TW201509511A - 煙道氣除硫系統中之固體運送 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種循環乾式洗滌機煙道氣除硫系統。水合石灰被注入至位在CDS容器上游處的煙道氣中。煙道氣接著通過微粒收集裝置，且於該處捕捉固體。固體的至少一部分從該微粒收集裝置被回收至分離器，於該處固體被分配於注入點之間。不需要任何分配箱，這可降低系統之許多組件的高度及/或重建系統之許多組件的位置，因而降低成本。本發明亦揭示一種改良的固體運送系統。煙道氣可從下游回收且被用作可在不同位置之間運送固體的流體化氣體。例示性系統包含流體化滑道重力輸送器、在料斗及在漏斗中的流體化襯墊。煙道氣大體上處在較高的溫度下，因此可降低用以加熱流體化氣體所需要的電力消耗。

Description

煙道氣除硫系統中之固體運送 相關技術資料
本專利申請案主張2013年5月16日申請的美國專利申請案第13/895,642號且名稱為「循環乾式洗滌機」；及2014年3月19日申請的美國專利申請案第14/219,586號且名稱為「煙道氣除硫系統中之固體運送」之優先權。這些專利申請案的完整內容在此併入以宛如完全在本文中提及其全文的方式供參考。
本發明係關於一循環乾式洗滌機(CDS)結構，其允許相關組件移除或被放置在較接近地面之高度處。除此之外，此提升材料的使用及減少資本成本及操作成本，並且提高捕捉微粒及/或其他污染物。本發明亦係關於一固體運送系統，其可以被使用於一煙道氣除硫系統，尤其係使用乾式洗滌機結構(例如一循環乾式洗滌機(CDS)或新穎的整合除硫洗滌機(NIDS))。乾燥粉末或微粒係使用流化表面來運送，並且使用再循環熱煙道氣作為用於此表面之流體化氣體。此允許加熱組件減少尺寸或減少數量、減少資 本成本及操作成本。
在燃燒期間，在燃料中之化學能量能轉換成熱能，該熱能可以各種不同的形式被使用於不同應用。用於燃燒程序中的燃料可以包含範圍廣泛的固體、液體及氣體物質，其包含煤、油(柴油、第2號、重油C或第6號)、天然氣、木材、輪胎、生物質等等。
燃燒能將燃料轉換成大量的化學化合物。水(H2O)及二氧化碳(CO2)係完全燃燒後的主要產物。然而，在燃料中有化學成份的其他燃燒反應會產生不必要的副產物。取決於所使用的燃料，此副產物可包含微粒(例如飛灰)、酸性氣體(諸如硫氧化物類(SOx)或氮氧化物(NOx))、金屬(諸如水銀或砷)、一氧化碳(CO)及碳氫化合物(HC)。許多這些副產物之排放位準係由政府機關(諸如美國環境保護局(EPA))來管制。
存在有許多不同技術用於從煙道氣中移除此副產物。在一種被稱為噴霧乾燥化學吸收或乾燥洗滌的方法中，已被精細地霧化之水性鹼溶液或泥漿被噴入至其中燃料已燃燒之燃燒室的下游之熱煙道氣中。鹼性反應物與污染物產生反應，因而形成微粒。水會蒸發及冷卻熱煙道氣。在一循環乾式洗滌機(CDS)中，水及反應物被分別地注入。排出的乾淨煙道氣通常具有大約10%至15%的水分含量，而且在富氧燃燒系統中，水分含量可高達大約30%。煙道氣接著移動至微粒收集裝置(通常係袋式集塵器)，其中微粒從煙道氣中被移除，然後被傳送至一煙囪。
循環乾式洗滌機(CDS)、煙道氣除硫(FGD)系統的佈置通常會導致不同組件被升高至地面上方較大的距離。組件的數量及用於升高組件所需要的結構鋼會使整個系統的資本成本及操作成本顯著的增加。此外，在煙道氣除硫(FGD)系統中，尤其係包含循環乾式洗滌機(CDS)，在微粒收集裝置中所捕捉的固體微粒通常再循環而回到乾式洗滌機以提高反應效率。微粒通常移動回到在流化表面上之乾式洗滌機。加熱、加壓周圍空氣通常係用作為流體化氣體。空氣一般係使用風扇/吹風機來加壓，並且使用一電阻式加熱器來加熱。這些加熱器消費巨大的電量，大約有數百千瓦。加熱元件會顯著的增加整個系統的資本成本及操作成本。有需要提供可以減少此成本以及改良或維持燃燒副產物之移除的替代CDS-FGD系統。
本文所揭示之各種方法及系統係藉由使用用於除硫之乾式洗滌機之污染物控制系統而用於減少SOx排放物。簡言之，一乾燥鈣吸收劑被注入至循環乾式洗滌機(CDS)之上游煙道氣。接著在下游微粒收集裝置中收集所產生的固體。該固體之至少一部分接著經再循環而回到乾式洗滌機。使用一分離器來均勻地分配固體至不同的注入點以取代使用分配箱。此結構移除了使用分配箱的需要，而且降低數個組件之高度。
所揭示之各種實施例係一煙道氣除硫系統，包括：位 在循環乾式洗滌機吸收劑容器之上游的鈣吸收劑注入點；定位在鈣吸收劑注入點及循環乾式洗滌機吸收劑容器之間之複數個固體注入點；位在循環乾式洗滌機吸收劑容器之下游的微粒收集裝置，該微粒收集裝置從清潔氣體中分離固體微粒；及一回收系統，其包含：用於將固體微粒從微粒收集裝置直接地引出至分離器之第一流體化滑道；該分離器分離固體微粒以饋給至至少兩個第二流體化滑道，每個第二流體化滑道將該固體微粒直接地饋給至固體注入點。
系統可以進一步包括位在每個固體注入點下游之文氏管，每個文氏管饋給至循環乾式洗滌機吸收劑容器之底部入口中。系統亦可進一步包括一鈣吸收劑圓筒倉，其饋給鈣吸收劑注入點。若有需要，系統可以在鈣吸收劑注入點及複數個固體注入點之間進一步包括一水銀吸收劑注入點。
