專利名稱：燃燒中向燃燒爐供給吸附劑的設備的制作方法
技術領域：
本公開涉及發(fā)電裝置，尤其是涉及具有吸附劑噴射系統(tǒng)的發(fā)電裝置。
背景技術：
存在于世界各地的相當大量的煤資源能夠滿足將來的兩個世紀里世界 的大部分能源需要。高硫煤很豐富，但需要補救措施以阻止燃燒中過量的硫
被釋放到大氣中。在美國，低硫煤以低BTU值煤的形式存在于懷俄明州和 蒙大納州的保德河流域，以褐煤礦床的形式儲藏于南、北達科他州的北部中 心地區(qū)和德克薩斯州。但是即使當煤含有少量的硫時，它們還可能含有不容 忽略的單質汞、氧化汞和/或其它重金屬。
例如，在煤燃燒時汞至少部分揮發(fā)。當在煤燃燒過程中存在汞時，汞傾 向于不留在灰中，而是成為煙道氣組分。如果不采取補救，汞將會從煤燃燒 設備中排放到周圍空氣中，會導致環(huán)境污染。
如今，某些汞通過多種設施捕獲，例如濕式洗滌器、SCR控制和活性碳 系統(tǒng)。雖然濕式洗滌器和SCR控制系統(tǒng)可以從煤燃燒的煙道氣中去掉某些 汞，但活性碳系統(tǒng)伴隨著較高的處理和資本費用。而且，活性碳系統(tǒng)的使用 導致諸如利用袋濾捕塵室和靜電沉降器的廢氣處理中所收集的煙道灰的碳 污染。

發(fā)明內容
發(fā)電裝置包括燃燒爐、與燃燒爐連通的煤供應設備、以及吸附劑供應設 備。所述燃燒爐具有至少一個具有多個噴射器分布的面。噴射器與吸附劑供 應連通，并將其噴射提供至燃燒爐中。所述吸附劑可以包括具有至少一種鈣 化合物并進一步包含硅石和氧化鋁的堿性粉末。
根據在此所提供的說明，進一步的應用范圍是顯而易見的。應該理解的 是，本說明書以及特定實施方式僅僅是用于示例目的，而不是為了限定權力 要求的范圍。


在此所述的附圖僅僅是用于示例說明的目的，而不是以任何方式限定本 公開的范圍。
圖1是依據本公開的教導的發(fā)電裝置的示意圖； 圖2是第一燃燒爐的側視示意圖； 圖3是圖2中燃燒爐的透視示意圖； 圖4是圖2中燃燒爐的俯視示意圖； 圖5是噴槍的剖面圖6是吸附劑儲存室填充系統(tǒng)的示意圖；以及 圖7是第二燃燒爐的示意圖。
具體實施例方式
以下僅僅是本質上的示例性說明，而不是要限定本公開、應用或用途。
第一實施例中，發(fā)電裝置可以包括燃燒爐、煤供應設備和吸附劑源。所 述煤供應設備與燃燒爐連通。吸附劑源可以與煤供應設備和燃燒爐之一或二 者連通，并包括具有至少一種鈣化合物、硅石和氧化鋁的堿性粉末。
所述發(fā)電裝置還可以包括至少一個與吸附劑源連通并且可選擇性地將 吸附劑噴射到煤供應的噴射器。所述噴射器可以設置在燃燒爐的上游處，或 者也可以設置在燃燒爐內。
燃燒爐還可以包括伸入燃燒爐內 一段距離的噴才&。所述噴沖倉可以與吸附 劑源連通，并提供吸附劑進入燃燒爐的通道。所述噴槍進入燃燒爐的長度可 以大于或者等于兩英尺。所述噴槍可以進一步包括穿孔。在燃燒爐的操作期
間，燃燒爐內噴射吸附劑的位置可以經歷高于或者等于2000。F的溫度。而 且，該位置也可處于高于或者等于2300。F的溫度下。
在第二實施例中，發(fā)電裝置可包括吸附劑源、燃燒爐、煤供應設備和確 切的六個噴射器。所述煤供應設備與所述燃燒爐連通。所述噴射器可與吸附 劑源連通，并可選擇性地將吸附劑應用于燃燒爐內的煤。
在第三實施例中，發(fā)電裝置可包括燃燒爐、煤供應設備和多個噴射器。 所述燃燒爐可以具有至少一個面，并可以與所述煤供應設備連通。噴射器可 以穿過燃燒爐的所述面分布，且可配置用于在燃燒爐內分散吸附劑。所述噴 射器可包括伸入燃燒爐內一段距離的噴槍。所述噴槍可以伸入大于或者等于 兩英尺的距離。噴槍可以進一步包括穿孔。所述噴射器被配置在運行期間溫 度高于或者等于2000。F的燃燒爐內部位置將吸附劑輸送至燃燒爐內。進一 步地，所述位置也可以在溫度高于或者等于2300。F處。
在第四實施例中，發(fā)電裝置可包括吸附劑源、燃燒爐、煤供應設備、多 個噴射器和控制系統(tǒng)。煤供應設備可與燃燒爐連通，噴射器可與吸附劑源連 通。所述控制系統(tǒng)可以控制所述噴射器向所述煤和燃燒爐之一的吸附劑施用 或者向這二者上的施用。所述控制系統(tǒng)可被設置成獨立控制每一個噴射器， 也可以進一 步被設置成基于至少 一個輸入參數來控制吸附劑的施用。
