專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)向第二燃燒區(qū)噴射吸附劑來(lái)除硫的方法
普通的燒煤鍋爐及工業(yè)加熱爐直接在爐內(nèi)的一個(gè)燃燒區(qū)中燃燒煤。它們通常在總化學(xué)計(jì)量大于1的條件下操作。這樣可避免冒煙，但結(jié)果會(huì)產(chǎn)生大量氮的氧化物和硫的氧化物以及相當(dāng)多的顆粒物質(zhì)，這就需要使用諸如集塵器等高效的顆粒收集裝置。這類(lèi)加熱爐其每單位容積所釋放的能量較低，因此需要大容積的“燃燒室”來(lái)燃燒燃料并從火焰中吸取能量。
近年來(lái)，石油價(jià)格已上漲7倍左右。很多電力系統(tǒng)的鍋爐及工業(yè)加熱爐皆由于經(jīng)費(fèi)壓縮而停止使用。利用一些改進(jìn)的系統(tǒng)來(lái)改裝這些鍋爐及加熱爐，使其燒煤而不燒油或煤氣，這將節(jié)省大量的能量損耗。但是，試圖在原先設(shè)計(jì)及制造的用于燒油或燒煤氣的幾千瓩的鍋爐中燒煤會(huì)遇到難以克服的困難即在這類(lèi)鍋爐中燒煤所產(chǎn)生的熔渣及粉塵將使加熱爐及傳送管道結(jié)垢，從而會(huì)明顯降低效率;聯(lián)邦政府及擁有發(fā)電用鍋爐設(shè)備的市區(qū)或近郊區(qū)的地方當(dāng)局禁止自由排放硫氧化物(下文稱(chēng)SOx)和/或氮氧化物(下文稱(chēng)NOx);此外，適合于安裝煤加工和燃燒設(shè)備的地點(diǎn)常常受到嚴(yán)格的限制;而且，原先設(shè)計(jì)的燒油或燒煤氣的鍋爐通常沒(méi)有用于收集和清除粉塵的裝置。
我們已研究出一種方法和設(shè)備可用于改裝現(xiàn)有鍋爐及加熱爐的裝置，它能除去燃料(如煤)中大部分不可燃的礦物成分，同時(shí)能以迄今未達(dá)到的功率密度燃燒燃料并能避免產(chǎn)生大量能形成酸雨的物質(zhì)，如SOx和NOx。本發(fā)明的目的和性能特征如下
高的功率密度每一立方英尺容積的主燃燒室約為1.0百萬(wàn)英熱單位/小時(shí)。
低的NOx在排放到大氣的廢氣中，NOx的含量通常低于450PPm(體積)，最好低于250PPm(體積)。
不可燃物質(zhì)的去除在將氣體產(chǎn)物通入鍋爐或其他利用熱的設(shè)備以前，從燃燒形成的氣體產(chǎn)物中收集并除去燃料中不可燃礦物量的80%至90%，這取決于具體采用的設(shè)備要求。
碳的轉(zhuǎn)化在氣體產(chǎn)物通入鍋爐或其他熱利用設(shè)備以前，基本上將所有的碳轉(zhuǎn)化為碳的氧化物。
壽命保護(hù)燃燒器的器壁，使對(duì)器壁有害的腐蝕和/或磨損保持在工業(yè)上可允許的限度內(nèi)。
熱效率通入所用設(shè)備中的氣體產(chǎn)物流具有約85～90%的碳質(zhì)燃料化學(xué)潛能。該能量最好一部分作為顯熱放出，而另一部分作為氣體產(chǎn)物中所含的CO和H2的形式進(jìn)行輸送，這種氣體在所用設(shè)備中很容易完全燃燒。
硫的收集將廢氣從熱利用設(shè)備排入大氣之前，從氣體產(chǎn)物中除去80-90%的燃料中含硫組分。
本文列入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)的Burge等人的美國(guó)專(zhuān)利US4，217，132敘述了一種用于燃燒含有不可燃礦物組分的碳質(zhì)燃料的設(shè)備，該設(shè)備可將不可燃礦物組分作為液態(tài)渣分離掉而將熱的燃燒產(chǎn)物氣流通到諸如鍋爐一類(lèi)的熱能利用設(shè)備中。在Burge等人的設(shè)備中，將固體碳質(zhì)燃料(例如煤粉)噴入一個(gè)燃燒室中，同時(shí)將氧化劑流(例如預(yù)熱的空氣)引入該燃燒室以產(chǎn)生適于離心分離的高速旋流條件，使大部分液態(tài)渣甩到燃燒室的內(nèi)壁上。在本文列入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)的共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)NO，788，929(1985年10月18日提交)中敘述了上面已部分提及的另一種體系。
專(zhuān)利申請(qǐng)NO.788，929中敘述的設(shè)備是有造渣燃燒器的改進(jìn)設(shè)備，它是經(jīng)過(guò)廣泛研究而得到的，這些研究包括改裝原先設(shè)計(jì)和制造的用油和/或天然氣的工業(yè)加熱爐和電力系統(tǒng)的鍋爐以適合造渣燃燒器的特殊要求。
本發(fā)明是對(duì)Burge等人及共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)NO.788，929所公開(kāi)的一類(lèi)造渣燃燒系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，更具體地說(shuō)，要降低SOx和NOx的排放量，同時(shí)要滿(mǎn)足上述其他要求。
根據(jù)本發(fā)明，將一股熱的、富燃料的氣體產(chǎn)物流(最好來(lái)自共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)NO.788，929所述的體系)作為一種載熱燃料氣送入普通的鍋爐或加熱爐中。這些氣體產(chǎn)物的溫度等于或高于燃料不可燃組分的粉塵熔化溫度，該溫度最好約為在2600°F～3200°F。當(dāng)該氣體產(chǎn)物流進(jìn)入加熱爐時(shí)，使該氣體流與下列兩種物質(zhì)混合(1)用來(lái)吸附硫的含堿土金屬的吸附劑，例如粉狀石灰石，(2)足量的附加氧化劑，以使該設(shè)備的總化學(xué)計(jì)量提高到約為1.1～1.3。由于硫吸附劑與高溫氣體產(chǎn)物密切接觸同時(shí)迅速混合，硫的吸附劑在數(shù)毫秒的時(shí)間內(nèi)突然煅燒，生成了多孔性的固體顆粒，這種固體顆粒可使吸附劑中的堿土金屬與氣體產(chǎn)物中的含的硫成分發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果，將氣體產(chǎn)物從鍋爐或加熱爐排入大氣之前，燃料中所含的大部分硫被轉(zhuǎn)化為堿土金屬的硫酸鹽，并可從該氣體產(chǎn)物中除去。用這種方法和設(shè)備我們已經(jīng)獲得了重復(fù)和一致的結(jié)果，即可使廢氣中的SOx濃度降低80～90%。據(jù)我們所知，適用于常規(guī)發(fā)電用的鍋爐和工業(yè)加熱爐的其它燒煤方法和設(shè)備都不能使SOx的排放量達(dá)到如此低的程度。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，將諸如煤粉一類(lèi)的粉狀碳質(zhì)燃料在靠近燃燒區(qū)一端的中心處送入燃燒區(qū)。將氧化劑流噴入燃燒區(qū)，噴入的方式和方向應(yīng)使氧化劑與燃燒產(chǎn)物的混合物沿著燃燒室的器壁形成一股高速旋流。高功率密度的燃燒使燃料轉(zhuǎn)變成含有CO、H2并夾帶熔渣的氣體燃燒產(chǎn)物，這種熔渣是由燃料中的不可燃礦物組分熔化而生成的。這種高速旋流會(huì)產(chǎn)生如下情況，使大部分熔渣被離心推向燃燒區(qū)器壁內(nèi)表面。
