Ввод сухого сорбента в условиях установившегося режима в скруббер сухой очистки

Изобретение относится к удалению твердых частиц и других загрязнений из дымового газа. Способ уменьшения выбросов вредных веществ, образующихся при горении в нормальных режимах работы в системе для сжигания топлива, содержащей путь прохождения газа, который проходит последовательно от камеры сгорания через воздухоподогреватель, устройство для улавливания твердых частиц и распылительную сушилку-абсорбер к рукавному фильтру, размещенному ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера, включает подмешивание сухого порошка гидроксида кальция в дымовой газ в точке ввода, находящейся ниже по потоку от камеры сгорания и выше по потоку от рукавного фильтра, распыление воды в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере для увлажнения и снижения температуры дымового газа и пропускание дымового газа через рукавный фильтр, в котором порошок гидроксида кальция захватывает вредные вещества, содержащиеся в дымовом газе, причем точка ввода расположена выше по потоку от воздухоподогревателя или между распылительной сушилкой-абсорбером и рукавным фильтром. Изобретение обеспечивает снижение выбросов вредных веществ. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

 

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США №61/540795, дата подачи - 29 сентября 2011 года. Изобретение по этой заявке полностью включено в данное описание путем ссылки.

Уровень техники

Изобретение относится в целом к удалению твердых частиц и других загрязнений из дымового газа, полученного в процессе сжигания, используя систему десульфуризации дымового газа со скруббером сухой очистки при ее нормальном функционировании. В частности, настоящее изобретение относится к новым и эффективным способам и системам для улавливания диоксида серы (SO₂), триоксида серы (SO₃), HCl и других кислых газов, за счет ввода сухого сорбента в газовый поток и пропускания указанного газового потока через распылительную сушилку-абсорбер для диспергирования сорбента в рукавном фильтре во время сжигания ископаемого топлива, образующего загрязняющие вещества, в системе сжигания топлива.

При сжигании топлива содержащаяся в топливе химическая энергия превращается в тепловую энергию, которая может быть использована в различных формах для различных применений. Топлива, используемые в процессе сжигания, могут включать широкий спектр твердых, жидких и газообразных веществ, включая уголь, нефть (дизельное топливо, №2, тяжелое топливо для крупных агрегатов или №6), природный газ, древесину, шины, биомассу и т.д.

Процесс горения превращает топливо в большое число химических соединений. При этом вода (H₂O) и диоксид углерода (CO₂) являются основными продуктами полного сгорания. Однако другие реакции горения с участием других содержащихся в топливе химических компонентов приводят к образованию нежелательных побочных продуктов. В зависимости от используемого топлива такие побочные продукты могут включать твердые частицы (например, летучая зола); кислые газы, такие как оксиды серы (SO_x), окислы азота (NO_x); металлы, такие как ртуть или мышьяк; моноксид углерода (CO) и углеводороды (HC). Уровни токсичности выбросов многих из этих побочных продуктов регулируются органами государственной власти, такими как Агентство охраны окружающей среды США (EPA).

Для удаления указанных выше побочных продуктов из дымового газа существует несколько различных технологий. Согласно одному способу, известному как химическая абсорбция с распылительной сушкой или сухая очистка газа, мелко распыленный водный щелочной раствор или суспензию впрыскивают в горячий дымовой газ ниже по потоку от камеры сгорания, в которой осуществлено сжигание топлива. Щелочной реагент реагирует с загрязняющими примесями, и образуются твердые частицы. Вода испаряется и охлаждает горячий дымовой газ. Выходящий очищенный дымовой газ имеет влагосодержание от приблизительно 10% до приблизительно 15%. Дымовой газ затем транспортируют в устройство для улавливания твердых частиц, обычно в рукавный фильтр, где эти твердые частицы удаляются из потока дымового газа, который затем направляют в дымовую трубу.

Когда систему для сжигания топлива, такую как парогенератор, содержащий топку, запускают из холодных условий, например, при температуре окружающей среды, обычно для «разогрева» парогенератора, перед его переключением на сжигание угля, в топке сначала сжигают природный газ или дизельное топливо (№2). Перед сжиганием угля необходимо достижение в топке температуры, составляющей от приблизительно 400°F до приблизительно 500°F. Из-за различных условий запуска и требований безопасности топка перед достижением установившихся режимов работы может быть неоднократно запущена и остановлена. Полноценный запуск для его завершения может занимать где-то от 8 часов до 2 дней, в зависимости от возникающих при запуске проблем.

Процесс десульфуризации с сухой очисткой газа не проходит эффективно при низких температурах. В частности, для использования распылительной сушилки-абсорбера необходимо, чтобы температура дымового газа составляла по меньшей мере 220°F для того, чтобы вода могла полностью испариться. В процессе запуска температура дымового газа, который поступает в распылительную сушилку-абсорбер, может быть ниже указанного температурного порога, тем не менее SO_x и другие загрязнения все еще образуются. Кроме того, обычно в топке достигаются необходимые для сжигания угля рабочие температуры, от 400°F до 500°F, прежде чем в распылительной сушилке-абсорбере температура дымового газа достигнет 220°F. Это приводит к более высокому уровню загрязняющих выбросов SO_x во время запуска. Кроме того, после начала работы распылительной сушилки-абсорбера для аккумулирования значительного количества щелочного материала и достижения значительного удаления SO₂, как правило, необходимо, чтобы рукавный фильтр работал в течение от 30 до 60 минут.

