TWI534105B - 使水軟化以供滌氣器使用之系統和方法 - Google Patents

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Description

使水軟化以供滌氣器使用之系統和方法
本發明大體上係關於用於煮沸器、加熱器、窯或其他煙道氣-或燃燒氣體-產生裝置(例如，位於發電廠、加工廠者)的排放控制設備之領域，及特別是關於經設計以改善供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的水之新穎且有用之方法及裝置。在另一個具體實施例中，本發明係關於使水軟化以供非鈣型水性濕式SOx滌氣器使用之系統和方法。
硫出現在大部分植物及動物的生命周期中。大部分排放至大氣體的硫以硫化氫之形態源於有機物質的腐敗。這些排放氣慢慢氧化成二氧化硫(SO2)。在大氣條件之下，SO2為可迅速被吸收回到環境中的反應性刺激氣體。然而，化石燃料的燃燒，其中大量的SO2排放至相對小部分的大氣，會壓迫到這些排放氣的途徑中生態系統。用於文中時，SO2及SO3排放大體上可被指為硫氧化物或SOx排放。
人造成大部分之排放至大氣的SO2。全球排放大體上能接收超過160百萬噸，將近工業來源的一半。兩個主要的工業來源為化石燃料燃燒及冶金礦砂精煉。
當氣態SO2與液態(1)水結合時，其形成亞硫酸(H2SO3)的稀水溶液。亞硫酸能輕易在大氣中氧化以形成硫酸(H2SO4)。稀硫酸為酸雨的主要構成要素。硝酸為酸雨的另一主要酸構成要素。將分別的反應寫成下列：
SO(g)+H2O(l)→H2SO3(aq)　(1)
O2(g)+2H2SO3(aq)→2H2SO4(aq)　(2)
SO2也能在大氣中氧化以產生氣態三氧化硫(SO3)。將三氧化硫反應寫成下列：
2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)　(3)
SO3(g)+H2O(g)→H2SO4(l)　(4)
而方程式1及2描述SO2在酸雨中轉化為硫酸的機構，方程式3及4描述酸化的塵粒及氣溶膠之乾燥沉積的特徵。
pH度數，酸鹼度的度量法，為用以將酸雨的酸度定量之方法。
純水具有7的pH且被定義為中性，而較低值被定義作酸性且較高值被定義作鹼性。若雨水不含硫酸或硝酸，由於從大氣吸收二氧化碳(CO2)使其pH可能將近5.7。人製造的SO2及氮氧化物(NOx)的貢獻進一步降低雨水的pH。關於什麼樣的pH構成酸雨還沒有統一接納的定義。有些權威相信約4.6的pH便足以造成北美東北部及歐洲黑森林區中之湖泊及森林的持續損壞。
SO2排放規範：
法律行為負責大部分工業的SO2管制。主要劃時代的規範包括美國(U.S.)在1970、1977及1990年的Clean Air Act Amendments、日本在1970年的Stationary Emissions Standards及德國聯邦共合國的1983 SO2 Emissions Regulations。因為1980年代中葉，大部分其他工業化國家及許多發展中國家均已實施SO2排放規範。
SO2管制：
大部分公用事業均採用兩種SO2管制策略中之一，無論是換成低硫煤或設立滌氣器。各種不同SO2管制方法及技術被使用且其他還在不同發展階段。商業化的方法包括濕式、半乾式(漿料噴灑及乾燥)及完全乾燥法。濕煙道氣脫硫(WFGD)滌氣器為公用事業發電廠管制SO2的主流世界技術，具有將近85%的設立容量，但是乾煙道氣脫硫(DFGD)系統也用於選定的低硫應用。
由於採用各種規定，於是自1970年起美國的總年度SO2排放量，包括電力事業SO2排放，已經降下來。在同一時期時，由煤產生的電力幾乎變成三倍(參見下表1)。
此排放量降低有一大部分的結果是換成低硫煤，主要是美國西部。在1970年幾乎所有公用事業的煤來自西部高硫份煤田，而2000年時將近有一半煤來自西部低硫來源。稍低於2/3的SO2排放量降低歸因於燃料轉換，同時超過1/3透過燃料氣體脫硫系統，主要濕式滌氣器，的設立。多於50%之美國以煤為燃料的產能已經設立並操作FGD系統。當現行法規實施且所提出的法規被採納時這可能在接下來15年增加至多於80%。
濕式滌氣器-藥劑
濕式洗滌方法經常藉由藥劑及其他加工參數予以分類。濕式滌氣器中所用的主要藥劑為石灰石。然而，任何鹼性藥劑均可使用，尤其是在位置特性的經濟方面提供益處的情況。其他常用的藥劑為石灰(CaO)、鎂強化石灰(MgO及CaO)、氨(NH3)及碳酸鈉(Na2CO3)。在碳酸鈉(Na2CO3)的案例中，此化學藥品型滌氣器由於補給水中存在溶鈣而遭遇到積垢問題。積垢問題必需每6至8個月停機供清潔WFGD吸收塔。這使蘇打型滌氣器比以石灰型WFGD不利。
熟於此藝之士周知以蘇打或碳酸鈉、濕式滌氣器操作的方法。例如，在Sulfur Oxides Control Technology Series: Flue Gas Desulfurization Dual Alkali Process(EPA文件625/8-80-004，1980年10月)中有詳細說明一種適合的方法，在此以引用方式將其全文併入本文。