微粒收集裝置可以係一脈衝式織物過濾器、一搖晃放氣織物過濾器、一反向氣體織物過濾器或一靜電集塵器。
循環乾式洗滌機吸收劑容器可以包含一底部入口及一頂部出口。循環乾式洗滌機吸收劑容器亦可包含在固體注入點上方之水注入點。通常，在微粒收集裝置及固體注入點之間並沒有分配箱存在於回收系統中。
系統可進一步包括一清潔氣體再循環煙道，其從微粒收集裝置之下游引出至固體注入點之上游點。鈣吸收劑在鈣吸收劑注入點及微粒收集裝置之間通常具有大約2.5秒 至10秒的停留時間。
在本文中亦揭示在煙道氣除硫系統中用於回收固體微粒的方法，包括：在微粒收集裝置中從清潔氣體分離出固體微粒；將固體微粒之至少一部分落在第一流體化滑道而直接地傳送至分離器，該分離器分離固體微粒以饋給至至少兩個第二流體化滑道，每個第二流體化滑道將固體微粒直接地饋給至循環乾式洗滌機吸收劑容器之上游固體注入點；將固體微粒再注入至煙道氣流動路徑之固體注入點處；及該固體注入點上游的鈣吸收劑注入點處將新的鈣吸收劑添加至煙道氣流動路徑中。
該方法可進一步包括在定位於鈣吸收劑注入點及至少兩個固體注入點之間的注入點處注入水銀吸收劑。該方法可進一步包括將清潔氣體之至少一部分從微粒收集裝置之下游再循環至固體注入點上游之位置點。
在本文中亦揭示使用用於除硫煙道氣之乾式洗滌機以減少SOx排放物之各種系統及方法。固體微粒從煙道氣中被捕捉，接著使用包含一或多個固體微粒在其上移動之流體化表面之固體運送系統經再循環至乾式洗滌機。使用熱煙道氣而不是周圍空氣來作為流體化氣體。此允許減少通常與需要加熱流體化氣體之加熱器有關的資本及操作成本。
所揭示之各種實施例係一煙道氣除硫系統，包括：延伸通過一吸收劑容器(例如一CDS吸收劑容器)之主要煙道氣路徑、位在一吸收劑容器下游的微粒收集裝置及一煙 囪；用於從微粒收集裝置回收固體微粒至吸收劑容器之固體運送系統，該固體運送系統包含至少一個流體化表面；及一煙道氣回收路徑，其具有至少一個從主要煙道氣路徑傳送煙道氣至固體運送系統之取出點，煙道氣被使用作為流體化氣體以產生至少一個流體化表面。
主要煙道氣路徑之熱煙道氣從取出點被排放至煙道氣回收路徑中。該取出點可以被定位在主要煙道氣路徑中之空氣加熱器之上游；主要煙道氣路徑中之吸收劑容器之上游；或定位在主要煙道氣路徑中吸收劑容器之下游及微粒收集裝置之上游。
有時，主要煙道氣路徑包含位在微粒收集裝置下游及煙囪之上游的風扇。取出點可以被定位在主要煙道氣路徑中微粒收集裝置之下游及風扇之上游；或定位在主要煙道氣路徑中風扇之下游及煙囪之上游。
在一些其他實施例中，主要煙道氣路徑包含一空氣預熱器，其位在鍋爐之下游及吸收劑容器之上游，且煙道氣回收路徑具有定位在空氣預熱器上游之取出點。
固體運送系統可包含從微粒收集裝置中引出之一滑道，該滑道具有至少一個流體化表面。固體運送系統可包含一分配斗，其接收來自微粒收集裝置之經回收的固體微粒，該至少一個流體化表面被定位在分配斗中。在特定實施例中，固體運送系統包含一滑道，其從微粒收集裝置中引出至分配斗，該滑道及該分配斗各具有一流體化表面。有時，固體運送系統包含一漏斗，該漏斗具有一流體化表 面。
用於煙道氣除硫系統中之微粒收集裝置可以係一脈衝式織物過濾器、一搖晃放氣織物過濾器、一反向氣體織物過濾器或一靜電集塵器。
系統可以進一步包括一氣流，其係與煙道氣回收路徑相混合，使得煙道氣及空氣之混合物被用來作為流體化氣體。
在本文中亦揭示在煙道氣除硫系統中用於回收固體微粒的方法，該煙道氣除硫系統具有一主要煙道氣路徑延伸通過一吸收劑容器及位在該吸收劑容器下游之一微粒收集裝置，該方法包括：從微粒收集裝置中之清潔氣體分離出固體微粒；使用包含至少一個流體化表面之一固體運送系統而將固體微粒從微粒收集裝置回收至吸收劑容器；其中經回收的煙道氣從主要煙道氣路徑通過煙道氣回收路徑被傳送至固體運送系統，該煙道氣回收路徑具有至少一個取出點，且該經回收的煙道氣被用來作為流體化氣體，以產生可使固體微粒在其上移動之至少一個流體化表面。有時，經回收的煙道氣係與空氣混合以形成煙道氣及空氣之混合物，其被用來作為流體化氣體。
這些及其他非限制性特性將在以下更詳細地說明。
100‧‧‧鍋爐
105‧‧‧爐
110‧‧‧下游除硫系統
111‧‧‧粉碎機
112‧‧‧石化燃料
114‧‧‧空氣
116‧‧‧節熱器
120‧‧‧煙道氣
130‧‧‧選擇性觸媒還原(SCR)系統
140‧‧‧空氣預熱器
150‧‧‧微粒收集裝置
160‧‧‧乾式洗滌機
162‧‧‧鈣吸收劑
164‧‧‧水
170‧‧‧微粒收集裝置
172‧‧‧回收流
174‧‧‧微粒棄置
180‧‧‧煙囪
200‧‧‧固體運送系統
202‧‧‧通道
204‧‧‧地面
206‧‧‧煙囪
210‧‧‧吸收劑容器
212‧‧‧底部入口
214‧‧‧頂部出口
220‧‧‧文氏管
222‧‧‧固體注入點
224‧‧‧水注入點
230‧‧‧微粒收集裝置
232‧‧‧導管
235‧‧‧高度
237‧‧‧高度
240‧‧‧第一流體化滑道
242‧‧‧第二流體化滑道
250‧‧‧分配箱
255‧‧‧高度
260‧‧‧鈣吸收劑圓筒倉
262‧‧‧通道
270‧‧‧清潔氣體再循環煙道
280‧‧‧鈣吸收劑注入點
282‧‧‧水銀吸收劑注入點
290‧‧‧分離器
295‧‧‧高度
300‧‧‧回收系統
