TW202108231A - 混合式鍋爐-乾燥機及方法 - Google Patents

Abstract

提供一種用於減少爐250之污染物700之排放的方法。該方法包括自爐250內的燃料122之一流形成床440；用來自爐250的煙氣272流體化床440；及加熱床440內的燃料122，以產生焦炭702、灰分704及污染物700。該方法進一步包括經由灰分704捕捉污染物700。

Description

混合式鍋爐-乾燥機及方法

本發明之實施例大致上係關於固體燃料鍋爐，且更具體而言係關於一種混合式鍋爐-燃料乾燥機及方法。

在習知的鍋爐（諸如固體燃料鍋爐）中，有機材料通常用於產業及公用設施，以產生蒸氣用以操作設備及產生電力。例如，電力公用發電廠產生電力一般係藉由使用蒸氣來轉動渦輪機之軸，以藉此驅動一發電機。許多發電廠係藉由燃燒固體燃料（諸如，煤或生質燃料）來產生此蒸氣。該燃料係在一爐之燃燒室中燃燒以產生熱，該熱接著係用來在鍋爐中將水轉變成蒸氣。然後使此蒸氣過熱並導引以驅動或旋轉一蒸氣渦輪機。該等旋轉渦輪機係藉由一軸或轉子耦合至交流發電機，以與其產生AC電力。蒸氣通過渦輪機後，便被提供至一冷凝器，並藉由繞著通過帶冷卻水的管線來冷卻，冷卻水吸收來自蒸氣的熱。蒸氣冷卻時冷凝成水，然後該水被泵送回至鍋爐以重複將其加熱成為蒸氣的過程。

習知的鍋爐常燃燒粉煤或生質燃料，其等可具有高水分含量，該水分含量例如來自儲放於戶外並暴露於高濕度條件。此高水分含量燃料的水分含量可大幅變化，從而為燃燒過程帶來後續變化，並使得有效率地操作鍋爐更加困難。（如本文中所使用，用語「高水分含量燃料(high moisture content fuel)」意指並包括適用於在一爐中燃燒之任何類型的固體燃料）。固體燃料的水分含量已知對於鍋爐操作的許多態樣具有影響，包括效率及排放。由於燃料的水分含量較高，燃燒高水分含量燃料（諸如煤）的鍋爐將展現相對低的熱效率。固體燃料中的高水分含量亦可導致諸如燃料處理、燃料研磨、風機能力、及煙氣流率方面的問題。

此外，在燃燒高水分含量燃料的鍋爐中，有效率的懸浮燃燒或切線燃燒亦受到燃料的相對水分含量及粒徑分布影響。若燃料的水分含量足夠高，則燃燒室中的燃料的燃燒可被減慢或延遲，導致未燃燒的可燃材料被煙氣夾帶出來。進一步，如果經粉化固體燃料的粒徑足夠大，則較大的燃料粒徑將使其難以將該等燃料粒子在燃燒室中維持懸浮，從而減少粒子在高溫下整個粒子完全燃燒所耗費的滯留時間。據此，為了在切線燃燒鍋爐中達到所欲的燃燒效率，高水分含量燃料必須充分乾燥及定大小。具體而言，為了在習知的鍋爐中完成有效率的燃燒，燃料的粒徑及水分含量兩者均須在一燃料預處理系統中獲得解決（即，最小化）。一般而言，燃燒前採用一乾燥機設備以預處理（即，藉由加熱）高水分含量燃料，以減少水分含量並增進燃料的BTU生產。

一些習知的鍋爐試圖藉由採用半懸浮系統來避開燃燒具有相對大且潮濕的粒子之燃料所帶來的挑戰。在此類系統中，相對大的燃料粒子（例如，大於直徑25 mm）被饋送至鍋爐底部之一爐篦(grate)，而相對較小的粒子（稱為「細粒(fine)」）係在預處理期間篩選，並在進行懸浮燃燒之前在一分開的粉碎乾燥機中部分地乾燥。一般而言，對於習知的半懸浮系統，需要55%的粒子水分含量及小於40 mm的最大粒徑（在＜25 mm時，係90%）。使用這些具有較高水分含量的較大粒徑燃料一般需要鍋爐達到大於50%最大持續額定(maximum continuous rating, MCR)之熱輸入。如本文中所使用，「MCR」係指蒸氣鍋爐連續地且輕易地產生並提供一預定量的蒸氣之能力，而無不足或非所要效果（諸如過載、結渣、或過熱）。

然而，使用含水分燃料之燃料預處理（例如，在96%粒徑小於10 mm及99%小於20 mm達到水分低於40%（即，基本上表面無水）），以多於10% MCR之熱輸入進行懸浮燃燒是可行的，因此使在低負載之有效率的操作是可達成的。此外，在具有經定大小85%小於1 mm之粒子的燃料中，使用經粉化及經乾燥之燃料是可達成懸浮燃燒的，而不具有至多25%水分含量的負載限制。然而，此類習知的燃料預處理在鍋爐上導致非所欲且可觀的寄生負載。例如，即便是相對小的粒徑（一般小於2 mm），數秒的滯留時間便可足以乾燥至20%水分，而較大粒徑可能需要數分鐘的滯留時間才能有效乾燥。然而，為了使習知的乾燥機在用於粉化前之燃料乾燥是經濟上可行的，應較佳地予以數秒或更短的滯留時間，因此這可以在將粒子氣動輸送至爐的同時完成。然而，在此種乾燥機中，對應的熱及質量傳遞率一般僅可使用具有1 mm或更小之燃料粒徑的一種流體化或霧沫反應器來達成。就研磨能力而言，以習知的磨煤機達成此類粒徑已使成本過高。此外，隨著燃料的水分含量從20%上升至40%及更高時，研磨燃料所需的能量消耗顯著地增加。

