烟道气的调节方法

专利名称：烟道气的调节方法
技术领域：
本发明总的来说涉及调节燃煤锅炉的烟道气，以有利于脱除烟道气中烟尘的方法。更具体地说，本发明涉及在烟道气中注入三氧化硫(SO3)，使烟尘易于用静电沉淀器除去的烟道气调节方法。
煤和空气在锅炉中燃烧产生热量，热量又产生蒸汽，而蒸汽又可驱动汽轮机发电。煤中含有硫。煤燃烧时，燃烧产物中有烟尘和二氧化硫(SO2)。后两者成为称作烟道气的废气流的一部分，通过烟道从锅炉中排出。烟尘与二氧化硫都是有害污染物，必须从烟道气中除去，以降到通常由环境保护条例规定的低水平。
一种除去烟尘的方法是使用静电沉淀器。烟道气在排入大气以前先流过静电沉淀器。用静电沉淀器脱除烟道气中烟尘的效率，部分取决于烟尘的电导率，而电导率则受烟尘颗粒中吸收的硫酸的影响。硫酸是烟道气中的二氧化硫与空气和水反应而产生的作为燃烧过程的副产物。当烟道气中含有较大数量SO2时，在烟道气中就生成较大数量的硫酸，而沉积在烟尘颗粒上的硫酸量也足以使静电沉淀器能较有效地脱除烟尘。
当煤中含有较大数量的硫时，燃烧生成的SO2中只有一部分需用于调节烟尘，而其余则属于多余。不希望烟道气中的大量多余SO2排进大气中，因为如果没有昂贵的费用来除去烟道气中的SO2时，SO2会造成环境污染问题，例如酸雨。为了降低燃烧过程中产生的二氧化硫量，锅炉操作人员改用含硫量较低的煤。然而燃烧低硫煤虽然减少了由于过量SO2造成的污染，但同时也使燃烧产生的SO2量，不足以生成静电沉淀器能有效脱除烟尘所需硫酸量。为了克服上述问题、锅炉操作人员额外制造SO3，注入烟道气，使其与烟道气中的空气和水结合以生成足够数量的硫酸，在烟尘颗粒上沉积，从而使静电脱除烟道气中烟尘的效率达到所需要的程度。
在一台普通型号的额外SO3发生器中，硫与氧在硫燃烧器中生成含有二氧化硫与空气的第一混合物，第一混合物中的二氧化硫再在催化转化器中转化为SO3，生成含有SO3与空气的第二混合物。然后将此混合物注入烟道气中。许多这种类型的常规SO3发生器产生的SO3与空气的混合物中SO3的浓度约为1-2%，而用于制造它的SO2与空气的第一混合物中SO2浓度也约为1-2%。在本文中用百分数表示的SO2与SO3含量，均指的是体积百分数。
在催化转化器中使SO2有效地转化为SO3时，通常要求进入转化器中的SO2必须在预定的温度范围内，例如780-850°F(416-556℃)。当硫燃烧器中生成的SO2与空气混合物中SO2浓度较低时，(例如1-2%)，此混合物的温度将不能满足SO2与空气混合物进入催化转化器所需的最低温度要求，甚至不能使硫在硫燃烧器中完全燃烧。低SO2浓度的SO2和空气混合物的低温，是由于这种混合物中较大体积空气的冷却效应。例如，如果人们需要给定数量的SO2，而这SO2与空气混合物中SO2的浓度为1%，在该混合物中空气的体积就比含有4% SO2的SO2与空气的混合物中的空气体积的四倍还要大。
为了确保硫燃烧器中生成的空气和SO2的混合物具有最低的要求温度，通常预热进入硫燃烧器的空气。常常使用电加热器进行预热，这就要消耗相当大量的电能，因而也相当费钱。
使用较低SO2浓度的SO2和空气混合物的另一缺点是由于空气体积较大，适应这大量气体体积所需的处理容器和管道本身也需要相当大。这就增加了操作设备的费用。此外，较大尺寸的操作设备也增加了热量的损失，热量损失增大，就需要增加空气的预热，也就是增加消耗能量及增加操作费用。
