KR100882921B1 - 순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물의 감소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황-함유 탄소질 연료를 노(12)에 공급하는 단계(26); Ca/S 몰비가 적어도 약 0.6 및 1.2 이하가 되는 속도로, 또는 적어도 약 0.355의 증분의 황-감소 속도를 제공하기에 충분히 낮은 속도로 탄산 칼슘을 노에 공급하는 단계(28); 황이 산화되도록 연료를 연소시키는 단계, 탄산 칼슘을 소성시켜 이산화 칼슘을 형성하고, 이산화 칼슘을 이용하여 이산화 황을 황산화시키는 단계; 노로부터 연도 가스들 내에 비말 동반된 연도 가스 및 입자들을 배출하는 단계; 연도 가스들로부터 입자들을 분리하는 단계(14); 분리된 입자들을 노로 되돌리는 단계; 및 노 하류의 연도 가스의 황 함량을 추가로 감소시키는 단계를 포함하는, 순환하는 유동층 보일러(10)의 이산화황 배출물들을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

Description

순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물의 감소 방법{METHOD OF REDUCING SULFUR DIOXIDE EMISSIONS OF A CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER}

본 발명은 연도 가스 경로에 황-감소 단계를 포함시킴으로써 순환하는 유동층(CFB) 보일러의 이산화황 배출물을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

석탄 등의 탄소질 연료는 모래와 같이 적어도 하나의 일반적으로 불활성인 물질, 및 석회석과 같이 이산화황-감소 부가제를 포함하는 층 내의 CFB 보일러의 노에서 연소된다. 유동 가스, 보편적으로 공기는 층 물질을 유동시키고, 연료를 산화시키기 위해 반응기의 바닥 격자를 통해 도입된다. 한편, 연료 중의 황은 주로 산화되어 이산화황(SO₂)을 형성하고, 이는 다량으로 환경에 방출되는 경우에 유해할 수 있다. 노에서 우세한 고온에서, 보편적으로 750℃ 내지 900℃에서, 석회암의 탄산 칼슘(CaCO₃)은 소성되어 산화 칼슘(CaO)을 형성하고, 이는 SO₂를 황산 칼슘(CaSO₄)으로 변환되고, 연소에서 생산된 재(ash)들과 함께 노에서 제거될 수 있다.

비교적 양호한 황-감소 효능은 노에서 98% 이상 감소 효율을 달성하기 위해, 이산화황-감소 부가제, 보편적으로 석회석(탄산 칼슘)을 노 내로 직접적으로 공급 함으로써 CFB 보일러에서 단독으로 얻어질 수 있지만, 감소하는 부가제는 연료 중의 황에 대해 풍부하게 노 내로 공급되어야 한다. 예를 들면, 98% 이상의 매우 높은 감소 효율을 얻기 위해, 석회석은 적어도 1.5와 3 사이의 Ca/S 몰비를 제공하는 속도로 부가되는 한편, 4와 5만큼 높은 Ca/S 비율이 요구된다. 그렇게 높은 Ca/S 비율에 따라, 노로부터 방전된 바닥의 재(bottom ash) 및 플라이 재(fly ash)는 대량의 과잉 CaO, 전형적으로 20% 이상을 일정하게 함유하고, 이는 재의 사용 또는 폐기를 곤란하게 한다.

CFB 노에서 종래의 황-감소 공정과 연관된 다른 문제점은 탄산 칼슘의 소성이 흡열 반응이고, 반응 에너지는 178.4 kJ/kmol이라는 것이다. 따라서, 산화 칼슘을 형성하기 위한 과량의 석회석의 소성은 보일러의 열 효율을 감소시킨다. 예를 들면, 2% 황 함유 석탄을 연소시킬 때 98% 황 감소를 달성하기 위해, 석회석은 5의 Ca/S 비율을 제공하는 속도로 도입되고, 소성에 필요한 에너지는 약 2% 포인트 만큼 보일러의 열적 효율을 감소시킨다.

