TWI752904B - 減少來自爐之煙道氣體中之污染物之方法 - Google Patents

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Abstract

爐/鍋爐依據本發明併入雙注入格柵配置。該爐包含具有燃燒器之外殼，該等燃燒器突出穿過該外殼之下半部之壁。該等燃燒器注入並點燃一定量的燃料及一次空氣。燃燒反應在燃燒室中發生。該等外殼壁攜載蒸汽產生管，該等蒸汽產生管吸收來自燃燒火焰之輻射熱以產生蒸汽。該熱亦被輻射/對流過熱器及再熱器元件利用，其中流動通過該等輻射/對流過熱器及再熱器元件之蒸汽由燃燒程序之廢氣/煙道氣體過熱。該等廢氣/煙道氣體在鍋爐鼻部處離開該燃燒室且進入於鍋爐/爐區中。本發明格柵配置注入化學品以控制形成之反應物，尤其係NOx及SO3排放。

Description

減少來自爐之煙道氣體中之污染物之方法
本發明係關於一種用於注入化學品之雙注入格柵配置，且更特定而言係關於一種用於同時控制燃煤、燃油或燃氣爐/鍋爐中之NOx及SO3排放以減少該爐/鍋爐煙道氣體中之污染物的雙注入格柵配置。
用於電力產生之鍋爐通常具有燃燒系統，該等燃燒系統具有以固體燃料(諸如煙煤、褐煤、生質等)燃燒之爐；此等燃燒系統通常具備研磨機及用於將粉狀燃料供應至一或多個燃燒器之管路。一般而言，在化石燃料之燃燒程序期間產生諸如氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SO2及SO3)之污染物。若允許此等污染物進入大氣，則該等污染物可不利地影響環境且對人類及動物造成健康危害。US 8,017,084揭示用於選擇性觸媒還原(SCR)系統之氨注入格柵，該氨注入格柵將均勻分佈之氨提供至用於熱回收蒸汽產生系統、封裝式鍋爐、簡單循環觸媒系統、公用鍋爐及火加熱器之NOx還原系統中之SCR觸媒以達成優越操作效率。該氨注入格柵包含用於將氨注入至煙道氣體之流中之注入管噴嘴。該氨注入格柵亦包含與注入管相關聯之波紋狀紊流增強器以產生紊流尾流來增強紊流混合。
當前技術水平之格柵配置具有兩個用於還原NOx且控制SO3排放之獨立注入格柵。具有單獨格柵之此等格柵配置暗示化學品之大消耗(此乃因此等化學品單獨地分佈於爐/鍋爐中)及因此與該等化學品相關 聯之大成本。進一步地，此等獨立格柵配置連同用於每一格柵之單獨輔助件佔據較多空間，其導致具有擁有多個控制系統之多添加式系統的高資本成本之較複雜工作配置。每一格柵配置經單獨地控制以供應用於還原NOx且控制SO3排放之化學品，從而導致具有多重控制之較複雜配置。
因此，需要提供操作簡單、安裝容易、資本成本較便宜且在於爐/鍋爐中之各種位置處還原NOx且控制SO3排放方面較有效的格柵配置。
本發明闡述一種雙注入格柵配置及一種用於注入用於減少由於燃料之燃燒而產生的來自爐之煙道氣體中之污染物之化學品的方法。此將在以下經簡化發明內容中呈現以提供對包含所有優點之本發明之一或多項態樣之基本理解。此發明內容之唯一目的係以經簡化形式呈現本發明之某些概念、本發明之態樣及優點來作為下文中呈現之較詳細說明之前序。
本發明之目標係提出一種用於同時控制燃煤、燃油或燃氣爐/鍋爐中之NOx及SO3排放以減少該爐/鍋爐煙道氣體中之污染物的雙注入格柵配置，該雙注入格柵配置可用於現有單元安裝及新單元安裝中以顯著地減少此等污染物之排放。
本發明提供自具有多個注入點之雙注入格柵配置共同注入化學品(舉例而言，氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑(諸如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣)之混合物)之技術解決方案。