360‧‧‧乾式洗滌機
370‧‧‧微粒收集裝置
382‧‧‧第一取出點
382‧‧‧第二取出點
400‧‧‧煙道氣除硫系統
420‧‧‧主要煙道氣路徑
460‧‧‧循環乾式洗滌機
470‧‧‧微粒收集裝置
474‧‧‧元件符號
480‧‧‧煙囪
481‧‧‧取出點
482‧‧‧取出點
483‧‧‧取出點
484‧‧‧取出點
485‧‧‧回收煙道氣路徑
486‧‧‧風扇
487‧‧‧風扇/吹風機
488‧‧‧加熱器
489‧‧‧儲料斗
490‧‧‧分配斗
491‧‧‧流體化滑道
492‧‧‧漏斗
495‧‧‧取出點
496‧‧‧空氣預熱器
497‧‧‧冷燃燒空氣
498‧‧‧熱燃燒空氣
499‧‧‧周圍空氣
以下係圖式之簡要說明，其用於繪示說明在本文中所揭示之例示性實施例之目的而不是用於侷限例示性實施例 的目的。
圖1係流程圖，其繪示具有乾式除硫系統之鍋爐之組件及流動路徑。
圖2係側視圖，其繪示除硫系統之CDS吸收劑容器及微粒收集裝置以及固體運送系統。
圖3係圖2之系統之平面(俯視)圖。
圖4係圖2之系統之透視圖。
圖5係本發明未使用分配箱之除硫系統之側視圖。
圖6係圖5之除硫系統之平面視圖。
圖7係圖表，其展示額外停留時間的影響。
圖8係流程圖，其繪示在使用經回收的煙道氣作為流體化氣體之本發明之例示性實施例中之除硫系統之各種流動路徑。主要煙道氣路徑繪示於包含CDS吸收劑容器之裝置組件及微粒收集裝置/微粒收集裝置之間。煙道氣回收路徑運行至固體運送系統，其從微粒收集裝置再循環固體微粒返回至CDS吸收劑容器。
可以藉由參考附圖而獲得在本文中所揭示之組件、程序及裝置之更深入的瞭解。這些圖式基於方便及易於說明本發明而僅僅為示意性的表示，因此，不是用於指示其相對的裝置或組件之尺寸及/或定義或限制例示性實施例之範圍。
儘管為了清楚起見而在以下描述中使用特定術語，但 這些術語僅用於參考在圖式說明中所選擇之實施例之特定結構，而不是用來定義或限制本發明之範圍。在圖式及下面的描述中，應瞭解，相同的元件標號意指相同的功能組件。
除非上下文有明確規定，否則單數形式「一」及「該」包含複數個指示物。
如在說明書及申請專利範圍中所使用，術語「包括」可包含實施例「由…組成」及「基本上由…組成」。在本文中所用之術語「包括」、「包含」、「具有」、「可以」、「包含」及其變體意指開放式連接詞或需要所述組件/步驟的存在及允許其他組件/步驟的存在的字詞。然而，此描述應被理解為亦描述組件或程序係「由所列舉的組件/步驟所組成」及「基本上由所列舉的組件/步驟所組成」，其僅允許所述的組件/步驟之存在，以及可能由其造成之任何夾雜物，並且排除其他組件/步驟。
數值應被理解為包含當減少至相同數字之有效數字時之相同數值及以小於在本發明申請案中所述之類型之習知測量技術以判定該值之實驗誤差而與所測量的值相差之數值。
在本文中所揭示之所有範圍包括所列舉的端點值且可獨立地組合(例如，「從2克至10克」的範圍係包含端點值(2克及10克)及所有中間值)。
如在本文中所使用，近似語言可被應用於修改任何定量的表示法，這可能會發生變化但不會導致在相關的基本 功能中的改變。因此，由術語(諸如「大約」及「大致上」)所修改的值並不會侷限於特定的準確值。更具體言之，術語「大約」可意指加上所指定數目的10%或減去所指定數目的10%。修飾詞「大約」應亦被理解為揭示由兩個端點值之絕對值所定義的範圍。例如，「大約從2至4」之表示式亦揭示「從2至4」的範圍。
應瞭解，在本文中所使用的一些術語係相關術語。術語「入口」及「出口」係相對於一給定結構而相對於流動通過其之流體，例如流體流動通過入口而進入結構且流動通過出口而離開結構。術語「上游」及「下游」係相對於流體流動通過各種組件之方向，亦即，在流動通過下游組件之前，流體流動通過上游組件。應瞭解，在一個循環中，一第一組件可以被描述為係一第二組件之上游及下游。
術語「水平」及「垂直」被用於指示相對於絕對基準(亦即，地平面)之方向。然而，這些術語不應被理解為要求結構彼此必須絕對平行或絕對垂直。例如，一第一垂直結構及一第二垂直結構不一定彼此平行。術語「頂部」及「底部」或「基部」被用於意指位置/表面，其中頂部相對於一絕對基準(亦即，地球的表面)總是高於底部/基部。術語「向上」及「向下」亦係相對於一絕對基準；一向上流動總是抵抗地球的重力。
術語「鈣吸收劑」意指包含鈣及用於從煙道氣中吸收硫氧化物之任何的吸收劑。術語「熟石灰」意指氫氧化 鈣，亦被稱為Ca(OH)2。在此使用術語「水合」時並不意味著水分子係存在的。術語「石灰泥漿」用於意指氫氧化鈣與水的混合物。其他鈣吸收劑包含例如石灰石或生石灰。術語「石灰石」意指碳酸鈣，亦稱為CaCO3。術語「生石灰」意指氧化鈣(CaO)。術語「鈣吸收劑」包含水泥窯灰(CKD)及石灰窯灰(LKD)，其係水泥及石灰生產之工業副產物，且其可能含有大量的氧化鈣及與其他氧化物(例如SiO2、Al2O3、MgO、Na2O、K2O)混合。
術語「水銀吸收劑」意指用於從煙道氣吸收水銀之任何的吸收劑。例示性水銀吸收劑包含粉末狀活性碳(PAC)；溴化粉狀活性碳(Br-PAC)；改質矽酸鹽；頁矽酸鹽(經處理的或未經處理的)；飛灰；鹵化吸收劑(諸如溴化鈣)；及其兩個或更多個的組合。應瞭解，通常會添加稱為MitagentTM的鐵添加劑以促進水銀在一或多個鹵素或含鹵化合物存在時的氧化作用，但本身並不是吸收劑。鐵添加劑之非限制實例包含氧化鐵、碳酸鐵及鐵鹵化物。
