本发明大体上涉及控制伴随着含汞或汞化合物的燃料源的燃烧而释放或排放到环境中的汞的量，且更确切地说，涉及控制在处理后的燃烧烟气中汞排放和再次排放的量，以及控制来自海水洗涤操作中的海水废水流中释放的汞的量。
背景技术：
例如煤的燃料源的燃烧产生排放到环境，例如大气中的废气，称为“烟气”。燃料源通常包括在燃烧过程中转化成气态物质的硫和硫化合物，包括硫氧化物，因此硫和硫化合物随后存在于产生的烟气中。燃料源通常还包括元素汞或汞化合物，所述元素汞或汞化合物在燃烧过程中转化成气态元素汞或气态离子汞物质，并且在烟气中作为气态元素汞或气态离子汞物质存在。
因此，烟气包括颗粒、酸性气体、有毒物质和被视为环境污染物的其它杂质。在通过下文称为“烟道”的烟囱排放到大气中之前，烟气经受清洁或处理过程。在煤燃烧时，此处理过程的一个方面通常是脱硫，例如，通常称为湿法烟气脱硫(wfgd)的湿法洗涤操作。
通过将含水碱性浆液引入到wfgd系统的洗涤塔，通常使用wfgd系统将硫氧化物从烟气中清除。含水碱性浆液通常包括将与污染物相互作用以从烟气中清除污染物的碱性材料。用于含水碱性浆液中的碱性材料的实例包括生石灰、石灰石、镁、其组合等。
近年来，越来越关注从烟气中清除汞。目前，存在用于从燃烧烟气中清除汞的各种已知方法。那些方法包括：在用洗涤器清除氧化剂(oxidizing/oxidizedagents)之前，将氧化剂添加到烟气排放控制系统上游的锅炉中；添加反应物以与汞结合并从烟气中清除汞；以及使用特定的煤或燃料以最小化在煤或燃料燃烧时释放的汞的量。
多个通常已知的汞清除方法可有效地产生汞盐，所述汞盐随后可以通过在湿法洗涤操作中使用的含水碱性浆液溶解和清除。这些方法中的一些包括：在湿法洗涤操作的上游，将卤素或卤素化合物，例如溴添加到煤或烟气中，以将元素汞氧化成离子汞并形成汞盐，所述汞盐随后可以伴随着硫氧化物清除过程溶解于含水碱性浆液中。然而，已证实难以控制湿式洗涤器的含水碱性浆液中，或不太典型的海水洗涤器中的汞的清除。此外，当相对于汞清除设计烟气清洁系统时，效率不容易预测。所需排放保证水平通常低至0.3μg/nm3汞，这对应于烟气处理系统的非常高的汞清除效率。
技术实现要素：
本发明的一个方面涉及用于在处理通过燃料源的燃烧产生的燃烧烟气时控制用于汞控制的海水洗涤器系统，以减少汞释放、排放和/或再次排放到例如大气或海洋的环境中的方法。所述方法包括对燃烧烟气进行受控的海水洗涤操作，以控制存在于产生的处理后烟气中的硫氧化物和汞的量。受控的海水洗涤操作包括将燃烧烟气与海水接触，所述海水被控制成具有足够高的亚硫酸盐水平以有效地将其中的hg2+还原成hg0。因此，预定量的未还原hg2+仍保持在产生的废海水中，并且预定量的所得hg0进入或再次排放到处理后的烟气中，以通过烟道释放到环境或大气中。因此，来自燃料燃烧的烟气中存在的hg水平在废海水中存在的汞的量与处理后烟气中存在的汞的量之间平衡。目前，关于海水废水流中存在的汞的量或汞水平的一些规定比处理后烟气流中存在的汞的量或汞水平更严格。通过控制海水洗涤操作，燃料燃烧产生的烟气中存在的汞的量或汞水平可以在海水废水流与处理后烟气流之间分割，以符合各自规定。海水废水流中的hg2+被视为局部污染物并且相应地进行调整。处理后烟气中的hg0在空气中具有非常长的停留时间，即，约6个月至约24个月。因此，处理后烟气中的hg0被视为全球污染物并因此进行调节。控制根据本发明的海水洗涤操作使燃烧烟气中存在的汞的量或汞水平能够在海水废水流与处理后烟气流之间分割，以符合各自规定。
使用亚硫酸盐传感器，例如在wo2013/050990中公开并且通过引用全文并入本文中的亚硫酸盐传感器，从流入海水洗涤器系统的海水或从产生的废海水中获得亚硫酸盐浓度测量值。这些亚硫酸盐浓度测量值用作用于调整供应到海水洗涤器系统的新鲜海水量的基础。调整供应到海水洗涤器系统的新鲜海水量会由于系统中海水总量的变化而改变系统的亚硫酸盐水平，或改变系统的氧化化学计量。因此，控制海水洗涤器系统的亚硫酸盐浓度以在处理后烟气中获得预定的汞含量或汞水平，并且以相对较低操作成本且在不损害硫排放需求的情况下在海水废水流中获得预定的汞含量或汞水平。通过引用全文并入本文中的lindau的us7,524,473，通过改变氧化空气以控制氧化还原电位以及因此控制间接受控的亚硫酸盐浓度来获得汞排放减少。本文所公开的本发明是对lindau的改进，因为氧化还原电位可以通过其它参数，例如溶解的盐浓度来改变，所述参数在类似的亚硫酸盐浓度下产生不同读数。