藉由採取此方式，可在同一時間及位置處自一個格柵注入化學品以同時控制NOx及SO3排放。將自以下詳細說明及申請專利範圍明瞭本發明之各種其他目標及特徵。
根據本文中所揭示之一項態樣，提供一種雙注入格柵配置，其 包括具有用於將化學品注入至煙道氣體之流中之至少一個噴嘴之至少一個注入管。進一步地，該注入管通常橫向於或軸向於該煙道氣體之流而延伸，其中該注入管之該噴嘴係霧化噴嘴，該霧化噴嘴以方形或者錐形噴霧型樣將化學品注入於該煙道氣體中。該注入管具有由外殼體環繞之內殼體。
在另一態樣中，自該雙注入格柵配置之該注入可係液相/氣相或液相/液相或氣相/氣相之混合。進一步地，所注入之該等化學品包括氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑(諸如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣)之混合物。本發明雙注入格柵配置提供可自該一個格柵一起注入氣相與液相之各種組合以用於控制該煙道氣體之流中之該等NOx及SO3排放的優點。
在再一態樣中，該噴嘴可附接於該注入管之該內殼體上以將液體鹼或者鹼性吸收劑或者鹼或鹼性吸收劑之混合物(具有或不具有氨水)注入至該煙道氣體之流中。進一步地，呈具有至少一個噴嘴蓋之延伸臂之形式之眾多噴嘴可以交錯配置附接於該外殼體上以將用空氣稀釋之氣態氨注入至該煙道氣體之流中以用於減少該等NOx排放。本發明雙注入格柵配置提供在同一時間及同一位置處將用於控制該等NOx及SO3排放之該等化學品自附接至該單個格柵之該霧化噴嘴一起注入至該煙道氣體之流中的優點。
在再一態樣中，複數個孔隙可以交錯配置形成於該外殼體上以將冷卻空氣提供至該煙道氣體之流中。同時，呈氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑(諸如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣)之混合物之形式之液體注入可在同一時間及同一位置處自附接至該單個格柵之該等霧化噴嘴通過內殼體供應至該煙道氣體之流中以控制該等NOx及SO3排放。本發明雙注入格柵配置提供在同一時間及同一位置處自單個格柵直接液體注入至該煙道氣體之流中的優點。
在再一態樣中，提供用於NOx之控制器及用於SO3之控制器以控制通過該雙注入格柵配置的該等化學品之流量。位於單獨滑架上之該等控制器在同一時間及位置處提供化學品以控制通過該雙注入格柵配置的該煙道氣體中之該等SO3排放及該等NOx排放。該等化學品之該注入覆蓋導管之完全剖面區，從而消除對該雙注入格柵配置位置上游或者下游之額外煙道氣體混合裝置之需要。優點在於控制器確保在正確時間及位置處提供控制該等NOx及SO3排放之正確數量之化學品。存在提供於該雙介質格柵中以覆蓋該導管之該完全剖面區之多個霧化噴嘴。此在同一位置處提供基於所需化學品之量之均勻分佈以控制該等NOx及SO3排放。
本發明亦涉及一種減少來自爐之煙道氣體中之污染物之方法，該方法包括以下各項：雙注入格柵配置，其擁有具有至少一個噴嘴之至少一個注入管；提供用於減少該煙道氣體中之污染物之化學品；將該等化學品供應至該雙注入格柵配置；透過該至少一個噴嘴以方形或者錐形噴霧型樣將該等化學品注入於該煙道氣體中，其中至少一個噴嘴係霧化噴嘴。