本专利提供一种生产用于注入烟道气用的SO3的方法，其中，在烟道气调节系统中，SO3(以及SO2)生产速率最大时，引入转化器的空气与SO2混合物中SO2的浓度相当高(例如7-10%)。当锅炉在满负荷运行时，最高SO2生产速率是由调节锅炉中出来的烟道气所需的SO3所确定的。当锅炉在低于满负荷情况下运行时，所需的SO3(以及SO2)就减少，SO2生产速率也相应降低。在用于烟道气调节系统的最高SO2生产速率与显著地低于最高生产速率(例如50-60%)的中间生产速率之间的所有SO2生产率范围内，SO2的浓度保持较高。在生产速率处于最高速率与中间速率之间的范围内时，降低生产速率也相应降低硫和空气两者进入硫燃烧器的速率，因此也维持了恒定的硫和空气的比率，从而使硫燃烧器流出的SO2和空气的混合物中保持了恒定的SO2浓度。
中间生产速率是指进入硫燃烧器中硫的流速降低时不伴随降低空气的流速时的生产速率。因此有一个最低空气流速，并导致在进一步降低生产速率时，降低了SO2的浓度。此最低空气流速是指防止在调节系统中所包括的、将SO3注入烟道气的喷嘴被烟尘堵塞所需要的速率。
在中间生产速率以下进一步降低生产速率会导致SO2浓度的降低。但是在最高生产速率与显著低于中间速率(例如约为35%最高速率)的较低生产速率之间的所有SO2生产速率范围内，SO2的浓度仍然很高(例如4-5%SO2)，足以使硫在硫燃烧器内燃烧产生足够的热量，从而无需预热进入硫燃器内的空气。在生产速率高于上述较低生产速率条件下运行时省去了预热阶段，大大减少了由于预热空气而消耗的热量，从而大大降低了烟道气调节系统的操作费用。
由于在最高SO2生产速率时SO2浓度是相对的高，而在所有SO2生产速率范围内，系统处理的空气体积相对来说较小，所以系统的容器与管道的尺寸也可以显著地缩小，从而显著地降低了设备的费用。此外，在一个具体装置中，从这方面考虑、对SO2与空气的混合物和SO3与空气的混合物都加以足够压力，以使烟道气调节系统的规模有明显的降低。加压有助于硫在硫燃烧器内完全燃烧以避免硫燃烧器出料中带出未燃烧的硫。
由于硫燃烧器所产生的空气与SO2的混合物中SO2浓度的相当高，在相当宽的生产速率范围内混合物的温度可能超过SO2进入催化转化器中所需的最高温度。在这种情况下，SO2与空气的混合物在硫燃烧器与催化转化器之间要经过冷却，但在此冷却阶段，无需用额外空气以稀释高浓度SO2。
对于熟悉这类工艺的人来说可以从下列详细说明和附带的示意图中，清楚地了解要求专利权的，已公开的本方法的其他特点和优

图1是实施本发明的一个具体方案的设备的主要部分的示意图。
图2是这套设备的前面部分示意图。
首先参考图，图中硫燃烧器10，从空气鼓风机11导入空气，从熔硫源12导入熔触硫(图2)。空气鼓风机11通过第一导管14、加热器15(大部分时间不操作)及第二导管16与硫燃烧器相连结。熔硫由泵18送进硫燃烧炉，泵18有一个输入导管19与熔硫源12连结，另有一个输出导管20与硫燃烧器10连结。
硫与空气在硫燃烧器10中燃烧产生含有空气和二氧化碳的第一混合物，该混合物通过导管22的入口端从硫燃烧器10排出，导管22有一个出口端与冷却器23的入口相连，冷却器23有一个出口与导管24的入口端相连，导管24有一个出口端，与催化转化器的进口相连。在转化器26中二氧化硫转化为三氧化硫生成含有空气与三氧化硫的混合物。通过与导管27的入口端相连的出口管从转化器26排出，导管27有一个出口端与注射器集管28相连，以备将三氧化碳与的空气的混合物注入烟道气流中(图中未表示)。
将硫导入硫燃烧器10的排列在图2中用方框图表示。在实际应用中，硫源12是一个容纳熔硫的贮槽，泵18一般是一个变速的浸入式齿轮泵，安放在装熔硫的贮槽里。用蒸流盘管(图中未表示)使贮槽12中的硫保持熔融状态。在导管20中则用蒸汽套管(图中未表示)使硫保持在熔融状态。