Прежде нормы по выбросам в атмосферу не распространялись на периоды нестабильной работы, такие как запуск, останов, неисправность. Однако было бы желательно уменьшить вредные выбросы за счет расширения ограничений, установленных нормативными актами. В этой связи способы, которые могут уменьшить уровень таких вредных выбросов во время запуска, были бы весьма полезными.

Раскрытие изобретения

Ниже раскрыты различные способы и системы, предназначенные для снижения уровня вредных выбросов SО_х во время установившихся режимов работы в системе контроля загрязняющих выбросов, в которых для десульфуризации используют скруббер сухой очистки. Вкратце, при нахождении камеры сгорания в нормальных рабочих условиях (т.е. при высоких температурах) в дымовой газ вводят сухой порошок гидроксида кальция. Порошок вводят выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера. Полученный порошок гидроксида кальция затем накапливается в расположенном ниже по потоку рукавном фильтре с образованием осадка на фильтре (кека), полезного для снижения вредных выбросов SO_x. Указанное образование осадка на фильтре может быть использовано для повышения способности сухого скруббера к десульфуризации или для снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду.

В рассматриваемых воплощениях описан способ снижения выбросов, образующихся при горении, полученных в системе для сжигания топлива в нормальных рабочих условиях. В указанной системе для сжигания топлива имеется путь прохождения газа, проходящий от камеры сгорания через распылительную сушилку-абсорбер в рукавный фильтр, размещенный ниже по потоку от указанной распылительной сушилки-абсорбера. Полученный в камере сгорания дымовой газ транспортируется через указанный путь прохождения газа. В транспортирующий газ, обычно воздух, подмешивают сухой порошок гидроксида кальция, который пневматическим способом транспортируют в точку ввода, находящуюся ниже по потоку от камеры сгорания и выше по потоку от рукавного фильтра, где указанный сухой порошок гидроксида кальция вдувают в дымовой газ и перемешивают с ним в пути прохождения газа. Воду распыляют в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере для увлажнения и снижения температуры дымового газа. Дымовой газ затем пропускают через рукавный фильтр, при этом указанный порошок гидроксида кальция осаждается в рукавном фильтре с образованием осадка на фильтре, который уменьшает образующиеся при горении выбросы вредных веществ.

В определенных воплощениях в дымовой газ между точкой ввода и распылительной сушилкой-абсорбером не добавляют жидкости.

Вода, распыляемая в сухом распыливающем скруббере, может поступать из системы рециркуляции, служащей для рециркуляции твердой фазы из рукавного фильтра. Вода может также находиться в составе щелочной суспензии, а не только в виде одной воды.

В ряде случаев путь прохождения газа проходит через воздухоподогреватель, размещенный между камерой сгорания и распылительной сушилкой-абсорбером, и точка ввода (сухого порошка гидроксида кальция) может находиться между воздухоподогревателем и распылительной сушилкой-абсорбером. Альтернативно, точка ввода находится выше по потоку от воздухоподогревателя. Между воздухоподогревателем и распылительной сушилкой-абсорбером может быть также размещено устройство для улавливания твердых частиц, и в этом случае точка ввода находится ниже по ходу потока от указанного устройства для улавливания твердых частиц.

Точка ввода может также находиться между распылительной сушилкой-абсорбером и рукавным фильтром.

Рукавный фильтр, расположенный ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера, может представлять собой тканевый фильтр с импульсной очисткой рукавов или тканевый фильтр с обратной продувкой газом.

Количество сухого порошка гидроксида кальция, подмешиваемого в дымовой газ, изменяется по времени в зависимости от содержания загрязняющих выбросов в дымовом газе (т.е. реализуется рабочий сценарий по состоянию).

Вода, распыленная в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере, может находиться в виде простой воды, в частности, когда в распылительной сушилке-абсорбере не распыляют щелочную суспензию (т.е. сценарий с увеличением нагрузки или нарушением нормальной работы).

Дымовой газ, поступающий в распылительную сушилку-абсорбер, может иметь температуру приблизительно 220°F или выше. Дымовой газ, выходящий из камеры сгорания, может иметь температуру 400°F или выше.

Кроме того, в настоящем описании раскрыты способы управления работой парогенератора, в которых для очистки дымового газа используют распылительную сушилку-абсорбер. Сухой порошок гидроксида кальция подмешивают в дымовой газ в точке ввода, находящейся ниже по потоку от парогенератора и выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера. Затем в распылительной сушилке-абсорбере в дымовой газ распыляют воду с получением очищенного дымового газа, содержащего твердые частицы. Содержащиеся в дымовом газе твердые частицы затем осаждаются в рукавном фильтре с образованием осадка на фильтре, который уменьшает выбросы, образующиеся при горении. Осадок на фильтре может быть использован в качестве дополнительного средства обеспечения десульфуризации, или для ограничения уровня выброса вредных веществ с достижением быстрой реакции системы на изменение уровней выбросов во время текущего технического обслуживания распылительной сушилки-абсорбера, или для дополнения/замены известкового молока, обычно используемого для десульфуризации дымового газа.

Количество сухого порошка гидроксида кальция, вводимого в дымовой газ, может быть определено путем сопоставления существующего уровня выбросов с предварительно заданной величиной.