在另一態樣中，化學品之供應包含將氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑之混合物供應至該注入管之內殼體及外殼體。該等化學品之該注入包含透過附接至該內殼體之噴嘴將液體鹼或鹼性基吸收劑(具有或不具有氨及水)注入至該煙道氣體中。進一步地，透過具有至少一個噴嘴蓋之至少一個延伸臂將氣態氨與稀釋空氣注入至該煙道氣體中，該至少一個延伸臂以交錯配置附接至該外殼體。
在另一態樣中，透過用於NOx之控制器及用於SO3之控制器來控制通過該雙注入格柵配置的該等化學品之流量，在同一時間及位置處提供該等化學品以控制該煙道氣體中之該等SO3及NOx排放。該等化學品之該注入覆蓋導管之完全剖面區，消除對該注入格柵配置位置上 游或者下游之額外煙道氣體混合裝置之需要。
在本發明中特定地指出本發明之此等態樣以及其他態樣連同表徵本發明之各種新穎特徵。為了較佳地理解本發明、本發明之操作優點及本發明之用途，應參考其中圖解說明本發明之例示性實施例之附圖及說明性事項。
10:爐/鍋爐
11:外殼
12:燃燒器
14:燃燒室
16:管排
18:鍋爐鼻部
20:鍋爐/爐對流區/對流區
21:垂直導管/導管
22:管排
26:節熱器排
27:雙注入格柵配置/雙注入格柵
28:流動整直器
30:注入管
32:觸媒層
34:空氣預熱器
36:觸媒層
40:噴嘴/霧化噴嘴
42:延伸臂
45:噴嘴蓋
47:選擇性觸媒還原反應器室
50:歧管
52:內部通道
54:外通道
60:內殼體
70:液體鹼/水性鹼
72:鹼性吸收劑
74:混合物
76:氣態氨
78:液態氨
80:外殼體
82:冷卻/稀釋空氣
84:水
100:孔隙
140:控制器
142:單獨控制器/控制器
160:分析器
170:分析器
180:氨流量控制閥/氨控制閥
190:入口SO3分析器/SO3分析器
200:對應流量控制閥/SO3控制閥
210:分析器
A-A:線
B-B:線
將參考結合附圖進行之以下詳細說明及申請專利範圍來較佳地理解本發明之優點及特徵，其中相似元件係以相似符號來識別，且在附圖中：圖1係根據本發明之例示性實施例之具有已安裝雙格柵配置之爐之側視圖之示意性表示；圖2A係根據本發明之注入管之第一實施例之側視圖；圖2B係沿著圖2A之線A-A所截取之示意性剖面；圖3A係根據本發明之注入管之第二實施例之側視圖；圖3B係沿著圖3A之線B-B所截取之示意性剖面。
圖1示意性地展示依據本發明併入雙注入格柵配置27之爐/鍋爐10。該爐包含具有燃燒器12之外殼11，該等燃燒器突出穿過外殼11之下半部之壁。燃燒器12注入且點燃一定量的燃料及一次空氣。燃燒反應在燃燒室14中發生。
外殼壁攜載蒸汽產生管，該等蒸汽產生管吸收來自燃燒火焰之輻射熱以產生蒸汽。該熱亦被輻射/對流過熱器元件利用，其中流動通過該等輻射/對流過熱器元件之蒸汽由燃燒程序之熱氣體產物過熱。爐10中之各種過熱器元件及熱交換器管通常在本文中被稱為熱交換器。熱氣體燃燒產物被稱為廢氣或煙道氣體。燃燒產物在鍋爐鼻部18處離開燃燒室14且進入鍋爐/爐對流區20。鍋爐/爐之對流區20具有 若干個輻射與對流熱表面之管排16及22。煙道氣體通過用於預加熱鍋爐饋送水之節熱器排26。煙道氣體然後向上通過垂直導管21且然後通過流動整直器28以將通向觸媒層32及36之煙道氣體流整直。煙道氣體通過用於預加熱一次及二次燃燒空氣之空氣預熱器34。煙道氣體經過空氣預熱器34進入氣體清潔設備，例如，微粒清潔裝置(未展示)及乾式或濕式洗滌器(未展示)。然後透過堆疊(未展示)將經清潔氣體排出至大氣。