有一例子中，以天然新鮮水用作補給原水之基本原料。此等水在處理之前含有不同量的無機雜質，最常見的是呈離子態之溶解的鈣、鎂、鐵、碳酸鹽及硫酸鹽。有時候把未經處理以移除任何這些雜質之水稱作原水。將該原水中之碳酸鹽總含量簡稱為總鹼濃度。水的硬度接著藉由鈣及鎂的總量直接測定。此措辭一般指的是這些離子對於肥皂及清潔劑在硬水中起泡沫之能力的負面效應。在使用氫氧化鈉、碳酸鈉或碳酸氫鈉當作自煙道氣或燃燒氣體洗掉二氧化硫的藥劑之濕式滌氣器方面，關於原水中的硬度構成成分之考量為因為原水變成暴露於該濕式滌氣器內的洗滌溶液，所以鈣離子將與碳酸根離子、亞硫酸根及亞硫酸氫根離子及硫酸離子反應以形成固態碳酸鈣、固態亞硫酸鈣及固態硫酸鈣。此等固態成分傾向沉積在該滌氣器內部上而造成足以使該滌氣器無法操作的積垢。此情況必需，在某時刻，由該設備的操作員將此〝積垢的〞滌氣器停止一段時間，使足以進入該滌氣器並以人工方式將其清掉。此操作涉及相當長時間的產量損失及物理清潔花費。為了減緩和此等不利的結果，操作員試圖在使用此滌氣器之前，先藉由處理降低原水中的硬度。第1圖中描述一種此類習用處理方法。
如第1圖所例示，習用系統100包括絮凝劑供應管102、碳酸鈉(Na2CO3)溶液供應管103、原水供應管104及石灰供應裝置106。石灰供應裝置106供應石灰至滯留熟化機108。滯留熟化機108內包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)並係裝備水供應管使來自石灰供應裝置106的石灰與水混合以產生石灰漿液，並經由石灰漿液供應管110供應至沉澱器/結晶器112。也被供應至沉澱器/結晶器112的是經由絮凝劑供應管102的絮凝劑、經由碳酸鈉供應管103的碳酸鈉溶液、及經由原水供應管104的原水。沉澱器/結晶器112也包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)以促進碳酸鈉溶液、絮凝劑、原水及石灰漿液的混合。一旦任何不想要的固體被允許"沉降"及/或沉澱至沉澱器/結晶器112的底部，此碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑的處理後之溶液經由供應管114供應至沉降器/增稠器116。在沉降器/增稠器116中，經由使用一或多個攪動裝置(例如，混合器)，進一步處理該經處理過一次的碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之混合物，以移除其他不想要的固態粒子。接著經由供應管118供應由此方法所產生的固體與適當量的溶液至污泥池122以使此廢液中所含的固體能進一步沉降及回收。此外，或在一些案例中任意將一部分沉降器/增稠器116所產生的固體與適當量的溶液經由供應管120再供應至沉澱器/結晶器112以供應用於沉澱階段的籽晶。
一旦使不想要的固體〝沉降〞及/或沉澱至沉降器/增稠器116的底部，經由供應管124將碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理兩次的混合物供應至處理後的水之槽126。在處理後的水之槽126中使該碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理兩次的溶液與經由硫酸供應管132之來自硫酸槽130的硫酸(H2SO4)合併。此經處理兩次的溶液與硫酸的混合物接著經由適合裝置(例如，混合器)進一步攪動到獲得希望的pH為止。一旦達到希望的pH值，經由供應管134將經適當處理的溶液供應至濕式滌氣器。
如熟於此技藝之士所知，石灰軟化係藉由提高原水的pH及引起碳酸氫鹽轉化為碳酸鹽並接著使鈣以碳酸鈣的形態沉澱進行。一旦pH提高至高於約10，鎂開始以氫氧化鎂的形態沉澱。第2圖為只含有鈣及鎂的碳酸鹽及碳酸氫鹽之原水的鈣及鎂濃度的圖形。注意當鎂降至高於10的pH時鈣濃度實際上開始提高。
有鑑於第2圖中所含的數據，可同時達到低鎂及低鈣值唯一的方式為分兩階段進行軟化。首先，必須將pH提高至11並在將沉澱物分離之後，以例如硫酸將pH降回10以碳酸鈣的形態沉澱過多的鈣。
若原水只含有硫酸鈣及鎂，則石灰軟化將完全無法移除鈣但鎂將在高於10的pH被移除。這可經由第3圖所示的數據確認。所以若是原水主要含有碳酸鈣，石灰軟化真的具有降低鈣濃度的能力。但是為了同時移除鈣及鎂，此系統必須分兩階段操作。於高於11的pH移除鎂並接著於10左右的pH減少鈣。
有鑑於上文，需要能提供自用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器中補給的原水移除不想要的鈣離子之有效方式的方法及/或裝置。
