TWI395917B - 用於蒸氣產生系統之試劑乾燥系統及處理來自蒸氣產生系統之廢煙道氣的方法 - Google Patents

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Description

用於蒸氣產生系統之試劑乾燥系統及處理來自蒸氣產生系統之廢煙道氣的方法
本發明係關於一種用於自煙道氣輸出中捕獲額外熱之系統。更具體而言，本發明係關於一種用於自煙道氣中捕獲額外熱以乾燥於煙道氣脫硫操作中使用之試劑之系統。
本申請案係關於Glenn D. Mattison之美國專利申請案「Economical Use of Air Preheat」並將本文所述此專利申請案之全文以引用方式併入本文中。Mattison專利申請案係與本專利申請案同日申請且該兩申請案具有相同擁有者。
許多發電系統係藉由經由煤炭或燃油鍋爐所產生之蒸氣驅動。此等發電系統通常併入一廢氣處理及熱回收系統(EPHRS)以減少煙道氣排放及/或回收經由鍋爐之煙道氣流所排出之熱能。
典型發電系統一般係如圖1所示圖案般描述。圖1顯示一包括一蒸氣產生系統25及一廢氣處理及熱回收系統(EPHRS)15及一排氣煙囪之發電系統10。該蒸氣產生系統25包括一鍋爐26。該EPRS 15包括一空氣預熱器50、一顆粒移除系統70及一濕式洗滌器80。提供一強制通風(FD)風扇60以將空氣導入該空氣預熱器50之冷側。該顆粒移除系統70可為(例如)一靜電集塵器(ESP)、一織物過濾系統(袋濾式(Bag House))等。
該空氣預熱器50係一經設計以加熱空氣，之後將其導入另一程序，如鍋爐26之燃燒室中燃燒。該空氣預熱器50接收輸入空氣A1，加熱之，並將其以氣流A2之形式提供至鍋爐中。此係藉由回收自鍋爐26之燃燒室經由煙道氣流FG1排出之熱實現。藉由回收來自煙道氣FG1之熱，可提高鍋爐26之熱效率且可降低熱之損失量。
旋轉式再生空氣預熱器一般出現空氣洩漏而導致往下游氣體處理裝置之氣體流增加。若改善此洩漏，則可將其熱用於有益目的。
EPHR 15通常係經設計以包括一於本文中以濕式洗滌器80顯示之濕式煙道氣脫硫系統(WFGD)，其可減少導致酸雨之二氧化硫(SO2 )排放。其等需使用經研磨之石灰石。濕式研磨設備，如濕式研磨機97係用於降低石灰石及/或其他試劑之粒徑至所需細度值。該等經研磨之試劑係與額外水於一儲存、混合及注射槽85中混合以形成一漿液。儲存該經混合之漿液直至將其注射入濕式洗滌器80中以中和並捕獲SO2 。
乾燥固體，如乾燥石灰石之碾磨係使用比濕式研磨設備明顯消耗更少能量之乾式研磨設備。
為實施乾式碾磨操作，固體之水分含量必需低於一特定值。一般而言，其係藉由利用一藉由石化燃料燃燒器94加熱之熱空氣乾燥器96來蒸發如圖2所示之試劑中過量水分的方式完成。然後，於乾式研磨器98中研磨經乾燥之試劑。乾燥程序之操作需要大量的額外能量。
圖2中所示系統之元件係以具有相同參考數字之圖1所描述之相同方式運作。
因此，在工業上對於提供一種更有效的方法，其有關用於煙道氣處理之經研磨試劑，仍存在無法獲得滿足的需求。
本發明之實施例提供一種捕獲來自煙道氣流之額外熱之發電系統用的試劑乾燥系統。簡而言之，於結構中，該系統之一實施例尤其可如下般實施。一種用於蒸氣產生系統[25]之試劑乾燥系統具有一設計用於接收來自空氣預熱器[150]之遞增氣流[A2']來乾燥散裝試劑之乾燥器[196]。該空氣預熱器[150]較佳係一旋轉式再生空氣預熱器。
該空氣預熱器[150]係經調整以提供過量熱空氣[A2']，該過量熱空氣係超過該蒸氣產生系統[25]可使用量之額外空氣，該過量熱空氣[A2']及洩漏氣體[360]係提供給乾燥器[196]之遞增氣流[IA]之至少一部份。
隨後，藉由比濕式研磨設備需要明顯更少能量之乾式研磨設備，將經乾燥之試劑研磨成粉末。
在檢驗以下圖案及詳盡論述後，熟習本項技術者將可或變得清楚瞭解本發明之其他系統、方法、特徵及優勢。期望所有此等其他系統、方法、特徵及優勢係包括於此論述中，落於本發明之範疇內並藉由附屬專利申請範圍保護之。
