喷雾干燥器吸收器和相关方法

喷雾干燥器吸收器和相关方法
【专利说明】喷雾干燥器吸收器和相关方法 本发明专利申请是申请日为2008年9月12日，申请号为200810213897. 0,发明名称为 "喷雾干燥器吸收器和相关方法"的发明专利申请的分案申请。 技术领域 本发明总体涉及用于从燃烧矿物燃料时产生的气体中除去污染物的环境污染控制设 备领域，更具体地，涉及用于从上述气体除去酸气体混合物的喷雾干燥器吸收器。所述气体 是通过工业过程以及产生发电用蒸汽的燃烧过程中产生的。 【背景技术】 发电厂和其他燃烧矿物燃料（如，煤、油品、石油焦和/或废弃物）的工业在燃烧过程 中产生各种污染物，除了其他物质外，包括在产生的废气中的酸气体（如硫氧化物）和其他 不需要和/或不希望的化学混合物。 降低废气中硫氧化物含量的最常用方法之一是通过喷雾干燥的化学吸收方法，也称作 干洗涤，该方法中，将碱水溶液或浆液细雾化（通过例如机械雾化器，双重流体雾化器或旋 转雾化器细雾化），并喷入热废气中，以除去污染物。为更好理解喷雾干燥的化学吸收过程 或干洗潘，读者可参考STEAM its generation and use,第41版，Kitto和Stultz著，版 权所有? 2005,鲍勃科克和威尔考克斯公司（The Babcock&Wilcox Company),特别是第35 章，第35-12至35-18页，其内容全文参考结合于本文。 喷雾干燥吸收（SDA)反映了该过程中涉及的主要反应机理：将碱试剂浆液在热废气流 中雾化为细小液滴，并从该气流吸收S02和其他酸气体。该过程也称作半干燥洗涤，区别于 将干固体试剂注入废气的过程。 在典型的锅炉设施中，SDA设置在集尘器之前。离开最后的热阱（通常是空气加热器） 的废气的温度为250-350° F(121-177°C )，该废气进入喷雾室，在该喷雾室中将试剂浆液 喷入气流中，将该气流冷却至150-170° F(66-77°C)。可以使用静电集尘器（ESP)或织物 过滤器（集尘袋（集尘袋）来收集试剂、飞灰和反应产物。集尘袋s主要选择用于U. S. SDA 设施（超过90% )，并在达到类似的总系统放减少情况提供更低的试剂消耗。 S02吸收主要发生在通过喷射使水蒸发和使废气绝热冷却时。试剂的化学计量和近似 温度（approach temperature)是控制涤气器的S02去除效率的两个主要变量。化学计量 量是消耗的试剂与进口 S02或在该过程中除去的SO 2量的摩尔比值。依据可获得的试剂和 废气中的酸气体含量，该化学计量可以在很宽的范围内变化；如，约为1至大于10。离开干 涤气器的废气温度与绝热饱和温度之间的差称作近似温度（approach temperature)。对低 水分的烟煤，废气的饱和温度通常在115-125° F(46-52°C)范围，对高水分次烟煤或褐煤， 废气的饱和温度在125-135° F(52-57°C)范围。302吸收的最佳条件必须与实际的干燥条 件综合考虑。 在干涤气器中使用的主要试剂是石灰衆液，可通过对高1丐石灰卵石（peddle lime)进 行熟化而形成。该熟化过程可以使用球磨或简便的滞留熟化器（detention slaker)。只使 用石灰浆液的SDA系统被称作单程系统。一些石灰在废气最初从喷雾室通过后仍未反应， 并可能用于进一步的S02收集。收集在ESP或者集尘袋中的固体可与水混合，与SDA试剂 一起再注入到SDA的喷雾室内。 如果燃料硫含量较低和/或燃料含有足量的碱，如已知一些类型的煤和油页岩的情 况，灰份颗粒本身可以用作SDA中的试剂源。通常，燃料中能实现足够的硫捕获的碱是碳酸 钙（CaC03)。 能用作为SDA中捕获S02的试剂源的灰份颗粒的另一个实例是来自循环流化床（CFB) 锅炉的灰份。这种类型的锅炉通常使用石灰石，石灰石具有碳酸钙作为主要组分，将石灰石 输入炉中，用于在炉中捕获燃烧过程中产生的S02。 无论是燃料部分还是石灰石部分，碳酸钙在炉中都进行煅烧，即释放二氧化碳气体并 产生固体氧化钙，CaO(也称作石灰）： CaC03- CaO+CO 2 CaO与炉气体中的S02反应，因此产生硫酸钙： Ca0+S02+l/202- CaSO 4 该反应中产生的硫酸钙覆盖颗粒表面，形成S02不能透过的壳，因此停止反应并使其芯 中的CaO未能被利用。 为与SDA中的S02反应，含碱的灰份颗粒必须再活化。这可以通过喷雾水湿润这些颗 粒来实现。这种情况下，替代喷射石灰浆液，可将水喷入SDA的废气中。 典型的SDA过程如下。废气进入喷雾干燥器吸收器，在该吸收器中气流被试剂浆液或 水喷雾冷却。然后，混合物继续通过积尘袋，用来除去颗粒，然后进入感应通风机（induced draft fan)，向上通过堆叠 （passing up the stack)。如果使用石灰衆液作为试剂，将石 灰卵石（CaO)与水按照控制的比例混合以保持高熟化温度，该温度有助于在水合石灰浆液 (18-25%固体）中产生高表面积的细小水合石灰（Ca(0H)2)颗粒。收集在集尘袋中的一部 分飞灰、未反应的石灰和反应产物与水混合，作为高固体含量（通常35-45%)的浆液返回 SDA。将剩余的固体导入储存筒仓，供副产物利用或处置。将新鲜的石灰和循环的浆液（如 果存在）在到达雾化器之前进行合并，以便能快速响应气流、进口 S02浓度和SO 2排放中的 变化，以及将结垢的可能性减至最小。 SDA中的502吸收发生在各浆液液滴或者湿润的灰颗粒中。大多数反应在含水相中发 生；S02和碱组分溶入液相，液相中的离子反应产生相对不溶的产物。该反应历程可描述如 下：