附图说明
说明本文所公开的主题，本发明附图具有目前优选的实施例。然而，应理解，所公开的主题不限于此图中示出的精确布置和手段，其中：
图1是用于控制海水洗涤器系统以在处理后烟气中获得预定的汞水平并且在海水废水流中获得预定的汞水平，以符合各自规定的系统的示意性表示。
具体实施方式
通过使用亚硫酸盐探针38，例如，在通过引用全文并入本文中的wo2013/050990中所公开的亚硫酸盐探针，出于控制释放、排放和/或再次排放到环境，例如，大气或海洋34中的汞的水平的目的，可以测量和控制供应到海水洗涤器系统18中进行海水烟气脱硫(swfgd)的海水的亚硫酸盐浓度。在本发明的海水洗涤器系统18中，海水盐用于吸收酸性气体，例如，存在于烟气fg中的氧化硫。如此使用的海水收集为废海水，以通过海水洗涤器系统18再循环，以便减少与其相关联的操作成本。尽管成本更高，但作为替代方案，本发明的海水洗涤器系统18可以仅使用新鲜海水fs与烟气fg接触来操作。在仅使用新鲜海水fs与烟气fg接触的情况下，使用布置成与产生的废海水es接触的亚硫酸盐探针38测量亚硫酸盐浓度。获得的亚硫酸盐浓度测量值用于控制供应到海水洗涤器系统18的新鲜海水fs的量，由此控制海水洗涤器系统18内的亚硫酸盐浓度。因此，通过控制添加到海水洗涤器系统18的新鲜海水fs的量，控制海水洗涤器系统18内的亚硫酸盐浓度，由此控制汞形态以及由此控制汞释放、排放和/或再次排放水平。因此，如果需要增加处理后烟气tfg内的汞排放/再次排放水平，则减少新鲜海水fs到海水洗涤器系统18的供应，以获得较高亚硫酸盐浓度以及较高预定的处理后烟气tfg汞排放/再次排放水平。如果需要增加在海水废水流sews中释放的汞的水平，则增加新鲜海水fs到海水洗涤器系统18的供应，以获得海水废水流sews中的较低亚硫酸盐浓度以及较高预定汞水平。通过各自控制在海水废水流sews中释放的汞含量以及处理后烟气tfg中汞排放和/或再次排放量，以实现符合各自的规定。
在通过海水洗涤器系统18再循环废海水的情况下，控制添加到海水洗涤器系统18的新鲜海水fs的量，以便控制再循环后废海水中的亚硫酸盐浓度，由此控制汞形态以及由此控制汞释放、排放和/或再次排放水平。可选地，可以将氧化空气54吹入再循环的废海水es中，作为控制其中的亚硫酸盐浓度的另一方式。控制再循环的废海水es中的亚硫酸盐浓度来控制汞形态，以及由此控制汞释放、排放和/或再次排放水平。如果需要增加处理后烟气tfg内的汞排放/再次排放水平，则控制新鲜海水fs和/或氧化空气54的供应以提供较少量的新鲜海水fs和/或氧化空气54，从而获得较高亚硫酸盐浓度以及较高预定的处理后烟气tfg汞排放/再次排放水平。如果需要增加在海水废水流sews中释放的汞的水平，则控制新鲜海水fs和/或氧化空气54的供应以提供更大量，从而获得海水废水流sews内的较低亚硫酸盐浓度以及较高预定汞水平。
现在参考图1，说明本发明的系统10的一个实施例。系统10包括用于含碳燃料14，例如但不限于煤的燃烧的锅炉12。含碳燃料14的燃烧产生烟气fg，所述烟气包括例如氧化硫的酸性气体、例如汞的气态重金属、颗粒等，下文统称为污染物。烟气fg通过流体连接导管16从锅炉12的出口20流出并且流入流体连接的海水洗涤器系统18的入口22中，以进行海水烟气脱硫swfgd。任选地，本领域技术人员已知的额外设备系统可以布置在锅炉12与海水洗涤器系统18之间，但出于清楚起见本文中未进行描述。