在本文中所使用之術語「平面」通常係一共同水平，而且應被理解為意指一平坦體積而不是一平坦表面。
當使用意指兩個系統組件之術語「直接地」時，意味著沒有顯著的系統組件係在兩個所述組件之間的路徑中。然而，次要組件(諸如閥或泵或其他控制裝置或感測器(例如溫度或壓力))可被定位在兩個所述組件之間的路徑中。
術語「微粒」及「粉末」在本文中可替換地使用，而且應被理解為係同義的。
在某種程度上，鍋爐及/或蒸汽產生器技術之特定術語或原理的說明對於瞭解本發明係有必要的，讀者可參考「蒸汽/其產生及使用(Steam/its generation and use)」第40版，Stultz及Kitto編輯，版權所有1992年，Babcock & Wilcox Company，及參考「蒸汽/本身產生及使用(Steam/its generation and use)」第41版，Stultz及Kitto編輯，版權所有2005年，Babcock & Wilcox Company，兩者的內容在此以宛若完全在本文中提及其全文之方式併入以供參考。
本發明係關於兩套獨立的方法及系統。第一套係關於使用用於除硫之循環乾式洗滌機(CDS)以減少SOx的排放的各種方法及系統。極為普遍地，一煙道氣係由包含燃料於其中被燃燒之燃燒室的燃燒系統所產生。將乾燥鈣吸收劑(例如熟石灰)初期在系統中注入至CDS吸收劑容器之上游的煙道氣中，以提升污染物的移除。所得到的煙道氣(此時包含固體微粒及清潔氣體)通過下游微粒收集裝置以從清潔氣體中分離固體微粒。該固體微粒使用流體化滑道及分離器而再循環回到CDS吸收劑容器。不像習知的先前技術系統，沒有分配箱存在於此回收路徑中。為了在習知技術系統中容納分配箱，微粒收集裝置及其他組件(例如鈣吸收劑圓筒倉)被升高於地面之上。新系統(藉由移除所需要的分配箱)允許微粒收集裝置被升高至超過地面之較小距離，並且允許鈣吸收劑注入流的重新配置(減少資本成本及操作成本)，同時提升或維持微粒/污染物的移 除。
第二套係關於用於減少與使用用於除硫之乾式洗滌機(例如來自Babcock & Wilcox Company之CDS或NIDS(其來自Alsyom))來操作污染控制系統有關的成本的各種方法及系統。污染控制系統係用於捕捉在煙道氣中之污染物。極普遍地，鈣吸收劑(例如熟石灰或生石灰)或其他反應物與固體回收流一起被注入至煙道氣中，以捕捉污染物(諸如SOx)，而一吸收劑容器提供用於在反應物、水及煙道氣之間反應的空間。所得到的煙道氣(此時包含固體微粒及清潔氣體)通過一下游微粒收集裝置(例如袋式集塵器)以從清潔氣體中分離固體微粒。該固體微粒使用固體運送系統而再循環回到吸收劑容器。
固體運送系統通常包含流體化滑道輸送器、使用流體化襯墊之料斗及與微粒收集裝置有關之流體化漏斗。這些組件通常包含織物、石頭或將流體化氣體(例如空氣)傳遞通過之網狀表面以流體化固體粉末。在流體化滑道輸送器的例子中，流體化使粉末沿著重力之方向流動通過輸送器。在料斗流體化襯墊的例子中，流體化協助材料之重力流離開料斗。織物、石頭或網狀表面用於支撐粉末並且防止其進入流體化系統。
流體化氣體被加熱以確保其水蒸氣成份不會凝結至微粒上，這可能會導致附著而難以流動。加熱空氣亦加熱粉末，其防止水蒸氣從外部源冷凝至粉末上。流體化氣體應被加熱至高於水的露點。
在本發明之系統中，使用熱煙道氣來流體化欲再循環回到吸收劑容器之固體微粒而不是加熱周圍空氣。因為煙道氣已經係熱的，因此減少加熱流體化氣體所需的能量。此亦藉由減少所需加熱器的量或藉由減少其尺寸而降低資本成本及操作成本。
通常，可考慮在本文中所揭示之煙道氣除硫系統及方法可以與任何燃燒系統組合。燃燒可用於任何目的，例如產生電力、產生特定產品或只是焚燒一給定燃料。本發明之方法可應用於其中之例示性燃燒系統包含使用具有一爐作為燃燒室之鍋爐之能量產生系統；水泥窯；電弧爐；玻璃熔爐；熔爐(銅、金、錫等等)；造粒機煅爐；高爐；焦爐組；化學燃燒加熱器；精煉爐；以及焚化爐(醫療廢棄物、都市固體廢棄物等等)。在本文中所使用之術語「燃燒室」意指在系統中於其中發生燃燒的特定結構。
圖1整體繪示具有鍋爐100及下游除硫系統110之例示性能量產生系統。石化燃料112(諸如來自粉碎機111的煤及空氣114在爐105中燃燒)導致煙道氣120的產生。煙道氣120通過用於預熱用於鍋爐的水之節熱器116以產生蒸汽並且冷卻煙道氣120。節熱器116上游之其他熱轉移表面未圖示。煙道氣120接著進入選擇性觸媒還原(SCR)系統130(其可存在或可不存在)以移除來自煙道氣120之氮氧化物(NOx)。接著，煙道氣120通過空氣預熱器140以進一步冷卻煙道氣120且進入爐105來加熱空氣114。在通過空氣預熱器140之後，煙道氣120通常具有大約 250℉至400℉(121℃至204℃)的溫度。有時，煙道氣120會接著通過微粒收集裝置150以收集飛灰及其他較大的微粒。煙道氣持續進入乾式洗滌機160。在此，鈣吸收劑162及水164被注入至煙道氣中以與硫氧化物(SOx)產生反應，並且進一步冷卻煙道氣120以達大約140℉至210℉(60℃至99℃)的範圍。將鈣吸收劑及水單獨注入可允許簡單的調整鈣吸收劑，以用於饋給至可變化的SOx濃度且允許使用品質較低的水。在吸收劑容器160中，水被蒸發，並且將所產生洗淨的及含有微粒的煙道氣120輸送至微粒收集裝置(例如袋式集塵器)170(諸如一織物過濾器或一靜電集塵器)用以從煙道氣120移除微粒。該洗淨的煙道氣120接著被傳送至煙囪180。