本發明大體上係關於用於煮沸器、加熱器、窯或其他煙道氣-或燃燒氣體-產生裝置(例如，位於發電廠、加工廠者)的排放控制設備之領域，及特別是關於經設計以改善供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的水之新穎且有用的方法及裝置。在另一個具體實施例中，本發明係關於使水軟化以供非鈣型水性濕式SOx滌氣器使用之系統和方法。
因此，本發明之一方面描述一種設計以處理及/或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個廢液供應裝置，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應；(e)至少一個沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；及(f)至少一個沉降器/增稠器槽，其與該至少一個沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
本發明之另一方面描述一種設計以處理及/或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個石灰漿液供應裝置；(e)至少一個第一沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個石灰漿液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個第一沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個第一沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；(f)至少一個第一沉降器/增稠器槽，其與該至少一個第一沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第一沉降器/增稠器槽具有至少一個出口；(g)至少一個第二沉澱器/結晶器槽，其與該至少一個第一沉降器/增稠器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第二沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；(h)至少一個廢液供應裝置，其中該至少一個廢液供應裝置與該至少一個第二沉澱器/結晶器槽流體連通，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應，及其中該至少一個廢液供應裝置供應廢液至該至少一個第二沉澱器/結晶器槽以沉澱過多的鈣；及(i)至少一個第二沉降器/增稠器槽，其與該至少一個第二沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第二沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
有一個例子中，上述系統利用少於約7體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在另一個例子中，上述系統利用少於約5體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在又另一個例子中，上述系統利用少於約3體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在又另一個例子中，上述系統利用少於約2體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。
因此，本發明的另一方面描述一種用於處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水的系統，其係實質上如文中所示及描述。
本發明又另一方面描述一種用於處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水的方法，其係實質上如文中所示及描述。
表示本發明的特徵之不同新穎性特性在隨附的申請專利範圍中具體指出並形成此揭示內容的一部分。為了更易於瞭解本發明，藉由其應用獲得的操作優點及特定益處，參照例示本發明的示範性具體實施例之附圖及敘述事項。
本發明大體上係關於用於煮沸器、加熱器、窯或其他煙道氣-或燃燒氣體-產生裝置(例如，位於發電廠、加工廠者)的排放控制設備之領域，及特別是關於經設計以改善供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的水之新穎且有用的方法及裝置。在另一個具體實施例中，本發明係關於使水軟化以供非鈣型水性濕式SOx滌氣器使用之系統和方法。