一旦进入海水洗涤器系统18，在其中竖直向上流动的烟气fg与在其中竖直向下流动的海水接触，用于对烟气fg中的污染物进行海水盐吸收。尽管出于清楚起见，海水洗涤器系统18在本文中描述为喷洒式洗涤塔，但是本领域技术人员已知的其它类型的海水洗涤器系统同样适用。在海水洗涤器系统18内，海水通过洗涤塔30的上部部分28中的一个或多个开口或喷嘴26引入。如上所述，海水吸收来自烟气fg的污染物，例如氧化硫，以进行海水烟气脱硫swfgd。汞盐的清除伴随着此海水烟气脱硫swfgd过程。此类污染物从烟气fg的清除产生处理后烟气tfg。处理后烟气tfg通过出口32从海水洗涤器系统18流出。处理后烟气tfg可以通过流体连接导管33a从出口32流向流体连接烟道33，以释放到环境，例如大气，或其它排放控制设备(未示出)。
海水通过流体连接的管道36a和泵36从流体连接的新鲜海水源34，例如海洋传送到喷嘴26。传送到喷嘴26的新鲜海水fs的量取决于若干因素，例如但不限于，存在于洗涤塔30中的烟气fg的量、烟气fg中的污染物的量和/或海水洗涤器系统18的设计。在海水直接接触烟气fg并从其吸收污染物之后，由此产生的废海水es收集在洗涤塔30的底部24中的收集槽37中。在添加来自海水源34的一定量新鲜海水fs或不添加来自海水源34的一定量新鲜海水fs的情况下，海水洗涤器系统18可以通过管道36a和泵39将收集的废海水es再循环到喷嘴26。作为替代方案，海水洗涤器系统18可以用作“直流式(oncethrough)”系统，其中仅新鲜海水fs供应到喷嘴26以与如上所述流过其的烟气fg接触。在将海水洗涤器系统18用作直流式系统的情况下，产生的废海水es是通过出口70从海水洗涤器系统18排出的海水废水流sews。
为了在再循环废海水es时控制从洗涤塔30的汞释放、排放和/或再次排放，一个或多个亚硫酸盐传感器38布置在管道36a中，与供应到洗涤塔30中的喷嘴26的海水直接接触。亚硫酸盐传感器38测量分散在洗涤塔30内的海水的亚硫酸盐浓度。亚硫酸盐传感器38可以连续地或以预定间隔测量海水亚硫酸盐浓度。例如，用于亚硫酸盐浓度测量的预定间隔可以通过与亚硫酸盐传感器38通信连接的控制装置40自动地确定，或通过用户手动地确定。同样，可选地，亚硫酸盐传感器38可以布置成与洗涤塔30中或下游位置中的废海水es接触，以便测量其亚硫酸盐浓度。
通过亚硫酸盐传感器38测量的亚硫酸盐浓度作为指示测量到的亚硫酸盐浓度的信号42发送到控制装置40。控制装置40可以包括，例如但不限于，计算机、微处理器、专用集成电路、电路系统或能够从不同源传输和接收电信号，至少临时地存储由此信号42指示的数据，以及对由此信号42指示的数据执行数学和/或逻辑运算的任何其它装置。控制装置40可以包括或连接到监视器、键盘或其它用户接口，并且包括相关联的存储器装置44。
控制装置40将测量到的亚硫酸盐浓度与作为设定点的一个或多个预定亚硫酸盐浓度值相比较，所述设定点可以存储在存储器装置44中。预期一个或多个预定亚硫酸盐浓度电位值可以包括单个值或一系列值。预定值可以是用户输入参数。例如，预定亚硫酸盐浓度值可以从约300mg/l至约500mg/l，或从约25mg/l至约150mg/l。通过“预定”，仅意味着在与通过亚硫酸盐传感器38测量到的实际测量到的亚硫酸盐浓度进行比较之前该值是确定的。
测量到的亚硫酸盐浓度与一个或多个预定亚硫酸盐浓度值的比较以使控制装置40将控制信号50提供到海水供应阀51和/或鼓风机52。海水供应阀51响应于控制信号50而调整通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水的量。调整通过喷嘴26引入到流体连接洗涤塔30中的新鲜海水的量可调整分散在洗涤塔30内以与烟气fg直接接触的海水的亚硫酸盐浓度。任选地，鼓风机52可以用于响应于控制信号50而调整通过流体连接管道53从流体连接氧化空气源56引入到收集在流体连接收集槽37中的废海水es中的氧化空气54(例如，含氧气体)的量。氧化空气54可以是含有任何氧气量的任何气体，例如但不限于，可以用作含氧气体的空气。调整引入到流体连接收集槽37中的氧化空气54的量可调整存在于收集槽37中的废海水es的亚硫酸盐浓度。