硫从贮槽12泵输出，流速由控制器30控制。控制器30接收包括来自31的锅炉负荷信号以及来自放置在导管20上流量计32的硫流速信号的许多输入信号。来自31的锅炉负荷信号和来自32的硫流速信号在控制器30中用于计算引入到烟道气中的SO3的实际数量，以ppm计。在控制器30中再将此实际的SO3数量与预设的控制器中所需SO3数量(例如按ppm SO3计的最高与最低值)相比较。由此产生的硫流量的原始控制信号再在控制器30中用33指示的表示烟道气浊度的和34指示的表示静电沉淀器功率消耗的一对信号中之一或二者来作进一步调整。锅炉负荷信号、强度信号与反映静电沉淀器功率消耗的信号是用于指示烟道气中烟尘含量的全部参数，每一诸如此类的信号在本发明的目的中都可以视为反映烟尘含量的参数的度量。
现在参见图1，空气鼓风机11是一个变速的正位移鼓风机，受来自硫流量计32的信号控制。正位移鼓风机优于离心鼓风机，因为前者输出相同的空气压力和同样的空气流量(以每分钟体积计)而不管背压的变化，或者鼓风机11下游的压力降，例如这种情况会发生在注射器28处被烟尘堵塞或催化转化器26中发生碎片积聚。在鼓风机是正位移鼓风机的情况下人们可以用改变鼓风机的速度来改变鼓风机11产生的空气流速。在降速以降低空气流速时，系统的操作压力会降低。
空气进入加热器15的流速用位于导管14上的流量计37测量。空气鼓风机11输送空气的流速反映在32测定硫流速的信号36控制。用这种方法，人们可以在宽广的SO2生产速率范围内维持恒定的硫与空气的比例并在该系统最高的生产速率与显著低于最高速率的中间生产速率之间的所有SO2生产速率范围内，提供较高浓度的SO2。一个例子是硫燃烧器10输出的空气和SO2混合物中较高SO2的浓度为7-10%。
在系统最高SO2生产速率下，硫燃烧器10输出的空气与SO2混合物的温度足够高，因而不需要为进入硫燃烧器10中的空气进行预热。最高SO2生产速率相应于系统的最高SO3生产速率。有时烟道气调节需要的SO3低于系统最高生产速率。更具体说，待处理的烟尘量下降时对SO3的需求量也将下降。这种情况在锅炉负荷下降(来自31的信号)或对于给定的锅炉负荷，如果浊度下降(来自33的信号)或静电沉降器动力消耗增加(来自34的信号)都可能发生。这些信号中的任何一种都反映了烟道气中烟尘含量下降，因而也将影响控制器30对硫泵18发出的信号。使硫流速降低，这又会使来自空气鼓风机11的空气流速也相应降低，这包括了从最高生产速率到显著低于最高速率(例如50-60%最高速率)的中间生产速率的相当宽广的生产速率范围。当SO2需求下降时，硫燃烧器10中燃烧产生的SO2数量也将相应地减少，因为进入硫燃烧器的硫和空气流速都降低了。
当空气和SO2混合物硫燃烧器10输出时，若其温度(a)低于在催化转化器26使SO2转化为SO3所需的最低温度，或者(b)低于系统运转所要求的温度，则控制器38将开动加热器15，控制器38接收来自硫流量计32的信号39以控制加热器的电能从而控制加热器15中空气加热的温度。从加热器15出来的空气的温度用测湿元件42测量，当没有硫流过时(例如系统启动或者准备运转时)测量元件42向控制器38传送信号以控制加热器15。
在最大SO3生产速率(以及SO2)与显著地低于中间速率的较低生产速率(例如一种较低速率约为最高速率的35%)的所有生产速率范围内，硫燃烧器10中硫燃烧所产生的热量为进一步支持燃烧并使整个系统保持在维持该过程所需的最低温度以上，提供所需的全部热能。这是因为在超过上述较低速率的所有生产速率时，燃烧了较大数量的硫以提供本发明所使用的SO2浓度。当硫燃烧器10中燃烧硫的数量不足以产生上句以上的部分所述的温度条件时，进入硫燃烧器10的空气必须在15处预热。
在系统正常操作状态下，硫燃烧器10输出的气体混合物的温度，例如在最大生产速率时，可以高到约1250°F(677℃)，而在高于前述较低生产速率的所有生产速率时(例如在最大速率的约35%以上)该温度通常将超过850°F(454℃)。在大多数生产速率下，硫燃烧器10输出较高的温度的混合物以及硫燃烧器10的加压保证了进入硫燃烧器的所有的硫在硫燃烧器10中的燃烧，这就避免了将升华的、未燃烧硫带进转化器26，而这种情况是不希望有的。