雙注入格柵配置27安裝於導管21內以跨越導管21之完全剖面區而延伸。特定導管內之雙注入格柵配置27之確切位置係單元特定的。雙注入格柵配置27可安裝於導管21中之垂直或水平平面中。進一步地，雙注入格柵配置27具有至少一個注入管30以將化學品注入至煙道氣體流中。注入管30通常橫向於或軸向於導管21中之煙道氣體流而延伸。
注入管30具有複數個孔，諸如沿著注入管30以一定間隔隔開之噴嘴40或鑽孔，其中每一噴嘴40將污染物減少化學品之混合物噴射至導管21中。每格柵之注入管之數目及噴嘴之間距係單元特定的且取決於爐/鍋爐10之幾何結構、燃料性質以及爐/鍋爐10之煙道氣體流動性質及排放要求。注入管30上之多個噴嘴覆蓋導管21之寬度及深度以確保化學品恰當地均勻分佈至導管21中。噴嘴40可係以一型樣(舉例而言，以方形或者錐形噴霧型樣)注入化學品之霧化噴嘴。化學品以液相/氣相或液相/液相或氣相/氣相之混合注入。進一步地，注入包括氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑(舉例而言，諸如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣)之混合物的化學品。亦可考量能夠減少NOx及SO3濃度之諸多類似試劑。
在雙注入格柵配置27內，將存在具相對高溫度、相對高質量流及相對高NOx濃度之區域(其將需要氨之高輸入)及具相對低NOx濃度 但高SO3濃度之區域(其將需要碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣之高輸入)。因此，根據本發明，以使得化學品之濃度可根據待處理之化學物種之濃度之變化而在選定體積內變化的方式注入化學品。
氨與水性鹼或鹼性吸收劑可在進入至注入管30中之前預混合或者僅在注入點處混合或者單獨地注入至導管21中。提供歧管50(圖1中所展示)以將呈液態及氣態兩者之氨與水性鹼或鹼性吸收劑預混合。在僅在注入點處混合或單獨地注入至導管21中之情形中，可配置單獨歧管。
在本發明之實施例中，注入管30組態有由外殼體80環繞之內殼體60，如圖2B中所繪示。圖2B係沿著圖2A之線A-A所截取之一示意性剖面，其繪示用於化學品在煙道氣體之流中注入至霧化噴嘴40。如圖2A中所展示，內部通道52將液體鹼70或者鹼性吸收劑72或者鹼或鹼性吸收劑之混合物74(不具有氨)供應至內殼體60，霧化噴嘴40(其附接至內殼體60)以方形或者錐形噴霧型樣將液體鹼70或者鹼性吸收劑72或者鹼或鹼性吸收劑之混合物74自內殼體60注入於煙道氣體中以用於控制SO3排放。至少一個外通道54將具有經稀釋空氣之氣態氨76供應至外殼體80，噴嘴(舉例而言，呈延伸臂42之形式，其以交錯配置附接至外殼體80)將氣態氨76自外殼體80注入於煙道氣體中以用於減少NOx排放。可透過延伸臂42及至少一個噴嘴蓋45同時進行透過霧化噴嘴40的液體鹼70或者鹼性吸收劑72或者鹼或鹼性吸收劑之混合物74(不具有氨)以及具有經稀釋空氣之氣態氨76兩者之注入。
附接至內殼體60之霧化噴嘴40與煙道氣體流軸向地放置。延伸臂42(其中噴嘴蓋45附接至該延伸臂)係在30度至60度之範圍內，且較佳地係自煙道氣體流偏移45度。延伸臂42介於3英吋至9英吋之間，較佳地在導管21中距外殼體80 6英吋以便避免噴嘴蓋45之灰堵塞。噴嘴 40可全部沿著注入管30之長度放置。噴嘴之總數目、噴嘴相對於彼此放置之角度及/或噴嘴之間的間隔係將在不同應用之間變化之設計參數。外殼體80係(舉例而言)橢圓形形狀，且內殼體60係(舉例而言)圓形形狀。亦可取決於特定應用而針對外殼體80及內殼體60採用所有其他類似形狀。