圖3係描述採用根據本發明一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統100之方塊示意圖。
本發明係關於為試劑乾燥操作提供來自空氣預熱器150之過量熱。過量熱一般係定義為超過蒸氣產生系統25之熱需求之熱能。藉由利用來自空氣預熱器之過量熱來實施試劑乾燥操作，可降低(若非完全消除)對研磨操作之前用於乾燥試劑之獨立燃氣燃燒器(圖2之94)之需求(及因此產生之費用)。
於此實施例中，提供一種發電系統100，其包括一蒸氣產生系統25、一廢氣處理及熱回收系統(EPHRS)115及一排氣煙囪90。於此實施例中，將一遞增氣流IA提供至試劑乾燥器196中。於此遞增空氣IA係改向氣流A2'，其係自空氣預熱器150所排出之熱氣流A2之一部份。改向氣流A2'可藉經由一合適擋板型裝置(未顯示)或適宜管道(未顯示)的使用使一部份氣流A2改向的方式提供。然後，將來自遞增氣流A2'之熱能用於藉由乾燥器196實施之乾燥操作中。
將經研磨之試劑與額外水於一儲存、混合及注射槽85中混合以形成漿液。儲存經混合之漿液直至將其注入濕式洗滌器80中以中和並捕獲SO2 。
乾式研磨機198係用於將試劑研磨成具有所需粒徑之經研磨試劑。將來自遞增氣流A2'之清潔空氣排放至大氣中。將需處理之空氣提供至顆粒移除系統70以進行清潔。
圖4係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統100之另一方塊示意圖。正如所有圖形般，具有相同參考數字之元件係以相同方式運作。
將遞增氣流IA提供至乾燥器196，其中該遞增氣流IA可由來自空氣預熱器150之「洩漏」氣體360或自該預熱器改向之改向空氣A2'(以虛線顯示)組成。藉僅使用來自空氣預熱器150之洩漏氣體360，可將來自該空氣預熱器之整個主要熱氣流A2導入蒸氣產生系統25中。
於另一實施例中，該遞增氣流IA可包括至少一部份欲傳送至乾燥器196以作為遞增空氣IA之洩漏氣體360及改向氣流A2'。亦應瞭解對於本申請案中所述之所有後續實施例，乾燥器196亦可使用不同量之洩漏氣體360及改向氣流A2'。
圖5係描述捕獲來自空氣預熱器150之熱洩漏氣體360之示意圖。空氣預熱器150經設計以經由排氣導管361自空氣預熱器150內之內部充氣室159排出洩漏空氣。於此實施例中，提供一洩漏出口325。此出口可以開孔形式施用於殼體154中，其可與充氣室159連通。對於可累積於內部充氣室159中之廢氣/空氣提供一排氣導管361。可提供一風扇裝置367以允許洩漏氣體360更輕易地自內部充氣室159排出。
亦可提供另一洩露出口以使累積於內部充氣室365中之洩漏氣體360可輕易地經由另一排氣導管363排出。風扇367亦係自排氣導管363抽出洩漏氣體。然而，若需要或有必要，則每一排氣導管可採用一獨立風扇。
於一替代實施例中，於煙道氣出口內設置一壓力感應器401以測定煙道氣壓力(FG2)。於排氣導管361內設置另一壓力感應器405以測定該處之氣壓。將邏輯單元409連接於感應器401及405並指出壓力差。
將一控制器413與該邏輯單元409耦合，且於壓力差超過一預設量時運作。控制器係與可打開或關閉閥門421之致動器417連接以允許或阻止排氣導管361中之洩漏氣體流向風扇367及乾燥器196。
同樣地，於煙道氣出口內設置一壓力感應器403以測定煙道氣壓力(FG2)。於排氣導管362內設置另一壓力感應器407以測定該處之氣壓。將一邏輯單元411連接至感應器403及407並指出壓力差。
將一控制器415與邏輯單元411耦合，且於壓力差超過一預設量時運作。控制器415係連接於一可打開及關閉閥門423之致動器419以允許或阻止排氣導管363中之洩漏氣體流向風扇367及乾燥器196。
圖6係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統、乾式研磨設備及復熱式熱捕獲及傳送(RHCT)系統之發電系統之另一方塊示意圖。
空氣預熱器150較佳係一能輸出比可有效率地為蒸氣產生系統25使用者更大之熱空氣體積之高效空氣預熱器。