將氧化劑和粉末燃料的噴入速度和質(zhì)量流速作為獨(dú)立變化的參數(shù)加以調(diào)節(jié)，以便控制燃燒區(qū)內(nèi)的條件。更準(zhǔn)確地說(shuō)，通過(guò)控制這些獨(dú)立變化的參數(shù)我們使該體系調(diào)節(jié)為(a)保持燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒溫度高于燃料中不可燃礦物組分的粉塵熔化溫度，該燃燒溫度通常約為2600～3200°F，這取決于所用燃料的性能，(b)使燃燒氣體產(chǎn)物中夾帶的揮發(fā)和/或液態(tài)熔渣滴的量減至最小，(c)保持燃燒區(qū)總化學(xué)計(jì)量約為0.7～0.9，(d)將燃料中所含的碳基本上全部轉(zhuǎn)變成碳的氧化物(例如CO和CO2)，以及(e)從燃燒氣體產(chǎn)物中分離大部分粉塵(呈熔渣形式)。
將含有硫化合物的燃燒氣體產(chǎn)物通入熔渣收集區(qū)，再通過(guò)一個(gè)合適的管道將其送到一個(gè)與之相連的熱利用設(shè)備中，如一個(gè)普通的加熱爐或鍋爐。在燃燒產(chǎn)物通入熱利用設(shè)備之前或基本上與之同時(shí)，立即使附加的氧化劑和硫吸附劑與燃燒產(chǎn)物混合，使化學(xué)計(jì)量達(dá)到1.1～1.3，最好約為1.2?？焖倩旌辖Y(jié)果會(huì)使溫度至少降至約2300°F，而使硫的吸附達(dá)到最大。所加入的吸附劑量最好足以使堿土金屬與硫的摩爾比約為2～5，這取決于煤的含硫量和所要降低的SOx程度;該摩爾比最好為2.5～3.5。SOx的降低率可達(dá)60～90%，這取決于所用煤的類(lèi)型。從二次氧化產(chǎn)物中得到熱量，并用諸如集塵器等合適裝置收集含少量粉塵的廢吸附劑。
最好在氣體產(chǎn)物離開(kāi)熔渣收集區(qū)后才向其中加入附加的氧化劑;而且，要使熔渣收集室的化學(xué)計(jì)量為0.7～0.9，即保持富燃料狀態(tài)，從而使生成的氮氧化物減至最少;還要保持熔渣收集室內(nèi)的溫度高于粉塵的熔化溫度，這樣有助于以熔渣的形式除去殘余的不可燃物質(zhì)。于是，將這種基本上已除去所有熔渣的氣體產(chǎn)物以一種燃料氣體的高速旋流形式從熔渣收集室通入與之相連的熱利用設(shè)備，這種燃料氣流具有呈顯熱形式的動(dòng)能并具有呈高濃度CO和H2形式的潛能。當(dāng)該氣流離開(kāi)熔渣收集室時(shí)，其溫度高于燃料中不可燃組分的粉塵熔化溫度，所說(shuō)的溫度約為2600～3200°F，這取決于所用燃料的性能。
將氣體產(chǎn)物通入熱利用設(shè)備時(shí)我們加入附加的氧化劑，實(shí)質(zhì)上有二個(gè)目的第一，可提供足量的附加氧化劑(例如空氣)以使燃料氣完全燃燒，并使加熱爐或鍋爐中的總化學(xué)計(jì)量約為1.1～1.3。第二，在硫吸附劑與氣體產(chǎn)物混合之前或緊接其后，可將氣體產(chǎn)物的溫度降到足以避免吸附劑顆粒死燒的程度。在氣體產(chǎn)物通入熱利用設(shè)備后的短時(shí)間內(nèi)，最好將其溫度降至約2300°F。當(dāng)然，可以肯定，加入附加的氧化劑結(jié)果會(huì)使氣體產(chǎn)物中所含的CO和H2燃燒，隨著熱能的放出，會(huì)使火焰溫度升高。通過(guò)放熱，將熱能從氣體產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到比其冷得多的鍋爐水管壁上并與鍋爐或加熱爐中再循環(huán)的冷空氣混合，從而可消除上述現(xiàn)象。本發(fā)明的一個(gè)重要方面是在吸附劑迅速煅燒的最佳條件下，使硫吸附劑(例如粉狀石灰石)與基本上不含熔渣的氣體產(chǎn)物迅速混合，使吸附劑變成一種能提高其反應(yīng)活性的物理狀態(tài)，以用于收集氣體產(chǎn)物中所含的硫化合物。這種從熔渣收集室流出的相對(duì)來(lái)說(shuō)不含熔渣的氣體產(chǎn)物，其作用如同一種強(qiáng)的類(lèi)似噴燈的輻射能源。所加入的吸附劑(例如碳酸鈣)即使沒(méi)有完全混入氣體產(chǎn)物中，也會(huì)在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)快速煅燒，分解成CaO和CO2。這樣快速煅燒結(jié)果會(huì)生成高孔隙率的氧化鈣顆粒，它具有相當(dāng)高的表面積與質(zhì)量之比，從而能增加CaO與SO2及其它含硫物質(zhì)的接觸，因此，在氣體產(chǎn)物從熱利用設(shè)備排入大氣之前會(huì)明顯提高氣體產(chǎn)物中硫的去除率。


圖1是預(yù)期的造渣燃燒器-加熱爐組合設(shè)備的視圖，其中包括一個(gè)輔助的空氣和硫吸附劑的噴射系統(tǒng)。
圖2是圖1所示設(shè)備的更詳細(xì)的側(cè)視圖，它描繪了部分操作的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
圖2A表示一個(gè)噴射器的替換位置，以將硫吸附劑噴入氣流中，從而通入所用設(shè)備。
圖3是圖1和圖2所示設(shè)備的側(cè)視圖操作時(shí)與鍋爐模擬器相連。
圖4是硫收集百分?jǐn)?shù)對(duì)鈣-硫(Ca/S)摩爾比的關(guān)系曲線(xiàn)圖，在各次實(shí)驗(yàn)中均使用VicronTM和MarblewhiteTM200型石灰石。
本發(fā)明提供了采用特殊設(shè)備和方法的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在碳質(zhì)燃料燃燒而產(chǎn)生熱能的過(guò)程中更有效地回收硫，并能最有效的除去固體不可燃物質(zhì)，同時(shí)可使氮氧化物的生成量減到最少，并能在氣體產(chǎn)物通入一個(gè)與之相連的熱能利用設(shè)備之前收集并除去80～90%或更多的熔渣，在所說(shuō)的熱能利用設(shè)備中，硫吸附劑與氣體產(chǎn)物中的含硫組分發(fā)生反應(yīng)。
采用這些方法和設(shè)備制備粒狀碳質(zhì)物料及使其燃燒所用的氧化劑，以便在流體流動(dòng)區(qū)域內(nèi)迅速點(diǎn)火和反應(yīng)，即可達(dá)到這些改進(jìn)。
目前這種設(shè)備最好包括組裝在一起的下列機(jī)械構(gòu)件一個(gè)預(yù)燃燒室，一個(gè)主燃燒室、一個(gè)熔渣收集裝置和一個(gè)連接加熱爐的導(dǎo)管、將附加的氧化劑引入輔助氧化燃燒器的裝置以及將硫吸附劑加到從熔渣收集裝置流出的氣體產(chǎn)物中的裝置，實(shí)質(zhì)上在氣體產(chǎn)物通入加熱爐的同時(shí)或在此前的短時(shí)間內(nèi)加入硫吸附劑。
此處所用的術(shù)語(yǔ)“粒狀碳質(zhì)燃料”是指含有不可燃礦物的含碳物質(zhì)，該物質(zhì)能以分散狀態(tài)作燃料使用，這種分散狀態(tài)的物質(zhì)可以游離顆粒懸浮在載帶流體中，也可為一種漿液。典型的碳質(zhì)物料包括煤、炭、固體廢物回收處理中的有機(jī)殘?jiān)⒎稚⒃谝后w中的焦油及類(lèi)似物。原則上這種碳質(zhì)燃料可為任何物料，該物料能以散離液滴或顆粒分散于主燃燒室中，并在其中燃燒而形成含有H2和CO的氣體產(chǎn)物的高速氣流。該燃料一般為煤粉。