此外，煤及/或生質燃料經常含有污染物（即，在鍋爐及/或周圍環境內造成腐蝕、積垢、結渣及/或其他非所欲的氣體元素及/或化學物），該等污染物係於燃料在爐中燃燒時排放。

因此，所需要的是一種用於減少一爐之污染物排放的混合式鍋爐-乾燥機方法。

在一實施例中，提供一種用於減少一爐之污染物排放的方法。該方法包括：自該爐內的一燃料流形成一床；用來自該爐的煙氣流動化該床；及加熱該床內的燃料，以產生焦炭(char)、灰分及污染物。該方法進一步包括經由該灰分捕捉該等污染物。

在另一實施例中，提供一爐。該爐包括：一爐篦，其可操作以自一燃料流形成一床；以及一導管，其可操作以用由該爐產生的煙氣來流體化該床。該床促進：從該燃料產生焦炭、灰分及污染物；及藉由該灰分捕捉該等污染物。

在又另一實施例中，提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其包括指令。該等指令調適至少一個處理器以：調整由一爐內之一燃料流所形成的一床之至少一性質，以促進：從該燃料產生焦炭、灰分及污染物；及藉由該灰分捕捉該等污染物。

以下詳細參照本發明之例示性實施例，其等之實例係繪示於隨附圖式中。只要係可能的，在整個圖式中使用的相同參考字符係指相同或類似的部件，不再重複描述。

如本文中所使用，用語「實質上(substantially)」、「大致上(generally)」、及「約(about)」指示相對於適用於達成組件或總成之功能性目的之理想所欲條件，而在可合理達成的製造及組裝公差內之條件。如本文中所使用，用語「即時(real-time)」意指使用者感受認為足夠立即或使處理器能夠跟上外部程序的處理反應性之位準。如本文中所使用，「電耦合(electrically coupled)」、「電連接(electrically connected)」、及「電通訊(electrical communication)」意指參考元件經直接或間接連接，使得一電流或其他傳播介質可從一者流動至另一者。該連接可包括一直接導電連接（即，沒有使用中介的電容、電感或主動元件）、電感連接、電容連接、及/或任何其他合適的電連接。可存在中介組件。如本文中所亦使用，用語「流體連接(fluid connected)」意指所提及元件經連接，使得一流體（包括液體、氣體、及/或電漿）可從一元件流動至另一元件。據此，如本文中所使用，用語「上游(upstream)」及「下游(downstream)」描述所提及元件相對於流體之流動路徑及/或在所提及元件之間及/或所提及元件附近流動的氣體的位置。進一步，如本文中關於粒子使用之用語「流(stream)」意指連續或接近連續的粒子流。如本文中所亦使用，用語「加熱接觸(heating contact)」意指所所提及物體彼此接近，使得熱/熱能可在其等之間轉移。

雖然本文中所揭示的實施例主要關於固體燃料鍋爐而描述，然而應瞭解，本發明之實施例可應用於受益於本文中之教示的其他設備及/或方法。雖然將煤作為在一發電廠之鍋爐中燃燒之燃料為了本申請案之目的而通常在本文中稱為例示性顆粒材料，但應理解到亦可使用對於工業操作構成有用或有益輸入的任何其他固體材料。

參照圖1，其顯示用於產生電力之固體燃料類型發電廠90之一實施例之示意圖。發電廠90操作以增加一氣體之溫度及壓力以驅動一或多個渦輪機。該等旋轉渦輪機係藉由一軸或轉子耦合至交流發電機，以與其產生AC電力。

發電廠90包括一鍋爐100，該鍋爐包括一爐250，該爐經組態以在其中燃燒一固體燃料120。如將在本文中更加詳細描述者，呈顆粒形式之固體燃料120係從一儲存區140（諸如煤倉）饋送至鍋爐100並在其中燃燒以產生熱。

爐250操作以已知方式點燃並燃燒固體燃料120。例如，在一實施例中，鍋爐100可採用一習知燃燒系統102（諸如一懸浮燃燒系統）以燃燒燃料120。其他實施例可包括其他類型之習知爐燃燒系統102，而不脫離本文申請專利範圍之範圍。在一些實施例中，爐250可包括習知的後部通路部分(back-pass portion) 252（圖2）。

如圖2所描繪，在操作期間，相對熱之煙氣270係藉由在爐250中燃燒燃料120（圖1）所產生，且該煙氣被提供至煙道257並從其排出，例如經由排氣煙囪259。在各種實施例中，煙道257可藉由經配置以接收在爐250中產生之熱煙氣270的一或多個管來定義。如本文更加詳細描述者，至少熱煙氣270之一第一部分271（圖4）及一第二部分272（圖4）可從煙道257抽取並回收，以實現本文所述之各種實施例之操作。