RHCT 300係經設計以收集遞增氣流IA，其可為來自空氣預熱器150之改向空氣A2'。RHCT 300可自遞增氣流IA提取熱能。改向氣流A2'係自空氣預熱器150排出之熱氣流A2中之一部份。改向氣流A2'可藉經由合適擋板或管道系統(未顯示)的使用使一部份氣流A2改向的方式提供。然後，將自遞增氣流IA提取之熱能傳送至熱氣流HA1並導入乾燥器196中。
或者，來自排氣導管361、363之洩漏氣體360亦可用作遞增氣流IA。
RHCT 300係經設計以將來自遞增氣流IA之熱能傳送至熱氣流HA1而不會導入任何包含於氣流A2/A2'或洩漏氣體360中之污染物。
因RHCT 300不用任何煙道氣來加熱該熱氣流HA1，故RHCT 300不會暴露於常在煙道氣流可以發現的顆粒物質中。
本發明可應用於具有一包含洩漏氣體360之空氣預熱器150之實施例。可收集洩漏氣體360並經由排氣導管361、363將其餵入風扇367中。雖然此未明確顯示於某些實施例上，但假設此一般特徵可用於其他實施例上。
圖7係描述一圖6之RHCT系統之實施例之放大示意圖。於此實施例中，RHCT 300包括熱交換器310。熱交換器310較佳係經設計以收集來自空氣預熱器150之改向空氣A2'。其亦可經設計以收集來自空氣預熱器150之洩漏氣體360。
因RHCT 300不處於一般於煙道氣流中發現之顆粒物質，故熱交換器310中所使用之熱交換元件(未顯示)可彼此更接近地放置並藉此提供更大可與遞增氣流IA接觸之表面積。依此方式，熱交換器310之效率可顯著提高，因熱交換器310所提供之表面積愈大，既定體積可捕獲更多熱。此外，因熱交換元件不處於許多顆粒物質中，故若無法完全避免，則因顆粒物質累積於熱交換器310中所引起之阻塞威脅會顯著降低。此會減少正常維護之所需次數。
圖8係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統100之另一方塊示意圖。
此實施例共用許多圖3中所示實施例之元件。具有相同數字之元件係實施相同功能。然而，於此實施例中，使用乾式洗滌器180取代圖1至4之濕式洗滌器80。其消除對儲存、混合槽85之需求，因為無使用濕式洗滌器80中之水溶液。
於乾式洗滌器180中將乾燥粉末試劑噴入煙道氣FG2中。將粉末儘可能均勻地分佈於煙道氣內以與煙道氣FG1中之污染氣體反應。
因乾式洗滌器180採用噴入煙道氣中之粉末，故於排出煙道氣之前收集粉末係重要的。因此，將乾式洗滌器180設置於收集顆粒物質並分離出經由煙囪90釋放之氣體之顆粒移除系統70之前。
於一替代實施例中，乾式洗滌器可為將粉末餵入導管之注射噴槍。
此等注射噴槍及/或乾式洗滌器180亦可位於蒸氣產生系統25與空氣預熱器150之間以處理煙道氣FG1。
圖9係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統100之方塊示意圖。
此實施例共用許多圖4中所示實施例之元件，該等元件於此處係實施相同功能。然而，使用乾式洗滌器180取代圖1至4之濕式洗滌器80。如上所述般，此實施例於乾式洗滌器180中係採用乾燥粉末試劑來處理煙道氣FG2。
乾式洗滌器180係設置於可收集顆粒物質並分離出經由煙囪90釋放之氣體之顆粒移除系統70之前。又於一替代實施例中，該乾式洗滌器180係經設置以處理煙道氣FG1。
應注意於圖3、4、6、8、9及10之實施例中，於研磨前藉由乾燥器196實施之乾燥試劑的功能或者可於乾燥研磨機198中實施。此等同於有效地將乾燥器196及乾燥研磨機198之功能併入單一元件中。
應注意本發明亦可應用於其他類型的空氣預熱器中。例如本發明之範疇涵蓋其用於工業中普遍已知之三區段及四區段空氣預熱器之用途。二區段空氣預熱器具有一用於接收熱煙道氣之導管並將該熱傳送至一吸氣導管。
三區段空氣預熱器具有一用於接收熱煙道氣之導管並將熱傳送至一第一吸氣導管及一第二吸氣導管。
四區段空氣預熱器具有一用於接收熱煙道氣之導管並將熱傳送至一第一吸氣導管及兩個第二吸氣導管。該第一吸氣導管一般係夾在該等第二導管之間。
應強調：本發明上述實施例，尤其係任何「較佳」實施例僅係可能實施之實例，僅為達清晰理解本發明原理而描述。於實質上不脫離本發明精神及原理之情況下，可對本發明上述實施例進行許多改變及改良。意圖將所有此等改良及改變包括於本揭示內容及本發明之範疇內且受以下專利申請範圍所保護。