術(shù)語(yǔ)“氧化劑”是指空氣或富氧的空氣。
術(shù)語(yǔ)“載帶流體”是指一種氣體或液體，它可以是惰性的或是一種氧化劑。最好用一種氧化劑作載氣，而水是一種較好的載液。
術(shù)語(yǔ)“造渣燃燒器”是指一種由Burge等人和/或?qū)＠暾?qǐng)NO.788，929所提出的普通設(shè)備，在該設(shè)備中，在大部分粉塵以熔渣形式從氣體產(chǎn)物中分離而除去的條件下，使碳質(zhì)燃料(例如煤粉)燃燒。
術(shù)語(yǔ)“堿土金屬”是指周期表中Ⅱ(a)族元素，特別是指鈣和鎂。
術(shù)語(yǔ)“硫吸附劑”是指一種能與氣體產(chǎn)物中所含的硫化合物進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì)，從而能以固體形式除去大部分含硫組分，這種固體可被收集在一個(gè)普通集塵室或其他系統(tǒng)中，這樣可在廢氣排入大氣之前從廢氣中除去固體顆粒。實(shí)際上可用任何含堿土金屬的基料，該基料能與燃燒的氣體產(chǎn)物中所含的硫化合物發(fā)生反應(yīng)。例如可用粉狀石灰石、白云石等鈣化合物和如碳酸鎂一類(lèi)的鎂化合物。目前最好的硫吸附劑是粉狀石灰石，該粉末的粒徑為大約70%的顆粒能通過(guò)200目的篩孔。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1、2、2A和3(它們示出了本發(fā)明的較佳操作系統(tǒng))，其中，氧化劑的預(yù)處理在一個(gè)短的小型圓柱形預(yù)燃燒器10內(nèi)進(jìn)行，基本上將所有的第一氧化劑都通入該預(yù)燃燒器。一部分第一氧化劑經(jīng)導(dǎo)管12加入并用于使碳質(zhì)燃料總量的10%-25%燃燒，以生成第一反應(yīng)產(chǎn)物。第二部分第一氧化劑經(jīng)導(dǎo)管14加入預(yù)燃燒器10，并與第一反應(yīng)產(chǎn)物混合，以形成熱的、富氧化劑的氣流，該氣流以受控方式直接進(jìn)入主忌帳 6。富氧化劑氣流載帶著所有剩余的預(yù)燃燒器燃料及不可燃物質(zhì)，包括分散在整個(gè)體積內(nèi)的仍燃燒著的碳質(zhì)顆粒。預(yù)燃燒器的溫度約為1500～2000°F或更高些。
操作時(shí)，將預(yù)燃燒器中的粒狀碳質(zhì)物料(在大多數(shù)情況下作為固體)送入預(yù)燃燒器10端頭的強(qiáng)氣體旋流中。通過(guò)一個(gè)位于中心的噴射器(未示出)引入，以產(chǎn)生一種粒狀碳質(zhì)物料的圓錐形氣流，混入第一氧化劑的旋流中。一旦點(diǎn)火以后，第一或主要的氧化劑和所生成的反應(yīng)產(chǎn)物的旋流產(chǎn)生熱氣體和燃燒顆粒的再循環(huán)區(qū)。在用空氣作氧化劑以及在約為300°F或更高的溫度下引入該空氣時(shí)，預(yù)燃燒器的幾何形狀應(yīng)能維持其中的燃燒。設(shè)計(jì)預(yù)熱燃燒器時(shí)最好使所有物料流從端頭流向矩形出口18處，以保證預(yù)熱器10中不留固體或液態(tài)熔渣。通過(guò)控制粒狀碳質(zhì)物料進(jìn)入第一氧化劑流的質(zhì)量流速來(lái)調(diào)節(jié)總化學(xué)計(jì)量，以保持上述預(yù)燃燒器的出口溫度。
在預(yù)燃燒器10中產(chǎn)生的熱的氧化劑和反應(yīng)物，通過(guò)矩形出口18進(jìn)入圓柱形的主燃燒器16。從預(yù)燃燒器排出的物流實(shí)質(zhì)上按切線(xiàn)方向被引入主燃燒室16的內(nèi)壁。預(yù)燃燒器10的矩形出口18平行于主燃燒器軸線(xiàn)的尺寸大于它垂直于主燃燒器軸線(xiàn)的尺寸。最好長(zhǎng)/高比為2.5/1。最好使矩形出口的中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)預(yù)燃燒器的縱軸，并處于主燃燒器縱軸中心點(diǎn)的上方，即從端頭20至主燃燒器的隔板22距離的約1/3-1/2處。
通過(guò)按上述方式安裝預(yù)燃燒器10的矩形出口18，使預(yù)燃燒器的排出氣產(chǎn)生旋流并使主燃燒器16內(nèi)的氣流發(fā)生旋流。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用安裝在預(yù)燃燒器10的矩形出口區(qū)內(nèi)的擋板24，將預(yù)燃燒器出口流速調(diào)節(jié)為330英尺/秒，則在主燃燒器燃料進(jìn)料速率變化較大的范圍內(nèi)能獲得滿(mǎn)意的燃燒效果。如圖2所示，上述矩形出口18的位置，還會(huì)使排出氣流分成流量幾乎相等的兩部分一部分氣流沿器壁旋轉(zhuǎn)，流向端頭，而另一部分氣流通常沿主燃燒器16的器壁成螺旋形運(yùn)動(dòng)流向其出口。流向端頭的旋流的軸線(xiàn)部分的速度較低，通常為50英尺/秒。這股氣流在主燃燒器的端頭20處返回向內(nèi)，然后一直沿著螺旋形的流動(dòng)途徑，軸向回流到主燃燒器的出口。在主燃燒器的出口端安裝隔板22，該隔板垂直于主燃燒器的軸線(xiàn)，而且通常在位于中心處具有開(kāi)孔。
通過(guò)位于端頭中心附近的燃料噴射裝置28將大部分碳質(zhì)燃料噴入主燃燒器，該噴射裝置從端頭20向主燃燒器16伸延到矩形開(kāi)口18的上方一點(diǎn)。噴射裝置28可將粒狀碳質(zhì)物料以載于氣體或液體中的固體形式，呈圓錐形流向引入旋流區(qū)。
如上所述，流入主燃燒器16的熱的第一氧化劑分成兩股氣流，約50%的預(yù)燃燒器排出氣流向端頭20，在富燃料的反應(yīng)區(qū)內(nèi)使燃料點(diǎn)燃，這時(shí)整個(gè)端頭區(qū)的化學(xué)計(jì)量約為0.4～0.5。引入的其余氧化劑流向主燃燒器16的出口端22。圓錐形流向燃料噴射流與高速旋流的交互作用使燃料、熱的氧化劑和燃燒產(chǎn)物充分和快速混合。燃料中大部分可燃組分在快速穿過(guò)熱氧化劑氣流時(shí)被氧化，以反應(yīng)熱的形式放出熱能，并進(jìn)一步加熱所生成的燃燒產(chǎn)物。自由流動(dòng)的顆粒通常按螺旋形的途徑流向主燃燒室的器壁和出口端，所有這些在共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)NO.788，929中有更詳細(xì)的敘述。
在通常的操作中，一小部分(最好不超過(guò)12%)的燃料中所含的碳以未燃碳的形式到達(dá)主燃燒器的器壁，這種未燃碳通常為可燃的碳，它們可以繼續(xù)燃燒。粘度約為250泊的一層熔渣，沿著主燃燒室的器壁成螺旋形流動(dòng)，由于空氣的推力及其自身的重力，流向出口端的隔板22。一般通過(guò)快速加熱顆粒而使燃料燃燒，這會(huì)使揮發(fā)性有機(jī)物氣化，這種有機(jī)物約占可燃物質(zhì)總量的30～50%(重量)。其余部分主要在主燃燒器16內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程中被燒成炭粒。
