專利名稱：一種用于降低燃燒過程中硫氧化物排放的反應(yīng)器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含硫燃料的燃燒，尤其涉及一種用于降低燃燒含硫燃料而產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中硫氧化物排放的反應(yīng)器和方法。
為降低在反應(yīng)器內(nèi)燃燒含硫燃料而產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中硫氧化物的排放進行了重大努力，以滿足環(huán)境保護規(guī)則。例如，在流化床反應(yīng)器運行中，經(jīng)常向包括碎煤的流化床介質(zhì)中添加石灰石，以吸收由于燃燒煤而產(chǎn)生的硫氧化物。然而，當(dāng)需要使硫氧化物的排放量降低90%以上時，上述方法將消耗過量的石灰石。
石灰石的過量消耗將導(dǎo)致若干不希望出現(xiàn)的后果。例如，如果要求硫氧化物的排放量降低90%以上，則Ca/S摩爾比必須≥3.5，這將導(dǎo)致產(chǎn)生粉塵，而粉塵既有害并且處置起來又相當(dāng)昂貴。此外，石灰石的過量消耗還將導(dǎo)致顯著增加氮氧化物的排放，而且由于石灰石煅燒量增加也將顯著降低反應(yīng)器的效率。
降低硫氧化物排放的最新建議提出干洗法，在該方法中，先將石灰熟化，使其變成氫氧化鈣漿液，通過一個霧化器將氫氧化鈣漿液輸入噴射干燥器，這樣就可以產(chǎn)生許多漿液的小滴，它們同硫氧化物發(fā)生反應(yīng)而生成硫酸鈣或亞硫酸鈣，同時這些漿液滴被干燥。一般通過一種織物袋式過濾器使干燥粒子和飛塵從煙氣流中分離出來。
然而，這種干洗法用于許多工業(yè)燃煤流化床反應(yīng)器中通常被認(rèn)為過于昂貴，由于使用石灰而不是使用石灰石，因此會帶來費用顯著增加的缺點，因為石灰的價格十倍于石灰石的價格。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中還需要一種對煙氣進行處理以去除粉塵和硫氧化物而不招致使用石灰的額外費用的方法。
從而，本發(fā)明的目的在于提供一種降低在燃燒含硫燃料時所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中硫氧化物排放的反應(yīng)器和方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述類型的反應(yīng)器和方法，在該反應(yīng)器和方法中，在用于吸收硫氧化物的吸硫材料的表面上形成一種堿溶液薄膜。
本發(fā)明的第三個目的在于提供一種上述類型的反應(yīng)器和方法，在該反應(yīng)器和方法中，使該燃料在含有上述吸硫材料的流化床反應(yīng)器內(nèi)進行燃燒。
為了實現(xiàn)上述目的以及另一些目的，在反應(yīng)器內(nèi)對含有被夾帶的燃料和吸收劑粒子的煙氣進行加濕處理，以便在用于吸收硫氧化物從而降低硫氧化物向環(huán)境排放量的吸收劑材料上形成堿溶液薄膜。
結(jié)合附圖，參考以下本發(fā)明目前優(yōu)選但還帶有說明性質(zhì)的實施方案的詳細(xì)說明，將能更完整地了解本發(fā)明方法的以上簡述的內(nèi)容以及其他目的、特征和優(yōu)點。


圖1是描畫體現(xiàn)本發(fā)明原理的一種流化床反應(yīng)器的原理圖;
圖2是描畫本發(fā)明加濕反應(yīng)器的側(cè)視原理圖;
圖3是沿圖2的3-3線截取的橫截面圖;
圖4A是沿圖2的4A-4A線截取的橫截面圖;
圖4B是沿圖2的4B-4B線截取的橫截面圖;
圖5是噴嘴的透視圖。
