专利名称：氨试剂在控制NOx，SOx和微粒散发中的应用的制作方法
总的来说，本发明涉及燃烧化石燃料的锅炉的NOx，SOx和微粒的排放系统，更具体地说则是涉及其中使用氨试剂的这类系统。
燃烧的副产物是烟道气，这对所有化石燃料来说都一样，还有灰，对煤的燃烧来说其量相当大，对石油的燃烧来说则要少一些。
烟道气含有微粒物质和一些气态的燃烧产物，若其排放量足够大，则会造成空气污染。烟道气含有一氧化碳和碳粒。烟道气带来的问题主要起因于飞灰和硫和氮的氧化物。
使用烟囱可以成功地把气体和悬浮的微粒物质分散到广大地区。其高度随设备规模增大而增高，特别是在狭窄的山谷地区，需要把气体分散到四周群山之外，所用的烟囱高度可高达1200呎。
虽然烟囱对气体的分散是有效的，但在工业集中地区，在空气不流动期间，从许多烟囱中排放的气体会使大气变得超负荷。在潮湿，多雾的天气，当烟和雾覆盖该地区时，效果特别不好。这样，当污染物的总排放达一定量时，仅靠烟囱就不能构成对社区健康和舒适的有用的保障了，因而需要除去微粒，氧化氮(NOx)和氧化硫(SOx)的特殊的设备。
微粒或灰的排除和处理问题在燃料为例如煤的情况下是特别显著的。现已用静电沉积器和其它微粒收集器从烟囱中除去这种微粒。
对粉煤燃烧锅炉而言，由于所有的燃烧都是在悬浮的状态下完成的，结果约80-90％的灰留在烟道气中，因而尤其需要除去微粒。
为了达到清洁烟囱的目的，目前通常需用高效微粒收集器以便从燃料以悬浮状态燃烧的设备的烟道气中除去飞灰。静电沉积器是最广泛使用的且是较好的微粒收集器。
静电沉积器使待收集的粒子带上电荷，然后靠静电力驱动带电粒子至收集屏障中。沉积器操作包括四个基本步骤1.在放电电极和收集屏障之间保持强，高压电场。
2.用强电场使载体气体电离。这些气体离子转而使夹带的粒子带电。
3.仍在静电场存在下，带负电荷的粒子被吸引到带正电荷(接地)的收集屏障上。
4.通过轻敲，将收集的粉尘抖落至贮藏漏斗中。
静电沉积器的收集效率与粒子暴露在静电场中的时间，电场的强度和粉尘粒子的电阻率有关，与其它类型的设备相比，通常可以令人满意的费用获得超过99％的效率。
通过对按临界条件设计的沉积器中的烟道气的调节，使该技术得到了改进，以符合现时的低排放标准(0.03-0.1lb/106Btu)，并提高了微粒收集。通常，可将三氧化硫(SO3)和/或氨(NH3)注入沉积器而无需进行全面改装。对NH3的均匀地注入的控制和烟道气经沉积器时的分布对降低微粒散发都是重要的。对于燃煤设备而言，通常在烟道气中使用2-10ppm量的NH3来调节烟道气和微粒，这样可避免在收集到的将予清除的飞灰中有过量的NH3。这种氨注入导致更多的微粒被除去，以及由于氨与SO3反应而脱硫从而除去一些SOx。对于燃油设备而言，NH3与SO3反应生成微粒，防止了在烟囱出口处生成酸雾。
静电沉积器通常位于空气加热器和SCR(选择性催化还原)设备的下游。该设备用于除去NOx，并联合地使用氨和催化剂床以使NOx还原。
SCR催化剂通常为平板型或蜂巢型，已开发成为可在市场上购得的商品。在除去NOx的过程中的主要反应为
为了除去燃烧过程中产生的SO2，在称为烟道气脱硫(FGD)设备的板/喷雾型吸收器中处理烟道气，将SO2降低至所要求的量(减少80-95％)。这种设备用石灰，有时用氨喷淋液进行脱硫反应。
当前，Walther过程用氨FGD，随后再用SCR除去NOx。在已有文献的Walther过程中，SCR放在FGD洗涤器的下游。
在已知的操作中，NOx和SOx的除去和静电沉积器的使用在顺序上是可变的。这样，尽管可在已有文献中看到在SCR中静电沉积器中和FGD技术中独立地注入氨，但至今尚无这样的一类系统，即以特定的排列次序将所有三个系统连成整体并通过单一的受控的氨源把氨施加于所有三个系统中。
本发明通过提供使用有氨注入的SCR、静电沉积器和FGD的排放系统，其中氨以受控的速率从单一的氨供给源加以注入，解决了与已有文献的排放控制系统及其它的有关的问题。