來自微粒收集裝置170之回收流172通常被用於收集固體鹼性微粒且從微粒收集裝置將其回收返回至乾式洗滌機160。此種再循環賦予未反應的反應物多次機會來通過乾式洗滌機吸收劑容器160而與硫氧化物產生反應，因而導致高反應物的使用。新的鈣吸收劑162可以被添加以及取代所使用的吸收劑。微粒亦可從微粒收集裝置170被移除並棄置，在此以元件符號174來指示。
圖2及圖3提供用於將固體微粒返回至吸收劑容器之固體運送系統200之一些附加的細節。回至圖2係一側視圖，且圖3係一平面視圖(亦即俯視)。圖4係一類似系統之透視圖。
首先請參考圖2，未經處理的煙道氣從左側通過相對 於地面204係在低高度處之通道202進入污染控制系統。該通道接著垂直地轉動使得煙道氣向上流動通過文氏管220(見圖4)進入循環乾式洗滌機(CDS)吸收劑容器210之底部入口212。當煙道氣向上流動時，煙道氣會通過固體注入點222，其係文氏管220之上游或下游。如圖3所示，此圖式展示四個文氏管。水注入點224被定位在吸收劑容器210之基部及文氏管220之下游。固體微粒及洗淨的氣體接著從吸收劑容器之頂部出口214流至微粒收集裝置230中。該微粒收集裝置230可被升高超過地面204至一特定高度235。
接著，將固體微粒從氣流中移除，且一些固體微粒從微粒收集裝置再循環返回至吸收劑容器。固體微粒透過流體化漏斗離開微粒收集裝置230至流體化滑道240上。根據微粒收集裝置之尺寸及配置，可以使用一個或兩個或更多個滑道。在本發明中，滑道之表面使用熱煙道氣而流體化。
固體微粒接著可能需要大約均勻地被分離至等於固體注入點之數量之第二套滑道上。如此特定配置所示，分配箱250可被用於此目的。滑道240將從微粒收集裝置230導引至分配箱250，在此，展示兩個分配箱。分配箱從微粒收集裝置將固體微粒分成流至兩個不同流，其接著將另一個流體化滑道242向下移動至固體注入點222。在圖3中，存在有四個固體注入點，而在圖4中，存在有六個固體注入點，各者皆用於文氏管220，其均勻地圍繞吸收劑 容器210配置。然而，注入點之數量不需等於文氏管之數量。在一些實施例中，每個滑道具有7度之一最小斜度以實現流動。分配箱250可具有大約8呎至15呎的高度255。如圖3所示，應瞭解，分配箱被定位至吸收劑容器之側邊，而不是吸收劑容器之下方(亦即分配箱不會影響吸收劑容器之高度)。分配斗之基部亦包含一流體化表面，其幫助固體微粒之分配。
鈣吸收劑圓筒倉260具有從鈣吸收劑圓筒倉引出至每個分配箱250之通道262。如圖4所示，新的鈣吸收劑被注入至分配箱250中或替代地至CDS吸收劑容器210中(注入路徑未圖示)或替代地至CDS吸收劑容器之上游通道202中(注入路徑未圖示)。分配箱亦可將固體微粒與新的鈣吸收劑相混合。通常，新的鈣吸收劑圓筒倉260被升高而超過注入點，使得至少有一15°斜度可以實現從筒倉至注入點允許新的鈣吸收劑藉由重力而饋給。通道262亦可被視為一流體化滑道輸送器。可特別設想的是，在一些實施例中，所使用之鈣吸收劑係熟石灰。
仍然參考圖4，清潔氣體透過導管232離開微粒收集裝置230至微粒收集裝置下游的煙囪206，其中該清潔氣體可以排出至大氣中。亦展示清潔氣體再循環煙道270，其從微粒收集裝置230之下游再循環清潔煙道氣至固體注入點222之上游點。
應瞭解，圖2至4展示除硫系統及固體運送系統之一例示性實施例，而且在本發明之範圍內可設想各種變化形 式。例如，可以使用任何數量的固體注入點將固體從過濾器出口直接地注入至吸收劑容器中。注入點可以在文氏管之上游或下游。鈣吸收劑亦可經由各種輸送器類型而在CDS吸收劑容器之上游之任何位置或在回收固體流中之任何位置(大體上位在固體微粒從系統中被移除或被清除之任何位置的下游)被引入至主要煙道氣路徑中。雖然一CDS吸收劑容器在此被描繪成具有一大的圓柱狀形狀以允許在煙道氣中之污染物及固體微粒之間的反應，但其通常亦可設想為可使用長度足以允許反應之任何結構或導管。例如，可設想使用一方形導管。
圖5及圖6在本發明之回收系統300上提供一些額外的細節，該回收系統用於將固體微粒返回至吸收劑容器。在此回收系統中，沒有使用分配箱。圖5係一側視圖，且圖6係一平面視圖(亦即俯視)。
此回收系統300之數個組件係類似於圖2及圖3中所述之組件。CDS吸收劑容器210包含一底部入口212及一頂部出口214，該頂部出口連接至微粒收集裝置230。若干個文氏管(未圖示)饋給至底部入口，數量係取決於特定的應用。每個文氏管具有一固體注入點222，且定位在文氏管下方(上游)。至少有一個水注入點224被定位在文氏管上方(下游)。應瞭解，固體注入點通常係在相同水平平面中。同樣地，文氏管通常係在相同水平平面中，而且水注入點通常係在相同水平平面中。應瞭解，此係一說明性實例，而且固體注入點之總數量、文氏管之總數量及水注 入點之總數量可以彼此獨立地變化。