此外，如圖4中所描繪，在一些實施例中，一或多個污染控制裝置可經配置以從煙道257接收熱煙氣270。例如，滌氣器268（諸如習知的濕式滌氣器）可經配置成與煙道257流體連通以從其接收煙氣270，以在抽取並回收煙氣270之第一部分271及第二部分272之前，從煙氣270抽取汙染物，諸如硫化合物、硫氧化物（例如二氧化硫）、及灰分粒子。

鍋爐100進一步包括一混合式鍋爐-乾燥機900。如所示，混合式鍋爐-乾燥機900之實施例包括一第一燃料乾燥機901及一第二燃料乾燥機902。在一實施例中，第一燃料乾燥機901可包括懸浮狀態(in-suspension)燃料乾燥機，且第二燃料乾燥機902可包括爐篦上燃料乾燥機。如本文中所使用，用語「燃料乾燥機(fuel dryer)」意指透過直接或間接施加熱而可用於減少一顆粒材料之水分含量的任何設備，其包括但不限於流體化床乾燥機、振動流體化床乾燥機、固定床乾燥機、移動式床乾燥機、串級式渦流床乾燥機(cascaded whirling bed dryer)、或長槽式乾燥機(elongated slot dryer)。

在操作期間，如圖1所示，藉由在爐250內燃燒燃料120之正常燃燒反應所產生的熱繼而將管（未圖示）中的水加熱並轉變成蒸氣330，該蒸氣被遞送至蒸氣渦輪機340。在一些實施例中，蒸氣渦輪機340可包括複數個渦輪機，諸如操作地串聯連接之高壓蒸氣渦輪機360、中壓蒸氣渦輪機380、及低壓蒸氣渦輪機480。蒸氣330藉由抵靠扇狀葉片（未圖式）推動來執行工作，該等葉片連接至內含於各渦輪機340、360、380之一系列的輪（未圖式），該等輪安裝在一軸（未圖示）上。在蒸氣330抵靠該等葉片（未圖式）推動時，便使該等輪及該渦輪軸兩者旋轉。此旋轉軸轉動發電機430之轉子，從而產生電力500。離開蒸氣渦輪機360之蒸氣330經遞送至冷凝器（未圖示），其在該冷凝器中藉由冷卻水來冷卻，以將蒸氣轉變回水。

在圖2及圖4所描繪之實施例中，可在儲存區140（諸如一煤倉）中收集固體燃料120（圖1；諸如相對高水分含量的原煤），直到需要為止。高水分含量燃料120可包括燃料之第一部分121（如圖4中箭頭121所示）及燃料之第二部分122（如圖4中箭頭122所示），燃料之該第一部分界定相對小的粒徑或「細粒」（例如，直徑小於25 mm），燃料之該第二部分界定相對大的粒徑，該等粒徑比由第一部分121界定之相對精細或小的粒徑更粗或更大（例如，直徑至少25 mm）。在一實施例中，燃料之第一部分121進一步界定預定的粒徑，該等粒徑適用於供燃燒系統102燃燒，而不需要研磨或其他步驟以減小燃料之第一部分121內的粒徑；且燃料之第二部分122界定預定的粒徑，該等粒徑需要研磨或其他步驟以減小燃料之第二部分122內的粒徑，以使燃燒系統102能夠燃燒。

在操作期間，原燃料120係以習知輸送器裝置114提供或輸送至一過濾器或篩116以用於篩選。篩116操作以基於燃料之第一部分121及第二部分122之相對粒徑而使燃料之第一部分121與燃料之第二部分122分開。在各種實施例中，篩116可包括輥軸篩。在其他實施例中，篩116可包括離心機、轉筒篩(trommel screener)、振動篩、螺旋送料機、及旋桶送料機(rotating drum feeder)之一或多者。在其他實施例中，任何所欲的篩116裝置可用以將燃料之第一部分121與燃料之第二部分122分開，其使該爐能夠如本文中所述般操作，而不脫離所主張標的之範圍。

當以篩116將燃料之第一部分121從燃料之第二部分122過濾或分開後，便可接著將燃料之第一部分121提供至爐250之燃燒系統102，以用於經由第一燃料乾燥機901之燃燒。在一實施例中，第一燃料乾燥機901包括一第一通道或管371，燃料之第一部分121係藉由煙氣之第一部分271的一流輸送通過該第一通道或管。例如，在一實施例中，第一管371經組態以直接從篩116接收煤之第一部分121。在其他實施例中，第一管371經組態以從一第一輸送器222（諸如在第一管371與篩116之間以流體連通耦合的加壓管）接收煤之第一部分121。在其他實施例中，第一輸送器222可係一機械型第一輸送器222，諸如一帶式輸送器或滑槽(chute)，或是使煤之第一部分121能夠由第一管371從篩116接收的任何其他習知輸送器。此外，第一管371經配置成與煙道257流體連通，以自其接收煙氣之第一部分271。煙氣之第一部分271流動通過第一管371，以從而將通過其中的燃料之第一部分121輸送至爐250，以供燃燒系統102燃燒。煙氣之第一部分271可使用一第一空氣風機111（諸如初級空氣風機）來提供，該第一風機與第一管371流體連通。在一些實施例中，第一空氣風機111可包括一煙氣再循環風機。