在主燃燒器16的端頭產(chǎn)生的富燃料氣體，通常流向出口端的隔板22，并保持旋流，最后被隔板逼向中心與燃料和富燃料氣體發(fā)生反應(yīng)，使主燃燒室16的總化學(xué)計(jì)量約為0.7～0.9，最好約為0.7～0.8，可生成作為主燃燒器流出產(chǎn)物的一種熱的燃燒產(chǎn)物流，其中富含CO及H2，從而可除去大部分作為液態(tài)渣的不可燃物質(zhì)。
沿主燃燒器16中心線(xiàn)流動(dòng)的輔助再循環(huán)強(qiáng)氣流，即通常沿中心線(xiàn)流向主燃燒器端頭的氣流，可進(jìn)一步加快主燃燒器內(nèi)的混合和反應(yīng)。這種再循環(huán)氣流也是旋流，所以實(shí)際上呈螺旋形流向;但是它的軸線(xiàn)朝向主燃燒器的端頭。在主燃燒器16的內(nèi)部形成一個(gè)富燃料的中心部分。通過(guò)控制預(yù)燃燒器出口流速，并選擇主燃燒器板孔26的直徑可確定和控制該逆向流動(dòng)中心部分的平均直徑和質(zhì)量流速。最好使預(yù)燃燒器出口流速約為330英尺/秒０蹇椎目拙隊(duì)脛魅忌掌髦本噸茸詈迷嘉 .5或更大。這樣可產(chǎn)生理想的輔助再循環(huán)氣流，以加強(qiáng)對(duì)主燃燒器16中的點(diǎn)火和整個(gè)燃燒過(guò)程的控制。
在接近板孔26的內(nèi)徑處，切線(xiàn)速度在主燃燒器中心線(xiàn)處近乎降為零。在燃料顆粒燃燒初期，該旋流區(qū)可加快其徑向速度，同時(shí)可使已燒盡并已縮小到約10微米大小的顆粒作為熔渣被收集在主燃燒器內(nèi)。
設(shè)計(jì)燃料噴射裝置28時(shí)，要使熔渣沿其外表面從端頭20流向粒狀碳質(zhì)燃料的噴射點(diǎn)。噴射裝置上這種很熱的(熔渣)外表面起著保持火焰的作用，可保證燃料顆粒離開(kāi)噴射器后立即被點(diǎn)燃，從而可加速并最有效的燃燒。在操作中，流動(dòng)的熔渣沿著離固體顆粒噴射點(diǎn)不遠(yuǎn)的噴射器被除去，形成了強(qiáng)輻射的中心點(diǎn)，并點(diǎn)燃端頭部位產(chǎn)生的富燃料氣體。
當(dāng)用氣體作載帶流體時(shí)，粒狀碳質(zhì)燃料以重相傳送方式被送入主燃燒器中，其中的固體/載帶流體的比例在正常功率下約為3/1-10/1(重量)。在上述范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該固體/載帶流體的比例，可提供另一種獨(dú)立變化的用于控制主燃燒室16內(nèi)燃燒條件的方法。當(dāng)燃料作為一種漿液加入時(shí)，所用的燃料對(duì)載帶流體的重量比例約為2∶1或更高。主燃燒器16中的燃燒產(chǎn)物足夠熱，以使熔渣層的溫度高于燃料的粉塵熔化溫度，最好使該溫度高到足以使熔渣層的粘度約為250泊。從而使熔渣沿主燃燒室16的器壁自由流動(dòng)。流向主燃燒室金屬器壁上的冷卻劑是受控制的;顆粒燃料的質(zhì)量流速也是受控制的;來(lái)自預(yù)燃燒器的氧化劑的質(zhì)量流速及流速也是單獨(dú)受控制的。這些獨(dú)立變化參數(shù)的配合調(diào)節(jié)可使主燃燒室的溫度保持在避免熔渣揮發(fā)的范圍內(nèi)，即應(yīng)能在金屬器壁上保留一層熔渣保護(hù)層并使液態(tài)熔渣連續(xù)流動(dòng)，經(jīng)熔渣層流向熔渣清除裝置。端頭區(qū)域和中心部分富燃料氣體的燃燒，有助于控制NOx的量達(dá)到環(huán)境所容許的水平。
預(yù)燃燒器10和主燃燒室16的器壁最好由水冷的管-膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通常冷卻管成環(huán)形纏繞。這種管-膜結(jié)構(gòu)還裝有能擋住熔渣的螺栓。最初該容器壁襯有一層可被腐蝕的耐火材料，涂層額定厚度約為0.5英寸，并用螺栓支承。在運(yùn)行中，所用的耐火材料能使熔渣以凝結(jié)薄層牢固粘附在耐火材料上，而其余的熔渣流過(guò)該凝結(jié)渣層。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，這種耐火材料被腐蝕掉，即損失掉。但是被腐蝕的任何部位立刻被凝結(jié)的熔渣所代替。耐火材料及凝結(jié)和熔化渣層的結(jié)合對(duì)焊接的管-膜器壁結(jié)構(gòu)提供了抗熱和抗化學(xué)的保護(hù)作用。局部的熔渣流本身也能填補(bǔ)任何損失的耐火材料。冷卻回路的設(shè)計(jì)，使金屬器壁的溫度達(dá)325～600°F，可預(yù)防酸性化合物冷凝，從而使腐蝕降到最小程度。
主燃燒室16的縱軸位置最好與水平線(xiàn)成一夾角，以保證形成合適的熔渣流，避免在主燃燒室底部積累過(guò)多的熔渣。通常這種熔渣被空氣推力驅(qū)動(dòng)，沿著主燃燒室16的器壁或螺旋形流向出口端的隔板22。當(dāng)熔渣流沿主燃燒室16的器壁積累，由于重力超過(guò)了空氣的推力，大部分熔渣流向主燃燒室的底部。聚集于底部的熔渣流向隔板22。隔板22有一個(gè)位于中心的矩形狹縫，或稱(chēng)“栓孔”(未示出)，該狹縫從孔26伸延到主燃燒室16的底壁。該矩形狹縫可使熔渣流過(guò)鄰近主燃燒室16底壁的隔板。當(dāng)燃燒200目的煤粉時(shí)，可從氣體產(chǎn)物流中除去煤中80-95%的不可燃物質(zhì)，這種不可燃物質(zhì)作為液態(tài)渣被收集并通過(guò)位于熔渣回收室30底部和隔板22栓孔下方的排渣輔助系統(tǒng)而被清除。
只要把主燃燒室的長(zhǎng)/徑比定為2∶1;隔板直徑對(duì)主燃燒室直徑之比定為0.5或更大，并使200目的煤粉真正自由流動(dòng)燃燒(如上所述)，在流出主燃燒室之前，燃料中所有的碳基本上都能轉(zhuǎn)變?yōu)樘嫉难趸?，即CO和CO2;實(shí)際上主燃燒室16不會(huì)帶出未燃燒的碳。將來(lái)自主燃燒室16的燃燒產(chǎn)物和液態(tài)熔渣通入熔渣回收室30。熔渣回收室30的直徑最好等于或大于主燃燒室的直徑，其軸長(zhǎng)約等于其直徑。熔渣回收室的底部有一排渣孔32。熔渣回收室的頂部有一個(gè)圓形開(kāi)口，具有過(guò)渡式幾何形狀，以與伸延到所用設(shè)備36的導(dǎo)管34連接。如圖所示，導(dǎo)管34在離開(kāi)熔渣收集區(qū)時(shí)最好與主燃燒室16的軸線(xiàn)成一夾角，并且按1∶2的長(zhǎng)/徑比伸延，然后拐彎，使燃燒產(chǎn)物流水平流向所用設(shè)備。熔渣回收室30在主燃燒室的隔板22和出口40之間還具有一段足夠的距離，使大部分殘留在離開(kāi)隔板22的氣體產(chǎn)物流中的熔渣滴被收集在熔渣回收室30的器壁上。
與隔板22相連的熔渣回收室30形成了熱的再循環(huán)氣流，該氣流成螺旋形流向返回主燃燒室16的中心部分。此富燃料的中心部分通常約為主燃燒室隔板孔徑的70～75%。結(jié)果能提高孔板開(kāi)口處的燃燒產(chǎn)物流排出的切線(xiàn)速度和軸向速度。處于該氣流中的熔渣滴被進(jìn)一步加速，流向熔渣回帳 0的器壁，作為熔渣而被收集。更重要的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在熔渣回收室30中的富燃料氣的高速旋流，既可作為所用設(shè)備36的進(jìn)料，又可作為回收硫的主要部分。所吸收的熔渣被收集于貯渣槽38中。燃燒產(chǎn)物在還原條件下離開(kāi)熔渣回收室30，并進(jìn)入通向所用設(shè)備36的過(guò)渡導(dǎo)管40，在圖中該所用設(shè)備以加熱爐或普通工業(yè)鍋爐的前壁42表示。