U.S. 특허 제4,309,393호는 유동층 보일러에 대한 황-감소 방법을 개시하고, 석회석은 노 내에서 30 내지 60%의 황 감소를 제공하도록 1과 1.5 사이 범위의 Ca/S 비율로 노에 부가된다. 상당한 양의 CaO를 함유하는 노에서 생산된 재들은 반응기 하류의 연도 가스 덕트에 배치된 다른 황-감소 단계에 이용하기 위해 수집 및 처리된다.

본 발명의 목적은 순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물을 감소시키는 효율적인 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물들을 감소시키는 방법은 (a) 황-함유 탄소질 연료를 포함하는 제1 스트림을 보일러의 노에 공급하는 단계; (b) 제1 스트림 중의 황에 대한 제2 스트림 중의 칼슘의 몰비(Ca/S 몰비)가 약 1.2와 약 0.6 사이가 되도록 제1 스트림에 상대적인 비율로 탄산 칼슘을 포함하는 제2 스트림을 노에 공급하는 단계; (c) 황이 산화되어 이산화황을 형성하고, 재들이 노에서 생산되도록 연료를 연소시키는 단계; (d) 탄산 칼슘을 소성시켜 노 내에 이산화 칼슘을 형성하고, 이산화 칼슘을 이용하여 이산화 황을 황산화시켜 황산 칼슘을 형성하는 단계; (e) 노로부터 연도 가스들 내에 비말 동반된 연도 가스 및 입자들을 배출하는 단계; (f) 고온 루프 분리기를 사용하여 연도 가스들로부터 입자들을 분리하고, 분리된 입자들을 노로 되돌리는 단계; (g) 보일러로부터 재들을 배출하는 단계; 및 (h) 노 하류의 황-감소 단계에서 연도 가스의 황 함량을 추가로 감소시키는 단계를 포함한다.

종래의 CFB 보일러들은 일반적으로 황 배출물들을 감소시킬 목적으로 노 내의 황 감소에 단독으로 의존한다. 그러나, 보다 최근에, 목적하는 황-감소 레벨이 98% 만큼 높아지기 때문에, 석회석 만을 노에 공급함으로써 황 감소는 5 이상 만큼 높은 Ca/S 비율에 대응하게 매우 높은 석회석 공급 속도의 사용을 필요로 한다. 이는 다시 황-감소 부가제 비용을 증가시키고, 보일러의 열 효율을 감소시키고, 많은 양의 CaO-풍부 재들의 생산을 유도한다. 이들 단점을 최소화시키기 위해, 목적하는 황 감소는 노의 하류에, 즉 연도 가스 경로에 추가의 황-감소 단계를 혼입시킴으로써 부합될 수 있다.

따라서, 본 발명은 연도 가스 경로에 그러한 추가의 황-감소 단계를 포함하는 CFB 보일러의 황 감소를 위한 유리한 공정에 관한 것이다. 본 발명은 특히 유리한 공급 속도로 보일러와 같은 노 내로 황-감소 부가제를 도입하는 단계를 포함하는 새로운 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용된 것보다 낮은 황-감소 부가제 공급 속도의 사용이 CFB 보일러들의 운전에서 새롭고 상당한 장점들을 통상적으로 유도한다는 관찰에 기초한다.

황-함유 연료를 고정 속도로 CFB 보일러의 노 내로 공급할 때, 노 내에 황산 칼슘을 형성하기 위한 산화 황의 황산화 속도는 Ca/S 비율을 증가시킴에 따라, 즉, 노 내로의 탄산 칼슘의 증가하는 공급 속도에 따라 증가한다. 낮은 Ca/S 몰비에서, 황산화 속도는 탄산 칼슘 공급 속도에 대략적으로 일차적으로 의존하지만, 더 높은 Ca/S 비율에서 황산화 속도는 황 변환이 100%에 도달할 때 최근에 레벨 오프된다. 상응하게, 탄산 칼슘의 이용은 그것이 큰 공급 속도에서보다 낮은 피도 속도들에서 더 높다.

