルシウム粉末に水が加えられる。該水は、特に低温では必ずしも完全には蒸発せず、また、濾過ケーキがその完全な脱硫機能を獲得するのにバグハウスにおいて必要であり、これは、SO2吸収のための反応メカニズムが分子水の存在を必要とするためである。蒸発した水酸化カルシウムスラリーは出口４６０を通じて噴霧乾燥吸着装置を出て、バグハウスに進む。
図５は、消石灰に対する典型的な乾式吸着剤注入システムの概略図である。消石灰は、トラック又はレール５１０（ここではトラックの荷下ろしが例示される）により搬送され得る。周囲空気５１２は、消石灰を持ち上げて試薬を貯蔵サイロ５２０へと移送するためにトラック内に引き込まれる。試薬は、貯蔵サイロ５２０から一連の弁５２２、フィーダー５２４及びホッパー５２６、５２８を通って回転エアロック５３０へと流れる。回転エアロック５３０で、試薬は移送ガス５４０と混合され、ガス流路の注入地点(図２参照)へと空気圧で運ばれる。移送ガス、一般には空気は、移送空気ブロワー５４２により供給される。移送空気ブロワー５４２は、移送ガスを空気冷却器５４４に通し、試薬の早すぎる焼成を防ぐために空気温度を下げる。本システムにおいて、注入地点と噴霧乾燥吸着装置との間のガス流路中に液体は全く注入されないことに留意すべきである。これは、溶液及びスラリーが湿式又は乾式スクラバーの上流の煙道ガス中に注入される先行システムとは対照的である。例えば、Wilhelmに対する米国特許第６，１２６，９１０号参照。これは、乾式カルシウム吸着剤が注入され、次いで配管で水により加湿されるシステムとも対照的である。例えば、Huntに対する米国特許第５，１６５，９０３号参照。これらの先行システムにおいて、望ましい目的は、選択された汚染物質を、脱硫システムに入る前に煙道ガスから除去することである。対照的に、本方法の目的は、アルカリ試薬(消石灰)の代替源を提供し、噴霧乾式吸着装置における消石灰濃度を高め、かつ、脱硫及び高い脱硫機能を提供するため、バグハウスを水酸化カルシウムでコーティングすることである。噴霧乾燥吸着装置前の水又は液体の付加は、水酸化カルシウムがガスから脱落してバグハウスへの進行に失敗する望ましくない状態をもたらし得る。
本開示の方法は、排出レベルの変動に対し適時の態様で反応する手段を提供することにより、許容できる酸性気体排出レベルに応答し、該排出レベル内で動作するように脱硫システムの機能を向上させる。燃焼システム運転の維持において一つの繰り返し生じるテーマは、ある一定の問題を修正するために必要な時間である。水酸化カルシウム粉末は、迅速に加えることができ、また、良好な応答が取得される。該方法はまた、プロセスに水の付加を必要としない乾式吸着剤を提供する。
図７は、本開示の方法を例示する一般的なプロセス図である。燃焼システム７００は、燃焼室７０５を含む。燃焼室７０５内で燃焼が起こり、結果として煙道ガスが生成される。煙道ガスは、ガス流路７２０に沿い、噴霧乾燥吸着装置７６０を通って、噴霧乾燥吸着装置の下流のバグハウス７７０へと進行する。乾式水酸化カルシウム粉末は、燃焼室７０５とバグハウス７７０との間において(ガス流路７２０内で)煙道ガスと混合される。例えば、水酸化カルシウム粉末は、噴霧乾燥吸着装置の上流（参照番号７９４）又は噴霧乾燥吸着装置の下流(参照番号７９６)で付加され得る。噴霧乾燥吸着装置７６０内部において、水(参照番号７６２)は、煙道ガス中に噴霧され、煙道ガスを加湿し冷却する。煙道ガスは、バグハウス７７０へと通される。水酸化カルシウムは、煙道ガスにおける汚染物質又は微粒子を捕獲する。清浄な煙道ガスは、大気中への放出のためにスタック７８０又は類似の機器に送られる。