本發(fā)明方法將結(jié)合通常由附圖1中的參考數(shù)10表示的天然水循環(huán)蒸汽發(fā)生器來進行說明。
蒸汽發(fā)生器10包括一臺具有4個器壁的流化床反應(yīng)器12，每個器壁都由內(nèi)部用垂直長桿或葉片連接的許多垂直排列管道構(gòu)成，從而形成一種基本上是矩形、鄰接和氣密性的結(jié)構(gòu)。因為這種結(jié)構(gòu)是一種普通類型的結(jié)構(gòu)，所以在附圖中并未示出，也將不進行任何進一步詳細(xì)的說明。一個充氣室14位于反應(yīng)器12的下部，利用普通設(shè)備例如強制通風(fēng)鼓風(fēng)機等(未示出)將來自管道15的壓縮空氣輸入反應(yīng)器12。
在反應(yīng)器12的燃燒室下端和充氣室14的上方適宜地支撐著一塊多孔空氣分布板16。通過充氣室14輸入的空氣向上通過空氣分布板16，將被空氣預(yù)熱器(未示出)預(yù)熱，如果需要可通過氣控氣流調(diào)節(jié)器進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。用一塊空氣分布板16來支撐粒狀材料床體18，使得通過分布板的空氣能將該材料流化。該材料通常由碎煤和用于吸收在燃燒煤時產(chǎn)生的部分硫氧化物(SOx)的石灰石或白云石組成。
燃料分配器20延伸通過反應(yīng)器12的前壁，以便于將粒狀燃料輸入床體18，當(dāng)然，如果需要，為便于將粒狀吸收劑材料和/或補充粒狀燃料材料分配輸入床體18，也可以將另外的分配器同反應(yīng)器12的器壁連接。
管道22對齊反應(yīng)器12的后壁上部的孔12a，它是通過向后彎曲某些構(gòu)成后壁的管道而形成的。管道22使反應(yīng)器12同普通結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器24相連接。來自反應(yīng)器12的氣體由大部分燃燒的氣態(tài)產(chǎn)物和某些流化空氣組成，它進入分離器24并在分離器24內(nèi)的環(huán)狀室內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動，在氣體離開分離器24以前，由于離心力作用將氣體中夾帶的部分比較細(xì)的粒子分離出來。分離器24包括一個漏斗部分24a，已被分離出來的細(xì)顆粒落入漏斗24a，然后通過循環(huán)管26返回反應(yīng)器12。
在鄰近分離器24處設(shè)置一個熱量回收室28，它有一個在28器壁上部形成的孔28a，28a接收通過管30來自分離器的比較清潔的煙氣。該熱量回收室28是用于傳輸熱量的普通設(shè)備，因此將不進行任何進一步說明。
在熱量回收室28的底部設(shè)置氣體流通管32，用于將空氣預(yù)熱器34與熱量回收室28進行通氣流的連接。預(yù)熱器34工作，將來自被熱量回收室28接收的氣體中的熱量傳送給氧化氣體，因為34是普通結(jié)構(gòu)將不進一步說明。
參考數(shù)36一般指的是本發(fā)明加濕反應(yīng)器，它有一個入口，該入口通過管38與空氣預(yù)熱器34進行通氣流的連接。反應(yīng)器36還具有一個出口，該出口通過出口管40與袋濾室42進行通氣流的連接。
在鄰近反應(yīng)器36處設(shè)置袋濾室42，它在下壁部分內(nèi)有一個孔42a，用于接收來自反應(yīng)器比較冷的煙氣。該袋濾室42是普通結(jié)構(gòu)，例如，它在煙氣通過袋濾室的通道內(nèi)包括一些纖維過濾器。袋濾室42按普通方式工作，從煙氣中排除夾帶的粒狀材料。出口管(未示出)從袋濾室42伸出，用于將來自袋濾室42的煙氣排放到外部煙囪或類似的裝置。