有些差異係值得注意的。最初，鈣吸收劑圓筒倉260被定位在地面204而且不會被升高至如圖4中之相同的程度。新的鈣吸收劑係被注入而不是重力饋給。其次，取代欲饋給至分配箱中之鈣吸收劑，鈣吸收劑注入點280被移動以直接地注入至在一位置處之煙道氣通道202，該位置係CDS吸收劑容器210之上游而不是在回收流中(亦即，流體化滑道)。鈣吸收劑通道262饋給至新的鈣吸收劑注入點280，其被定位在固體注入點222之上游。水銀吸收劑注入點282亦存在於煙道氣通道中之鈣吸收劑注入點280及固體注入點222之間之位置處。設置水銀吸收劑注入點之上游鈣吸收劑注入點可節省水銀吸收劑的操作成本。有關於此，注入水銀吸收劑以捕捉水銀，但SO3使一些吸收劑無效(諸如粉狀活性碳(PAC))。藉由將鈣吸收劑注入至水銀吸收劑注入點之上游，SO3可以與鈣吸收劑產生反應並且被移除，因此不會消除水銀吸收劑。若停留時間係足夠用來捕捉Hg，亦可將該水銀吸收劑直接地注入至CDS吸收劑容器210中。
此外，鈣吸收劑注入上游會增加鈣吸收劑在系統中的總停留時間。在水被注入至煙道氣中之前，此使得鈣吸收劑亦移除CDS吸收劑容器之上游的其他排放物(諸如HCI、HF等等)，使得在吸收劑容器中的環境係較不具腐蝕性。圖7係一圖表，其展示使用熟石灰作為吸收劑之額外停留時間的影響。當停留時間增加時，需要移除之熟石 灰減少。相較於物據1，數據組2有更多的水添加至煙道氣。在實施例中，鈣吸收劑在鈣吸收劑注入點及微粒收集裝置之間具有大約2.5秒至10秒的總停留時間。
接著，不存在有分配箱。再者，第一流體化滑道240從微粒收集裝置230直接地導引至分離器290。該分離器從第一流體化滑道240接收固體微粒且將其分離以饋給至少兩個第二流體化滑道242，第二流體化滑道242之各者直接地導引至固體注入點222。此外，分離器可被視為流體化滑道之一部分。因此，分配箱可以被完全移除。分離器290通常具有大約2呎的高度295。在此所描繪之分離器係一雙向分離器，而且可設想為三向或四向分離器。
因為分配箱之高度此時被移除，因此微粒收集裝置230及流體化滑道240、242不需要被升高至相同程度。在圖5中之高度237係小於圖3中之高度235。這些組件此時可以使數呎高的高度下降，因而節省結構用鋼及與其相關的成本。
圖5及圖6中所示之微粒收集裝置230在各種不同實施例可以係一靜電集塵器(ESP)、一反向氣體織物過濾器、一搖晃放氣織物過濾器或一脈衝式織物過濾器。理想地，微粒收集裝置可以係一脈衝式織物過濾器(PJFF)或一反向氣體織物過濾器。有關於此，由於相較於ESP及織物過濾器之除硫能力，因此織物過濾器係優於ESP。換言之，由於過濾器塊之積聚，因此織物過濾器可以在蒸氣相中捕捉污染物，而ESP僅能捕捉微粒及不顯著地捕捉蒸氣 相污染物。
圖8係一示意圖，其繪示本發明之另一煙道氣除硫系統400及其固體運送系統。在此系統中，對於固體運送系統之各種組件，煙道氣經再循環以用來作為流體化氣體。系統包含：主要煙道氣路徑420，其已離開鍋爐且延伸通過一空氣預熱器496；一循環乾式洗滌機460；微粒收集裝置470及用於排出之煙囪480。一風扇(例如抽風機)486亦可被定位在主要煙道氣路徑中，例如，微粒收集裝置470之下游及煙囪480之上游。
亦繪示一回收煙道氣路徑485。在主要煙道氣路徑420中之煙道氣之一部分在一或多個取出點481、482、483、484、495處被排放且被傳送至固體運送系統以用於作為流體化氣體。
描述數個不同取出點。可以設想的是，僅可使用這些點之一者，或可使用其之任何組合。取出點495被定位在主要煙道氣路徑中之空氣加熱器496之上游。取出點481被定位在風扇486之下游及煙囪480之上游。取出點482被定位在空氣加熱器496之下游及循環乾式洗滌機460之上游。取出點483被定位在循環乾式洗滌機460及微粒收集裝置470之間。取出點484被定位在微粒收集裝置470及風扇486之間。
冷燃燒空氣497在空氣預熱器496中被加熱且從煙道氣420吸收能量以提供用於其他目的之熱燃燒空氣498。
在特定實施例中，可使用兩個或更多個取出點。兩個 或更多個煙道氣流之混合物可一起混合並且作為流體化氣體。可選擇相對量之兩個或更多個煙道氣流來控制流體化氣體之一或多個參數(例如溫度)。例如，第一取出點382可被定位在乾式洗滌機360之上游，且第二取出點382可被定位在微粒收集裝置370之下游。再者，亦可使用先前所述之取出點之任何數量或組合。
回收煙道氣路徑485運行通過風扇/風扇/吹風機487(以增加壓力)及通過用於控制流體化氣體之最終溫度之加熱器488而饋給至固體運送系統。在其他實施例中，加熱器488被定位在風扇/吹風機487之上游。如在此所描繪，在微粒收集裝置470中所收集之固體微粒會落在漏斗492中，其可饋給至流體化滑道491以傳送固體微粒至可選的分配斗490中。若分配斗被完全填充而造成固體微粒之積壓，則可使微粒轉移至儲料斗489中。微粒接著從分配斗490被傳送至吸收劑容器460，以完成用於固體微粒之回收路徑。
煙道氣回收路徑485被用於提供流體化氣體至流體化滑道491中之流體化表面、分配斗490、織物過濾器漏斗492及/或儲料斗489。亦可設置固體微粒(元件符號474)。