本開示の方法を実施するための設計は、当業界の通常の技術の範囲内にある。これらの方法の実施を許容するために必要な弁、管類、センサー、接続部、及び取り付け具も、一般的に市販されている。
実施例
１２０ＭＷｇ（グロスｍｅｇａｗａｔｔｓ）パワープラントは、図２に見られるレイアウトを有する。水酸化カルシウム粉末の使用が、始動中に石灰スラリーの代替として実行された。水酸化カルシウム粉末は、注入地点Ａ及びＣで注入された。実際のスタックSO2排出は図６に示される。ｙ軸は単位ｌｂ／ＭＢｔｕ（ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ ＢＴＵｓ）での排出されたSO2の量である。ｘ軸は日の時間、すなわち真夜中(０:００)〜１２:００ｐｍまでである。０.０９ｌｂ／ＭＢｔｕの調整されたスタックSO2排出制限が参考のために示される。二本の線が示され、一つは実際の排出であり、一つは水酸化カルシウム粉末が注入されなかった場合の推定排出である。始動はこの図で３回試みられたことに留意されるべきである。すなわち、約１２:３０ａｍ、約２:４５ａｍ、及び約５:４５ａｍである。
１２０ＭＷｇ（グロスｍｅｇａｗａｔｔｓ）パワープラントは、図２に見られるレイアウトを有する。水酸化カルシウム粉末の使用が、始動中に石灰スラリーの代替として実行された。水酸化カルシウム粉末は、注入地点Ａ及びＣで注入された。実際のスタックSO2排出は図６に示される。ｙ軸は単位ｌｂ／ＭＢｔｕ（ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ ＢＴＵｓ）での排出されたSO2の量である。ｘ軸は日の時間、すなわち真夜中(０:００)〜１２:００ｐｍまでである。０.０９ｌｂ／ＭＢｔｕの調整されたスタックSO2排出制限が参考のために示される。二本の線が示され、一つは実際の排出であり、一つは水酸化カルシウム粉末が注入されなかった場合の推定排出である。始動はこの図で３回試みられたことに留意されるべきである。すなわち、約１２:３０ａｍ、約２:４５ａｍ、及び約５:４５ａｍである。
本開示は、例示的な実施形態に関連して記述された。明らかに、上記詳細な説明を読み理解すれば、変更及び修正が他の者に生じる。本開示は、そのような変更及び修正のすべてを、これらが特許請求の範囲及びその均等の範囲に入る限り含むと解釈されることが企図される。
１００ ボイラー
１０５ 炉
１１１ 粉砕機
１１２ 化石燃料
１１４ 空気
１１６ エコノマイザー
１２０ 煙道ガス
１３０ 選択触媒還元(ＳＣＲ)システム
１４０ 空気予熱器
１５０ 粒子収集機器
１６０ 乾式スクラバー（噴霧乾燥吸着装置）
１６２ 噴霧アルカリスラリー
１７０ 粒子収集機器
１７２ リサイクル流
１７６ 水
１８０ スタック（リサイクルタンク）
１０５ 炉
１１１ 粉砕機
１１２ 化石燃料
１１４ 空気
１１６ エコノマイザー
１２０ 煙道ガス
１３０ 選択触媒還元(ＳＣＲ)システム
１４０ 空気予熱器
１５０ 粒子収集機器
１６０ 乾式スクラバー（噴霧乾燥吸着装置）
１６２ 噴霧アルカリスラリー
１７０ 粒子収集機器
１７２ リサイクル流
１７６ 水
１８０ スタック（リサイクルタンク）
Claims (17)
- 燃焼室から噴霧乾燥アブソーバを通り、噴霧乾燥アブソーバの下流のバグハウスへと走行するガス流路を有する燃焼システムの非定常状態作動状態中に生成された燃焼排出を低減するための方法であって、
燃焼室の下流でかつバグハウスの上流の注入地点でガス流路内の同伴ガス中に乾式水酸化カルシウム粉末を混合するステップと、