石灰軟化仰賴於碳酸鈣相當低的溶解度。在複雜的離子系統(如水處理系統)中的溶解度以其溶解度乘積表示不同無機構成成分的溶解度。於25℃的碳酸鈣溶解度乘積為2.8×10-9。碳酸鎂的溶解度乘積為略低於3.5×10-8。但是，Mg(OH)2的溶解度乘積為1.3×10-11。所以，熟石灰Ca(OH)2藉由將HCO3 -轉化為CO3 -2而沉澱出碳酸鈣並藉由提高OH-濃度沉澱鎂。但是，蘇打滌氣器在自煙道氣吸收SO2的過程中產生亞硫酸根離子及亞硫酸氫根離子。此外，亞硫酸鈣具有6.8×10-8的溶解度乘積。這意指在一例子中可自原水以亞硫酸鈣的形態直接沉澱鈣而完全不需提高原水的pH。
有鑑於此，本發明之一具體實施例涉及將一些準備以任何方式處理掉之來自非鈣型水性濕式SOx滌氣器的廢液轉移至沉澱器/結晶器，利用該沉澱器/結晶器處理及/或軟化供此濕式滌氣器用的原水供料流。來自此滌氣器的典型廢液成分為：約70%呈亞硫酸鈉(Na2SO3)形態的硫及約30%呈硫酸鈉(Na2SO4)形態的硫；約7或8%(取決於pH)為碳酸鈉(Na2CO3)；且餘量為雜質。由此，一小部分廢液會被轉移至水軟化器，以亞硫酸鈣的形態沉澱鈣，並遞送該廢液及所產生的污泥至待處置的廢棄物之廢棄池。第4圖中表示顯示此系統移除鈣，當作範例，的能力之圖形。
在此實施例中，若流至該軟化器的廢液流量係為該原水流量的1體積%速率，鈣濃度可降至與石灰軟化系統可達到的相同程度。由此該軟化系統整個流程相較於習用石灰熟化系統簡化許多。由此，第5圖中概略例示根據本發明的一個裝置。
如第5圖所例示，依據本發明的一個系統200包括絮凝劑供應管202、碳酸鈉溶液供應管203(任意的一若廢液沒有足夠的Na2CO3)、原水供應管204及廢液供應管205。經由廢液供應管205所供應的廢液來自非鈣型水性濕式SOx滌氣器的廢液。有鑑於此，絮凝劑供應管202、碳酸鈉溶液供應管203、原水供應管204及廢液供應管205分別供應絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水及廢液至沉澱器/結晶器212。沉澱器/結晶器212也包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)以促進絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水及廢液的混合。一旦使不想要的固體“沉降”及/或沉澱至沉澱器/結晶器212的底部，經由供應管214將此絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水及廢液之處理後的溶液供應至沉降器/增稠器216。在沉降器/增稠器216中，經由利用一或多個攪動裝置(例如，混合器)，進一步處理絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水及廢液之處理過一次的混合物，以移除其他不想要的固態粒子。由此方法所產生的固體接著，與適當量的溶液，經由供應管218供應至污泥池222使此廢棄溶液中所含的固體能進一步沉降及回收。此外，或在一些案例中任意地，經由供應管220再補給一部分由沉降器/增稠器216所產生的固體，與適當量的溶液，至沉澱器/結晶器212以供應供沉澱階段用的籽晶。
一旦任何不想要的固體能"沉降"及/或沉澱至沉降器/增稠器216的底部，將此絮凝劑、原水及廢液之處理過兩次的溶液經由供應管224供應至處理後的水之槽226。從此處理後的水之槽226，將經適當處理的溶液經由供應管234供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器。
在一個具體實施例中，為了處理送至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水，需要少於約7體積%，少於約5體積%，少於約3體積%，或甚至少於約2體積%，由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢蘇打液。在另一個具體實施例中，使用及/或再循環回本發明的系統及/或方法之廢蘇打液的量隨各自單獨或以其任何組合採用的不同因素變化。此等因素包括，但不限於，待處理及/或軟化的原水量、用於操作該滌氣器的適當pH、原水饋料中之鈣及/或鈣離子的量及/或原水饋料中之鹼量/濃度。有鑑於此，在一些例子中本發明並不限於任何使用及/或再循環的廢蘇打液最高量(capped amount)。
在又另一個具體實施例中，來自非鈣型水性濕式SOx滌氣器之任何量的廢蘇打液可用於文中所揭示的系統及/或方法，只要達到原水中的鈣離子與廢蘇打液中所含的亞硫酸根離子之間的希望化學計量比即可。有一個例子中，在本發明的處理及/或軟化方法中之鈣離子對亞硫酸根離子的適合化學計量比係在約1：4至約4：1的範圍中，或約1：3至約3：1，或約1：2至約2：1，或甚至約1：1。在此，以及說明書及申請專利範圍中各處，均可將個別範圍極限合併以形成其他未揭示的範圍。