进入冷却器23的空气和SO2混合物的冷却量受通过冷却器23的冷却空气的流量所控制。冷却器23是一个由一个由管和一个包围该内管的外管组成的同心管热交换器，从由导管22来的空气和SO2的混合物流过内管，冷却空气与流过内管的气体按逆流方向流经外管。冷却空气来自鼓风机44，鼓风机44连在导管45的进口端，导管45的出口端连结到冷却器23的外管。冷却空气带走流经冷却器23的空气和SO2混合物的热并降低其温度，从而加热了通过导管45进入冷却器23的空气。举例来说，被加热了的空气通过导管47从冷却器23排出，排向大气。
流经导管45的冷却空气量用的46调节，阀46由控制器48控制，控制器48则由来自连续冷却器23与催化转化器26的导管24上的测温元件49的信号来操作。通常，49处测的温度上升，将使阀46调节以增加流经导管45进入冷却器23的冷却空气的量，反之亦然。按44-49中所述方式运行以使进入催化转化器26的空气和SO2混合物维持在气体温度约750-850°F(398-454℃)。同样，当SO2生产速率低于上述的较低生产速率(例如低于约最高的35%)时，SO2浓度降到约低于4%，加热器15就运转以使进入转化器26的空气与SO2混合物的温度一般处在同一范围，即750～850°F(398-454℃)。
由于系统使用了在硫燃烧器10与转化器26之间的间接冷却器23以冷却空气与SO2的混合物，就不需要用稀释空气导入硫燃烧器10或硫燃烧器10和转化器26之间以控制混合物的温度。而在没有冷却器23但又要冷却该混合物时，就有此种需要。
在下调烟道气调节系统时，也就是下调硫与空气流速时(通常根据产生烟道气的锅炉运转速率的下调而定)，冷却器23又现出另一种优点。在此情况下，只要降低通过输入导管45进入热交换器23外管的冷却空气数量，就可以同时降低该系统的冷却容量。随着下调硫与空气的流速同时降低23的冷却容量，就可以在下调阶段避免使用热交换器15。如果在降低硫与空气流速时，不能降低23的冷却容量，那么在下调阶段就必须启动加热器15。
现在来讨论转化器26，转化器26具有第一与第二两个转化段，分别与51，52。进入第一段51的SO2约有70-75%转化为SO3。转化反应是放热反应，依SO3的生产速率而异，离开第一转化段51的气体温度可以高达1100°F(593℃);在该气体进入发生其余部分转化的第二转化段51之前需先经过冷却。在此图示的实施例中，冷却是在第一转化段51与第二转化段52之间的转化器冷却段53中进行。冷却空气是从连结空气鼓风机11的导管14上的支导管54引入53。在第一转化段和第二转化段之间的冷却段53处的部分转化气体混合物中含有SO3、SO2与空气。
流进转化器冷却段53的冷却空气量由流量控制阀55来调节，阀55由控制器56来控制，控制器56接收反映由硫流量计32(图2)测定的硫的流速信号57。控制器56也接收来自测量通过阀55上游的导管54的空气流连的流量计58的信号。在转化器冷却区53需要的冷却空气量由硫的流速信号57来确定，此需要量再与58上测得的实际数量在控制器56上相比较，以确定阀55应当调节的程度。
作为图1表示的另一种冷却方式，可以用辐射冷却器来冷却来自第一转化器段51的气体混合物。辐射冷却器应连结在转化器第一段51的下游端和转化器第二段52的上游端。这种辐射转化器(图中未画出);要放在转化器26的外面，组成一热导性的金属导管，，金属导管的外表面暴露在周围大气中，其辐射表面能辐射足够的热量，以便在气体混合物流过辐射冷却器时，能使气体混合物的温度下降到所需的较低温度(例如825°F(441℃))。可以用散热片来扩大辐射表面面积。辐射冷却器在SO3发生系统中的应用在英国专利GB2088350B中有说明，该专利在1984年9月25日颁布，在此引用作为参考。