上述反应总体描述了当从废气传热至浆液液滴或湿润的灰颗粒，使浆液液滴或水从湿 润的灰颗粒表面蒸发时发生的情况。当存在液态水时发生so2的快速吸收。通过在试剂进 料的浆液中加入潮解性的盐可减慢干燥速度，延长有效去除so2的时间。如氯化钙的盐还 提高了最终产物中的平衡水分含量。但是，因为使用这些添加剂改变了系统的干燥性能，必 须对操作条件进行调整（一般是提高近似温度），以提供SDA和灰处理系统良好的长期可操 作性。在干涤气器上游注入氨也能提高S02的去除性能。通过在下游颗粒收集器中与固体 反应能以较慢的速率继续进行S02吸收。 SDA/集尘袋组合通过以下总结的反应也提供了对HC1，HF和放的有效控制：
[0034] 对试剂消耗的适当计量除了要考虑在该过程中去除302外，还必须考虑这些副反 应。 喷雾干燥器吸收器（SDA)可以是独立的结构，或者是整合烟道的一部分，位于一个或 多个颗粒收集装置，如一个或多个集尘袋或静电集尘器之前。在任一情况，一个或多个SDA 应对石灰浆液和/或水（喷射用于对灰颗粒润湿）的液滴提供足够的停留时间，以能完全 干燥。不能完全干燥将导致胶接的灰生长沉积在一个或多个SDA的壁上，使它们不能操作。 试剂分配部件可能发生故障，如喷嘴堵塞，这可能会导致试剂液滴急剧增大。这种情况下， 即使是大型SDA也不能实现完全干燥。因此，降低这种SDA的长期可靠性。 因此，本领域需要能提高SDA操作可靠性、同时减小其尺寸的设备和/或方法。
【发明内容】
如下面详细描述的，本发明中，向一个或多个SDA提供不含碱或碱含量低的颗粒物质， 以提高SDA的可靠性和/或紧密性。 本发明总体涉及在一种或多种酸气体的来源下游使用喷雾干燥器吸收器。在一个实施 方式中，本发明涉及改进的喷雾干燥器吸收器，该喷雾干燥器吸收器可以与一种或多种酸 气体的来源如循环流化床（CFB)锅炉组合使用。 一个实施方式中，本发明涉及用于降低喷雾干燥器吸收器中胶接可能性的系统。该系 统包括至少一种气体如包含至少一种酸化合物的至少一种气体的至少一个来源，至少一种 气体中酸化合物的浓度必须降低。还提供至少一种喷雾干燥器吸收器，该喷雾干燥器吸收 器使用至少一种含碱试剂，用于和至少一种酸化合物反应。此外，提供至少一种用于将至少 一种颗粒混合物与至少一种含碱试剂组合引入至少一种气体的装置，其中至少一种颗粒混 合物不含碱或碱含量很低。 在另一个实施方式中，本发明涉及操作具有喷雾干燥器吸收器的系统，来降低喷雾干 燥器吸收器中胶接的可能性的方法，该方法包括以下步骤：(A)自至少一个来源提供至少 一种气流，其中，所述至少一种气流含有至少一种酸化合物，该酸化合物的含量必须降低； (B) 提供喷雾干燥器吸收器，该喷雾干燥器吸收器设计用来接受自至少一个气源的至少一 种气流，喷雾干燥器吸收器中使用至少一种含碱试剂，用于和所述至少一种酸化合物反应； (C) 提供至少一种用于将至少一种颗粒混合物引入至少一种气流的装置，以降低操作期间 喷雾干燥器吸收器中发生胶接的可能性，其中，至少一种颗粒混合物不含碱或碱含量很低。 在所附权利要求书中具体指出了表征本发明的新颖性的各种特征，并形成本说明书的 一部分。为了更好理解本发明，对本发明的操作益处以及使用本发明能实现的具体益处可 参见附图和说明内容，在附图和说明内容中说明了本发明的优选实施方式。 附图简述 图1是本发明系统在将含碱试剂从气流之外的来源（如含碱试剂是石灰浆液）注入该 气流中时的简化示意图；和 图2是本发明系统在将含碱试剂从与气流相同的来源（如含碱试剂是来自燃烧器的飞 灰石灰）注入时的简化示意图。 【具体实施方式】 参见附图，设计相同的附图标记来表示附图中的相同元件或功能类似的元件，参见图 1，本发明涉及一种用来降低气体中所含酸化合物的浓度的喷雾干燥器吸收器（SDA)法以 及设备。SDA提供在气体来源的下游。 在如图1所示的一个实施方式中，该系统包括含至少一种酸化合物的气体的来源1，所 述酸化合物在该气体中的浓度必须降低；SDA 2 ;颗粒收集设备3,如织物过滤器（集尘袋 (baghouse))或静电集尘器（ESP)，以及烟囱4。气体来源1可以是化学反应器，燃烧器，锅 炉等。来自气体来源1的气流5从SDA 2、颗粒收集设备3通过，至烟囱4,从烟囱释放到 大气。将来自外部源的含碱试剂6a，如石灰浆液在SDA 2中注入气流5中，该浆液与气流5 中的至少一种酸化合物反应。将不含碱或碱含量低的颗粒混合物，如来自另一个燃烧器的 飞灰或砂通过注射装置注入气流5中，可以