노에 공급된 모든 탄산 칼슘이 소성되어 노 내에 산화 칼슘을 형성한다고 가정하면, 소성 시 에너지의 소비는 탄산 칼슘의 공급 속도에 일차적으로 비례한다. 그러나, 황산 칼슘을 형성하기 위한 이산화 황의 황산화는 발열 반응이고, 소성에 필요한 열 178.4 kJ/kmol보다 더 많은 502.4 kJ/kmol의 열을 방출한다. 따라서, 비교적 낮은 Ca/S 비율에서, 탄산 칼슘 공급 속도를 증가시키는 것은 노에 방출된 순수한 열을 증가시키지만, 보다 높은 Ca/S 비율에서 증가된 탄산 칼슘 공급 속도는 노에 방출된 순수한 열을 감소시킨다.

열 효율의 견지에서 바람직한 탄산 칼슘 공급 속도는 Ca/S 비율에 대한 황산화 속도의 의존도에 의존한다. 다시 말하자면, 이러한 의존도는 연료 유형, 특히 연료의 황 함량, 및 노의 디자인 및 오퍼레이션에도 의존한다. 전형적인 상황들에서, 약 1.0의 Ca/S 몰비는 노의 열적 효율의 견지에서 바람직하다. 보다 구체적으로, 증분 황 감소가 적어도 약 35.5%인 한, 즉, 적어도 약 0.3555의 공유일 때, 부가된 탄산 칼슘 502.4 kJ/몰에 대해 178.4 kJ/몰의 비율이 황산 칼슘으로 변환되고, 탄산 칼슘 공급 속도를 증가시킴으로써 열 효율을 증가시킨다.

탄산 칼슘 공급 속도가 상기 최적 값보다 더 높을 경우, 노 내의 황 변환은 여전히 증진되지만, 열 효율이 감소되고, 재들 중의 산화 칼슘의 양이 증가된다. 상응하게, 탄산 칼슘 공급 속도가 상기 최적 값보다 낮을 때, 노 내의 황 변환 및 노 내의 열 효율은 약간 감소되지만, 재들의 산화 칼슘 함량은 감소된다. 본 발명에 따라, 탄산 칼슘은 노에 최적의 열 효율을 제공하는 공급 속도 만큼 높거나 또는 약간 낮은 속도로 노에 공급되는 것이 바람직하다.

바람직한 Ca/S 비율은 보편적으로 약 1.0이다. 그러나, 보일러의 열 효율은 전형적으로 Ca/S 비율의 오히려 얕은 기능이고, 최적 값은 일부 경우에 1.0과 상이할 수 있다. 예를 들면, 저-황 연료들을 연소시킬 때, 또는 황-감소 부가제의 비교적 큰 입자 크기 또는 고온 루프에서의 비효율적인 입자 분리기로 인해 상환화가 매우 효율적이지 못할 때, 최적 Ca/S 비율은 1.0보다 약간 더 클 수 있고, 예를 들면 1.1 또는 1.2일 수 있다.

일부 경우에, 황-감소 부가제로서 사용된 석회석은 노 내에서 불순물, 특히 돌로마이트를 함유할 수 있지만, 황산화 공정에는 참여하지 않는다. 이어서, 부가제의 효과적인 소성은 178.4 kJ/kmol보다 크고, 증분의 황산화 속도에 대한 임계 값은 상기 35.5% 이상이다. 따라서, 열 효율의 견지에서 최적의 부가제 공급 속도는 순수한 탄산 칼슘보다 낮고, 보편적으로 1.0보다 약간 낮은, 예를 들면 약 0.9 또는 0.8의 Ca/S 비율로 얻어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 황-감소 방법은 노 내에서 평균 탄산 칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 탄산 칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계는 탄산 칼슘 공급률 스트림이 보일러의 열 효율의 견지에서 그의 최적값과 거의 동일하거나 또는 약간 작은 값을 가질 때, 그 효율이 약 60% 이상이 되도록 수행된다. 탄산 칼슘 이용 효율은 재들 내의 상이한 칼슘 화합물들의 함량으로부터 실제로 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따라, 황-감소 방법은 노에서 황산화 효율을 증진시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 황산화 효율을 증진시키는 단계는 탄산 칼슘 공급률 스트림이 보일러의 열 효율의 견지에서 그의 최적값과 거의 동일하거나 또는 약간 작은 값을 가질 때, 노 내의 이산화황 감소 정도는 약 60% 이상이 되도록 수행된다. 노 내의 이산화황-감소 정도는 노와 노 하류의 이산화황-감소 단계 사이의 연도 가스들을 분석함으로써 실제로 결정될 수 있다.