噴霧乾燥アブソーバ内の同伴ガス中に水を噴霧して同伴ガスを加湿すると共に、同伴ガスの温度を下げるステップと、
バグハウス内の水酸化カルシウム粉末を堆積させ、燃焼排出を低減する濾過ケーキを形成するステップとを含み、
前記噴霧乾燥アブソーバに入る同伴ガスは、２２０°Ｆ（１０４．４℃）未満の温度を有し、
前記注入地点は、選択触媒還元(ＳＣＲ)システムの下流で空気予熱器の上流にあり、前記選択触媒還元システムは、前記燃焼室と前記空気予熱器との間に位置付けられ、前記空気予熱器は、前記選択触媒還元システムと前記噴霧乾燥アブソーバとの間に位置付けられる方法。 - 前記注入地点と噴霧乾燥アブソーバとの間において同伴ガスに液体を全く加えない請求項１の方法。
- 前記同伴ガス中に噴霧された水は、リサイクルシステムにおいて水とバグハウスから集めた固体の混合物からもたらされる請求項１の方法。
- 前記空気予熱器と噴霧乾燥アブソーバとの間に粒子収集機器を更に備える請求項１の方法。
- 前記バグハウスは、パルスジェット繊維フィルター、揺動収縮繊維フィルター、又はリバースガス繊維フィルターである請求項１の方法。
- 前記噴霧乾燥アブソーバ内で噴霧された水は、補助ノズルを通じて噴霧され、噴霧乾燥アブソーバの噴霧器は作動しない請求項１の方法。
- 前記噴霧乾燥アブソーバに入る同伴ガスは、約１４０°Ｆ〜約２１０°Ｆ（約６０℃〜約９８．９℃）の温度を有する請求項１の方法。
- 前記燃焼室は、４００°Ｆ（２０４．４℃）未満の温度を有する請求項１の方法。
- 前記同伴ガスは、燃焼室の始動中に燃焼室を出る煙道ガスである請求項１の方法。
- 前記同伴ガスの温度は時間とともに低下する請求項１の方法。
- 前記非定常状態作動状態は、２２０°Ｆ（１０４．４℃）未満に低下された噴霧乾燥アブソーバ中のガス温度をもたらす、ガス流路に沿う動作不良である請求項１の方法。
- 前記燃焼システムは、ボイラー、窯、炉、溶鉱炉、焙焼炉、バッテリー、ヒーター、オーブン、又は焼却炉から選択される請求項１の方法。
- 非定常状態作動状態中に燃焼室により生成された煙道ガスにおける汚染物質を捕獲するための方法であって、
燃焼室の下流でかつ噴霧乾燥アブソーバの上流の注入地点で煙道ガス中に乾式水酸化カルシウム粉末を混合するステップと、
噴霧乾燥アブソーバ内の煙道ガス中に水を噴霧して煙道ガスを加湿すると共に、煙道ガスの温度を下げるステップと、
噴霧乾燥アブソーバの下流のバグハウスに煙道ガスを通すステップにして、水酸化カルシウム粉末がバグハウス内に堆積し、煙道ガスにおける汚染物質を捕獲する濾過ケーキを形成する該ステップとを含み、
前記噴霧乾燥アブソーバに入る煙道ガスは、２２０°Ｆ（１０４．４℃）未満の温度を有し、
前記注入地点は、選択触媒還元(ＳＣＲ)システムの下流で空気予熱器の上流にあり、前記選択触媒還元システムは、前記燃焼室と前記空気予熱器との間に位置付けられ、前記空気予熱器は、前記選択触媒還元システムと前記噴霧乾燥アブソーバとの間に位置付けられる方法。 - 前記注入地点と噴霧乾燥アブソーバとの間において煙道ガスに液体を全く加えない請求項１３の方法。
- 噴霧乾燥アブソーバに入る煙道ガスは、約１４０°Ｆ〜約２１０°Ｆ（約６０℃〜約９８．９℃）の温度を有する請求項１３の方法。
- 前記燃焼室を出る煙道ガスは、４００°Ｆ（２０４．４℃）未満の温度を有する請求項１３の方法。
- 前記燃焼システムは、ボイラー、窯、炉、溶鉱炉、焙焼炉、バッテリー、ヒーター、オーブン、又は焼却炉から選択される請求項１３の方法。
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