为了达到这一目的，排放控制系统将与空气或烟道气进行过有控制的混合的NH3注入位于锅炉烟道气排出处的SCR设备中。通过SCR设备的催化剂床的氨量视烟道气中NOx的浓度和SCR催化剂床的NOx还原作用而定。通常将NH3的逃逸(NOx还原过程中的过量NH3)控制在2-10ppm，不给下游设备造成不利影响。SCR的温度范围保持在550-750°F。
来自SCR的烟道气通过空气加热器到达静电沉积器。在此，再将额外的NH3与所需的空气在沉积器之前注入烟道气中，在约300°F进行气体调节，以加强减少飞灰的排放。另外，从SCR系统中形成的SO3通过气体调节进一步地改善了按临界条件设计其大小的沉积器的性能。
来自沉积器的烟道气到达FGD设备，在此，NH3与来自设备中的作为烟道气骤冷流的再循环液体混合后，以液体状态注入其中。再循环混合物将沉积器出来的气流从在FGD设备入口处的约300°F温度骤冷至约130°F。由于突然冷却，大部分由SO3和HCl反应生成的气溶胶将在FGD设备的入口处冷凝。如有需要，注入额外的氨。
如上所述，可以看到本发明的一个方面，那就是提供一套综合的有氨注入的排放控制系统，用以还原NOx、控制微粒和除去SO2。
本发明的另一个方面是为上述排放控制系统提供一个单一的受控的氨源。
本发明的这些和其它方面在纵览下述结合附图
的较佳实施例的描述后将得到更全面的理解。
附图为本发明的排放控制系统的简图。
现参照该图，所示者系一种较佳的排放控制系统。应该理解，本发明并不局限于此。附图所示者为一排放控制系统10，它包含与锅炉17的烟道气排出管15相连的一系列设备，即选择性催化反应器(SCR)12，静电沉积器14和烟道气脱硫(FGD)设备16。锅炉17通过燃烧被空气稀释的化石燃料而产生热，空气和化石燃料分别沿管路20和18供入锅炉17中。燃烧副产物从烟道15排出，它包含飞灰微粒并伴有NOx和SOx污染物，所有这些都必须在烟囱22排放烟道气分散至周围环境之前由排放控制系统10基本加以除去。
SCR系统12在空气加热器24的上游，嵌在锅炉17的烟道排气管15和空气加热器间，且它包括一个催化剂床(未图示)，在其上游有注射氨的格栅(未图示)，以便将氨混合物均匀地喷入需与之混合的烟道气中，然后使混合物通过SCR催化剂床。NOx和氨在催化剂床中反应，形成氮气N2和水。催化剂也氧化少量的SOx中的SO2成SO3。这种催化剂床是已知的且可以商品购得。
氨水从贮存箱(未图示)沿管道26至比率控制器28，供入SCR中，在28中控制氨水的流动以符合NOx还原之需。用沿管道30供入的稀释介质蒸发氨并将其稀释至按预定的稀释比。稀释介质可为来自锅炉15的烟道气或蒸发氨的热空气。将氨和稀释介质的混合物沿管道32供入SCR的注射格栅，借此从烟道排放气中基本除去NOx，然后使它们排入空气加热器24，再沿管道34进入静电沉积器14。
静电沉积器14为已知结构且承受了沿管道34进入其中的飞灰粒子，并在其中的收集面上收集这些粒子。周期性地对收集板进行轻敲使沉积其上的飞灰落入漏斗36，从其中收集飞灰，加以处理。
已知这种沉积器的性能可通过用三氧化硫和氨处理进入的气体而得到提高。这种气体处理改进了粒子的电阻率和粘结性从而改进沉积器14的效率。要提醒一下，催化剂床的输出物中产生一些SO3。将氨通过与管道2及含稀氨的管道32相连的控制器38经管道34加至沉积器入口，使氨与SCR的排出气混合，在静电沉积器14中提供2-10ppm水平的氨量。现在在沉积器14的出口处的烟道气基本上已不含NOx和飞灰之类的微粒，然后将这种烟道气沿管道40供入烟道气脱硫设备FGD16中进行SOx的去除。
FGD设备16为板/喷雾型吸收器，其中使用氨喷雾溶液将SO2减少80％-95％。供入SCR的氨也沿管道26供入再循环箱42中，氨混合物从循环箱42由管道44喷入FGD设备16的入口46。这种含氨溶液的注入使沿管道40的来自沉积器的烟道气骤冷，从约300°F冷至约130°F。这种突然冷却使由SO3和HCl反应生成的大量气溶胶在吸收盘48以下的入口46处冷凝。从管道50向塔盘48供入额外的氨。经骤冷后的烟道气通过塔盘48，其中每一塔盘用于按气-液平衡关系洗涤烟道气中的SO2。由于NH3试剂是挥发性的，盘中的液体浓度梯度比只用喷淋的吸收系统更易控制。