以此方式，在包括第一管371的第一燃料乾燥機901中，來自回收的煙氣之第一部分271的熱係有利地用以在爐250中燃燒（例如藉由懸浮燃燒或切線燃燒）之前進一步乾燥在第一管371內處於懸浮狀態的燃料之第一部分121。

當將燃料之第二部分122從燃料之第一部分121過濾或分離後，燃料之第二部分122便可於被提供至燃燒系統102以供在爐250中燃燒之前進一步乾燥及定大小。燃料之第二部分122係藉由第二燃料乾燥機902乾燥。例如，第二燃料乾燥機902可包括具有經界定通過其中的開口（未圖示）之爐篦400，其經組態以在其上接收燃料之第二部分122，且經設置於燃燒系統102附近之爐250的下部部分251內。燃料之第二部分122係藉由一第二輸送器255（諸如一習知的機械帶型輸送器）從篩116輸送至爐250，並設置於爐篦400上。在其他實施例中，第二輸送器255可包括一加壓管。在爐250之一操作期間，在燃料之第二部分122在爐篦400上的同時，燃料之第二部分122由於發生在爐250中的燃燒從而暴露於熱及一還原環境，且係由缺氧之排氣流272所流體化，藉此燃料之第二部分122係以已知方式至少部分地去揮發(devolatilized)及乾燥。應理解的是，設置在爐篦400上的燃料之第二部分122界定流體化在其中發生之床區域440（在本文中亦簡稱為「床(bed)」）。例如，床區域440可包括固定床、流體化床、氣泡式流體化床、或停滯性(sluggish)流體化床之一者。

此外，由爐250中之燃燒產生並存在於床區域440中的灰分粒子可與燃料之第二部分122分開。例如，在一些實施例中，諸如在圖5中所描繪，固定床區域440與一灰分分離器444流體連通耦合，藉此燃料之第二部分122中之相對較重的灰分粒子遷移至床區域440之底部，且經捕捉以置於一灰分收容器475中，該灰分收容器係經由出口410與床區域440之該底部流體連通耦合。相反地，在輸送至研磨機800之前，燃料之第二部分122內的相對較輕之灰分及燃料粒子可保持朝向床區域440之上部部分或頂部，並且係從其提供至一灰分冷卻器405，諸如一旋轉式灰分冷卻器。在一實施例中，床區域440的滯留時間（即，燃料之第二部分122在爐250中保持在床區域440中的時間時期）可基於一預定的時間時期。在其他實施例中，燃料之第二部分122在床440中的滯留時間可基於燃料之第二部分122的所欲性質（諸如預定的水分含量）來判定。當滿足燃料之第二部分122的所欲性質時，及/或當滿足在爐篦400上的燃料之第二部分122的預定滯留時間時，接著將燃料之第二部分122從床440移除或抽取出。

在一實施例中，一第二通道或管372經配置成與煙道257流體連通，並經組態以接收通過其中離開爐250之煙氣之第二部分272。煙氣之第二部分272係經由第二管372導引至第二燃料乾燥機902，以流體化設置在床440中的燃料之第二部分122。一些實施例可包括任何數量之第二管372，以將煙氣之第二部分272輸送至第二燃料乾燥機902。

在一實施例中，可將煙氣之第二部分272提供至設置在爐篦400下方且附近之氣室450。可使用諸如第一空氣風機111之一風機將煙氣之第二部分272通過第二管372來提供。在其他實施例中，第二空氣風機（未圖示）可用於替代或與第一空氣風機111結合使用。

在一實施例中，額外氣體275（諸如環境空氣）可係搭配第一空氣風機111汲取入通過一閥112或調節器，並添加至煙氣之第二部分272，以調整或控制經遞送以流體化在床440上的燃料之第二部分122的煙氣之第二部分272的流率及氧含量。依此方式，用於爐篦400上方的燃料（即，燃料之第二部分122）之流體化氣體（即，煙氣之第二部分272）的溫度、氣體速度、及化學組成可受到控制。

當從爐篦400抽取出時，燃料之第二部分122接著被輸送至一研磨機或粉碎機800進行研磨（即，以機械地減少燃料122之顆粒大小），並於其後再引入爐250中以在其中燃燒。燃料之第二部分122係藉由第三輸送器256（其可係加壓管）輸送離開爐250至該粉碎機。在其他實施例中，第三輸送器256可替代地包括一習知的機械帶型輸送器或一滑槽。在一些實施例中，在從爐250輸送至粉碎機800之前，可經由第三輸送器256將燃料之該第二部分122輸送至乾燥機裝置284（圖4）（諸如一習知的碳分離器及/或熱交換器），以用於在輸送至粉碎機800且由該粉碎機粒子分級之前進一步最佳化（即，減少）水分含量及灰分移除。又其他實施例可省略乾燥機裝置284，並經由第三輸送器256將燃料之第二部分122直接從爐250輸送至粉碎機800進行研磨。在粉碎機800中研磨之後，燃料之第二部分122接著被輸送至爐之懸浮燃燒系統102以進行燃燒。