使用辐射冷却器是一种无需稀释就能使从转化器第一段51出来的气体混合物冷却的方法。另一种不须稀释而使气体混合物冷却的方法是使用与冷却器23相似的同心管式冷却器，用冷却空气间接冷却气体混合物。这种设备在图1的123的点一划线中表示。冷却空气通过管线124进入两个同心管的外层，再由管线125出来。从转化器第一段51出来的气体混合物通过管线126进入内层同心管，再通过与转化器第二段52相连的管线127流出。
间接冷却空气向冷却器123外层同心管里流动可以用类似于冷却器23所采用的以及在图1中的46、48、49处所示的布置来控制。间接冷却空气源可以是一个独立的辅助鼓风机，类似于用于冷却器23所用的鼓风机44。
在用稀释空气来冷却转化器段51与52之间的部分转 体混合物的实例中，在转化器26的下游导管27内的气体的体积当然要大于转化器26的上游气体的体积。在这种情况下，导管27的体积必然大于假设在转化器两段之间部分转化的气体混合物用辐射冷却器冷却的体积。
在第二转化器段52中，剩余的SO2基本上都转化成SO3，相应地温度也上升了。在从转化器26出来进入导管27的气体混合物，SO2转变为SO3的总转化率在95-97%范围内。在中间生产速率以上(50-60%最高速率)的所有生产速率内，进入导管27的气体混合物的温度一般在850-890°F(454-477℃)范围内而SO3浓度在4-7.5%范围内。在一个实例中，在转化器26与注射器集管组件28之间的导管27可以用沿导管27上间断的加热元件加热。导管27越长，需要的加热元件就越多，目的是防止导管27中的SO3与空气混合物的温度下降到硫酸的露点以下。
上段所述的措施是在将未干燥的，相对潮湿的生产用空气引入硫燃烧器10、并包含在流过该系统的气体混合物中的具体装置中所采用的一种措施。未干燥的生产用空气含有水，水会与导管27中的SO3反应形成硫酸，如果导管27中气体混合物的温度降到低于硫酸的露点，硫酸将在导管27中沉积，这种情况是不希望的。在另一个实例中，来自鼓风机11的生产用空气在一干燥器13(图1中的虚线)中干燥。该干燥器位于硫燃烧器10和加热器15的上游。干燥器13可以用常规结构。另外也可以使用别的干燥生产用空气的方法，例如英国专利GB2088305B，颁布于1984年9月25日，在此引用作为参考。
使用干燥的生产用空气可以消除当温度降到硫酸露点以下时，硫酸在导管27(或系统中其他地方)中沉积问题。这样也就减少了运转过程中所需要的热量。离开转化器26的第二混合物(SO3与空气)在导管27中时的温度无需保持在硫酸的露点之上(例如，不需要保持500°F(260℃));而且在备用状态时，只需要使系统的转化器26出口的上游部分保持热状态即(理由见本说明书的另一处)。另一个优点是可以将导管27的上游部分布置在离注射器28较远的地方，而无需顾虑由于导管27的长度而引起热量损失问题;在注射器28上游的导管27中第二混合物的温度，可以允许降至低于硫酸的露点。此外，因为SO3与干燥空气混合物的腐蚀性相对地低于SO3和潮湿空气混合物，导管27就不需要用象腐蚀性较强的SO3和潮湿空气混合物要求的较昂贵材料来制作。
当图1-2中描述的系统开始起动时，只有空气流过系统，没有硫流过。在起动时，加热器15开始在最高加热能力上工作，使从加热器出来的空气的温度在约800-950°F(427-510℃);当空气温度达到这个温度后，硫开始流过，硫和空气在硫燃烧器10中燃烧。硫的起始流速和燃烧的起始数量较低，因此在此情况下，空气加热器需要运转。
硫流动速度从起始流速起逐渐增加，当硫与空气的经例达到能提供所需最高SO2浓度(例7-10%)的水平时，此后控制系统自动地根据硫流速的改变来改变空气流速，以保持硫与空气的某一比例，这个比例在高于第一次达到所需比率的速率(中间生产速率)的所有SO2生产速率下能提供所需的SO2浓度。