Вода, которую распыляют в распылительной сушилке-абсорбере, может представлять собой просто воду (т.е. H₂O), или она может входить в состав щелочной суспензии (т.е. вода плюс щелочной сорбент, такой как гидроксид кальция). Вода может поступать также из системы рециркуляции твердых частиц из рукавного фильтра или, когда распылитель не функционирует, может поступать через вспомогательные сопла. В некоторых воплощениях дымовой газ, входящий в распылительную сушилку-абсорбер, имеет температуру, составляющую приблизительно 220°F или выше, т.е. соответствующую режимным параметрам, в которых щелочная суспензия может быть в достаточной степени испарена. Дымовой газ, выходящий из камеры сгорания, может иметь температуру 400°F или выше.

Рассмотренные выше и другие не ограничивающие изобретение особенности более подробно описаны ниже.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено краткое описание чертежей, которые представлены в целях иллюстрации описанных здесь примеров воплощений, но не в целях их ограничения.

Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая обычный парогенератор с системой сухой десульфуризации.

Фиг. 2 - схема, иллюстрирующая систему для сжигания топлива, выполненную с системой сухой десульфуризации и системой ввода порошка гидроксида кальция, раскрытую в настоящем описании изобретения.

Фиг. 3 - иллюстрация рукава фильтра, используемого в тканевом фильтре с импульсной очисткой рукавов.

Фиг. 4 - вид с частичным разрезом распылительной сушилки-абсорбера.

Фиг. 5 - иллюстрация основных компонентов системы ввода сухого сорбента.

Фиг. 6 - кривые зависимости вредных выбросов от времени, отображающие фактические вредные выбросы при вводе гидроксида кальция и расчетные вредные выбросы при отсутствии ввода гидроксида кальция.

Фиг. 7 - принципиальная схема технологического процесса, иллюстрирующая способы, соответствующие настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Более полное понимание в отношении описанных здесь компонентов, процессов и устройств может быть достигнуто посредством ссылок на сопровождающие чертежи. Следует отметить, что представленные фигуры являются лишь схематическими изображениями, позволяющими легко и удобно иллюстрировать описание настоящего изобретения, и не предназначены для определения относительных размеров и габаритов устройств или их компонентов и/или установления или ограничения круга возможных примеров воплощения.

Хотя для целей ясности в нижеследующем описании используются конкретные термины, эти термины предназначены для характеристики только определенной структуры воплощений, выбранной для иллюстрации на чертежах, и не служат целям определения или ограничения объема изобретения. На чертежах и в приведенном ниже описании следует понимать, что одинаковые цифровые обозначения относятся к компонентам, выполняющим одинаковую функцию.

Термин «содержащий», используемый в описании и пунктах формулы, может включать варианты: «состоящий из» и «состоящий по существу из».

Все приведенные здесь интервалы включают в том числе указанные крайние точки и могут независимо комбинироваться (например, интервал «от 250°F до 400°F» включает крайние точки 250°F и 400°F и все промежуточные величины). Крайние точки интервалов и любые указанные здесь величины не ограничивают точный интервал и не дают точное значение величины, они являются достаточно неопределенными и включают значения, аппроксимирующие эти интервалы и/или величины.

Используемая здесь «приближенная» формулировка может быть применена для видоизменения количественной характеристики, которая может быть изменена без изменения основного значения этой формулировки. Соответственно, величины, определенные посредством термина или терминов, таких как «приблизительно» или «по существу», в некоторых случаях могут быть не ограничены точным указанным значением. По меньшей мере, в некоторых случаях приближенная формулировка может соответствовать точности прибора для измерения этой величины. Определение «приблизительно» следует также рассматривать как указание интервала, образованного абсолютными значениями двух крайних точек. Например, выражение «от приблизительно 2 до приблизительно 4» охватывает интервал «от 2 до 4».

Термин «гашеная (гидрагированная) известь» относится к гидроксиду кальция, известному также как Ca(ОН)₂.

Термин «гидрагированный» при его использовании в настоящем описании не означает, что в веществе присутствует молекулярная вода.

Термин «известковое молоко» используется для указания на смесь гидроксида кальция с водой. Другие кальциевые сорбенты включают, например, известняк (карбонат кальция) или негашеную известь. Термин «известняк» относится к карбонату кальция, известному также как CaCO₃. Термин «негашеная известь» относится к оксиду кальция (CaO).

В настоящем описании упоминаются компоненты, которые находятся «выше по потоку» и «ниже по потоку» от других компонентов. Эти два термина являются соотносительными одного названного компонента к другому названному компоненту. Заданный компонент находится «выше по потоку» от названного компонента, если поток проходит через заданный компонент до прохождения этого потока через названный компонент. Подобным образом, заданный компонент находится «ниже по потоку» от названного компонента, если поток проходит через заданный компонент после прохождения этого потока через названный компонент.

Настоящее изобретение относится к различным способам и системам для уменьшения вредных выбросов SO_x в установившихся режимах работы в системе контроля загрязняющих выбросов, в которой для десульфуризации используется скруббер сухой очистки. Обычно дымовой газ образуется в системах для сжигания топлива, содержащих камеру сгорания, в которой сжигается топливо. При нахождении камеры сгорания в нормальном режиме работы (т.е. при высоких температурах) сухой порошок гидроксида кальция может быть введен в дымовой газ выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера. Затем порошок гидроксида кальция улавливают в рукавном фильтре с образованием осадка на фильтре, который является полезным для уменьшения вредных выбросов SO_x в атмосферу.