탄산 칼슘 이용 효율 또는 황산화 정도를 증진시키는 단계는 보일러로부터 노 내로 배출된 바닥의 재 및(또는) 플라이 재를 재순환시키는 단계를 유리하게 포함할 수 있다. 재들의 재순환은 노 내로 공급된 탄산 칼슘의 이용을 증진시키고, 따라서 원래 공급 스트림의 Ca/S 비율에 따라 이산화황 감소 정도의 의존도를 변형시킨다. 일반적으로, 재들의 재순환은 최적 Ca/S 비율을 더 낮은 값으로 전이시키고, 본 발명의 유리한 효과들을 증진시킨다.

황산화 효율 또는 황산화 정도를 증진시키는 단계는 황 감소 부가제의 평균 입자 크기가 약 200㎛가 되도록 선택하거나 또는 제조하는 단계를 유리하게 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가로, 황산화 효율 또는 황산화 정도를 증진시키는 단계는 200㎛의 평균 직경을 갖는 입자들에 대해 적어도 약 99.9%의 분리 효율을 갖는 고리 루프 내의 입자 분리기를 사용하는 단계를 유리하게 포함할 수 있다. 황산화 효율 또는 황산화 정도를 증진시키는 단계는 노 내에서 입자들을 혼합하거나, 탄산 칼슘의 신속한 소성을 제공하도록 보일러 내의 온도 또는 기타 조건들을 조절하는 등의 다른 공지된 공정들을 포함할 수도 있다.

노 내에서 수행되지 않는 바람직한 황 감소 부분은 건조, 반건조 또는 습식 황-감소 공정 중의 하나에 의해 노의 하류에서 수행되는 것이 바람직하다. 여러가지 적절한 건조, 반건조 및 습식 황-감소 공정들은 당업계의 숙련자들에게 잘 공지되어 있고, 따라서, 본원에 개시되어 있지 않다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따라, 순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물을 감소시키는 방법은 (a) 황-함유 탄소질 연료를 포함하는 제1 스트림을 보일러의 노에 공급하는 단계; (b) 제1 스트림 중의 황에 대한 제2 스트림 중의 칼슘의 몰비(Ca/S 몰비)가 약 0.6이 되도록 제1 스트림에 상대적인 비율로, 또한 적어도 약 0.355의 증분 황-감소 속도를 제공하기에 충분히 낮은 속도로 탄산 칼슘을 포함하는 제2 스트림을 노에 공급하는 단계; (c) 황이 산화되어 이산화황을 형성하고, 재들이 노에서 생산되도록 연료를 연소시키는 단계; (d) 탄산 칼슘을 소성시켜 노 내에 이산화 칼슘을 형성하고, 이산화 칼슘을 이용하여 이산화 황을 황산화시켜 황산 칼슘을 형성하는 단계; (e) 노로부터 연도 가스들 내에 비말 동반된 연도 가스 및 입자들을 배출하는 단계; (f) 고온 루프 분리기를 사용하여 연도 가스들로부터 입자들을 분리하고, 분리된 입자들을 노로 되돌리는 단계; (g) 보일러로부터 재들을 배출하는 단계; 및 (h) 노 하류의 황-감소 단계에서 연도 가스의 황 함량을 추가로 감소시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기 간단한 설명 뿐만 아니라 추가의 목적들, 특징들 및 장점들은 수반된 도면들과 관련하여 취할 때 본 발명에 따른 현재의 바람직하지만, 그럼에도 불구하고 예시적인 실시 형태들의 다음 상세한 설명을 참조하여 더욱 완전하게 인식될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 CFB 보일러의 개략도이고;

도 2는 CFB 보일러에서 Ca/S 비율의 함수로서 상이한 반응 열들의 개략도이다.