在一實施例中，燃料之第二部分122可從粉碎機800輸送並提供至第一管272，以用於連同燃料之第一部分121輸送至燃燒系統102。在其他實施例中，可將燃料之第二部分122與第一管371中之燃料之第一部分121分開地經由第四輸送器373從粉碎機800（即，在爐250外）輸送至燃燒系統102（即，在爐內）。例如，在研磨機800可係撞錘輪(beater wheel)型之研磨機的實施例中，第四輸送器373可包括經加壓之一通道或管373，經加壓之該通道或管係配置成與研磨機800流體連通，以利用從研磨機800中吹出之加壓空氣從其接收燃料之第二部分122。在其他實施例中，第四輸送器373可包括與一風機（未圖示；諸如一習知的次級空氣風機）流體連通的第四管373，以將第四管373中之空氣加壓，以協同地從研磨機800將燃料之第二部分122通過第四管373輸送至爐250中之燃燒系統102。又其他實施例可使用任何數量之機械式輸送器，其等經配置以界定第四輸送器373以將燃料之第二部分122輸送至爐250中之燃燒系統102。如圖2中所描繪，一些實施例可包括第四輸送器373，該第四輸送器包括任何數量之第四管，以將燃料之第二部分122從粉碎機800輸送至燃燒系統102。

現請回頭參照圖1中所描述之系統，鍋爐100可作為一習知半懸浮液系統而啟動。然而，當該爐之溫度已達到一預定或所欲的位準時（例如，當在爐篦400上的熱輸入量可減少而對鍋爐性能沒有不利影響時），使煙氣之第二部分272再循環，並對在爐篦400上之燃料之第二部分122開始去揮發及乾燥。然後以較佳的水分含量從爐250抽取燃料之第二部分122以在粉碎機800中進行粒子分級（由於濕度含量較低而具有一相對低的寄生負載），然後通過懸浮燃燒系統102再注入爐250中。以此方式，熱輸入經偏移至懸浮燃燒系統102，因此給出更多可快速調整任何負載需求變化的彈性。

現請參照圖3，在一實施例中，提供一種操作一爐之方法，該爐具有一燃燒系統，該燃燒系統經組態以燃燒在其中所接收之一固體燃料的粒子。該方法包括：步驟401處，提供固體燃料之粒子至一篩；步驟402處，基於該固體燃料之粒徑將該固體燃料分成燃料之一第一部分及燃料之一第二部分，其中在燃料之該第一部分中的粒徑小於一預定尺寸，且在燃料之該第二部分中的燃料粒徑大於一預定尺寸；步驟403處，導引一煙氣通過一煙道；步驟414處，提供該煙氣之一第一部分至一第一燃料乾燥機，該第一燃料乾燥機包括與該煙道流體連通之一第一管；步驟415處，將燃料之該第一部分輸送該第一管；步驟416處，乾燥在該第一管中的燃料之該第一部分；步驟417處，將燃料之該第一部分輸送通過該第一管至該爐；及步驟418處，以燃燒系統燃燒燃料之該第一部分。該方法進一步包括：步驟421處，將燃料之該第二部分輸送至設置在該爐之一下部部分內的一第二燃料乾燥機，並將該煙氣之一第二部分輸送至該第二燃料乾燥機部分；步驟422處，以該第二燃料乾燥機部分乾燥燃料之該第二部分；步驟423處，將燃料之該第二部分從該爐內之該第二燃料乾燥機部分輸送至設置在該爐外的一研磨機；步驟424處，以該研磨機減小燃料之該第二部分之粒徑；步驟425處，將燃料之該第二部分從該研磨機輸送至該爐；及步驟427處，以燃燒系統燃燒燃料之該第二部分。

在上述實施例中，燃料之該第二部分122係饋送至爐篦400上之鍋爐250並曝露至還原氣氛，在低氣體速度達預定滯留時間，使得污染物從燃料122釋出。這些實施例之技術效果係：遠離爐篦400之生質灰分霧沫受到低氣體速度的限制，因此減少爐250之下游堵塞或積垢的傾向。

上述實施例之一技術效果係：藉由再循環煙氣，控制爐之下部區段中的還原環境，及經乾燥燃料之懸浮燃燒允許更好的NOx排放控制。

因此，根據所主張之標的，該鍋爐包括混合式乾燥機，其中滯留時間適應於較大尺寸、高水分的潮濕燃料顆粒。在粉碎之前使用熱煙氣預先乾燥燃料可使水分能夠移除，而不需要昂貴的熱傳遞設備，諸如習知的旋轉及流體化床乾燥機。