Обычно считается, что такие способы могут быть использованы в любой системе, в которой осуществляется сжигание топлива. Сжигание топлива может быть использовано для любой цели, например для выработки электрической энергии, производства определенных продуктов или просто для сжигания данного топлива. Примеры систем сжигания топлива, в которых могут быть применены предлагаемые способы, включают установки для выработки электрической энергии, которые используют парогенератор, содержащий топку в качестве камеры сгорания; печи для обжига цемента; электродуговые печи; стеклоплавильные печи; плавильные печи (медь, золото, олово и т.п.); обжиговые печи установок для гранулирования или таблетирования; доменные печи; батареи коксовых печей; огневые подогреватели, работающие за счет химических реакций; печи нефтеперерабатывающих предприятий; печи для сжигания отходов (медицинские отходы, твердые коммунальные отходы и т.п.). Термин «камера сгорания» используется здесь для обозначения определенной конструкции в системе, в которой осуществляется сжигание топлива.

На фиг. 1 в общих чертах представлена типичная система по производству электрической энергии, содержащая парогенератор 100 и расположенную ниже по ходу потока систему 110 десульфуризации. Ископаемое топливо 112, такое как уголь, поступающее из распылительной форсунки 111, и воздух 114 сжигают в топке 105, что приводит к образованию дымового газа 120. Дымовой газ 120 проходит экономайзер 116, предназначенный для предварительного нагревания воды, используемой в парогенераторе, в котором генерируется водяной пар, и для охлаждения дымового газа 120. Другие поверхности теплообмена, находящиеся выше по потоку от экономайзера 116, на фиг. 1 не показаны. Дымовой газ 120 затем поступает в систему 130 селективного каталитического восстановления (SCR), которая может присутствовать или может не присутствовать, служащую для удаления оксидов азота (NO_x) из дымового газа 120. Далее дымовой газ 120 проходит через воздухоподогреватель 140 для дальнейшего охлаждения дымового газа 120 и нагревания воздуха 114, поступающего в топку 105. После прохождения через воздухоподогреватель 140 дымовой газ 120 обычно имеет температуру от приблизительно 250°F до приблизительно 400°F. В некоторых случаях дымовой газ 120 затем пропускают через устройство 150 для улавливания твердых частиц, служащее для улавливания летучей золы и других крупных твердых частиц. Дымовой газ непрерывно поступает в скруббер сухой очистки или распылительную сушилку-абсорбер 160, в котором мелко распыленную щелочную суспензию 162 впрыскивают в дымовой газ для реагирования с оксидами серы (SO_x) и для дополнительного охлаждения дымового газа 120 до температуры в диапазоне от приблизительно 140°F до приблизительно 210°F. Содержащаяся в суспензии вода испаряется, и полученный очищенный и нагруженный твердыми частицами дымовой газ 120 транспортируют к устройству 170 улавливания твердых частиц, такому как рукавный фильтр или электростатический осадитель, для удаления твердых частиц из дымового газа 120. После этого очищенный дымовой газ 120 направляется в дымовую трубу 180. В случае необходимости рециркуляционный поток 172 из устройства 170 улавливания твердых частиц может быть использован для отвода накопленных твердых частиц из рукавного фильтра и смешивания их с водой 176 в рециркуляционном резервуаре 180 для приготовления щелочной суспензии 162, которую используют в распылительной сушилке-абсорбере 160. Твердые частицы могут быть также удалены из устройства 170 улавливания твердых частиц с целью их утилизации, что показано здесь ссылочным номером позиции 174.

В способах согласно настоящему изобретению в рукавном фильтре осаждается гидроксид кальция, что обеспечивает и интенсифицирует высокоэффективное удаление кислот во время нормальной эксплуатации системы (т.е. в установившихся режимах работы). В этом отношении дымовой газ необходимо пропускать через осадок на фильтре, образованный на фильтровальном материале в рукавном фильтре, чем достигается непосредственный контакт между дымовым газом и щелочным продуктом, содержащим гидроксид кальция, и способствует абсорбции паровой фазы кислых газов (таких как SO_x), содержащихся в дымовом газе, с помощью осадка на фильтре. Сухой порошок гидроксида кальция может быть использован для повышения способности системы десульфуризации к десульфуризации или может быть использован для снижения уровня вредных выбросов в системе выработки электрической энергии в целом, в зависимости от ситуации в системе. В общем случае, предложенные способы могут быть использованы для удаления твердых частиц из потока дымового газа.