10．．．發電系統
15．．．廢氣處理及熱回收系統
25．．．蒸氣產生系統
26．．．鍋爐
50．．．空氣預熱器
60．．．FD風扇
70．．．顆粒移除系統
80．．．濕式洗滌器
85．．．儲存、混合、注射槽
90．．．煙囪
94．．．燃燒器
96．．．乾燥器
97．．．濕式研磨機
98．．．乾式研磨機
100．．．發電系統
115．．．廢氣處理及熱回收系統
150．．．空氣預熱器
154．．．殼體
159．．．內部充氣室
180．．．乾式洗滌器
196．．．乾燥器
198．．．乾燥研磨機
300．．．RHCT
310．．．熱交換器
325．．．洩漏出口
350．．．FD風扇
360．．．洩漏氣體
361．．．排氣導管
363．．．排氣導管
365．．．內部充氣室
367．．．風扇
401．．．壓力感應器
403．．．壓力感應器
405．．．壓力感應器
407．．．壓力感應器
409．．．邏輯單元
411．．．邏輯單元
413．．．控制器
415．．．控制器
417．．．致動器
419．．．致動器
421．．．閥門
423．．．閥門
A1．．．輸入空氣
A2．．．氣流
A2'．．．改向氣流
FG1．．．煙道氣流
FG2．．．煙道氣流
FG3．．．煙道氣流
FG4．．．煙道氣流
HA1．．．熱氣流
IA．．．遞增氣流
藉由參考附圖可更佳理解本發明且熟習本項技術者將變得清楚瞭解其許多目的及優勢，其中：
圖1係描述採用濕式研磨設備之先前技術發電系統之方塊示意圖；
圖2係描述採用乾式研磨設備之先前技術發電系統之方塊示意圖；
圖3係描述採用根據本發明一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統之方塊示意圖；
圖4係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統及乾式研磨設備之發電系統之另一方塊示意圖；
圖5係描述捕獲來自空氣預熱器之熱洩漏空氣之示意圖；
圖6係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統、乾式研磨設備及復熱式熱捕獲及傳送(RHCT)系統之發電系統之另一方塊示意圖；
圖7係描述圖6之RHCT系統實施例之放大示意圖；
圖8係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統、乾式研磨設備及乾式洗滌器之發電系統之另一方塊示意圖；
圖9係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統、乾式研磨設備及乾式洗滌器之發電系統之另一方塊示意圖；及
圖10係描述採用根據本發明另一實施例之試劑乾燥系統、乾式研磨設備、乾式洗滌器及RHCT之發電系統之另一方塊示意圖。
25．．．蒸氣產生系統
26．．．鍋爐
60．．．FD風扇
70．．．顆粒移除系統
80．．．濕式洗滌器
85．．．儲存、混合、注射槽
90．．．煙囪
100．．．發電系統
115．．．廢氣處理及熱回收系統
150．．．空氣預熱器
196．．．乾燥器
198．．．乾式研磨機
A1．．．輸入空氣
A2．．．氣流
A2'．．．改向氣流
FG1．．．煙道氣流
FG2．．．煙道氣流
FG3．．．煙道氣流
FG4．．．煙道氣流
IA．．．遞增氣流

Claims (23)

  1. 一種用於一具有一可產生廢煙道氣之燃燒室之蒸氣產生系統之試劑乾燥系統，其包含：一經設計以接收一遞增氣流及散裝試劑之乾燥器；一空氣預熱器，其經設計以對該乾燥器提供該遞增氣流及煙道氣，及以對該蒸氣產生系統之該燃燒室提供一熱氣流；其中該乾燥器係經進一步設計以經由熱能來乾燥散裝試劑，以製造經乾燥之散裝試劑，該熱能來自該空氣預熱器提供之該遞增氣流及該煙道氣。
  2. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係一旋轉式再生空氣預熱器。