導(dǎo)管40周?chē)且粋€(gè)風(fēng)箱44，通過(guò)管道48加入附加的氧化劑。從導(dǎo)管40排出的燃燒氣體與鄰近爐瓦46的環(huán)狀開(kāi)口50排出的輔助氧化劑混合，這樣形成的混合物能促使熱利用設(shè)備中的燃料氣完全燃燒。氧化劑氣門(mén)52控制流向會(huì)聚管54的氧化劑流量，以使加熱爐中的化學(xué)計(jì)量保持在所需的1.1～1.3的范圍，最好約為1.2。
可用任何合適的方法將硫吸附劑引入該系統(tǒng)中，例如用切線(xiàn)式噴射器56(圖2)或者單管式噴射器58(圖2A)，這種單管式噴射器可為共軸-針?biāo)ㄊ絿娚溲b置，如本文列為參考文獻(xiàn)的Burge等人的美國(guó)專(zhuān)利US4，386，443所述。
燃燒氣體中含有各種形式的硫組分。其中主要組分是二氧化硫(SO2)。其他可能存在的組分包括三氧化硫(SO3)、碳酰硫(COS)、H2S和二硫化碳(CS2)。當(dāng)它們和附加氧化劑混合時(shí)，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸颉?br> 在硫吸附劑中的堿土金屬與二氧化硫反應(yīng)時(shí)要避免實(shí)際溫度過(guò)高，因?yàn)楦邷叵碌膭?dòng)力學(xué)有利于逆反應(yīng)。因此，最好使硫吸附劑、附加氧化劑和硫組分在實(shí)際溫度低于約2300°F的條件下混合。
例如，在鈣化合物情況下，在低于2300°F的溫度下煅燒，會(huì)生成一種對(duì)SO2具有非常高反應(yīng)活性的物質(zhì)。該反應(yīng)按如下方式進(jìn)行從管道40排出的燃燒氣體與硫吸附劑和附加氧化劑充分混合。由于附加氧化劑(例如空氣)混入氣體產(chǎn)物中，可使氣體產(chǎn)物的平均溫度降為1600～2300°F，最好約為2000°F。最好在顆粒輸送階段的約1～10秒內(nèi)，并在離加熱爐36的氣體產(chǎn)物進(jìn)入點(diǎn)約3～12英尺的距離產(chǎn)生這些現(xiàn)象。在這一范圍內(nèi)，通過(guò)如下簡(jiǎn)單的反應(yīng)發(fā)生硫的吸附
硫的吸附反應(yīng)是可逆的，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與溫度成正比，溫度高于2300°F時(shí)，對(duì)硫的吸附不利。
也值得注意的是象石灰石這類(lèi)鈣化合物在煅燒過(guò)程中由于放出氣體及產(chǎn)生熱應(yīng)力，使它分裂成更細(xì)的顆粒，以暴露出大量用于吸附硫的表面。石灰石是一種最廉價(jià)的堿土金屬硫吸附劑，因此是較好的硫吸附劑;其他合適的吸附劑有白云石、熟石灰、壓制熟石灰及類(lèi)似物。
在氣流進(jìn)入熱利用設(shè)備36時(shí)，來(lái)自熔渣回收室30的氣體產(chǎn)物約占流入鍋爐或加熱爐的總氣流的75～85%。因此，該氣體產(chǎn)物成了熱能的主要來(lái)源或使硫吸附劑迅速煅燒。而且，它們提供了旋流動(dòng)能，以使硫吸附劑和附加氧化劑充分混入氣體產(chǎn)物流中。于是，在約1600～2300°F的溫度下，最好在約1800～2000°F的溫度下，在氣流進(jìn)入加熱爐或鍋爐后的幾秒鐘內(nèi)使氣體產(chǎn)物中所含的硫組分與硫吸附劑接觸。
另外，參看圖2A，可在氣體產(chǎn)物離開(kāi)熔渣回收室后，用一個(gè)針?biāo)ㄩy58把硫吸附劑噴入該氣體產(chǎn)物中，這時(shí)該氣體產(chǎn)物的溫度高于粉塵熔化溫度。這樣做的好處是促使其在2～20毫秒時(shí)間內(nèi)迅速煅燒;同時(shí)由于硫吸附劑在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間內(nèi)被送入低溫環(huán)境，(即加熱爐或鍋爐)從而可避免硫吸附劑的“死燒”及晶格或基體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
在這段時(shí)間內(nèi)，這些顆粒還來(lái)不及達(dá)到產(chǎn)生大量氣體的溫度，在約2300°F或更低的實(shí)際溫度下，仍保持顆粒狀。在鍋爐中，由于數(shù)種冷卻機(jī)制的聯(lián)合作用，可使氣體產(chǎn)物迅速冷卻至較低溫度，即1800～2000°F，這些冷卻機(jī)制是通過(guò)輻射使熱轉(zhuǎn)移到冷得多的鍋爐的水管壁上;與鍋爐或加熱爐內(nèi)的較冷循環(huán)氣體發(fā)生對(duì)流混合;與加入的輔助氧化劑混合，這種氧化劑可與吸附劑同時(shí)引入，也可分別引入，然后在鍋爐中與氣體燃燒產(chǎn)物混合。
我們認(rèn)為，在操作時(shí)應(yīng)避免爐溫高于2300°F，因?yàn)樵谳^高溫度下，逆反應(yīng)(CaSO4分解成SO2)將變得較顯著。但是，據(jù)我們的經(jīng)?，短时间高?300°F是容許的，這對(duì)硫吸附劑保留它用于吸附硫的多孔性能沒(méi)有不利影響。目前較好的吸附劑為粒徑小于200目的石灰石顆粒。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，吸附劑吸附硫的能力并不完全取決于其粒徑，采用0.5～70微米粒徑的粉狀硫吸附劑，可取得良好的結(jié)果。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是這種造渣燃燒器系統(tǒng)可在氣體產(chǎn)物通過(guò)管道40進(jìn)入加熱爐36之前，從該氣體產(chǎn)物中除去80～90%的不可燃物質(zhì)。值得注意的是，若硫吸附劑與大量的粉塵一類(lèi)固體物質(zhì)接觸，就會(huì)失去活性，使硫吸附劑的除硫能力降低。除了用混合和稀釋方法進(jìn)行冷卻外，另外可通過(guò)輻射將熱傳給爐壁和較冷爐氣的回流以冷卻到所要的溫度。可用各種合適方法(包括旋轉(zhuǎn)氣流法，順流法和逆流法)把輔助氧化劑引入從導(dǎo)管40排出的燃燒氣流中。
如上所述，硫吸附劑可與氧化劑或與燃燒產(chǎn)物一起引入，但停留時(shí)間必須足夠短，以免吸附劑顆?！八罒薄⒖磮D4(它表示硫的除去率與(Ca/S)摩爾比的關(guān)系曲線(xiàn))，該曲線(xiàn)表明，幾次實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好吻合，其中包括圖2A所示的用噴射法加入硫吸附劑的實(shí)驗(yàn)。所用的硫吸附劑為VicronTM200型石灰石和各種煤。把各種硫吸附劑進(jìn)行比較，它們的性能都同樣好，在(Ca/S)摩爾比約為2.5～3.5時(shí)，得到的硫降低率為80～90%。當(dāng)煤的硫含量較少時(shí)，為達(dá)到同樣的SO2降低率，須用較高的(Ca/S)摩爾比。因此(Ca/S)摩爾比的范圍應(yīng)為2～5，最好約為2.5～3.5。