Используемый здесь термин «установившиеся режимы работы» относится к периодам времени, когда температура дымового газа, проходящего через распылительную сушилку-абсорбер, составляет 220°F или выше. Фиг. 2 иллюстрирует, в общих чертах, пример системы, соответствующей настоящему изобретению, содержащей систему 200 для сжигания топлива, систему 210 десульфуризации и систему 290 ввода сухого порошка гидроксида кальция. Подобно фиг. 1, воздух 214 и уголь 212, нагнетаемые из пылеприготовительного агрегата 211, сжигают в топке 205, что приводит к образованию дымового газа 220. Вообще говоря, дымовой газ является транспортирующим газом, который перемещается вдоль пути прохождения газа. При этом дымовой газ проходит экономайзер 216 (другие поверхности теплообмена, находящиеся выше по потоку от экономайзера, не показаны) и систему 230 селективного каталитического восстановления (SCR), которая может быть использована или может быть не использована и которая удаляет NO_x из дымового газа. Дымовой газ проходит воздухоподогреватель 240 и затем поступает в распылительную сушилку-абсорбер 260. В случае необходимости между воздухоподогревателем 240 и распылительной сушилкой-абсорбером 260 может быть размещено используемое по усмотрению устройство 250 улавливания твердых частиц, предназначенное для удаления из потока летучей золы и других крупных твердых частиц. В распылительной сушилке-абсорбере 260 мелко распыленную щелочную суспензию 262, такую как известковое молоко, впрыскивают в дымовой газ 220 для очистки и охлаждения дымового газа. Полученный в результате очищенный и нагруженный твердыми частицами поток дымового газа 220 транспортируют в рукавный фильтр 270 для удаления из дымового газа твердых частиц. Очищенный дымовой газ 220 затем направляют в дымовую трубу 280. В случае необходимости рециркуляционный поток 272 из рукавного фильтра 270 может быть использован для отбора непрореагировавших частиц щелочи из рукавного фильтра 270 и смешивания с водой 276 в рециркуляционном резервуаре 280 для приготовления щелочной суспензии 262, которую используют в распылительной сушилке-абсорбере 260. В качестве альтернативы, в распылительной сушилке-абсорбере 260 может быть использована свежая суспензия 264. Твердые частицы могут быть также удалены из рукавного фильтра с целью их утилизации, что показано здесь ссылочным номером позиции 274.

Топка 205 находится выше по ходу потока от воздухоподогревателя 240, который размещен выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260. Ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260 расположен рукавный фильтр 270. Другими словами, распылительная сушилка-абсорбер 260 расположена между воздухоподогревателем 240 и рукавным фильтром 270. Система 230 селективного каталитического восстановления (SCR), если она используется, размещена между топкой 205 и воздухоподогревателем 240.

Предложенные способы предусматривают наличие пути 220 прохождения газа между системой для сжигания топлива и системой десульфуризации. Дымовой газ проходит через или транспортируется вдоль пути прохождения газа. Сухой порошок гидроксида кальция вводят в дымовой газ в точке ввода, находящейся ниже по потоку от топки 205 и выше по потоку от рукавного фильтра 270. Воду распыляют в транспортируемый дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере 260 для охлаждения и увлажнения дымового газа. Эта вода может быть простой водой (т.е. Н₂О) или водой, находящейся в щелочной суспензии (содержащей воду или щелочной сорбент). Порошок гидроксида кальция затем осаждается в рукавном фильтре 270 с образованием осадка на фильтре, который используют для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Система 290 ввода сухого порошка гидроксида кальция снабжена источником 292 подачи гидроксида кальция. Согласно изобретению предусмотрено, что порошок гидроксида кальция может быть введен в систему десульфуризации в трех различных точках А, В и С. Эти три точки ввода находятся все ниже по потоку от топки 205 и выше по потоку от рукавного фильтра 270. При этом для сохранения стабильности гидроксида кальция температура дымового газа/газа-носителя должна быть менее 1000°F.

Первая точка А ввода находится ниже по потоку от воздухоподогревателя 240 и выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260. Другими словами, точка А ввода находится между воздухоподогревателем 240 и распылительной сушилкой-абсорбером 260. Используемое по усмотрению устройство 250 улавливания твердых частиц должно быть размещено выше по потоку от точки А ввода.

Вторая точка В ввода находится ниже по потоку от топки 205 и выше по потоку от воздухоподогревателя 240. Вторая точка В ввода может быть также определена как находящаяся ниже по потоку от системы 230 SCR.

Третья точка С ввода находится ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260. Другими словами, точка С ввода находится между распылительной сушилкой-абсорбером 260 и рукавным фильтром 270.

Сухой порошок гидроксида кальция может быть также введен одновременно в различных указанных выше точках схемы. Возвращаясь вновь к фиг. 2, необходимо отметить, что вода, которую распыляют в распылительной сушилке-абсорбере 260, может быть подведена от отдельного источника воды, или в некоторых воплощениях она может поступать из системы 280 рециркуляции 280 или поступать, находясь в составе щелочной суспензии 262.

Используемое по усмотрению устройство 250 улавливания твердых частиц в различных воплощениях может представлять собой электростатический осадитель (ESP) или рукавный фильтр. В уровне техники известны различные типы рукавного фильтра, например тканевый фильтр с обратной продувкой газом, тканевый фильтр с очисткой путем механического встряхивания и тканевый фильтр с импульсной очисткой рукавов.

В качестве рукавного фильтра 270, размещенного ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260, желательно использовать тканевый фильтр с импульсной очисткой рукавов (PJFF) или тканевый фильтр с обратной продувкой газом. В этой связи в указанном месте системы использование рукавного фильтра является предпочтительным по отношению к электростатическому осадителю (ESP) благодаря большей способности рукавного фильтра к десульфуризации по сравнению с ESP. Другими словами, рукавный фильтр может улавливать загрязнения, которые находятся в паровой фазе (в парообразном состоянии), в то время как ESP захватывает только твердые частицы и в незначительной степени улавливает загрязнения, находящиеся в паровой фазе. Обычно весь дымовой газ, поступающий в рукавный фильтр 270, должен проходить через осадок на фильтре, в результате чего могут быть удалены кислые газы, такие как SO₂, SO₃ и HCl.