在又另一個具體實施例中，本發明的化學計量比可加以變化以包括所有落在上揭範圍內的四分之一增量。有一例子中，在本發明的處理及/或軟化方法中之鈣離子對亞硫酸根離子的適合化學計量比係在約1：3.75至約3.75：1的範圍中，或約1：3.50至約3.50：1，或甚至降至約1：1.25至約1.25：1。
有鑑於上述，本發明之一具體實施例不需要購買石灰及/或硫酸，且不需購買所有儲存、處理及加工此等化合物所需的相關設備。此外，本發明降低必須拋棄的廢棄材料之量，即軟化過程中可能消耗掉的石灰及硫酸。本發明降低流至廢棄池的流出物流量，並預防任何此池可能受到不注意的硫酸偏離所引起之低pH峰值所帶來的衝擊之機會，硫酸偏離可能造成SO2從該池脫氣。再者，本發明的控制系統也簡化了。先前技藝的石灰軟化系統與此廢液控制(其一般需要廢液流量對正比於原水流量的軟化劑呈正比例控制)相比必需小心控制pH。有鑑於此，本發明因此將提供藥劑成本、設備成本、處理成本及控制設備成本的成本節省。
在另一個具體實施例中，如第6圖所例示，可使用廢液代替習用石灰熟化系統中的硫酸以沉澱當pH提高至足以自該系統沉澱鎂時所產生之過多的鈣(參見第2及3圖)。此方法能以亞硫酸鈣的形態沉澱鈣，但是不會降低pH。一旦水處理減少鈣及鎂，該滌氣器中可使用高pH處理後的水以獲益。在該滌氣器中使用之前沒理由降低處理後的水之pH。如第6圖所例示，系統300包括絮凝劑供應管302、碳酸鈉溶液供應管303、原水供應管304及石灰供應裝置306。石灰供應裝置306供應石灰至滯留熟化機308。滯留熟化機308內包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)並裝備有水供應管使來自石灰供應裝置306的石灰與水混合以產生石灰漿液，並經由管310供應至沉澱器/結晶器312。也被供應至沉澱器/結晶器312的是經由絮凝劑供應管302的絮凝劑、經由碳酸鈉供應管303(任意的-若廢液沒有足夠的Na2CO3)的碳酸鈉溶液及經由原水供應管304的原水。沉澱器/結晶器312也包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)以促進碳酸鈉溶液、絮凝劑、原水及石灰漿液的混合。一旦任何不想要的固體均能"沉降"及/或沉澱至沉澱器/結晶器312的底部，此碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑的處理後之溶液經由供應管314供應至沉降器/增稠器316。在沉降器/增稠器316中，經由使用一或多個攪動裝置(例如，混合器)，進一步處理碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理一次的混合物，以移除其他不想要的固態粒子。接著經由供應管318供應由此方法所產生的固體(主要Mg(OH)2，但是可包括CaCO3，取決於原水的來源)與適當量的溶液至污泥池322以使此廢液中所含的固體能進一步沉降及回收。此外，或在一些案例中，任意將一部分沉降器/增稠器316所產生的固體與適當量的溶液經由供應管320再供應至沉澱器/結晶器312以供應用於沉澱階段的籽晶。
一旦使任何不想要的Mg(OH)2固體〝沉降〞及/或沉澱至沉降器/增稠器316的底部，經由供應管324將碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理兩次的溶液供應至第二沉澱器/結晶器327，其也包括至少一個攪動裝置(例如，混合器)以促進混合。在沉澱器/結晶器327中，經由廢液供應管328使碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理三次的混合物與經由廢液供應管328之來自非鈣型水性濕式SOx滌氣器的廢液合併以沉澱過多的鈣。一旦使任何不想要的固體〝沉降〞及/或沉澱至沉澱器/結晶器327的底部，經由供應管330將此碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理的溶液供應至第二沉降器/增稠器332。在沉降器/增稠器332中，經由利用一或多個攪動裝置(例如，混合器)，進一步處理碳酸鈉溶液、石灰、原水及絮凝劑之經處理三次的混合物，以移除其他不想要的固態粒子。由此方法所產生的固體(CaSO3)接著與適當量的溶液經由供應管334供應至污泥池340以使此廢棄溶液中所含的固體能進一步沉降及回收。此外，或在一些案例中，任意將一部分沉降器/增稠器332所產生的固體與適當量的溶液經由供應管336再供應至沉澱器/結晶器327以供應用於沉澱階段的籽晶。此處理後的水接著經由供應管338供應至處理後的水之槽326。自此處理後的水之槽326，經由供應管342將適當處理後的溶液供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器。