許多出口管43位于袋濾室42的下方，用于排放過濾下來的粒狀材料。主管道43a位于出口管43的基部，并伸向管38的下部。支管43b對齊主管道43a并伸向反應(yīng)器36上方處管38的上部，其目的將會進行說明。
參考圖2，反應(yīng)器36包括一個前壁36a，一個彼此隔開而平行的后壁36b，以及2個彼此隔開而平行的側(cè)壁36c和36d(圖3)，它們延伸垂直于前后壁形成一個基本上是矩形的反應(yīng)器。此外，反應(yīng)器36還包括一個成錐形形狀有4個三角形器面的器頂36e，以及成反向錐形形狀也有4個三角形器面的器底36f。
用金屬板構(gòu)成的反應(yīng)器36的器壁36a，36b，36c，36d，器頂36e和器底36f，以形成工業(yè)中熟知的鄰接氣密性結(jié)構(gòu)。因為這是普通類型的結(jié)構(gòu)，所以將不進行任何進一步詳細(xì)說明。
如同圖2、4A和4B所示，在反應(yīng)器36前面設(shè)置管道38，它有5個出口支管38a，38b，38c，38d和38e，用于使來自預(yù)熱器34的煙氣進入反應(yīng)器36。如同圖2、3和4A清楚所示，支管38a對齊器頂36e的開口，支管38b和38c各自對齊分別位于側(cè)壁36c和36d上部的2個充氣室44a和44b的開口。如同圖4清楚所示，支管38d和38e各自對齊分別位于側(cè)壁36c和36d下部的2個充氣室46a和46b的開口。
許多煙柵格板48a和48b(圖3)分別位于側(cè)壁36c和36d的上部，它們使煙氣分別從充氣室44a和44b流入反應(yīng)器36。類似地，許多孔口50a和50b(圖4B)分別位于側(cè)壁36c和36d的下部，它們使煙氣分別從充氣室46a和46b流入反應(yīng)器36。3個氣流調(diào)節(jié)器52a(圖2)，52b和52c(圖4B)分別設(shè)置在出口支管38a，38d和38e內(nèi)以調(diào)節(jié)煙氣的流速。煙氣通過對齊反應(yīng)器36的器底36f內(nèi)開口的出口管40(圖3)而離開反應(yīng)器36，固體粒料則通過設(shè)置在器底36f底部出口管56內(nèi)的球閥54而離開反應(yīng)器36。
參考圖3，噴嘴裝置58設(shè)置在反應(yīng)器36的上部，它位于側(cè)壁36d和36c的中間，并沿著反應(yīng)器的寬度延伸，用于將噴射水輸入反應(yīng)器36。裝置58通過器壁36b延伸，被很好地連接在36a和36b上并被36a和36b所支撐。煙柵格板48a和48b向下傾斜約15-20度，孔口50a和50b分別設(shè)置在器壁36c和36d的下部，以引導(dǎo)水流從器壁36c和36d流出，其作用將在后面討論。
如同圖5所示，噴嘴裝置58包括一個噴嘴60和一個向噴嘴供水的水集流頭62。水集流頭62和噴嘴60設(shè)置在空氣套管64內(nèi)，該空氣套管64將來自噴嘴60的噴射水用空氣包覆起來。通過向空氣套管64供氣的空氣管70將壓縮空氣集流頭68連接到空氣套管64上。如同圖2所示，水入口72和空氣入口74通過器壁36b延伸，并分別對齊水集流頭62和空氣集流頭68，以向噴嘴裝置58供應(yīng)水和空氣。
在蒸氣發(fā)生器10工作時，在分布板16上形成了由含硫燃料和吸收劑材料(例如煤和石灰石)組成的粒狀材料床體18?？諝庖宰銐虻乃俣容斎氤錃馐?4，對粒狀材料進行流化，通過分配器20(圖1)輸入大量將要燃燒的煤，并使其散布于床體18的上部表面上。用位于床體內(nèi)的燃燒器(未示出)使包括將要燃燒煤的粒狀材料點火，當(dāng)煤進行燃燒時，補充空氣以比較高的壓力和速度輸入充氣室14。用另一種方法，床體18也可以用位于充氣室14內(nèi)的燃燒器預(yù)熱。