現在移至圖6，應理解的是，在實施例中，藉由第二燃料122之流而形成在爐篦400上的床440係可操作以藉由促進捕捉污染物（由虛線700所表示；例如，NOx、SOx、一或多種鹼、一或多種鹼土元素、其他污染物金屬、及/或可造成腐蝕、積垢、結渣、溫室效應、酸雨、或所欲防止排放至大氣/環境中的其他元素及/或化學物）來減少爐250的排放。在此類實施例中，床440可藉由回收的煙氣（例如，通過管372之煙氣272之第二部分）來流體化。如將理解者，當燃料122橫跨床440行進時，來自爐250的熱及/或煙氣272導致燃料122產生焦炭702、灰分704及污染物700。換言之，燃料122經部分地氣化且在床440內燃燒。藉由調整及/或控制床440之一或多個性質，本發明之實施例藉由灰分704促進捕捉污染物700，且繼而焦炭702（即，最終在爐250中燃燒的燃料122之部分）在進入床440之前具有顯著少於燃料122之污染物，或，在一些實施例中，不具有污染物。

舉例而言，在實施例中，床440之一或多個性質可包括：橫跨床440之煙氣272的流率，其範圍可從約0.05 ft/s至約5.0 ft/s；床440內之煙氣272的氧濃度，其範圍可從約0%體積至約21%體積；在床440內之煙氣272的溫度，其範圍可從約一環境溫度（例如，70-80℉）至約600℉；床440之高度H，其範圍可從約3 ft至約60 ft；床440之長度L，其範圍可從約1 ft至約500 ft；床440之寬度W（因其法向於圖6之圖式而未圖示），其範圍可從約10 ft至約250 ft；滯留時間（即，燃料122花費在床440內的時間量），其範圍可從約1s至約2 hrs（取決於燃料水分及溫度含量）；及/或床440之其他性質，其影響床440內之化學及/或化學計量條件。

在一些實施例中，組成物（即，構成床440之物質）可變化。舉例而言，在實施例中，爐250可進一步包括注射器/傳遞裝置708，該注射器/傳遞裝置將添加劑傳遞/饋送至床440，以改變床440的化學組成。此類添加劑可包括石灰石(limestone)（以控制硫排放）、黏土（以捕捉鹼）、回收的燃料灰分、石灰、及/或能夠捕捉污染物的任何其他吸著劑。

請參照圖7，在實施例中，爐250及/或容納其之設施（例如，發電廠90（圖1））可進一步包括一碳分離器706，該碳分離器設置在床440下游且可操作以將焦炭702從灰分704分離，使得焦炭702可在爐250中燃燒，且含有污染物的灰分704可經處置及/或進一步處理。

在一些實施例中，爐篦400可藉由讓灰分704從床440落下並同時將焦炭702保留在床440內而作用為一碳分離器，其中灰分704經由出口410移動至收容器475（圖5）。

如上所述，焦炭702在已藉由爐250乾燥之後，可在於爐250中燃燒之前傳送至研磨機800（圖5）以供處理。

在實施例中，控制器710可經由一或多個感測器712監測床440之化學條件，並如上文所討論地調整床440的性質，以最佳化捕捉污染物700（圖6）。

最後，亦應理解的是，爐250、鍋爐100及/或容納其之發電廠90可包括必要之電子器件、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器或其他視覺或音訊使用者介面、印刷裝置、及任何其他輸入/輸出介面，以執行本文所述之功能，及/或以達成在本文中描述之結果，其可即時執行。例如，控制器710可包括至少一個處理器及系統記憶體/資料儲存結構，其可包括隨機存取記憶體(andom access memory, RAM)及唯讀記憶體(read-only memory, ROM)。控制器710的至少一個處理器可包括一或多個習知微處理器及一或多個附加的協同處理器，諸如數學協同處理器或類似者。本文所討論之資料儲存結構可包括磁性、光學及/或半導體記憶體的適當組合，且可包括例如RAM、ROM、隨身碟、光學磁碟（諸如光碟及/或硬式磁碟或驅動機）。

此外，可自一電腦可讀取媒體將使該控制器適應以執行本文所揭示之方法的軟體應用程式讀入該至少一個處理器之一主記憶體中。如本文中所使用，用語「電腦可讀媒體(computer-readable medium)」係指提供或參與提供指令給控制器710之至少一處理器（或本文所述之裝置的任何其他處理器）以供執行之任何媒體。此一媒體可採取許多形式，包括但不限於非揮發性媒體及揮發性媒體。非揮發性媒體包括例如光學、磁性、或光磁的磁碟，諸如記憶體。揮發性媒體包括動態隨機存取記憶體(dynamic random-access memory, DRAM)，其一般構成主記憶體。電腦可讀媒體的常見形式包括（例如）軟碟(floppy disk)、軟性磁碟(flexible disk)、硬碟、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、RAM、PROM、EPROM或EEPROM（電子抹除式可程式化唯讀記憶體）、FLASH-EEPROM、任何其他記憶體晶片或記憶卡匣、或任何其他電腦可自其讀取的媒體。

雖然在實施例中，在該軟體應用程式中執行指令序列使至少一個處理器執行本文所述之方法/程序，但可使用硬佈線電路系統(hard-wired circuitry)取代或結合軟體指令，以執行本發明之方法/程序。因此，本發明之實施例不限於硬體及/或軟體的任何特定組合。

進一步瞭解到，上述說明意欲為闡明性而非限制性的。舉例而言，上述實施例（及/或其態樣）可彼此組合使用。此外，可對本發明的教示進行許多修改以對特定情況或材料作出調適，而不脫離本發明的範疇。