当硫的流速从起始速增加时，在硫燃烧器10中燃烧产生的热也增加。此时，加热器15的工作温度也逐渐降低，直至最后加热器15停止工作为止，在硫流速大大地低于与系统的中间SO3生产速率相应的硫流速时，就会发生这种情况。当加热器15停止工作时，SO2浓度可能还未增加到所期望的最高浓度(例如7-10%)，这是在中间生产速率时发生的情况。但是只要在硫燃烧器10中硫与空气中的氧反应达到的温度足以维持该处的燃烧，且只要从硫燃烧器10出来的混合物的温度高到足以满足转化器26所需的温度，加热器15可以不运转，而此时SO2浓度仍逐渐增加。
在高于前述较低生产速率的所有生产速率下加热器仍然保持断开状态。倘若生产速率降到较低生产速率以下，加热器就会再度运转。如上所述SO3(以及SO2)较低生产速率一般远低于最高生产速率的一半(例如约35%);最高生产速率取决于要调节烟道气的锅炉容量。
起动以后，便进入操作状态(例如备用操作)，此时，硫未流过系统，而空气仍然流过以防止注射器28被烟尘堵塞。在此情况下，加热器15需要转动。在备用时，加热器运转使系统维持在足够高的温度，尤其要防止硫酸在系统中沉积出来，也就是说要维持高于硫酸露点的温度。一般，控制加热器15使导管16中的备用空气温度约为800-950°F(427-510℃)。在此加热器出来的空气温度下，整个系统已处于备用状态，一旦硫开始流过就可以使硫燃烧。
还有一些其他情况，可以运转加热器15。例如，当系统要停止运转时，要吹扫残余SO2与SO3，在吹扫时，只有加热空气吹过系统。吹扫空气通常在加热器15中加热到约为800-900°F(427-482℃)。在起动前有一个几个小时的等待期。在等待期，空气以最低空气流速吹过系统，使注射器28保持不堵塞，此时加热器15是由系统操作员用人工调节的。
总之，加热器15运转是在起动、备用、等待以及吹扫各个时期，以及在生产速度低于较低生产速率的情况下。实际上在所有其他速率时，硫燃烧器10中燃烧发生的热已满足系统温度的需要，这就大大地减少运转加热器15所需的能量，也相应大大地降低整个系统的运转费用。
一般说来，在加热器15运转时，冷却器23不运转，反过来也是这样。但是在硫流速快速变化时，加热器15与冷却器23就可能有些重叠操作。
如上所述，引入注射器28中的气体混合物中SO3的浓度为4-7.5%，远高于生产速率的范围。与许多烟道气调节系统一般使用的SO3浓度(例如1-2%)相比，这是一个较为高的SO3浓度。当气体混合物在转化器的第一转化段51和第二转化段52之间冷却时，而且使用的冷却介质是空气时，SO3浓度将被稀释(即降低)。因此，为了使最后SO3浓度在4-7.5%范围内，在通过导管24进入转化器26的气体中就必须要有相当高的SO2浓度，例如7-10%。另一方面，如果气体在第一转化段51与第二转化段52之间是用辐射冷却方法冷却时，就不会由于冷却发生稀释，这样，导管27内SO3浓度相应地更接近于通过导管24进入转化器26的气体中SO2的浓度。
按照本发明的目的，即保持系统处理的气体有较小的体积，空气与二氧化硫第一混合物在硫燃烧器10与转化器26之间的冷却器23中的冷却，是在不稀释从硫燃烧器10中出来的高SO2浓度(7-10%)的条件下完成的。
在系统最高生产速率时，若SO2浓度大于约7.5%则生成的气体从硫燃烧器10出来时的温度约1400°F(760℃)，此温度至少对于部分系统例如导管22来说是太热了。在较低生产速率时，高于7.5%的SO2浓度也是可以使用的，因为对于给定的SO2浓度来说，在低于最高生产速率时，硫燃烧产生的温度低于在最高生产速率下产生的温度。对于给定数量的SO2来说，SO2浓度越高，气体体积就越小，这是合乎需求的。