有鑑於上文，本發明之一具體實施例係關於一種設計以處理及/或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個廢液供應裝置，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應；(e)至少一個沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；及(f)至少一個沉降器/增稠器槽，其與該至少一個沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
在另一個具體實施例中，本發明係關於一種設計以處理及/或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個石灰漿液供應裝置；(e)至少一個第一沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個石灰漿液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個第一沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個第一沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；(f)至少一個第一沉降器/增稠器槽，其與該至少一個第一沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第一沉降器/增稠器槽具有至少一個出口；(g)至少一個第二沉澱器/結晶器槽，其與該至少一個第一沉降器/增稠器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第二沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口；(h)至少一個廢液供應裝置，其中該至少一個廢液供應裝置與該至少一個第二沉澱器/結晶器槽流體連通，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應，及其中該至少一個廢液供應裝置供應廢液至該至少一個第二沉澱器/結晶器槽以沉澱過多的鈣；及(i)至少一個第二沉降器/增稠器槽，其與該至少一個第二沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個第二沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
本發明的各種供應裝置包括，但不限於，管線、配管、導管、水管等等，其係經設計以攜帶、供應及/或含有液態材料。
有一個例子中，上述系統利用少於約7體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在另一個例子中，上述系統利用少於約5體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在又另一個例子中，上述系統利用少於約3體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。在又另一個例子中，上述系統利用少於約2體積%非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液以處理及/或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水。
有鑑於上文，提供下列化學反應以供洞察不同原水處理及/或軟化系統中發生的反應程序。應該要注意的是儘管提供了下列化學反應，但是下列化學反應不一定代表所有在文中所討論的處理期間發生之反應。此外，本發明並不只限於下文所示的化學反應。反應(5)及(6)中詳述習用石灰處理、軟化及/或熟化，而反應(7)詳述第5圖的具體實施例中感興趣的反應，且反應(8)及(9)詳述第6圖的具體實施例中感興趣的反應。
-
Ca(OH)2+Ca+2+Mg+2+CO3 -2+Na+→CaCO3(s)+Mg(OH)2(s)+Ca+2+OH-+Na+　(5)
第1圖－階段2-
H2SO4+Ca+2+2OH-+CO3 -2+Na+→CaCO3(s)+2H2O+Na++SO4 -2　(6)
第5圖－
Ca+2+CO3 -2+2Na++SO3 -2→CaSO3(s)+2Na++CO3 -2　(7)
第6圖－階段1-
Ca(OH)2+Ca+2+Mg+2+CO3 -2+Na+→CaCO3(s)+Mg(OH)2(s)+Ca+2+OH-+Na+　(8)
第6圖－階段2-
Na2SO3+Ca+2+2OH-→CaSO3‧H2O(s)+2Na++2OH-　(9)
儘管本發明的具體實施例已經詳細顯示及說明以例示本發明的應用及原理，咸瞭解其並非試圖將本發明限於此且本發明可被具體化而不會悖離此等原理。在本發明的一些具體實施例中，本發明的特定特徵有時候可用以獲而不需相應使用其他特徵。因此，所有此等變化及具體實施例完全落在下列申請專利範圍的範圍之內。