На фиг. 3 схематически изображен тканевый фильтр с импульсной очисткой рукавов. Рукавный фильтр обычно состоит из большого числа секций, каждая из которых содержит до нескольких сотен протяженных, установленных в вертикальном положении тканевых мешков небольшого диаметра. В тканевом фильтре с импульсной очисткой рукавов (PJFF) мешки 320 свисают вниз с трубной доски 330. Дымовой газ, содержащий твердые частицы, проходит от внешней стороны мешка (показано сплошными стрелками) внутрь мешка (показано контурами стрелок). Дымовой газ проходит через проницаемый материал мешка, оставляя осажденные твердые частицы снаружи с образованием на внешней поверхности мешка осадка 340 на фильтре. В мешок со стороны открытого верхнего торца 322 может быть направлен импульс сжатого воздуха, что приводит к образованию волны возмущения, которая перемещается вниз по длине мешка и выбивает осадок на фильтре.

Использование гидроксида кальция связано с тем, что его соль нерастворима в воде. В отличие от гидроксида кальция, натриевые сорбенты обычно растворимы и, следовательно, менее желательны для использования. Кроме того, гидроксид кальция является более безопасным, чем негашеная известь, которая при объединении с водой выделяет теплоту. Заявители установили, что реакционная способность порошкообразного гидроксида кальция сравнима с реакционной способностью гидроксида кальция, содержащегося в известковом молоке. Это позволяет системе сухой десульфуризации функционировать надлежащим образом в различных режимах. В частности, система ввода сухого порошка гидроксида кальция обеспечивает нормальную эксплуатацию парогенератора, когда происходит нарушение работы системы подачи щелочной суспензии. Порошок гидроксида кальция может быть добавлен в больших количествах, по сравнению со щелочной суспензией для того, чтобы компенсировать потери щелочной суспензии и поддерживать подходящие уровни выбросов вредных веществ. Например, если распылительная форсунка забита, она может быть удалена, и для продолжения распыления воды в дымовой газ может быть установлена запасная распылительная форсунка. В качестве альтернативы, вода может быть введена через вспомогательные форсунки. Порошок гидроксида кальция может быть использован для сохранения способности к десульфуризации в рукавном фильтре.

Другой сценарий действий заключается в управлении распылением щелочной суспензии в распылительной сушилке-абсорбере, осуществляемом так, чтобы поддерживать уровень вредных выбросов в атмосферу близким к предварительно заданной величине. Если уровень выбросов приближается непосредственно к заданной величине или превышает заданную величину, порошок гидроксида кальция может быть незамедлительно добавлен для снижения уровня вредных газов вновь до допустимого уровня.

Еще один рабочий сценарий может быть осуществлен, если подача щелочной суспензии в установке ограничена. В этом случае порошок гидроксида кальция может быть использован для восполнения суспензии, поступающей в распылитель, чтобы поддерживать допустимые уровни вредных выбросов.

Как правило, более желательным является ввод порошка гидроксида кальция выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера 260 (т.е. в точках ввода А и В), поскольку распылительная сушилка-абсорбер способствует надлежащему диспергированию порошка по всему рукавному фильтру 270.

На фиг. 4 представлен вид с частичным разрезом распылительной сушилки-абсорбера 400, обычно используемого в системах десульфуризации. Указанная распылительная сушилка-абсорбер обычно содержит корпус 410, имеющий часть в форме усеченного конуса с вершиной в днище абсорбера. Однако распылительные сушилки-абсорберы могут также иметь плоское днище вместо конического. Дымовой газ 420, выходящий из воздухоподогревателя, может быть разделен на два потока 422 и 424, хотя для настоящего изобретения это не всегда имеет место и не всегда является необходимым. Один поток 422 направляется к верхнему распределителю 430 газа, который имеет кольцеобразную форму. Другой поток 424 направляется к нижнему распределителю 440 газа. Через центр верхней стенки корпуса абсорбера проходит распылитель 450, который распыляет известковое молоко в дымовой газ. Дымовой газ поступает в распылительную сушилку-абсорбер 400 через распределители газа. Распылительная сушилка-абсорбер спроектирована с возможностью достижения эффективного смешивания дымового газа с суспензией и имеет размеры, обеспечивающие достаточное время нахождения в абсорбере для обезвоживания суспензии с получением свободно движущейся твердой фазы при отсутствии отложений внутри абсорбера.

Перемешивание и турбулентность, воздействию которых подвергается порошок гидроксида кальция в распылительной сушилке-абсорбере, обеспечивают более эффективное распределение порошка гидроксида кальция по всем фильтровальным мешкам в рукавном фильтре. В распылительной сушилке-абсорбере с помощью распылителя 450 в сухой порошок гидроксида кальция добавляют воду с образованием суспензии гидроксида кальция. Наличие воды необходимо в рукавном фильтре для достижения осадком на фильтре способности к полной десульфуризации, так как механизм химической реакции для процесса абсорбции SO₂ требует наличия молекулярной воды. Испаренная суспензия гидроксида кальция выходит из распылительной сушилки-абсорбера через выпускной патрубок 460 и направляется к рукавному фильтру.