例如，在一實施例中，提供一種用於減少一爐之污染物排放的方法。該方法包括：自該爐內的一燃料流形成一床；用來自該爐的煙氣流動化該床；及加熱該床內的燃料，以產生焦炭(char)、灰分及污染物。該方法進一步包括經由該灰分捕捉該等污染物。在某些實施例中，該等污染物為NOx、SOx、一或多種鹼、及/或一或多種鹼土元素。在某些實施例中，該方法進一步包括調整該床之至少一性質。在某些實施例中，該至少一性質係：橫跨該床之該煙氣的流率；該床內之該煙氣的氧濃度；該床內之該煙氣的溫度；該床之高度；及/或該床的滯留時間。在某些實施例中，該至少一性質係橫跨該床之該煙氣的流率，且經調整為在約0.05 ft/s至約5.0 ft/s之範圍內。在某些實施例中，該至少一性質係該床內之該煙氣的溫度，且經調整為在約70℉至約600℉內。在某些實施例中，該至少一性質係該床之高度，且經調整為介於約3 ft至約60 ft之間。在某些實施例中，該至少一性質係該床的滯留時間，且經調整為介於約1s至約2hrs之間。在某些實施例中，該方法進一步包括經由一碳分離器將該焦炭從該灰分分離。

其他實施例提供一爐。該爐包括：一爐篦，其可操作以自一燃料流形成一床；以及一導管，其可操作以用由該爐產生的煙氣來流體化該床。該床促進：從該燃料產生焦炭、灰分及污染物；及藉由該灰分捕捉該等污染物。在某些實施例中，該等污染物包括NOx、SOx、一或多種鹼、及/或一或多種鹼土元素。在某些實施例中，該床之一或多個性質可操作以最大化藉由灰分捕捉的污染物。在某些實施例中，該煙氣具有約0.05 ft/s至約5 ft/s之橫跨該床的流率。在某些實施例中，該床內之該煙氣的溫度係介於約70℉至約600℉。之間。在某些實施例中，該床具有介於約3 ft至約5 ft之間的高度。在某些實施例中，該床具有介於約1 s至約2 hrs之間的滯留時間。在某些實施例中，該爐包括一傳遞裝置，該遞送裝置饋送一添加劑至該床。在某些實施例中，該爐進一步包括一碳分離器，該碳分離器可操作以將該焦炭從該灰分分離。在某些實施例中，該爐進一步包括可操作以處理焦炭的研磨機。

另有其他實施例提供包括指令的一非暫時性電腦可讀媒體。該等指令調適至少一個處理器以：調整由一爐內之一燃料流所形成的一床之至少一性質，以促進：從該燃料產生焦炭、灰分及污染物；及藉由該灰分捕捉該等污染物。

因此，應理解的是，藉由調整如上所述之設置在爐內之燃料的流體化床之一或多個性質，本發明的一些實施例可透過傳統的污染物捕捉系統及方法來提供改善之減排。

雖然本文中所描述之尺寸及材料類型意欲界定各項性實施例之參數，但其等並非作為限制且僅為例示性實施例。對於檢視上述說明後的所屬技術領域中具有通常知識者而言，許多其他實施例將係顯而易見的。因此，應參照隨附申請專利範圍連同此等申請專利範圍之等效例之全部範圍來判定本發明之範圍。在隨附申請專利範圍中，用語「包括(including)」及「其中(in which)」係用來作為相對用語「包含(comprising)」與「其中(comprise)」之簡明英語(plain-English)等效詞。此外，在下列申請專利範圍中，用語諸如「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」、「上(upper)」、「下(lower)」、「高於(above)」、「低於(below)」僅用作標示，且並非意欲對其等客體賦予數字或位置要求。再者，下列申請專利範圍的限制並非以手段加上功能形式書寫且不意欲被如此解讀，除非以及直到此類申請專利範圍限制明確使用用語「用於…的手段(means for)」接著為功能之敘述而無進一步結構。

此書面描述使用實例來揭示本發明之數個實施例（包括最佳模式），並使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實施本發明之實施例，包括製造及使用任何裝置或系統及執行任何合併的方法。本發明之可專利範圍係由申請專利範圍所定義，且可包括所屬技術領域中具有通常知識者設想到的其他實例。若此類其他實例不具有不同於申請專利範圍之字面用語的結構元件，或若此類其他實例包括與申請專利範圍之字面用語無實質差異的等效結構元件，則其等係意欲位在申請專利範圍之範疇內。

如本文中所使用，以單數引用並繼續字詞「一(a/an)」的元件或步驟，應理解為不排除所述元件或步驟之複數，除非明確說明此類排除。再者，對於本發明之「一實施例(an embodiment)」的參照並非意圖被解讀為排除亦合併所引述之特徵的額外實施例之存在。此外，除非有明確相反說明，否則「包含(comprising)」、「包括(including)」、或「具有(having)」具有一特定性質的一元件或複數個元件之實施例，可包括不具有彼性質的額外此類元件。

由於可對上述發明進行某些改變，而不背離本文中所涉及的本發明之精神及範圍，因此所意圖的是，顯示於隨附圖式中上述描述之全部標的，應僅被解讀為繪示本文中之本發明概念的實例，且不應作為對本發明之限制。