例如，如果测量到的亚硫酸盐浓度和预定亚硫酸盐浓度值的比较显示测量到的亚硫酸盐浓度大于预定亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到海水供应阀51。海水供应阀51由此响应于控制信号50而调整，以增加通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水fs的量。相反地，如果比较显示测量到的亚硫酸盐浓度低于预定亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到海水供应阀51。海水供应阀51由此响应于控制信号50而调整，以减少通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水fs的量。因此，可以控制通过烟道33释放到环境的处理后烟气tfg内存在的汞排放和/或再次排放水平，以及在最小化新鲜海水fs消耗/废海水es产生的同时，可以控制通过出口70释放的海水废水流sews中存在的汞水平。预期控制装置40可以采用已知的控制算法，例如，比例、积分和/或微分控制算法，以响应于测量到的亚硫酸盐浓度和预定亚硫酸盐浓度值的比较而调整控制信号50。
对于另一实例，可选地，如果测量到的亚硫酸盐浓度和预定亚硫酸盐浓度值的比较显示测量到的亚硫酸盐浓度大于预定亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到鼓风机52，以使得鼓风机52增加通过输入端58引入到收集槽37中的氧化空气54的量。相反地，如果比较显示测量到的亚硫酸盐浓度小于预定亚硫酸盐浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到鼓风机52，以使得鼓风机52减少通过输入端58引入到收集槽37中的氧化空气54的量。因此，可以控制通过烟道33释放到环境的处理后烟气中的汞排放和/或再次排放水平，以及在最小化氧化空气54消耗的同时，可以控制通过出口70释放的海水废水流sews中存在的汞水平。预期控制装置40可以采用已知的控制算法，例如，比例、积分和/或微分控制算法，以响应于测量到的亚硫酸盐浓度和预定亚硫酸盐浓度值的比较而调整控制信号50。
可选地，汞测量装置48可以用于本发明的海水洗涤器系统18中，以测量汞释放电平和/或汞排放/再次排放水平。汞测量装置48是适用于测量来自洗涤塔30的海水废水流sews中的汞释放水平，和/或处理后烟气tfg中的汞排放/再次排放水平的任何装置。实例包括但不限于，连续排放监视器(cem)，例如，冷蒸气原子吸收光谱测定法(cvaas)、冷蒸气原子荧光光谱测定法(cvafs)、原位紫外线差分光学吸收光谱法(uvdoas)和原子发射光谱法(aes)。因此，汞测量装置48测量处理后烟气tfg和海水废水流sews中的汞水平以获得汞测量值。从汞测量装置48产生的汞测量值作为电子信号46发送到控制装置40。测量到的汞水平可与亚硫酸盐浓度测量值相结合用于控制装置40中，以调整和控制海水洗涤器系统18操作参数中的一个或多个。作为一个实例，测量到的汞水平作为电子信号46由一个或多个汞测量装置48发送到控制装置40，以与预定汞浓度值和/或相关的预定亚硫酸浓度值相比较。基于比较，控制装置40可以将控制信号50提供到海水供应阀51和/或鼓风机52。海水供应阀51由此响应于控制信号50而调整通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水fs的量。同样，鼓风机52由此响应于控制信号50而调整通过输入端58从流体连接氧化空气源56引入到洗涤塔30中的氧化空气54的量。通过对引入到海水洗涤器系统18中的新鲜海水fs和/或氧化空气54的量这样的调整，可以控制海水洗涤器系统18以及因此存在于其中的汞，以获得在各自生产的处理后烟气tfg和生产的海水废水流sews中的所需汞水平，以各自符合规定。