На фиг. 5 схематически представлена типичная система ввода сухого сорбента для случая использования гидроксида кальция. Гидроксид кальция может быть доставлен с помощью автоцистерны 510 или посредством железнодорожного транспорта (фиг. 5 иллюстрирует разгрузку автоцистерны). Окружающий воздух 512 подают в автоцистерну, чтобы разрыхлить и транспортировать указанный реагент в бункер-накопитель 520. Реагент проходит из бункера-накопителя 520 через ряд клапанов 522, механизмов подачи питателей 524 и питательных бункеров 526, 528 в поворотный шлюз 530, где указанный реагент смешивается с транспортирующим газом 540 для последующего пневматического транспортирования в точку ввода в путь прохождения газа (см. фиг. 2). Транспортирующий газ, обычно воздух, подают с помощью воздуходувок 542, которые перемещают транспортирующий газ через воздухоохладители 544 для снижения температуры воздуха с тем, чтобы предотвратить преждевременное кальцинирование реагента. Следует отметить, что в рассматриваемой системе не осуществляется ввод жидкости в путь прохождения газа между точкой ввода и распылительной сушилкой-абсорбером. Эта особенность отличает предложенную систему от систем, известных в уровне техники, в которых растворы и суспензии вводили в дымовой газ выше по потоку от скруббера мокрой или сухой очистки (см., например, патентный документ US 6126910 (Wilhelm)). Это является также отличием от известной системы, в которой сухой кальциевый сорбент вводят в трубопровод и затем увлажняют в этом же трубопроводе водой (см., например, патентный документ US 5165903 (Hunt)). В указанных известных из уровня техники системах решается задача по удалению из дымового газа выбранных загрязняющих веществ. Напротив, задача предлагаемых способов заключается в обеспечении альтернативного источника щелочного реагента (гидроксида кальция), повышении концентрации гидроксида кальция в распылительной сушилке-абсорбере и покрытии рукавного фильтра гидроксидом кальция для того, чтобы обеспечить десульфуризацию и повышенную способность к десульфуризации. Добавление воды или жидкости в точке перед распылительной сушилкой-абсорбером может привести к нежелательному явлению осаждения гидроксида кальция из потока газа и нарушению его транспортирования к рукавному фильтру.

Способы согласно настоящему изобретению улучшают способность системы десульфуризации реагировать на уровень выбросов кислых газов и функционировать в пределах допустимых уровней выбросов кислых газов за счет использования средств своевременного реагирования на изменения уровней выбросов. Для поддерживания нормального функционирования системы для сжигания топлива важным параметром является время, необходимое для решения проблемы, возникшей в ходе эксплуатации системы. В этой связи необходимо отметить, что порошок гидроксида кальция может быть добавлен быстро с достижением быстрого отклика системы. Способы предусматривают также ввод сухого сорбента, который не требует добавления воды при осуществлении технологического процесса.

На фиг. 7 представлена принципиальная схема технологического процесса, иллюстрирующая способы, соответствующие настоящему изобретению. Система 700 для сжигания топлива содержит топку 705, в которой происходит сжигание топлива, в результате чего образуется дымовой газ. Дымовой газ перемещается вдоль пути 720 прохождения газа и проходит через распылительную сушилку-абсорбер 760 к рукавному фильтру 770, размещенному ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера. Сухой порошок гидроксида кальция смешивается с дымовым газом (в пути 720 прохождения газа) между топкой 705 и рукавным фильтром 770. Например, порошок гидроксида кальция может быть добавлен выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера (показано номером позиции 794) или ниже по потоку от распылительной сушилки-абсорбера (показано номером позиции 796). В распылительной сушилке-абсорбере 760 в дымовой газ распыляют воду (показано номером позиции 762) для увлажнения и охлаждения дымового газа. Дымовой газ транспортируется к рукавному фильтру 770. Гидроксид кальция захватывает загрязняющие вещества или твердые частицы, содержащиеся в потоке газа. Очищенный дымовой газ направляется в дымовую трубу 780 или другое подобное устройство для отвода газа в атмосферу.

Устройства для осуществления предлагаемых способов согласно изобретению могут быть созданы на базе знаний среднего специалиста в данной области техники. Клапаны, трубопроводы, датчики, соединительные элементы и арматура, необходимые для практического осуществления этих способов, как правило, также являются коммерчески доступными.

Пример

Электрическая станция с полной мощностью 120 МВт имела принципиальную схему, представленную на фиг. 2. Порошок гидроксида кальция использовали во время запуска и в качестве замены известкового молока. Порошок гидроксида кальция вводили в точках А и С ввода. Фактический выброс SO₂ из дымовой трубы показан на фиг. 6. На приведенном на этой фиг. 6 графике по оси «у» отложены количества выбросов SO₂ в единицах фунт/МБТЕ (фунты на миллион британских тепловых единиц). По оси «x» отложено время суток, т.е. от полуночи (0:00) до 12:00 после полудня (pm). Для сравнения показано предельное количество выбросов SO₂ из дымовой трубы, соответствующее установленным нормам - 0,09 фунт/МБТЕ. Показаны две линии: одна для фактических выбросов, а другая для расчетных выбросов в том случае, если бы порошок гидроксида кальция не был введен. Следует отметить, что, как показано на этой фигуре, запуск был произведен три раза: приблизительно в 0:30 до полудня (am), приблизительно в 2:45 до полудня и приблизительно в 5:45 до полудня.