除了系统是在较高SO3(以及SO2)浓度下运行外，在一个优选实例中整个系统是加压的，在系统上游端空气鼓风机11处一般为4-8磅/平方英寸(表压)(27.6-55.12×103帕)。压力向下游方向通过系统逐步下降。在加压条件下运转的系统与不加压运转的系统相比提高了转化器26中SO2转化成SO3的转化率。
由于本发明方法在最高和中间速率之间的所有生产速率下使用了较高SO2与SO3浓度，加工系统需要处理的空气和全部气体的相对体积都较小，这就缩小了系统中操作容器和管道的尺寸，从而也就减少了系统的投资。由于加工系统最好是在加压条件下运转，这也减小了系统所处理的气体的体积，因而减小了系统中容器和管道的尺寸，这对减少投资也作出了贡献。处理通过系统的一定量气体所需的设备的尺寸越小，系统中损失的热量就越少，从而也就降低了对加热器15的加热要求。
由于随着对SO3的需求减少，硫的流速减小，因此空气流速也相应地减小以维持恒定的空气与硫的比率，直到空气流速达到一个最低水平，这水平相当于防止烟尘堵塞注射器28所要求的水平。一旦空气流速到达此最低水平，进一步降低硫的流速将不会相应地伴随着空气流速的降低，这样，硫与空气的流量比率将降到维持以前规定的SO2或SO3高浓度(例如，从第一转化器段51出来的气体混合物用稀释空气冷却的情况下，各为7%与5%)所要求的比率以下。举例来说，SO3生产速率在20-30%范围时，SO3浓度可下降到2.5-3%。
然而，按照本发明的方法来运转系统，由于减少了运转空气加热器15所需的能量，操作费用降低到约为使用来自空气鼓风机的固定体积空气和1.5%的最高SO3浓度系统操作费用的25%。
以下是按照本发明方法进行的一个实例中一些参数的表。在这个烟道调节系统使用的方法中，最高SO3生产速率为332磅/小时(149千克/小时)，最高硫流速为140磅/小时(63千克/小时)。
上表反映了一种方法，其中SO3(以及SO2)浓度在最高生产速率与中间生产速率之间的所有生产速率范围内都保持最大，中间生产速率是50-60%的最高速率，即大大低于最高速率。在生产速率处于最高速率与大大低于中间速率的较低速率(约为35%最高速率)之间时，空气加热器断开。从稍高于中间生产速率开始，到上升至最高速率时，SO2冷却器处于转动状态。中间生产速率反映的操作参数是，(1)硫流速的降低(由于处理烟道气所需的SO3减少)，不再伴随着(2)空气流速的降低，其结果是进一步降低硫流速时也降低了SO2的浓度。如前所述最低空气流速是防止烟尘堵塞SO3注射器所需的速度。
以上详细的说明仅仅是为了理解清楚，不能由此而认为有不需要的限制，因为对于技术熟练的人而言，各种改进都将是显而易见的。
权利要求
1.一种在烟道气调节系统中生产用于处理烟道气的稀释的三氧化硫(SO3)的方法，其中所述方法包括将空气和硫引入到一硫燃烧器中，使所述空气与所述硫在所述硫燃烧器中反应生成含有二氧化硫(SO2)与空气的第一混合物，将所述第一混合物引入到一个转化器中，使所述第一混合物中的SO2转化成SO3生成含有SO3与空气的第二混合物，至少在有些情况下要加热引入硫燃烧器的空气，改进之处包括下列步骤测量反映烟道气中烟尘含量的至少一个参数；根据反映烟道气中烟尘含量参数变化，通过改变引入硫燃烧器中硫的流速来改变SO2的生产速率；控制引入所述硫燃烧器中硫和空气的比率以生成第一混合物，该混合物在所述系统的最高SO2生产速率时具有较高SO2浓度，且在所述最高SO2和平速率时，在转化SO2为SO3前需冷却到转化温度；在所述最高生产速率与显著低于所述最高速率的中间速率之间的所有SO2生产速率下，根据所述硫流速的变化，改变引入所述硫燃烧器的空气以维持硫与空气的所述比率和所述的高SO2浓度；在不用空气稀释所说第一混合物的条件下，将所说第一混合物从所说硫燃烧器中引入所说转化器；在所述最高SO2生产速率和显著低于所述中间速率的较低生产速率之间的所有生产速率下，保持SO2浓度在一足够高的浓度范围，以使在所述硫燃烧器中反应产生的热足以维持此反应，并使进入转化器的第一混合物温度足以支持转化反应；并且，避免由外部产生的热，在所述最高速率和所述较低速率之间的所有SO2生产速率下，加热引入所述硫燃烧器的空气。