在另一實施例中，注入管30在沿著圖3A之線B-B所截取之示意性剖面中具有由外殼體80環繞之內殼體60(如在圖3B中所繪示)以提供用於在煙道氣體之流中注入至霧化噴嘴40之化學品。如圖3A中所展示，內部通道52將液體鹼70或者鹼性吸收劑72或者鹼或鹼性吸收劑之混合物74(具有液態氨78及水84)供應至內殼體60，霧化噴嘴40(其附接至內殼體60)在同一時間且在同一位置處以方形或者錐形噴霧型樣將液體鹼70或者鹼性吸收劑72或者鹼或鹼性吸收劑之混合物74自內殼體60注入於煙道氣體中以用於控制SO3排放並且減少NOx排放。外通道54將冷卻/稀釋空氣82供應至具有呈交錯配置之複數個孔隙100之外殼體80以將冷卻/稀釋空氣82提供至煙道氣體之流中。以此方式，呈氨或尿素與水性鹼70或鹼性吸收劑72(諸如碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈣)之混合物之形式的液體注入在同一時間及同一位置處自附接至單個雙注入格柵27之霧化噴嘴40同時通過內殼體而提供至煙道氣體之流中以控制NOx及SO3排放。
提供位於單獨滑架(未展示)上之控制器140以控制通過雙注入格柵配置27之化學品之流動。經控制雙注入格柵配置27在同一時間及位置處提供化學品以控制煙道氣體中之SO3排放及NOx排放。化學品之注入覆蓋導管21之完全剖面區，從而消除對雙注入格柵配置27位置上游或者下游之額外煙道氣體混合裝置之需要。透過控制器140之NOx還原係基於使用NOx信號之前饋程序，該NOx信號由位於雙注入格柵配置27上游之分析器160提供。藉由量測煙道氣體流動速率、入口 NOx濃度及氨對入口NOx之經設定莫耳比率來判定所需要氨流量。為了確保在所有操作負載下達成NOx排放要求，由NOx修整信號進一步地調整控制器140，該NOx修整信號係由位於SCR反應器室47下游之分析器170提供。出口NOx量測提供用於修整位於單獨滑架(未展示)上之氨流量控制閥180之回饋。
通過雙注入格柵配置27上游之入口SO3分析器190之用於減輕SO3之鹼或鹼性吸收劑之混合物亦受單獨控制器142控制。類似於NOx控制系統，SO3分析器190將信號提供至饋送泵(未展示)及對應流量控制閥200，該對應流量控制閥調節至注入管30的鹼或鹼性吸收劑之混合物74之流量。鹼或鹼性吸收劑之混合物74流透過位於導管21中之個別霧化噴嘴40而噴霧至煙道氣體中。位於空氣預熱器34下游之分析器210將充當對控制器142之修整裝置以確保滿足SO3排放要求。控制器142、氨控制閥180、SO3控制閥200放置於位於雙注入格柵27附近之滑架(未展示)上。
在用於減少來自爐/鍋爐10之煙道氣體中之污染物之方法中，將化學品供應至雙注入格柵配置27。透過霧化噴嘴40以方形或者錐形噴霧型樣將化學品注入於煙道氣體中。所供應化學品包含至注入管30之內殼體60及外殼體80的氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑之混合物。化學品之注入包含透過附接至內殼體60之霧化噴嘴40將液體鹼或鹼性基吸收劑(具有或不具有液態氨78及水84)注入至煙道氣體中。進一步地，透過噴嘴(舉例而言，呈延伸臂42及噴嘴蓋45之形式交錯配置附接至外殼體80)，將氣態氨76與冷卻/稀釋空氣82注入至煙道氣體中。
控制器140控制通過雙注入格柵配置27之化學品之流量，從而在同一時間及位置處提供化學品以控制煙道氣體中之NOx排放，且單獨控制器142控制通過雙注入格柵配置27之化學品之流量，從而在同一時間及位置處提供化學品以控制SO3。覆蓋導管2之完全剖面區之化學 品之注入消除對注入格柵配置27位置上游或者下游之額外煙道氣體混合裝置之需要。