도 1은 본 발명에 따라 CFB 보일러(10)의 바람직한 실시 형태를 개략적으로 예시한다. 이 보일러는 노(12), 사이클론 분리기(14) 및 노로부터 스택(18)을 통 해 환경으로 배출되는 연도 가스들을 지향시키는 연도 가스 채널(16)을 포함한다. 이 노(12)는 바닥 격자(22)를 통해 노에 1차 공기를 공급하는 수단(20), 및 노의 더 높은 레벨에 2차 공기를 도입하는 수단(24)을 포함한다. 1차 공기를 노에 공급하는 수단(20)은 예를 들면 펌프, 흐름 조절기를 갖는 덕팅 및 와인드 박스를 포함할 수 있다. 2차 공기를 도입하는 수단(24)은 예를 들면 브랜치 덕팅 및 흐름 조절기를 포함할 수 있다. 2차 공기는 다수의 레벨로 도입될 수 있지만, 간단히 하기 위해 단일 레벨로 도 1에 나타낸다. 도 1에 예시되지 않았더라도, 연도 가스 채널(16)은 임의로 열 회복 영역을 포함할 수 있다.

노(12)는 또한 연료를 노 내로 공급하는 수단(26) 및 석회석 등의 황-감소 부가제를 노 내로 도입하는 수단(28)을 포함한다. 연료 및 황-감소 부가제를 도입하는 수단들(26 및 28)은 예를 들면 피드 호퍼들 또는 피드 빈들, 벨트 또는 피드 스크류 등의 피드 컨베이어들을 갖는 피드 채널들, 피더 슈트 또는 뉴마틱 피드 시스템들을 포함할 수 있다. 연료 및 황-감소 부가제를 도입하는 수단(26 및 28)은 연료 및 부가제 각각의 공급 속도를 조절하는 수단들(30 및 32)을 추가로 포함할 수 있다. 연료 및 부가제의 공급 속도를 조절하는 수단들(30 및 32)은 예를 들면 공급 속도 조절기들 또는 공급 가스 조절기들을 포함할 수 있다.

다른 황-감소 단계(34)는 연도 가스 채널(16)에서 노(12)의 하류에 배치된다. 이러한 단계는 건조, 반건조 및(또는) 습식 황-감소 장비를 포함할 수 있고, 이들 중 상이한 유형은 자체로 잘 공지되어 있고, 따라서, 본원에 개시되어 있지 않다. 황-감소 단계(34)는 건조 또는 반건조 입자들의 형태로 또는 수성 슬러리로 서 제2 황-감소 부가제, 예를 들면 수산화 칼슘을 부가하는 수단(36)을 유리하게 포함한다. 제2 황-감소 부가제를 부가하는 수단(36)은 예를 들면 노즐, 또는 분무기 시스템을 포함할 수 있다.

비-연소성 연료 물질 뿐만 아니라 황산 칼슘 및 과량의 산화 칼슘은 바닥 재 배출 덕트(40)를 통해 노(12)로부터, 및 분진 분리기(44)의 플라이 재 배출 덕트(42)를 통해 연도 가스로부터 제거된다. 분진 분리기(44)는 유리하게도 정전기 덕트 분리기 또는 백 필터일 수 있다. 도 1에서 황-감소 단계(34)는 분진 분리기(44) 하류에 배치되어야 하는 것으로 도시되더라도, 일부 경우에, 그것은 분진 분리기 상부에 유리하게 배치될 수 있다. 보일러는 도 1에 구체적으로 도시되지 않은 기타 연도 가스 세정 장비, 예를 들면 NOx 촉매를 포함할 수도 있다.