Настоящее изобретение было описано выше со ссылками на примеры воплощений. Очевидно, что другие лица могут представить себе модификации и изменения после прочтения и понимания приведенного выше подробного описания изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение будет включать все такие модификации и изменения постольку, поскольку они входят в объем приложенных пунктов формулы или их эквивалентов.

1. Способ уменьшения выбросов вредных веществ, образующихся при горении в нормальных режимах работы в системе для сжигания топлива, содержащей путь прохождения газа, который проходит последовательно от камеры сгорания через воздухоподогреватель, устройство для улавливания твердых частиц и распылительную сушилку-абсорбер к рукавному фильтру, размещенному ниже по потоку от указанной распылительной сушилки-абсорбера, включающий:
подмешивание сухого порошка гидроксида кальция в дымовой газ в точке ввода, находящейся ниже по потоку от камеры сгорания и выше по потоку от рукавного фильтра;
распыление воды в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере для увлажнения и снижения температуры дымового газа; и
пропускание дымового газа через рукавный фильтр, в котором порошок гидроксида кальция захватывает вредные вещества, содержащиеся в дымовом газе;
причем указанная точка ввода расположена выше по потоку от указанного воздухоподогревателя или указанная точка ввода расположена между указанной распылительной сушилкой-абсорбером и указанным рукавным фильтром.

2. Способ по п. 1, в котором в газ-носитель между точкой ввода и распылительной сушилкой-абсорбером не добавляют жидкость.

3. Способ по п. 1, в котором воду, распыляемую в дымовой газ, подают из системы рециркуляции, служащей для рециркуляции твердых частиц из рукавного фильтра.

4. Способ по п. 1, в котором рукавный фильтр представляет собой тканевый фильтр с импульсной очисткой рукавов, тканевый фильтр с очисткой путем механического встряхивания или тканевый фильтр с обратной продувкой газом.

5. Способ по п. 1, в котором вода, распыляемая в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере, находится в составе щелочной суспензии.

6. Способ по п. 1, в котором количество сухого порошка гидроксида кальция, подмешиваемого в дымовой газ, изменяется по времени в зависимости от уровня выбросов вредных веществ, содержащихся в дымовом газе.

7. Способ по п. 1, в котором вода, распыляемая в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере, находится в виде простой воды и щелочную суспензию не распыляют в распылительной сушилке-абсорбере.

8. Способ по п. 1, в котором дымовой газ, поступающий в распылительную сушилку-абсорбер, имеет температуру, составляющую приблизительно 220°F или выше.

9. Способ по п. 1, в котором дымовой газ, выходящий из камеры сгорания, имеет температуру, составляющую 400°F или выше.

10. Способ по п. 1, в котором систему для сжигания топлива выбирают из парогенераторов; обжиговых печей; котлов центрального отопления; плавильных печей; муфельных печей; батарей коксовых печей; огневых подогревателей; сушильных печей или печей для сжигания отходов.

11. Способ работы системы для сжигания топлива, которая использует распылительную сушилку-абсорбер для очистки дымового газа, включающий
подмешивание сухого порошка гидроксида кальция в дымовой газ в точке ввода, находящейся ниже по потоку от камеры сгорания и выше по потоку от распылительной сушилки-абсорбера;
распыление воды в дымовой газ в распылительной сушилке-абсорбере с образованием очищенного дымового газа, содержащего твердые частицы; и
осаждение твердых частиц, содержащихся в нагруженном твердыми частицами дымовом газе, в рукавном фильтре с образованием осадка на фильтре, который уменьшает выбросы, образующиеся при горении;
причем указанная точка ввода расположена выше по потоку от воздухоподогревателя, расположенного между указанной камерой сгорания и указанной распылительной сушилкой-абсорбером, или указанная точка ввода расположена между указанной распылительной сушилкой-абсорбером и указанным рукавным фильтром.

12. Способ по п. 11, в котором количество сухого порошка гидроксида кальция, вводимого в дымовой газ, определяют путем сопоставления уровня вредных выбросов с предварительно заданной величиной.

13. Способ по п. 11, в котором в дымовой газ между точкой ввода и распылительной сушилкой-абсорбером не добавляют жидкость.

14. Способ по п. 11, в котором вода, распыляемая в распылительной сушилке-абсорбере, находится в составе щелочной суспензии.

15. Способ по п. 11, в котором вода, распыляемая в распылительной сушилке-абсорбере, поступает из системы рециркуляции, служащей для рециркуляции твердой фазы из рукавного фильтра.

16. Способ по п. 11, в котором воду, распыляемую в распылительной сушилке-абсорбере, распыляют с использованием вспомогательных форсунок, при этом распылитель распылительной сушилки-абсорбера не работает.

17. Способ по п. 11, в котором дымовой газ, поступающий в распылительную сушилку-абсорбер, имеет температуру, составляющую приблизительно 220°F или выше.

18. Способ по п. 11, в котором дымовой газ, выходящий из камеры сгорания, имеет температуру, составляющую 400°F или выше.

19. Способ по п. 11, в котором систему для сжигания топлива выбирают из парогенераторов; обжиговых печей; котлов центрального отопления; плавильных печей; муфельных печей; батарей коксовых печей; огневых подогревателей; сушильных печей или печей для сжигания отходов.