已出於圖解說明及說明目的而呈現對本發明之特定實施例之前述說明。本發明並非意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。鑒於以上實例，諸多修改及變化係可能的。選擇並闡述實施例以便最佳地闡釋本發明之原理及其實際應用，以藉此使熟習此項技術者能夠最佳地利用具有適合於所預期之特定用途之各種修改之本發明及各種實施例。應理解，在情況所建議或變得便利時可預期等效物之各種省略及替代，但此意欲在不背離本發明之申請專利範圍之精神或範疇之情況下涵蓋應用或實施方案。
10:爐/鍋爐
11:外殼
12:燃燒器
14:燃燒室
16:管排
18:鍋爐鼻部
20:鍋爐/爐對流區
21:垂直導管/導管
22:管排
26:節熱器排
27:雙注入格柵配置/雙注入格柵
28:流動整直器
30:注入管
32:觸媒層
34:空氣預熱器
36:觸媒層
47:選擇性觸媒還原反應器室
50:歧管
140:控制器
142:單獨控制器/控制器
160:分析器
170:分析器
180:氨流量控制閥/氨控制閥
190:入口SO3分析器/SO3分析器
200:對應流量控制閥/SO3控制閥
210:分析器

Claims (12)

  1. 一種減少來自爐之煙道氣體中之污染物之方法，其包括以下步驟：配置具有至少一個注入管之雙注入格柵，該至少一個注入管與煙道氣體流流體連通，該注入管包含由外殼體環繞之內殼體，該內殼體具有至少一個噴嘴，該外殼體具有至少一個孔；提供第一化學品至該內殼體；提供第二化學品至該外殼體；透過該至少一個噴嘴將該第一化學品注入於該煙道氣體中；及透過該至少一個孔將該第二化學品注入於該煙道氣體中，其中該第一化學品及該第二化學品之至少一個係氨或尿素與水性鹼或鹼性吸收劑之混合物。
  2. 如請求項1之方法，其中該至少一個噴嘴係以噴霧型樣將該第一化學品注入該煙道氣體中。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一化學品係液相/氣相或液相/液相或氣相/氣相之混合物。
  4. 如請求項1之方法，其中具有至少一個噴嘴蓋之至少一個延伸臂係連接至該外殼體，以將氣態氨與稀釋空氣注入至該煙道氣體中。
  5. 如請求項1之方法，其中該至少一個孔界定以交錯配置在該外殼體上的複數個噴嘴或孔隙。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一化學品及該第二化學品之提供係在同一時間及位置完成。
  7. 如請求項1之方法，其中該第一化學品及該第二化學品之至少一個係具有或不具有氨及水之液體鹼或鹼性基吸收劑。
  8. 如請求項1之方法，其中該第二化學品之注入包含透過具有至少一個噴嘴蓋之至少一個延伸臂以將氣態氨與稀釋空氣注入至該煙道氣體中。
  9. 如請求項1之方法，其包含：利用第一控制器控制通過該雙注入格柵配置之該第一化學品的流；及利用第二控制器控制該第二化學品之流。
  10. 如請求項1之方法，其中該第一化學品及該第二化學品之注入覆蓋導管之完全剖面區。
  11. 如請求項1之方法，其中該至少一個注入管通常橫向於或軸向於該煙道氣體之流而延伸。
  12. 如請求項1之方法，其中該至少一個孔包含至少一個第二噴嘴。
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