例如，如果测量到的汞浓度和预定汞浓度值的比较显示测量到的汞浓度大于存储在控制装置40的存储器装置44中的预定汞浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到海水供应阀51。海水供应阀51由此响应于用于亚硫酸盐浓度调整的控制信号50而调整，以增加通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水fs的量。相反地，如果比较显示测量到的汞浓度低于存储在控制装置40的存储器装置44中的预定汞浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到海水供应阀51。海水供应阀51由此响应于用于亚硫酸盐浓度调整的控制信号50而调整，以减小通过喷嘴26从流体连接海水源34引入到洗涤塔30中的新鲜海水fs的量。因此，可以控制通过烟道33释放的处理后烟气tfg中存在的汞排放和/或再次排放水平，以及在最小化新鲜海水fs消耗/废海水es产生的同时，控制通过出口70释放的海水废水流sews中的汞水平。预期控制装置40可以采用已知的控制算法，例如，比例、积分和/或微分控制算法，以响应于测量到的汞浓度和预定汞浓度值的比较而调整控制信号50。
对于另外的实例，可选地，如果测量到的汞浓度和预定汞浓度值的比较显示测量到的汞浓度大于预定汞浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到鼓风机52，以使得鼓风机52增加通过输入端58引入到收集槽37中用于亚硫酸盐浓度调整的氧化空气54的量。相反地，如果比较显示测量到的汞浓度小于预定汞浓度值，则控制装置40可以将控制信号50提供到鼓风机52，以使得鼓风机52减小通过输入端58引入到收集槽37中用于亚硫酸盐浓度调整的氧化空气54的量。因此，可以控制通过烟道33释放的处理后烟气tfg中存在的汞排放和/或再次排放水平，以及在最小化氧化空气54消耗的同时，控制通过出口70释放的海水废水流sews中存在的汞水平。预期控制装置40可以采用已知的控制算法，例如，比例、积分和/或微分控制算法，以响应于测量到的汞浓度和预定汞浓度值的比较而调整控制信号50。
鼓风机52可以具有能够将变化量的氧化空气54引入到收集槽37中的废海水es的任何合适类型。如图1中所说明，强制氧化系统60包括入口轮叶62，所述入口轮叶操作用于响应于从控制装置40产生的控制信号50而调整从氧化空气源56进入鼓风机52的氧化空气54的量。尽管入口轮叶62是用于调节供应到收集槽37的氧化空气54量的合适装置，但是可以采用其它类型的装置和方法，例如，通过管道64a或通过控制鼓风机52的速度将一些空气排放到大气的鼓风机52下游的阀门64。另外，强制氧化系统60可以连接到收集槽37中的搅拌器66，以在收集的废海水es中分配氧化空气54。
用于使用图1中所说明的系统10的一个方法是将燃烧烟气fg供应到海水洗涤器系统18的洗涤塔30，以将流过其的烟气fg与海水直接接触，从而从烟气fg中清除污染物。此方法包括使用一个或多个亚硫酸盐传感器38测量海水洗涤器系统18中的亚硫酸盐浓度，以与预定亚硫酸盐浓度值相比较；以及调整供应到海水洗涤器系统18的新鲜海水fs和/或氧化空气的量，以增加或减少亚硫酸盐浓度以控制产生的处理后烟气tfg和产生的海水废水流sews中的汞释放、排放和/或再次排放水平，以符合各自规定。
用于使用图1中所说明的系统10的另一方法是将燃烧烟气fg供应到海水洗涤器系统18以与海水直接接触，以从烟气fg清除污染物；使用一个或多个亚硫酸盐传感器38测量进入海水洗涤器系统18的海水中的亚硫酸盐浓度，以与预定亚硫酸盐浓度值相比较；以及调整一个或多个海水洗涤器系统18参数以增加或减小亚硫酸盐浓度，以控制产生的处理后烟气tfg和产生的海水废水流sews中的汞释放、排放和/或再次排放水平，以符合各自规定。
用于使用图1中所说明的系统10的另一方法是将燃烧烟气fg供应到海水洗涤器系统18以与海水直接接触，以从烟气fg清除污染物；使用一个或多个汞传感器48测量海水洗涤器系统18中的汞浓度，以与预定汞浓度值和/或相关的预定亚硫酸盐浓度值相比较；以及调整一个或多个海水洗涤器系统18亚硫酸盐浓度参数，以控制产生的处理后烟气tfg和产生的海水废水流sews中的汞释放、排放和/或再次排放水平，以符合各自规定。
尽管已相对于本发明的示范性实施例描述和说明本发明，但是本领域技术人员应理解，可以对所公开的方法和系统作出前述和各种其它改变、省略和添加。