將硫吸附劑直接噴入燃燒產(chǎn)物中(如圖2A所示)與將硫吸附劑噴入輔助氧化劑進(jìn)行比較，在其他參數(shù)均相同的情況下，似乎前者的除硫率稍高于后者。如上所述，在鍋爐34中的氧化劑引入點(diǎn)4至12英尺的區(qū)間內(nèi)，硫的吸附較完全。
圖3表示與鍋爐模擬器56相連的造渣燃燒系統(tǒng)，其額定功率為40兆英熱單位/小時(shí)，該鍋爐模擬器包括一套具有水冷內(nèi)壁和外壁的吸熱組件58。該內(nèi)壁很好地模擬了常規(guī)加熱爐的輻射特性。來(lái)自主燃燒室16的導(dǎo)管30與鍋爐的一端42相連接，在主燃燒室中進(jìn)行第一階段燃燒，以產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物旋流，該燃燒產(chǎn)物是具有氧/燃料比約為0.7～0.9的富燃料氣。通常，在下文所述的試驗(yàn)中，造渣燃燒器被控制為(a)從氣體產(chǎn)物中除去約70～80%的不可燃礦物，以及(b)在2600～3200°F的溫度下，向鍋爐模擬器56提供氣體產(chǎn)物流。
與氧化劑和吸附劑噴射系統(tǒng)44相連的管道34向鍋爐供料，該鍋爐運(yùn)行時(shí)的化學(xué)計(jì)量為1.1～1.3，最好約為1.2。必須小心控制總化學(xué)計(jì)量，以得到除去SO2的合適條件。
通常，燃燒氣體在溫度約為2600～3200°F和化學(xué)計(jì)量為0.7～0.9的條件下以高速旋流進(jìn)入鍋爐。最好引入足量的氧化劑以使總化學(xué)計(jì)量高達(dá)約1.2，而引入的硫吸附劑應(yīng)足以使(Ca/S)摩爾比約為2～5，最好約為2.5～3.5，這取決于燃料中的含硫量。吸附劑和附加氧化劑的稀釋作用、熱的輻射傳導(dǎo)以及較冷爐氣的回流可使氣體溫度降至約2000°F或更低，在此溫度下硫吸附劑的吸附快速進(jìn)行以除去硫化合物。該氣體通過(guò)鍋爐模擬器56后即進(jìn)入對(duì)流段60，在這里除去多余的熱，然后進(jìn)入急冷室62，在這里該氣體被噴淋的水冷卻，最后進(jìn)入洗滌塔64，在這里，收集已失效的和部分失效的吸附劑及未被回收的熔渣顆粒，然后將廢氣排入大氣。下面將以真實(shí)試驗(yàn)的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的除硫效果，但這些實(shí)施例不能限制本發(fā)明。
實(shí)施例1用兩種煤做試驗(yàn)。一種為Pittsburgh8號(hào)，其中含硫約2%，另一種為wyoming Rosebud，其中含硫約0.6%。所用的吸附劑為粉狀石灰石及加壓水合鎂石灰，前者由Pfizer公司制造及銷(xiāo)售的牌號(hào)為VicronTM的碳酸鈣。第一組試驗(yàn)用的是Pittsburgh8號(hào)煤及粉狀石灰石。在(Ca/S)摩爾比為3時(shí)，SO2降低率約為90%。重復(fù)該試驗(yàn)時(shí)結(jié)果相同。然后再用VictonTM吸附劑進(jìn)行試驗(yàn)，在(Ca/S)摩爾比為3時(shí)，得到相同的SO2去除率。
第二組實(shí)驗(yàn)用的是wyoming煤和VicronTM的硫吸附劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)除硫率良好，即使用一種含硫量相當(dāng)?shù)?約0.6%)的Western煤進(jìn)行試驗(yàn)，除硫率也達(dá)70～90%。
如上所述，圖3所示的鍋爐模擬器與額定功率為40兆英熱單位/小時(shí)的燃燒器相連。進(jìn)入預(yù)燃燒器的空氣進(jìn)料溫度為100～500°F。在預(yù)燃燒器中約消耗25%的煤粉以在1500～2000°F的溫度下傳送氧化劑(空氣)。這種熱空氣是按切線(xiàn)方向引入造渣燃燒室16的。
在預(yù)燃燒室和主燃燒室中，煤以重相形式進(jìn)行輸送，煤在這兩部分的總輸送速率為1.5噸/小時(shí)。在鍋爐模擬器中大部分氣流的停留時(shí)間約為4.5秒。進(jìn)入主燃燒器的燃燒產(chǎn)物溫度超過(guò)3000°F。進(jìn)入的輔助空氣溫度約為450°F，在出口處所產(chǎn)生的廢氣溫度約為1800～2000°F。
實(shí)施例2用例1所述的和圖2所示的燃燒器-鍋爐模擬器進(jìn)行除硫效果的試驗(yàn)，所用的煤為Ohio6號(hào)煤，所用的吸附劑為VicronTM及MarblewhiteTM200兩種石灰石。兩種試驗(yàn)都在穩(wěn)定態(tài)條件下進(jìn)行。對(duì)VicronTM作了常規(guī)分析，并對(duì)VicronTM及MarblewhiteTM200兩者皆作了化學(xué)分析，分析結(jié)果列于表1。Ohio6號(hào)煤的平均粒徑約為50微米。用篩分法測(cè)得VicronTM及MarblewhiteTM200石灰石的平均粒徑約為50微米。初步研究表明，VicronTM和MarblewhiteTM200的性能相同，二者都能在(Ca/S)摩爾比約為2時(shí)除去45～80%的硫;在(Ca/S)爾比約為3時(shí)除去55～90%的硫，在鍋爐模擬器中輔助空氣的進(jìn)入點(diǎn)4至12英尺的區(qū)間內(nèi)除硫完全，在圖3所示的鍋爐模擬器總長(zhǎng)度的50%的區(qū)間內(nèi)除硫完全。
表1、硫吸附劑的分析結(jié)果(重量百分?jǐn)?shù))
VicronTM(1)石灰石 MarblewhiteTM200(1)分析1分析2石灰石CaCO398% 96.65% 98%MgCO30.6% 1.6% 0.6%SiO30.2% 1.0% 0.2%AL2O30.1% 0.5% 0.1%Fe2O30.025% 0.05% 0.025%水分0.2%0.2%0.2%其余0.875%0%0.875%注(1)由Pfizer公司制造及銷(xiāo)售。分析結(jié)果由Pfizer公司的代理人分兩次提供。對(duì)VicronTM來(lái)說(shuō)，分析1的結(jié)果要比分析2的更近期些。
雖然僅用某些最佳實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和敘述本發(fā)明，顯然對(duì)于本專(zhuān)業(yè)的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)并不受此限制，可以進(jìn)行各種變更和改進(jìn)而不會(huì)偏離本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于燃燒含硫粒狀碳質(zhì)燃料的設(shè)備，其中，氧化劑氣體和粒狀燃料被引入一個(gè)基本上為圓柱形的主燃燒室，調(diào)節(jié)該設(shè)備的進(jìn)料速度和質(zhì)量流及燃燒溫度，以使排出的燃燒氣體產(chǎn)物中揮發(fā)性的液態(tài)熔渣的濃度降至最低，并保持燃燒室器壁的溫度為一定范圍，使固化的熔渣層留在器壁的內(nèi)表面上，該設(shè)備改進(jìn)之處包括下列構(gòu)件的組合(a)用于預(yù)熱所說(shuō)氧化劑氣體的裝置并以一定的方式將預(yù)熱了的氧化劑氣體引入所說(shuō)的燃燒室，其引入方式可使含有氧化劑和燃燒產(chǎn)物的混合物在該室內(nèi)形成高速旋流；(b)將粒狀燃料噴入所說(shuō)燃燒室的裝置，該裝置靠近所說(shuō)燃燒室一端6的中心，燃料的噴入方式可使所有的燃料顆粒與所說(shuō)的旋流交叉接觸，在燃料顆粒到達(dá)燃燒室的器壁之前，使顆粒中所含的大部分碳都變?yōu)樘嫉难趸铮?c)調(diào)節(jié)氧化劑和燃料進(jìn)料速度及質(zhì)量流速的裝置，以在所說(shuō)的燃燒室內(nèi)的主燃燒區(qū)的縱向延伸的中心部分內(nèi)保持一種相對(duì)富燃料的燃燒條件，在器壁附近形成一個(gè)相對(duì)富氧的環(huán)形區(qū)域，將燃料中所含的基本上所有的熔渣都甩到燃燒室的器壁上，使氣體燃燒產(chǎn)物的溫度實(shí)際上高于劑現(xiàn)械牟豢扇甲櫸值姆鄢救芻露齲 (d)帶有一個(gè)熔渣回收室的熔渣回收裝置，該裝置可用來(lái)接受來(lái)自主燃燒室的燃燒產(chǎn)物，以便基本上收集所有的夾帶在所說(shuō)燃燒產(chǎn)物中的液態(tài)熔渣，可單獨(dú)清除收集于該體系中的所有熔渣，并把載帶熱能的氣體產(chǎn)物輸送到與其相連的熱利用設(shè)備；(e)硫的收集裝置，實(shí)質(zhì)上在氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備時(shí)該裝置使硫吸附劑與所說(shuō)的氣體產(chǎn)物混合，(ⅰ)該吸附劑的含鈣量足以使(Ca/S)的摩爾比約為2～5，(ⅱ)附加氧化劑的量足以使氣體產(chǎn)物的溫度保持在1600～2300°F，在此溫度下該吸附劑開(kāi)始與氣體產(chǎn)物中的硫組分接觸；(f)帶有吸附劑噴射裝置和氧化劑加入裝置的硫收集裝置，噴射裝置可在氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備之前把含鈣的吸附劑送入該氣體產(chǎn)物中，氧化劑加入裝置可在該氣體產(chǎn)物中的不可燃礦物組分被基本上除去以后，把附加的氧化劑加入該氣體產(chǎn)物中，操作該吸附劑噴射裝置和氧化劑加入裝置時(shí)應(yīng)保持一定的時(shí)間--溫度關(guān)系，即吸附劑顆粒轉(zhuǎn)移及通過(guò)熱利用設(shè)備時(shí)，使硫吸附劑在低于2300°F的有效吸附溫度下與絕大部分的硫組分發(fā)生反應(yīng)并將其收集，同時(shí)保持熱利用設(shè)備中的化學(xué)計(jì)量約為1.1～1.3。
2.一種用于在燃燒室中燃燒含硫碳質(zhì)燃料的設(shè)備，調(diào)節(jié)該設(shè)備中的燃料加入速率與氧化劑加入速率之比，以維持這樣一種燃燒條件，使大部分碳轉(zhuǎn)變成碳氧化物，大部分不可燃物質(zhì)作為液態(tài)熔渣而沉積，該設(shè)備還具有如下特征(a)從燃燒氣體產(chǎn)物中分離大部分不可燃物質(zhì)的裝置，用以提供相對(duì)無(wú)粉塵的氣體產(chǎn)物，并將其送入與該裝置相連的熱利用設(shè)備;(b)將所說(shuō)氣體產(chǎn)物送入所說(shuō)熱利用設(shè)備的裝置;以及(c)硫收集裝置，實(shí)質(zhì)上在所說(shuō)氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備時(shí)，該裝置使硫吸附劑與該氣體產(chǎn)物混合，從而在氣體產(chǎn)物從熱利用設(shè)備排入大氣之前，從該氣體產(chǎn)物中除去大部分的硫。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為所說(shuō)的用于從氣體產(chǎn)物中分離不可燃物質(zhì)的裝置包括一個(gè)低化學(xué)計(jì)量的熔渣回收室，可以熔渣形式單獨(dú)除去燃料中基本上所有的不可燃礦物組分，同時(shí)保持氣體產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量約為0.7～0.9，從而使NOx的生成量減至最少，并形成基本上無(wú)不可燃礦物的富燃料氣流，可加速含硫組分和硫吸附劑的反應(yīng)，并可減少?gòu)臒崂迷O(shè)備排入大氣的NOx和SOx的排放量。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為除硫裝置包括這樣一種裝置，它能在所說(shuō)吸附劑與富燃料氣體產(chǎn)物混合之前，使所說(shuō)硫吸附劑與附加氧化劑混合。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為除硫裝置包括如下二種裝置將硫吸附劑引入熱利用設(shè)備上方的富燃料氣體產(chǎn)物的裝置，及實(shí)質(zhì)上在所說(shuō)氣體產(chǎn)物通入熱利用設(shè)備時(shí)將附加氧化劑加入該氣體產(chǎn)物的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征為加入附加氧化劑的裝置包括一個(gè)帶有環(huán)形導(dǎo)管的風(fēng)箱，該導(dǎo)管?chē)@該裝置，用于將氣體產(chǎn)物送入熱利用設(shè)備，該環(huán)形導(dǎo)管與所說(shuō)的熱利用設(shè)備直接相通。
7.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為除硫裝置帶有一個(gè)吸附劑噴射裝置和氧化劑加入裝置噴射裝置可將含鈣吸附劑送入氣體產(chǎn)物中，氧化劑加入裝置可在從氣體產(chǎn)物中除去基本上所有的不可燃礦物以后，使附加氧化劑與所說(shuō)吸附劑混合，并將所生成的混合物送入該氣體產(chǎn)物中。
8.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為除硫裝置包括一個(gè)帶有環(huán)形導(dǎo)管的風(fēng)箱，該導(dǎo)管?chē)@該裝置用于將氣體產(chǎn)物送入熱利用設(shè)備，該環(huán)形導(dǎo)管與所說(shuō)的熱利用設(shè)備直接相通。
9.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征為除硫裝置包括將硫吸附劑加入燃燒產(chǎn)物中的裝置，及使足量的附加氧化劑與所說(shuō)氣體產(chǎn)物混合的裝置，混合后可使該氣體產(chǎn)物的溫度至少降至約2300°F。
10.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中除硫裝置包括如下二種裝置將硫吸附劑加到與該裝置相連的熱利用設(shè)備上方的燃燒產(chǎn)物中的裝置，及加入足量附加氧化劑使該系統(tǒng)的總化學(xué)計(jì)量至少提高到約1.1的裝置。