100．．．習用系統
102．．．絮凝劑供應管
103．．．碳酸鈉溶液供應管
104．．．原水供應管
106．．．石灰供應裝置
108．．．滯留熟化機
110．．．石灰漿液供應管
112．．．沉澱器/結晶器
114．．．供應管
116．．．沉降器/增稠器
118．．．供應管
120．．．供應管
122．．．污泥池
124．．．供應管
126．．．處理後的水之槽
130．．．硫酸槽
132．．．硫酸供應管
134．．．供應管
200．．．系統
202．．．絮凝劑供應管
203．．．碳酸鈉溶液供應管
204．．．原水供應管
205．．．廢液供應管
212．．．沉澱器/結晶器
216．．．沉降器/增稠器
218．．．供應管
220．．．供應管
222．．．污泥池
224．．．供應管
226．．．處理後的水之槽
300．．．系統
302．．．絮凝劑供應管
303．．．碳酸鈉溶液供應管
304．．．原水供應管
306．．．石灰供應裝置
308．．．滯留熟化機
310．．．管
312．．．沉澱器/結晶器
314．．．供應管
316．．．沉降器/增稠器
318．．．供應管
320．．．供應管
322．．．污泥池
324．．．供應管
326．．．處理後的水之槽
327．．．第二沉澱器/結晶器
328．．．廢液供應管
330．．．供應管
332．．．第二沉降器/增稠器
334．．．供應管
336．．．供應管
338．．．供應管
340．．．污泥池
342．．．供應管
第1圖為習用系統的示意圖，其係設計以處理供濕式煙道氣脫硫(WFGD)系統使用的補給原水；
第2圖為例示石灰軟化對只有來自碳酸鈣及碳酸鎂(沒有硫酸鹽)的硬度之原水的效果之圖形；
第3圖為例示石灰軟化對只有來自硫酸鈣及硫酸鎂(沒有碳酸鹽)的硬度之原水的效果之圖形；
第4圖為顯示依據本發明之一具體實施例的軟化系統自原水移除鈣之能力的圖形；
第5圖為顯示依據本發明之一具體實施例的原水軟化系統之概圖，其中使用來自蘇打滌氣器的廢液於處理及/或軟化原水；及
第6圖為依據本發明之另一個具體實施例的原水軟化系統之概圖，其中使用來自蘇打滌氣器的廢液代替習用石灰熟化系統中的硫酸以處理及/或軟化原水，以沉澱當pH提高至足以自該系統沉澱鎂時所產生之過多的鈣。
200．．．系統
202．．．絮凝劑供應管
203．．．碳酸鈉溶液供應管
204．．．原水供應管
205．．．廢液供應管
212．．．沉澱器/結晶器
214．．．供應管
216．．．沉降器/增稠器
218．．．供應管
220．．．供應管
222．．．污泥池
224．．．供應管
226．．．處理後的水之槽

Claims (13)

  1. 一種設計以處理或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置，其中該原水至少含有鈣離子和鎂離子；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個廢液供應裝置，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應，及其中該廢液含有溶解的亞硫酸根離子；(e)至少一個沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽允許和利於該原水中所含之該鈣離子或該鎂離子、該碳酸鈉與該廢液供應中所含之溶解的亞硫酸根離子之反應，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口且設計成除去由該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置供應之化合物的混合物中的任何非所欲的固體，以產生絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水和廢液之經處理的溶液，並將其供應至該至少一個出口；及(f)至少一個沉降器/增稠器槽，其與該至少一個 沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口，其中該原水中所含之該鈣離子或該鎂離子、該碳酸鈉與該廢液供應中所含之溶解的亞硫酸根離子之反應所必須之全部之溶解的亞硫酸根離子係由該至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液供應，及其中該原水中所含之該鈣離子或該鎂離子、該碳酸鈉與該廢液供應中所含之溶解的亞硫酸根離子之反應所必須之全部的該鈣離子或該鎂離子係由該原水供應。