藉由以熱煙道氣取代周圍空氣來用於流體化氣體，這些系統及方法可以減少固體運送系統之附帶的負載及減少加熱流體化氣體達一可接受溫度(例如超過水之露點)所需的能量。亦可減少加熱器及相關的電子設備之資本成本。 根據計算，在一實例中，藉由使用熱煙道氣取代周圍空氣可減少給定電阻式加熱器之630kW至75kW的功率。當使用八個此加熱器時，所節省的累加功率係4.44MW。
可以設想的是，在特定實施例中，再循環的煙道氣可與空氣(例如周圍空氣)相混合以形成流體化氣體。此在圖8中說明，其中周圍空氣以元件符號499標示，且在進入吸收劑容器460之前係與經回收的煙道氣相混合。在引入空氣之前或之後，可過濾取出點下游的流體化氣體。若煙道氣在取出點495處經再循還，則此煙道氣及空氣所混合的混合物係特別適用的，由於相較於從空氣加熱器之下游所獲得的純煙道氣，此煙道氣應具有高於水的露點之溫度上升。
使用經回收的煙道氣的這些系統及方法在燃燒使用氧氣而不是空氣(78%氮、21%氧氣)的燃料之富氧燃燒系統中亦尤其有用。此系統通常產生主要由二氧化碳及水所組成的煙道氣。使用熱煙道氣來取代空氣以通過流體化滑道輸送器及/或流體化襯墊及/或在固體運送系統中之其他組件而注入，以減少空氣滲透及/或將注入至系統中的空氣最小化，且進一步濃縮二氧化碳，藉此增加二氧化碳壓縮系統及消除一些排放物的效率。
該系統可以係空氣燃燒系統或氧氣燃燒系統。在富氧燃燒系統中，減少空氣注入及減少富含二氧化碳流之稀釋之滲透，藉此提升二氧化碳壓縮效率。在一些實施例中，系統係氧氣燃燒系統且流體化氣體係一經回收的氣體之混 合物。在其他實施例中，系統係空氣燃燒系統且流體化氣體係空氣及煙道氣之混合物。
微粒收集裝置470在各種不同實施例可以係一靜電集塵器(ESP)、一反向氣體織物過濾器、一搖晃放氣織物過濾器或一脈衝式織物過濾器。理想地，微粒收集裝置可以係一脈衝式織物過濾器(PJFF)或一反向氣體織物過濾器。有關於此，由於相較於ESP及織物過濾器之除硫能力，因此織物過濾器係優於ESP。換言之，由於過濾器塊之積聚，因此織物過濾器可以在蒸氣相中捕捉污染物，而ESP僅能捕捉微粒及不顯著地捕捉蒸氣相污染物。
本發明已參考例示性實施例來說明。明顯地，在閱讀並且瞭解前面的詳細說明之後，仍可實行許多修改及改變。本發明被理解為意欲包含所有落入隨附申請專利範圍或其之等效件之範疇內之此等修改及改變。
202‧‧‧通道
204‧‧‧地面
210‧‧‧吸收劑容器
212‧‧‧底部入口
214‧‧‧頂部出口
222‧‧‧固體注入點
224‧‧‧水注入點
230‧‧‧微粒收集裝置
237‧‧‧高度
240‧‧‧第一流體化滑道
242‧‧‧第二流體化滑道
260‧‧‧鈣吸收劑圓筒倉
262‧‧‧通道
280‧‧‧鈣吸收劑注入點
282‧‧‧水銀吸收劑注入點
290‧‧‧分離器
295‧‧‧高度
300‧‧‧回收系統

Claims (24)

  1. 一種煙道氣除硫系統，包括：位在循環乾式洗滌機吸收劑容器上游之鈣吸收劑注入點；定位在該鈣吸收劑注入點與該循環乾式洗滌機吸收劑容器之間的複數個固體注入點；位在該循環乾式洗滌機吸收劑容器下游的微粒收集裝置，該微粒收集裝置從清潔氣體分離出固體微粒；及回收系統，包含用於將該固體微粒從該微粒收集裝置直接地引出至分離器的第一流體化滑道，該分離器分離該固體微粒以饋給至至少兩個第二流體化滑道，每一第二流體化滑道將該固體微粒直接地饋給至固體注入點。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，進一步包括位在該複數個固體注入點下游的文氏管，該文氏管饋給至該循環乾式洗滌機吸收劑容器的底部入口中。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，進一步包括位在該鈣吸收劑注入點與該複數個固體注入點之間的水銀吸收劑注入點。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該循環乾式洗滌機吸收劑容器包含位在該固體注入點上方的水注入點。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，在該微粒收集裝置與該固體注入點之間沒有分配箱存在於該回收系統中。
  6. 一種用於在煙道氣除硫系統中回收固體微粒的方法，包括：在微粒收集裝置中從清潔氣體分離出固體微粒；將固體微粒直接地饋給至位在循環乾式洗滌機吸收劑容器上游處的至少兩個固體注入點，其中在該微粒收集裝置與該固體注入點之間沒有分配箱存在於該回收系統中；將該固體微粒再注入至位在該固體注入點處的煙道氣流動路徑中；以及在該固體注入點上游的鈣吸收劑注入點處將新的鈣吸收劑添加至該煙道氣流動路徑中。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，該再注入的固體微粒通過位在該固體注入點下游的文氏管，該文氏管饋給至該循環乾式洗滌機吸收劑容器的底部入口中。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，進一步包括在定位於該鈣吸收劑注入點與該至少兩個固體注入點之間的注入點處注入水銀吸收劑。