90:發電廠 100:鍋爐 102:燃燒系統 111:第一空氣風機 112:閥 114:輸送器裝置 116:篩 120:燃料 121:第一部分；箭頭 122:第二部分；箭頭；燃料 140:儲存區 222:第一輸送器 250:爐；鍋爐 251:下部部分 252:後部通路部分 255:第二輸送器 256:第三輸送器 257:煙道 259:排氣煙囪 268:滌氣器 270:煙氣 271:第一部分 272:第二部分；排氣流；煙氣；第一管 275:氣體 284:乾燥機裝置 330:蒸氣 340:渦輪機 360:渦輪機 371:第一通道；管 372:第二通道；管；導管 373:通道；輸送器；管 380:渦輪機 400:爐篦 401:步驟 402:步驟 403:步驟 405:灰分冷卻器 410:出口 414:步驟 415:步驟 416:步驟 417:步驟 418:步驟 421:步驟 422:步驟 423:步驟 424:步驟 425:步驟 427:步驟 410:出口 430:發電機 440:床區域；床 444:灰分分離器 450:氣室 475:灰分收容器；收容器 480:渦輪機 500:電力 700:虛線；汙染物 702:焦炭 704:灰分 706:碳分離器 708:注射器；傳遞裝置 710:控制器 712:感測器 800:研磨機；粉碎機 900:混合式鍋爐-乾燥機 901:第一燃料乾燥機 902:第二燃料乾燥機

由閱讀下列非限制性實施例之說明，參照本文中以下的隨附圖式，將更瞭解本發明： 〔圖1〕係一實施例之示意圖； 〔圖2〕係一替代實施例之示意圖； 〔圖3〕係根據一方法之一實施例之流程圖； 〔圖4〕係根據一實施例之示意圖； 〔圖5〕係又另一替代實施例之示意圖； 〔圖6〕係又另一實施例之示意圖；及 〔圖7〕係圖6之實施例的另一示意圖。

100:鍋爐

102:燃燒系統

111:第一空氣風機

114:輸送器裝置

116:篩

120:燃料

121:第一部分；箭頭

122:第二部分；箭頭；燃料

140:儲存區

222:第一輸送器

250:爐；鍋爐

251:下部部分

255:第二輸送器

256:第三輸送器

257:煙道

268:滌氣器

270:煙氣

271:第一部分

272:第二部分；排氣流；煙氣；第一管

284:乾燥機裝置

371:第一通道；管

372:第二通道；管；導管

373:通道；輸送器；管

400:爐篦

450:氣室

800:研磨機；粉碎機

900:混合式鍋爐-乾燥機

901:第一燃料乾燥機

902:第二燃料乾燥機

Claims (15)

1. 一種用於減少一爐250之污染物700之排放的方法，該方法包含： 自該爐250內的燃料122之一流形成一床440； 用來自該爐250的煙氣272流體化該床440； 加熱該床440內的該燃料122，以產生焦炭702、灰分704及污染物700；及 經由該灰分704捕捉該等污染物700。
2. 如請求項1之方法，其中該等污染物700係NOx、SOx、一或多種鹼、及/或一或多種鹼土元素。
3. 如請求項1之方法，其進一步包含： 調整該床440之至少一性質。
4. 如請求項3之方法，其中該至少一性質係： 橫跨該床440之該煙氣272的流率； 該床440內之該煙氣272的氧濃度； 該床440內之該煙氣272的溫度； 該床440之高度； 該床440之化學組成；及/或 該床440的滯留時間。
5. 如請求項3之方法，其中該至少一性質係橫跨該床440之該煙氣272的流率，且經調整為在約0.05 ft/s至約5 ft/s之範圍內。
6. 如請求項3之方法，其中該至少一性質係該床440內之該煙氣272的溫度，且經調整為在約70℉至約600℉內。
7. 如請求項3之方法，其中該至少一性質係該床440之高度，且經調整為介於約3 ft至約60 ft之間。
8. 如請求項3所述之方法，其中該至少一性質係該床440之滯留時間，且經調整為介於約1 s至約2 hrs之間。
9. 如請求項1之方法，其進一步包含： 經由一碳分離器706將該焦炭702從該灰分704分離。
10. 一種爐250，其包含： 一爐篦400，其可操作以自燃料122之一流形成一床440；及 一導管372，其可操作以用該爐250產生的煙氣272來流體化該床440； 其中該床440促進： 從該燃料122產生焦炭702、灰分704及污染物700；及 藉由該灰分704捕捉該等污染物700。
11. 如請求項10之爐250，其中該等污染物700包含： NOx、SOx、一或多種鹼、及/或一或多種鹼土元素。
12. 如請求項10之爐250，其中該床440之一或多個性質可操作以最大化藉由該灰分704捕捉污染物700。
13. 如請求項10之爐250，其中該煙272氣具有約0.05 ft/s至約5 ft/s之橫跨該床440的流率。
14. 如請求項10之爐250，其中該床440內之該煙氣272的溫度係介於約70℉至約600℉之間。
15. 如請求項10之爐250，其中該床440具有介於約3 ft至約60 ft之間的高度。

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