從充氣室14通過空氣分布板16輸入的高壓、高速和維持燃燒的空氣將引起一部分相當(dāng)細(xì)的粒狀材料(包括煤灰和石灰石)被空氣和燃?xì)?下文稱之為“煙氣”)夾帶并由空氣傳輸，該燃?xì)夂杏捎谌紵蛉剂隙a(chǎn)生的硫氧化物。這種被夾帶的粒子和煙氣的混合物在反應(yīng)器12內(nèi)上升形成氣柱，并通過孔12a從反應(yīng)器12進入旋風(fēng)分離器24。
粗粒子同一部分細(xì)粒子累積在反應(yīng)器12的下部。一部分細(xì)粒子沿著氣柱的縱長方向移動，通過孔12a離開反應(yīng)器12，并在分離器24內(nèi)與煙氣分離，然后通過循環(huán)管26循環(huán)返回流化床18，而剩余部分的細(xì)粒子夾帶在煙氣中。循環(huán)部分的細(xì)粒子加上通過分配器20輸入的補充粒狀燃料在流化床18上方繼續(xù)形成飽和氣柱。
來自分離器24的熱煙氣和細(xì)粒子混合物通過熱量回收室28，在此處將混合物的熱量回收并將熱量傳給流過回收室內(nèi)普通水流管路(未示出)的水中，然后再使該混合物進入空氣預(yù)熱器34。從混合物中回收添加熱量，并將其傳給流過空氣預(yù)熱器34內(nèi)的普通熱交換器(未示出)的氧化氣體中。該混合物在通過管38的支管38a，38b，38c，38d和38e5個地點以及通過充氣室44a，44b，46a和46b進入加濕反應(yīng)器36。
一部分夾帶細(xì)粒子是未硫酸鹽化的石灰石粒子。它們由于受到反應(yīng)器12內(nèi)的高溫作用而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成石灰。而由于熱量回收室28和空氣預(yù)熱器34從該混合物中奪走了熱量，使得煙氣和被夾帶的細(xì)粒子能以比較低的溫度進入加濕器36。噴嘴60將水噴灑成許多細(xì)水滴，它們蒸發(fā)并因此加濕了煙氣，同時也降低了混合物的溫度，這樣就大大地促進了在石灰石表面上形成氫氧化鈣堿溶液的薄膜。其后，由于燃燒含硫燃料而產(chǎn)生的氣體/粒子混合物中的硫氧化物被堿溶液吸收而形成硫酸鈣和亞硫酸鈣的沉淀。
側(cè)壁36c和36d上各自的充氣室48a和48b(圖3)將氣體/粒子混合物分成許多小料流，并使沉淀不在側(cè)壁發(fā)生，以防止由于硫酸鈣和亞硫酸鈣沉淀而引起的可能的結(jié)垢問題。此外，通過空氣套管64將壓縮空氣輸入噴嘴60，以防止由于煙氣中夾帶的粉塵沉積在噴嘴60上而引起堵塞。通過球閥54排出反應(yīng)器36中的沉淀以及粉塵，而氣體則通過管40進入袋濾室42以便進一步處理。
袋濾室42按普通方式工作，進一步清除任何殘留的被夾帶的石灰石粒子。分別通過管43a和/或43b將過濾下來的石灰石循環(huán)輸入管38的下部和/或上部，以用于反應(yīng)器36內(nèi)隨后的加濕和沉淀。
從而可以看出，本發(fā)明的反應(yīng)器和方法利用含有相當(dāng)比率的被夾帶的細(xì)粒子的未硫酸鹽化的石灰來吸收由于燃燒含硫燃料而產(chǎn)生的硫氧化物。使用包含在煙氣中的石灰石粒子可明顯地節(jié)省費用，在該費用中，除了與噴射SOx洗滌化合物所需設(shè)備有關(guān)的非重復(fù)性費用以外，還可節(jié)省與為了獲得SOx洗滌化合物(例如石灰)有關(guān)的重復(fù)性費用。
雖然在附圖中未進行專門說明，但應(yīng)理解，將提供其它必需的輔助設(shè)備和構(gòu)件，并將以任何適宜的方式安裝和支撐上述那些所有的部件，以組成一個完整和有效的系統(tǒng)。
不言而喻，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對本發(fā)明的反應(yīng)器和方法上進行更改。例如，對于某些應(yīng)用來說，噴入加濕反應(yīng)器36的水可以用石灰溶液來代替。類似地，水噴嘴組合裝置也可以補充一個噴射石灰或石灰石的噴射器。