  9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，該固體微粒之至少一部分從該微粒收集裝置落在第一流體化滑道而直接地傳送至分離器，該分離器分離該固體微粒以饋給至至少兩個第二流體化滑道，每一第二流體化滑道饋給至一固體注入點。
  10. 如申請專利範圍第6項之方法，進一步包括將該清潔氣體的至少一部分從該微粒收集裝置的下游再循環至位在該固體注入點上游的一位置點。
  11. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，鈣吸收劑在該鈣吸收劑注入點與該微粒收集裝置之間具有約2.5秒至約10秒的停留時間。
  12. 一種煙道氣除硫系統，包括：主要煙道氣路徑，其延伸通過吸收劑容器、位在該吸收劑容器下游的微粒收集裝置，以及煙囪；固體運送系統，用以從該微粒收集裝置回收固體微粒至該吸收劑容器，該固體運送系統包含至少一個流體化表面；及煙道氣回收路徑，其具有將煙道氣從該主要煙道氣路徑傳送至該固體運送系統的至少一個取出點，該煙道氣被用作為流體化氣體以產生該至少一個流體化表面。
  13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中，(a)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的吸收劑容器上游；或(b)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的該吸收劑容器下游及該微粒收集裝置上游。
  14. 如申請專利範圍第12項之系統，其中，該主要煙道氣路徑包含風扇，其位在該微粒收集裝置下游及該煙囪上游；且其中，(a)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的微粒收集裝置下游及該風扇上游；或(b)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的該風扇下游及該煙囪上游。
  15. 如申請專利範圍第12項之系統，其中，該主要 煙道氣路徑包含位在鍋爐下游及該吸收劑容器上游的空氣預熱器，且該至少一個取出點被定位在該空氣預熱器上游。
  16. 如申請專利範圍第12項之系統，其中，該固體運送系統包含從該微粒收集裝置引出的滑道，或者接收來自該微粒收集裝置之經回收的固體微粒的分配斗，或者流體化漏斗，且其中，該至少一個流體化表面被定位在該滑道、該分配斗或該漏斗中。
  17. 如申請專利範圍第12項之系統，進一步包括氣流，該氣流與該煙道氣回收路徑混合，使得煙道氣與空氣之混合物被用作該流體化氣體。
  18. 如申請專利範圍第12項之系統，其中，該煙道氣回收路徑具有複數個取出點。
  19. 一種用於在煙道氣除硫系統中回收固體微粒之方法，該煙道氣除硫系統具有延伸通過吸收劑容器及位在該吸收劑容器下游的微粒收集裝置之主要煙道氣路徑，該方法包括：在微粒收集裝置中從清潔氣體分離出固體微粒；使用包含至少一個流體化表面的固體運送系統而將固體微粒從該微粒收集裝置回收至該吸收劑容器；其中，經回收的煙道氣經由包括至少一個取出點的煙道氣回收路徑而從該主要煙道氣路徑被傳送至該固體運送系統，且該經回收的煙道氣被用作流體化氣體，以產生可使該固體微粒於其上移動的至少一個流體化表面。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，(a)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的吸收劑容器上游；或(b)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的該吸收劑容器下游及該微粒收集裝置上游。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，該主要煙道氣路徑包含風扇，該風扇位在該微粒收集裝置下游及該煙囪上游；且其中，(a)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的微粒收集裝置下游及該風扇上游；或(b)該至少一個取出點被定位在該主要煙道氣路徑中的該風扇下游及該煙囪上游。
  22. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，該固體運送系統包含從該微粒收集裝置引出的滑道，或者接收來自該微粒收集裝置之經回收的固體微粒的分配斗，或者流體化漏斗，且其中，該至少一個流體化表面被定位在該滑道、該分配斗或該漏斗中。
  23. 如申請專利範圍第19項之方法，進一步混合該經回收的煙道氣與空氣以形成煙道氣與空氣的混合物，該混合物被用作該流體化氣體。
  24. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，該煙道氣回收路徑具有複數個取出路徑。
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