2.按照权利要求1的方法，其中在所述最高生产速率与所述中间速率之间的SO2生产速率下，所述SO2浓度约为7-10%，在所述较低生产速率下，所述SO2浓度则显著也较低。
3.按照权利要求2的方法，其中所述较低SO2生产速率显著地低于所述最高速率的一半。
4.按照权利要求3的方法，其中所述较低SO2生产速率约为所述最高生产速率的35%。
5.按照权利要求2-4中任一项的方法，其中所述中间生产速率是在所述最高生产速率的约50-60%范围内。
6.按照权利要求2-4中任一项的方法，其中在所述较低生产速率下，所述显著较低的SO2浓度的范围是4-5%。
7.按照权利要求1的方法，还包括冷却上述第一混合物而不稀释上述SO2的浓度;在所述最高SO2生产速率和高于所述中间速率的生产速率，实施所述冷却步骤。
8.按照权利要求1的方法，还包括对所述系统充分加压以使所述系统的体积与生产同样数量SO3的不加压系统相比显著减小。
9.按照权利要求8的方法，其中加压所述系统，使所述系统的上游端压力达到约为4-8磅/平方英寸(表压)(27.56-55.12×103帕)。
10.按照权利要求1的方法，其中，所述系统包括将所述第二混合物注入所述烟道气的注射器，而且其中所述比例控制步骤包括当SO2生产的需要量从所述最高生产速率下降时减少引入所述硫燃烧器的硫的数量;所述改变空气流速的步骤包括按照与引入所述硫燃器的硫的流速降低成正比的方式降低引入所述硫燃烧器的空气流速，以维持所述比率及所述高SO2浓度;以及当空气数量已降低到为防止所述注射器堵塞所需的最低空气量时，而SO2生产需求继续减少时，停止上述降低空气的步骤，而不停止上述降低硫的步骤;上述停止发生时的SO2生产速率相当于所述中间速率。
11.按照权利要求1的方法，其中所述转化步骤是在两段中进行的，以便在两个转化段之间生成SO3、SO2与空气的部分转化的气体混合物;在进行所述转化段之间所述部分转化的混合物冷却。
12.按照权利要求11的方法，其中所述部分转化的气体混合物在所述转化段之间用空气冷却;在第二转化段之后的所述SO3与空气的第二混合物的SO3浓度范围约为4-7.5%;而所述高SO2浓度浓度范围约为7-10%。
13.按照权利要求11的方法，其中所述部分转化的气体混合物在所述转化段之间不经稀释进行冷却;而所述高SO2浓度范围约为7-10%。
14.按照权利要求13的方法，其中所述冷却是辐射冷却。
15.按照权利要求13的方法，其中所述冷却是在一同心管式冷却器中的间接冷却。
16.按照权利要求1的方法，还包括将所述第二混合物注入烟道气中;将所述硫燃烧器上游的空气干燥，使所述空气的含湿量降低，以避免在所述注射步骤之前形成硫酸;让所述第二混合物在所述注射步骤之前冷却到低于硫酸露点的温度，而在所述注射步骤之前从所述第二混合物中不能沉淀出硫酸。
17.按照权利要求16的方法，其中所述第二混合物在完成所述转化步骤后其温度显著高于硫酸的露点;并且在(a)进行所述转化步骤的位置和(b)进行所述注射的步骤位置之间的距离应足够长，以便在所述进行注射步骤的该位置上游，使所述第二混合物的温度降低到硫酸的露点以下。
全文摘要
一种调节烟道气的方法，使用较高浓度的SO
文档编号B01D53/86GK1080381SQ9310698
公开日1994年1月5日 申请日期1993年6月15日 优先权日1992年6月18日
发明者W·G·韩金斯, B·布鲁克斯, J·C·奇滕登, W·B·希茨, P·巴德 申请人:剑米索恩公司