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其另外包含：(g)至少一個處理後的水之槽，其與該至少一個沉降器/增稠器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個處理後的水之槽經設計以接收及盛裝處理後的水並具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中少於約7體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係用以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中少於約5體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係用以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中少於約3體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係用以 處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中少於約2體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係用以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中組件(e)的該至少一個沉澱器/結晶器槽中所發生的反應係以下列化學反應式表示：Ca+2+CO3 -2+2Na++SO3 -2→CaSO3(s)+2Na++CO3 -2。
  8. 一種設計以處理或軟化供應至非鈣型水性濕式SOx滌氣器的原水之系統，該系統包含：(a)至少一個絮凝劑供應裝置；(b)至少一個原水供應裝置，其中該原水至少含有鈣離子和鎂離子；(c)至少一個碳酸鈉供應裝置；(d)至少一個廢液供應裝置，其中該廢液係由至少一個非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生之廢液的一部分供應，及其中該廢液含有溶解的亞硫酸根離子；(e)至少一個沉澱器/結晶器槽，其中該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置全都供應其個別的化合物至該至少一個沉澱器/結晶器槽，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽允許和利於該原水中所含之該鈣 離子或該鎂離子、該碳酸鈉與該廢液供應中所含之溶解的亞硫酸根離子之反應，及其中該至少一個沉澱器/結晶器槽具有至少一個出口且設計成除去由該至少一個絮凝劑供應裝置、該至少一個原水供應裝置、該至少一個碳酸鈉供應裝置及該至少一個廢液供應裝置供應之化合物的混合物中的任何非所欲的固體，以產生絮凝劑、碳酸鈉溶液、原水和廢液之經處理的溶液，並將其供應至該至少一個出口；及(f)至少一個沉降器/增稠器槽，其與該至少一個沉澱器/結晶器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個沉降器/增稠器槽具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口，其中少於約7體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係供應至該至少一個廢液供應裝置以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  9. 如申請專利範圍第8項之系統，其另外包含：(g)至少一個處理後的水之槽，其與該至少一個沉降器/增稠器槽之至少一個出口流體連通，該至少一個處理後的水之槽經設計以接收及盛裝處理後的水並具有至少一個設計以供應處理後的水至非鈣型水性濕式SOx滌氣器之出口。
  10. 如申請專利範圍第8項之系統，其中少於約5體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係供應至該至少一個廢液供應裝置以處理或軟化用於非鈣型水性 濕式SOx滌氣器之原水。
  11. 如申請專利範圍第8項之系統，其中少於約3體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係供應至該至少一個廢液供應裝置以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  12. 如申請專利範圍第8項之系統，其中少於約2體積%之由非鈣型水性濕式SOx滌氣器所產生的廢液係供應至該至少一個廢液供應裝置以處理或軟化用於非鈣型水性濕式SOx滌氣器之原水。
  13. 如申請專利範圍第8項之系統，其中組件(e)的該至少一個沉澱器/結晶器槽中所發生的反應係以下列化學反應式表示：Ca+2+CO3 -2+2Na++SO3 -2→CaSO3(s)+2Na++CO3 -2。
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