在盘塔中，没有大量的喷淋液滴的存在，减少了细雾之被带出。在雾排除器59处从管道52引入新鲜的水，作为对洗涤器系统的一种补充并保持雾排除器清洁。氨，水和反应产物的混合物被收集在FGD设备的底部，并沿管道56排至再循环箱54，从该箱中，该混合物沿管道50，58和60在FGD设备中进行再循环。过量的液体混合物也供入再循环箱42中，以向FGD设备及贮存箱62提供含氨的骤冷溶液，在FGD设备16的底部喷射空气，使亚硫酸氢铵-亚硫酸铵氧化成硫酸铵。将来自贮存箱62的这种(NH4)2SO4溶液进行进一步加工，获得固体颗粒产品并作为肥料出售。
从管道40排出的烟道气在如上所述的FGD设备16中经过处理后，成为从管道64流至烟囱22的基本上不含NOx，SOx和微粒的烟道气。
应该理解，为了简明和易读起见，一些明显的改进，替换的实施方案和扩大部分在此均予删除，但它们全都在下述权利要求书的范围内。例如，NH3试剂在排放气处理上的类似应用也包括如冶炼厂，硫酸厂，垃圾处理设备(城市垃圾焚化炉)和流化床燃烧系统等工业领域。同样地，基于现场特定条件的氨注入过程的不同的结合也可被使用于两种场所(SCR与ESP，ESP与洗涤器，或SCR与洗涤器)。
权利要求
1.一种用于锅炉的烟道气处理的系统，其特征在于它包括连接一个有氨注入的选择催化还原(SCR)设备以便从锅炉烟道排放气中除去NOx；带有一个静电沉积器，有预定量的氨注入其中，以增强从锅炉的烟道排放气中排除微粒；和连接一个烟道气脱硫(FGD)设备，注入氨试剂于其内，以除去从锅炉产生的SOx。
2.如权利要求1所述的烟道气处理系统，其特征在于有一个单独的氨源与所述SCR，所述FGD和所述静电沉积器相连。
3.如权利要求1所述的烟道气处理系统，其特征在于它还包括控制器装置，以使注入于所述沉积器中的氨足能在烟道气中保持于2-10ppm。
4.如权利要求1所述的烟道气处理系统，其特征在于它还包括位于烟道气进入所述FGD设备的入口处的注入氨的骤冷管道，将烟道气的温度骤冷至约130°F。
5.如权利要求4所述的烟道气处理系统，其特征在于所述FGD设备包括吸收盘塔和位于所述骤冷管道下游的雾排除器。
6.如权利要求5所述的烟道气处理系统，其特征在于它还包括第二氨注入管道，用于将氨注入所述的吸收盘塔。
7.如权利要求6所述的烟道气处理系统，其特征在于它还包括在所述FGD设备底部的喷射空气的管道，用于将亚硫酸氢铵-亚硫酸铵氧化成硫酸铵。
8.如权利要求4所述的烟道气处理系统，其特征在于所述的SCR与位于空气加热器上游的锅炉烟道相连。
9.如权利要求8所述的烟道气处理系统，其特征在于所述的静电沉积器与所述空气加热器的排气口相连。
10.如权利要求9所述的烟道气处理系统，其特征在于所述的FGD设备与所述沉积器的排气口相连。
11.如权利要求2所述的烟道气处理系统，其特征在于锅炉为燃烧化石燃料的锅炉。
12.一种包含NOx，SOx和微粒排除设备的处理锅炉的烟道排放气的方法，其特征在于该方法包括下述步骤将氨和空气的稀释混合物注入NOx排除设备中；同时将预定量的氨注入静电沉积器设备中；以及同时将氨液体试剂混合物注入FGD单元中。
13.如权利要求12所述的处理烟道排放气的方法，其特征在于所述氨混合物在两个不同的位置，即骤冷入口处和塔盘上方处注入FGD设备中。
14.如权利要求12所述的处理烟道排放气的方法，其特征在于在静电沉积器中注入足量的氨，以保持烟道气中有2-10ppm氨。
15.如权利要求12所述的处理烟道排放气的方法，其特征在于将足量的氨液体混合物注入FGD单元，使其中的温度骤冷至约130°F，并降低烟道气中的SO2。
全文摘要
一种燃烧煤锅炉的烟道气排放控制系统，它使用独立的除去NOx，SOx和微粒的设备，并将氨从一个单独的来源注入所有三个设备中。
文档编号C01C1/00GK1132107SQ9511967
公开日1996年10月2日 申请日期1995年11月6日 优先权日1994年11月4日
发明者P·A·巴特, D·P·托恩 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司