當(dāng)然，精通本專業(yè)的技術(shù)人員可以進行上述另外一些變動，在某些情況下，將應(yīng)用本發(fā)明的某些特點而不相應(yīng)地用其它一些特點。因此，它是符合于附加的權(quán)利要求和本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種從含有硫氧化物和被夾帶的用于吸收所述硫氧化物的吸收劑材料中去除硫氧化物的方法，它包括使所述煙氣通過一種容器并對所述煙氣及所述吸收劑材料進行加濕的步驟，在所述容器中，在用于吸收所述硫氧化物的所述吸收劑材料上形成一種能使所述氧化物同所述煙氣分離的堿性物質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的方法，它還包括在所述的加濕步驟以前，降低所述煙氣溫度因之也降低所述吸收劑材料溫度的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述吸收劑材料是未硫酸鹽化的石灰石。
4.權(quán)利要求3的方法，它還包括在所述輸入步驟以前煅燒所述石灰石的步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，所述堿性物質(zhì)吸收所述硫氧化物以形成含有所述硫氧化物的沉淀物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，在所述石灰石表面上形成一種氫氧化鈣堿溶液薄膜。
7.權(quán)利要求1的方法，它還包括從所述容器中排出所述已分離出來的氧化物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，從所述容器排出所述煙氣，該方法還包括使任何額外的氧化物同所述已排出的煙氣分離和使所述已排出的煙氣循環(huán)返入所述容器的步驟。
9.權(quán)利要求1的方法，其中，所述煙氣在許多地方輸入所述容器。
10.權(quán)利要求1的方法，其中，所述加濕步驟包括將噴射水輸入所述氣體和將空氣輸入所述氣體的步驟。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，所述水含有石灰。
12.權(quán)利要求1的方法，它還包括形成包括含硫燃料和所述吸收劑材料的粒狀材料床體以及使所述床體進行流化以使得在所述燃料燃燒時形成所述煙氣的步驟。
13.一種用于處理氣態(tài)產(chǎn)物的反應(yīng)器，它包括一個容器;在所述容器內(nèi)三個水平層處將所述氣態(tài)產(chǎn)物輸入所述容器的裝置;在所述水平層的一處延伸通過所述容器器壁的若干充氣室，以用于接收所述產(chǎn)物的料流并將所述料流分成許多更小的料流;將水輸入所述容器以用于將水同所述氣態(tài)產(chǎn)物混合以加濕所述產(chǎn)物的裝置。
14.權(quán)利要求13的反應(yīng)器，其中，所述氣態(tài)產(chǎn)物包含夾帶的固體粒子，而所述充氣室減少了所述粒子在所述器壁上的沉積。
15.權(quán)利要求13的反應(yīng)器，其中，在所述的一個水平層處輸入所述的水。
全文摘要
一種用于降低燃燒過程中硫氧化物排放的反應(yīng)器和方法，在該過程，對含有被夾帶的燃料和吸收劑粒子的煙氣進行加濕，使硫氧化物被吸附在吸收劑粒子上，以降低硫氧化物向環(huán)境的排放量。
文檔編號B01D53/14GK1084428SQ9311752
公開日1994年3月30日 申請日期1993年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月11日
發(fā)明者唐遵義 申請人:福斯特·惠勒能源公司