11.一種用于燃燒含硫粒狀碳質(zhì)燃料的方法，其中，氧化劑氣體和粒狀燃料被引入一個(gè)基本上為圓柱形的燃燒區(qū)中，調(diào)節(jié)燃燒區(qū)的進(jìn)料速度、相對(duì)質(zhì)量流速及溫度，使燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒溫度高于燃料中不可燃組分粉塵的熔化溫度，同時(shí)使氣體產(chǎn)物中的揮發(fā)性液態(tài)熔渣的濃度減至最低，該方法改進(jìn)之處包括如下步驟(a)預(yù)熱所說(shuō)的氧化劑氣體，將預(yù)熱了的氧化劑氣體引入所說(shuō)的燃燒區(qū)中，引入方式應(yīng)能在該燃燒區(qū)內(nèi)形成含有氧化劑和燃燒產(chǎn)物的混合物的高速旋流;(b)從所說(shuō)燃燒區(qū)一端中心附近將粒狀燃料噴入該燃燒區(qū)中，噴入方式應(yīng)使基本上所有的燃料顆粒都與所說(shuō)的旋流交叉接觸，并在燃料顆粒從所說(shuō)燃燒區(qū)排出之前，使顆粒中所含的大部分碳變?yōu)樘嫉难趸?(c)調(diào)節(jié)氧化劑和燃料的進(jìn)料溫度，流速和質(zhì)量流速，在燃燒區(qū)的軸向延伸中心部分內(nèi)維持一種相對(duì)富燃料的燃燒條件，并在所說(shuō)燃燒區(qū)內(nèi)壁附近形成一個(gè)相對(duì)富氧的環(huán)形區(qū)，并將燃料中基本上所有的熔渣都甩到所說(shuō)燃燒區(qū)的內(nèi)壁上，實(shí)質(zhì)上將氣體燃燒產(chǎn)物的溫度維持在高于燃料中不可燃組分粉塵的熔化溫度;(d)收集夾帶在所說(shuō)燃燒產(chǎn)物中的基本上所有的液態(tài)熔渣，單獨(dú)清除所有熔渣，并把載帶熱能的氣體產(chǎn)物通入與之相連的熱利用設(shè)備;(e)實(shí)質(zhì)上在氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備時(shí)使硫吸附劑與所說(shuō)的氣體產(chǎn)物混合，(ⅰ)該吸附劑所含的鈣量足以使(Ca/S)摩爾比約為2～5，以及(ⅱ)附加氧化劑的加入量足以保持氣體產(chǎn)物的溫度約為1600～2300°F，在此溫度下所說(shuō)吸附劑開(kāi)始與氣體產(chǎn)物中的硫組分接觸;(f)在氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備以前，把所說(shuō)的含鈣吸附劑引入氣體產(chǎn)物中，在基本上所有的不可燃礦物組分從氣體產(chǎn)物中除去后，使所說(shuō)的附加氧化劑與該氣體產(chǎn)物混合;以及(g)在該吸附劑被輸送和通過(guò)所說(shuō)熱利用設(shè)備時(shí)，維持一定的時(shí)間-溫度關(guān)系，以在約低于2300°F的有效吸附溫度下，使硫吸附劑與大部分硫組分反應(yīng)并將其收集，同時(shí)維持熱利用設(shè)備中的化學(xué)計(jì)量約為1.1～1.3。
12.一種在燃燒區(qū)中燃燒含硫碳質(zhì)燃料的方法，其特征為調(diào)節(jié)燃料進(jìn)入的質(zhì)量流速與氧化劑進(jìn)入的質(zhì)量流速之比，以維持如下燃燒條件，即使大部分碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘嫉难趸?，使大部分不可燃礦物被作為熔渣沉積，該改進(jìn)方法的特征為(a)從燃燒氣體產(chǎn)物中分離液態(tài)熔渣，從而將基本上無(wú)粉塵的氣體產(chǎn)物送入與其相連的熱利用設(shè)備;(b)實(shí)質(zhì)上在所說(shuō)氣體產(chǎn)物進(jìn)入熱利用設(shè)備時(shí)，使氣體產(chǎn)物與硫吸附劑接觸，其溫度條件應(yīng)能加速硫組分與吸附劑的反應(yīng)，并能在所說(shuō)氣體產(chǎn)物從熱利用設(shè)備排入大氣之前，從該氣體產(chǎn)物中除去大部分硫。
13.如權(quán)利要求12所述的一種方法，其特征還包括(a)硫吸附劑是一種顆粒物質(zhì)，在該顆粒物質(zhì)被引入氣體產(chǎn)物后約1～10秒的顆粒輸送時(shí)間內(nèi)，該吸附劑顆粒與宀锘旌希 (b)在吸附劑被引入氣體產(chǎn)物的同時(shí)或在此后的約1～10秒內(nèi)，附加氧化劑與該氣體產(chǎn)物混合，以及(c)使吸附劑顆粒暴露于環(huán)境中，該環(huán)境中氣體的溫度隨時(shí)間而降低，這些顆粒通到和經(jīng)過(guò)所說(shuō)熱利用設(shè)備時(shí)，其溫度對(duì)時(shí)間的關(guān)系應(yīng)使吸附劑顆粒迅速煅燒，使吸附劑在低于約2300°F的溫度下與所說(shuō)氣體中的大部分含硫組分發(fā)生反應(yīng)并將其收集，從而在這些氣體產(chǎn)物從熱利用設(shè)備排入大氣之前，從所說(shuō)氣體產(chǎn)物中除去大部分硫。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為所說(shuō)的氣體產(chǎn)物和所說(shuō)的吸附劑與足量的附加氧化劑混合，以使該混合物的溫度至少降至約2300°F。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征為，氣體產(chǎn)物、吸附劑和附加氧化劑的混合物，其溫度在該混合物進(jìn)入與之相連的熱利用設(shè)備后約10秒鐘內(nèi)被降至1600～2000°F。
16.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為硫吸附劑含有碳酸鈣，在將該碳酸鈣引入氣體產(chǎn)物后的2～20毫秒內(nèi)，該碳酸鈣從氣體產(chǎn)物中吸收熱能而被煅燒。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為(Ca/S)摩爾比約為2～5。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征為將硫吸附劑和附加氧化劑加入氣體產(chǎn)物前先使其混合。
19.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為先將硫吸附劑加到氣體產(chǎn)物中然后再送入熱利用設(shè)備，并在進(jìn)入該設(shè)備同時(shí)使其與附加氧化劑混合。
20.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征為調(diào)節(jié)熱利用設(shè)備的溫度約為1600°～2000°F。
21.如權(quán)利要求17所述的方法其特征為(Ca/S)摩爾比約為2.5～3.5。
全文摘要
將加到燃燒產(chǎn)物中的硫吸附劑和輔助氧化劑從造渣燃燒器通入與其相連的熱利用設(shè)備，在1600～2300生成反應(yīng)氣流，在該氣流中硫與含有堿金屬的硫吸附劑發(fā)生反應(yīng)而被除去。調(diào)節(jié)造渣燃燒器燃燒條件，生成富燃料氣體產(chǎn)物流，使NO
文檔編號(hào)F23C3/00GK1036069SQ88104688
公開(kāi)日1989年10月4日 申請(qǐng)日期1988年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月30日
發(fā)明者安德烈亞·林·弗勞爾斯·埃金斯, 約翰·戴維·庫(kù)恩茲利 申請(qǐng)人:Trw公司