  3. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係經設計以加熱一輸入氣流來製造熱氣流及改向氣流，並於該蒸氣產生系統之該燃燒室提供該熱氣流。
  4. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係經進一步設計以接收來自該蒸氣產生系統之該燃燒室之廢煙道氣，並將來自該廢煙道氣之熱傳送至該輸入氣流，以製造提供至該燃燒室之熱氣流。
  5. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係經設計以收集一輸入氣流及來自該蒸氣產生系統之廢煙道氣，並將來自該廢煙道氣之熱傳送至該輸入氣流，以製造一提供至該蒸氣產生系統之該燃燒室之熱氣流，及包含煙道氣之該改向氣流是被提供至該乾燥器。
  6. 如請求項4之試劑乾燥系統，其中該乾燥器包含：一具有一熱交換器之復熱式熱捕獲及傳送系統(RHCT)。
  7. 如請求項1之試劑乾燥系統，其另外包含：一用於接收散裝乾燥試劑並將其等研磨成達所需粒徑之經研磨試劑之乾式研磨機。
  8. 如請求項5之試劑乾燥系統，其另外包含：一用於將該經研磨試劑與水混合以形成一水性漿液之混合槽；及一用於將該水性漿液噴入煙道氣以形成具有較低污染物之煙道氣之濕式洗滌器。
  9. 如請求項2之試劑乾燥系統，其中該遞增氣流包含：提供至該乾燥器且為該遞增空氣之一部份之來自排氣導管之洩漏氣體。
  10. 如請求項2之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係經調整以提供過量空氣，該過量空氣係超過該蒸氣產生系統可使用之量之額外空氣，該過量空氣係提供至該乾燥器之遞增氣流之至少一部份。
  11. 如請求項9之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係經調整以提供過量熱空氣，該過量熱空氣係超過該蒸氣產生系統可使用之量之額外空氣，該過量熱空氣及該洩漏氣體係提供至該乾燥器之該遞增氣流之至少一部份。
  12. 如請求項5之試劑乾燥系統，其另外包含：一用於將該經研磨試劑分配於該廢煙道氣中之乾式洗滌器。
  13. 如請求項5之試劑乾燥系統，其另外包含：一用於自該廢煙道氣移除顆粒物質之顆粒移除系統。
  14. 一種處理來自一具有用於燃燒燃料並製造廢煙道氣之燃燒室之蒸氣產生系統之廢煙道氣的方法，其包含下列步驟：利用一空氣預熱器以接收廢煙道氣及輸入氣流；將來自該廢煙道氣之熱傳送至該輸入氣流以製造熱氣流及改向氣流；將該熱氣流提供至該燃燒室；將散裝試劑及作為一遞增氣流及該煙道氣流之該改向空氣提供至一乾燥器以製造乾燥散裝試劑；乾式研磨該乾燥散裝試劑以產生一經研磨試劑；為該廢煙道氣提供該經研磨試劑以形成經處理之煙道氣。
  15. 如請求項14之方法，其中提供經研磨試劑之步驟包含下列步驟：將該經研磨試劑與水混合以形成一水性漿液；將該漿液噴入該廢煙道氣中。
  16. 如請求項14之方法，其另外包含下列步驟：將該經研磨試劑噴入該廢煙道氣中。
  17. 如請求項16之方法，其中將該經研磨試劑噴入該廢煙道氣中之後，再藉由該空氣預熱器接收該廢煙道氣。
  18. 如請求項16之方法，其中於將該經研磨試劑噴入該廢煙道氣中之前，此等氣體已流過該空氣預熱器。
  19. 如請求項14之方法，其另外包含下列步驟：藉由一顆粒移除系統移除該廢煙道氣中之顆粒。
  20. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係二區段空氣預熱器。
  21. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係三區段空氣預熱器。
  22. 如請求項1之試劑乾燥系統，其中該空氣預熱器係四區段空氣預熱器。
  23. 如請求項9之試劑乾燥系統，其另外包含：一用於自動感應於至少一排氣導管中之洩漏氣體之壓力並基於該感應之壓力控制洩漏氣體之流量之系統。
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