재들의 산화 칼슘 함량을 최소화시키기 위해, 바닥 재들의 일부는 라인(40')을 통해 전환될 수 있고(있거나), 플라이 재들의 일부는 재순환선(46)을 통해 노(12)로 재순환시키기 위해 라인(42')을 통해 전환될 수 있다. 재들의 재순환은 탄산 칼슘의 이용 정도를 증진시키고, 이산화황 배출물의 감소 정도를 증진시킨다. 재순환 라인(46)은 재-처리 단계(48)를 유리하게 포함할 수 있고, 예를 들면, 여기서 재 입자들은 입자들 내의 활성 CaO 표면들을 노출시키기 위해 습윤 및(또는) 파괴될 수 있다. 바닥의 재 또는 플라이 재의 재순환 속도는 바람직하게는 노로부터 배출된 연도 가스들 내의 SO₂ 레벨 또는 재들 내의 CaO 레벨에 기초하여 수단들(50 및 52) 각각에 의해 조절된다. 재의 재생 속도를 조절하는 수단(50 및 52)는 예를 들면 밸브 또는 유동층 다이버들을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법에 따라, 탄산 칼슘 이용 정도는 약 60% 이상까지 증진된다. 바람직하게는, 노 내의 황산화 효율, 즉, 황 감소 정도는 약 60% 이상으로 증진된다.

종래의 석회석 공급 속도 및 CFB 노 온도(즉, 750-900℃)를 사용할 때, 노 내로 공급된 모든 탄산 칼슘은 산화 칼슘으로 소성된다. 따라서, 소성에 필요한 에너지는 도 2에서 라인 1로 도시된 바와 같이, 석회석 공급 속도, 또는 Ca/S 비율에 직선으로 비례한다. 상응하게는, 이산화 황의 황산화 및 황산화 에너지의 방출은 Ca/S 비율이 증가함에 따라, 감소되는 기울기에 따라 증가한다. Ca/S 비율에 대한 황산화 에너지의 의존도의 2가지 약간의 상이한 변화들은 도 2에서 라인 2 및 2'로 나타낸다. 라인 2'는 라인 2로 나타낸 것보다 다소 더 효율적인 황산화 공정을 나타낸다.

도 2에서 라인 3 및 3'로 나타낸 순수한 에너지 방출 기능들은 라인들 1 및 2, 및 1 및 2' 각각의 합이다. 라인 3은 Ca/S 비율이 약 1.0일 때 그의 최대값에 도달하고, 라인 3'는 Ca/S가 약 0.9일 때 그의 최대 값에 도달한다. 황산화 에너지 곡선 2 및 2'가 동일한 기울기 4 및 4'를 각각 가지는 경우 Ca/S 비율에서 최대점들 모두가 발생한다. 이러한 기울기 4 및 4'는 라인 1의 기울기와 반대이므로, 합산 곡선 3 및 3'는 이들의 최대점들에서 수평이다.

바람직하게, 약 1.0 또는 1.0보다 약간 작은 Ca/S 비율은 연도 가스 경로에서 추가의 황-감소 단계를 포함하는 CFB 보일러의 노에 사용된다. 노의 황 감소와 Ca/S 비율 사이의 관계가 정확히 알려질 때, 약 0.355 이상의 노 내의 증분의 황-감소 비율을 제공하는 석회석 공급 속도가 바람직하다. 이러한 0.355 값은 소성 및 황산화의 반응 열들의 비율, 178.4 kJ/kmol 및 502.4 kJ/kmol 각각에 대응한다. 보다 높은 석회석 공급 속도, 즉, 0.355 미만의 부가된 석회석이 황산화를 유도하는 것들은 감소된 열 효율을 초래하고, 따라서 본 발명과 관련하여 사용하기에 최적인 것보다 작다.

노의 하류의 연도 가스 경로에 황-감소 단계를 포함시키는 고정 비용들은 비교적 높다. 고정의 커패시티는 시스템의 펌프 수 및 분무 레벨들에 의존하지만, 일반적으로 고정 비용은 공정에 요구되는 황 감소량에 강하게 의존하지 않는다. 따라서, 고정된 단가에 기초하여, 하류 황 감소를 최소화시키기에 특별히 유리하지 않다. 하류 공정의 다양한 단가는 황-감소 속도에 전형적으로 선형으로 비례한다. 보편적으로, 하류 황-감소 공정들은 노-기재 공정보다 더 고가의 부가제들을 필요로 한다. 그러나, 하류 공정들에서 부가제들의 이용 정도는 보편적으로 매우 높고, 적어도 일부 공정들에서 폐기 단가는 비교적 낮다.

노-기재 황 감소를 위해, 고정된 단가는 비교적 작다. 다양한 단가는 열 효율에 대한 상기 효과 및 재들 내의 CaO의 유해한 증가로 인해 목적하는 황 감소 레벨에 대해 비선형으로 의존한다.

특히 유리한 황-감소 공정은 하류 황-감소 단계와 노 내의 황 감소를 조합함으로써 얻어지는 것으로 밝혀졌으며, 제한된 양의 황 감소 만이 노에서 발생한다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라, 노 내의 황 감소는 이 노에 약 1.2 이하의 Ca/S 몰비를 제공함으로써 제한된다. Ca/S 비율은 바람직하게는 약 1.2 내지 약 0.6, 더욱 바람직하게는 약 1.2 내지 약 0.8, 가장 바람직하게는 약 1.2 내지 약 0.9이다.

일부 경우에, 노 내의 황 감소는 노에 약 1.0 이하의 Ca/S 몰비를 제공함으로써 유리하게 제한된다. 이들 경우, Ca/S 비율은 약 1.0 내지 약 0.6, 더욱 바람직하게는 약 1.0 내지 약 0.8, 가장 바람직하게는 약 1.0 내지 약 0.9이다.

가장 바람직한 Ca/S 비율은 Ca/S 비율에 대한 노의 황 감소 의존도에 따라 변화한다. 노 감소가 특히 효과적인 경우, 열 효율의 견지에서 가장 바람직한 Ca/S 비율은 1.0보다 약간 적을 수 있다. 노 감소가 덜 효과적인 경우, 가장 바람직한 Ca/S 비율은 1.0보다 약간 클 수 있고, 예를 들면 약 1.2일 수 있다. 본 발명은 입자 크기 조절 및(또는) 재 재순환 등의 노의 황 감소를 증진시키기 위해 종래 척도들과 유리하게 조합될 수 있음으로써, 노 내 최적의 Ca/S 비율이 저하될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라, Ca/S 비율은 약 1.0 또는 1.0보다 약간 적고, 노로부터 방출된 바닥의 재들 및(또는) 플라이 재들은 재들 중의 CaO의 양을 감소시키기 위해 노에 대한 층 물질로서 노 내의 황 감소를 위해 그것을 사용함으로써 재순환된다. 바람직하게는, 재들은 약 60% 이상의 원래 공급된 탄산 칼슘의 이용 정도를 제공하도록 노로 재순환됨으로써, 노로부터 제거된 재들의 폐기 또는 이용이 비교적 용이해진다. 훨씬 더 바람직하게는, 재들은 노 내에 60% 이상의 이산화황-감소 정도를 제공하도록 노로 재순환된다. 바닥의 재 및(또는) 플라 이 재를 재순환시키기 위한 루프는 예를 들면 활성 CaO 표면들을 노출시키기 위해 재 입자들을 파괴함으로써 재들을 치료하는 단계를 유리하게 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 갈청을 연소하는 400 MWe CFB 보일러에 대한 계산에 기초하여, 40.75% 내지 41.60%의 전체 전력 공장의 순수 열 효율 이득은 노와 연도 가스 황-감소 단계 사이에 분할된 황-감소로 노 내의 황 감소를 단독으로 대체함으로써 얻어졌다. 두 경우, 동일한 전체 황 감소가 얻어졌다. 0.85% 지점의 순수 효율 이득은 상당히 경제적인 값이다.

상기 실시예의 분할된 황-감소 모드에서, 노 내의 Ca/S 몰비는 1.0에 근접한 반면, 노 단독에서 황 감소에 기초한 경우, 그 비율은 약 4였다. 분할-감소 모드에서, 칼슘은 또한 하류 감소 단계에 공급되었지만, 전체 칼슘 소비는 노-기재 감소 모드에서의 그것의 단지 약 44%였다. 따라서, 재 및 폐기물 폐기 문제점들은 본 발명에 따라 분리된 황-감소 공정에 의해 최소화된다.

본 발명은 가장 바람직한 실시 형태들인 것으로 현재 고려되는 것과 관련한 실시예들에 의해 본원에 개시되었지만, 본 발명은 개시된 실시 형태들로만 제한되지 않고, 첨부된 특허 청구의 범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위에 포함되는 여러 가지 다른 용도들 및 그의 특징들의 여러 가지 조합 또는 변형들을 커버하도록 의도된다.

Claims (27)

1. (a) 황-함유 탄소질 연료를 포함하는 제1 스트림을 보일러의 노에 공급하는 단계;

   (b) 탄산칼슘을 포함하는 제2 스트림을, 제1 스트림 내의 황에 대한 제2 스트림 내의 칼슘의 몰비(Ca/S 몰비)가 0.6 이상이 되는 제1 스트림에 대한 속도로 그리고 0.355 이상의 증분 황-감소 속도를 제공하는 속도로, 노에 공급하는 단계;

   (c) 황이 산화되어 이산화황을 형성하고 재들이 노에서 생산되도록 연료를 연소시키는 단계;

   (d) 탄산칼슘을 소성시켜 노 내에 이산화칼슘을 형성하고, 이산화칼슘을 이용하여 이산화황을 황산화시켜 황산칼슘을 형성하는 단계;

   (e) 노로부터 연도가스들 내에 비말 동반된 입자들 및 연도가스들을 배출하는 단계;

   (f) 고온 루프 분리기를 사용하여 연도가스들로부터 입자들을 분리하고, 분리된 입자들을 노로 되돌리는 단계;

   (g) 보일러로부터 재들을 배출하는 단계; 및

   (h) 노 하류의 황-감소 단계에서 연도가스들의 황 함량을 추가로 감소시키는 단계;

   를 포함하는, 순환하는 유동층 보일러의 이산화황 배출물들을 감소시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 추가의 황 감소는 건조, 반건조, 및 습식 황-감소 공정 중의 하나에 의해 수행되는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 노 내에서 탄산 칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 탄산칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계는 노 내로 공급된 탄산칼슘의 60% 이상이 이용되어 이산화황을 황산화시켜 황산칼슘을 형성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 탄산칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계는 상기 (g) 단계에서 배출되는 재들을 노 내로 재순환시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 탄산칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계는 노 내로 공급된 탄산칼슘의 평균 직경을 200㎛ 미만으로 제한시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 탄산칼슘 이용 효율을 증진시키는 단계는 200㎛의 직경을 갖는 입자들에 대해 99.9% 이상의 분리 효율을 갖도록 고온 루프 분리기를 구성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 노 내에서 황산화 효율을 증진시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 황산화 효율을 증진시키는 단계는 이산화황의 60% 이상이 노 내에서 황산칼슘으로 변환되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 황산화 효율을 증진시키는 단계는 상기 (g) 단계에서 배출되는 재들을 노 내로 재순환시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 황산화 효율을 증진시키는 단계는 노 내로 공급된 탄산칼슘의 평균 직경을 200㎛ 미만으로 제한시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 황산화 효율을 증진시키는 단계는 200㎛의 직경을 갖는 입자들에 대해 99.9% 이상의 분리 효율을 갖도록 고온 루프 분리기를 구성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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