在第五實施例中，運行發(fā)電裝置的方法可包括向燃燒爐進料煤供應并在 燃燒爐內使煤燃燒。該方法可以進一步包括在燃燒時通過多個噴射器向燃燒 爐供應包括堿性粉末的吸附劑。該堿性粉末可含有至少一種鈣化合物、硅石 和氧化鋁。吸附劑的供應可以包括基于一系列預定參數的噴射器的獨立運 行。所述供應可包括在燃燒爐內將吸附劑供給煤，或者在燃燒爐的上游處將 吸附劑供給煤然后將煤進料至燃燒爐中。所述供應可進一 步包括將吸附劑噴 射給燃燒爐內部位置，該位置在運行時的溫度高于或者等于2000°F。進一 步地，此溫度可以高于或者等于2300°F。
在此所述的教導可與使用如下方法和組合物進行的煤處理一起使用，所
述方法和組合物記載于2006年1月18日提出的、同時待審的美國臨時申請 NO.60/759,994;在2006年3月16日提出的美國專利申請NO.l 1/377,528; 在2005年3月21日提出的PCT申請NO.PCT/US05/13831;在2006年3月 16曰提出、主張在2005年3月17日提出的美國臨時申請NO.60/662,911優(yōu) 先權的PCT申請NO.PCT/US06/10000;在2005年12月2日提出的美國臨 時申請NO.60/742,154，其公開在此經引用而合并。
圖1為發(fā)電裝置10的示意圖。如圖所示，發(fā)電裝置10包括煤供應設備 12、燃燒爐14、化學品供應設備16、噴射系統(tǒng)18、控制系統(tǒng)20、渦輪機 22和顆?？刂葡到y(tǒng)24。如下所述，煤供應設備12與燃燒爐14連通，化學 品供應設備16通過噴射系統(tǒng)18直接與燃燒爐14連通。
化學品供應設備16包含粉末和液體吸附劑及其組合。例如，化學品供 應設備16包含以堿性粉末組合物形式存在的吸附劑，該堿性粉末組合物可 以包含至少 一種鈣化合物、以及硅石源和氧化鋁源。
本發(fā)明的吸附劑組合物可以包含提供鈣、石圭石和氧化鋁的組分，所述組 分以堿性粉末的形式存在。在各種實施方式中，所述組合物還包含氧化鐵， 以及基于氧化鈉(Na20)和氧化鉀(K20)的堿性粉末。在非限制性的實施 例中，粉末吸附劑包含約2 ~ 10wt。/。的A1203、約40 ~ 70wt。/。的CaO、約5 ~ 15wt。/。的SK)2、約2 ~ 9wt。/。的Fe203以及約0.1 ~ 5wt。/。的諸如氧化鈉和氧化 鉀等總堿。包括鈣、硅石、氧化鋁、以及其它成分(如果存在的話)的組分 在單一組合物中結合到一起，或者分別作為組分加入到燃料燃燒系統(tǒng)中。使 用所述吸附劑可以降低釋放到大氣中的硫和/或汞的量。使用所述吸附劑組 合物還可以除去汞，尤其是除去氧化的汞。另外，所述組合物通過其中的鈣 含量的功效減少燃燒中放出硫的數量。
所述吸附劑組合物包含適當高水平的氧化鋁和硅石。相信是氧化鋁和/ 或硅石的存在導致了幾個在所述吸附劑的使用中所發(fā)現的優(yōu)點。例如，燃料 燃燒產生的灰的硅石和/或氧化鋁含量高于未加入吸附劑的燃料燃燒產生的 灰。相信是添加的氧化鋁和/或硅石促成了所觀察到的所述灰在其水泥質性 質上的提高。
燃燒煤或其他含汞燃料產生的灰中觀察到的汞和/或其它重金屬的低酸浸出性。
在煤或者其它燃料燃燒時使用所述吸附劑組合物導致在燃燒爐壁或者 鍋爐管上形成耐火爐襯?？梢哉J為，這樣的耐火爐村反射燃燒爐內的熱量并 在鍋爐內產生較高水溫。使用吸附劑還降低結垢的形成或者在鍋爐管周圍的 結渣。這樣，吸附劑的使用導致燃燒爐更干凈，并提高了燃燒的煤和鍋爐管 內的水之間的熱交換。結果，燃燒相同量的燃料時，使用吸附劑導致在鍋爐 內產生較高水溫。換句話說，據觀察，在維持相同的電力輸出或者鍋爐水溫
時，吸附劑的使用可以降低例如煤的進料比率。以6%的比率使用吸附劑的 煤/吸附劑組合物正好產生與相同重量的全是煤的組合物同樣多的電力輸 出。通常在煙道灰中捕獲并循環(huán)利用的吸附劑的使用，實際上增加了煤燃燒 過程的效率，導致較低的燃料消耗。在此過程中，由于所述吸附劑的使用而 通常體積增加的煙道灰被循環(huán)利用于波特蘭水泥制造等，其具有改良的水泥 質性質和低重金屬浸出性。
正如所提到的，吸附劑組合物的組分可以作為石威性4分末提供。不被理論 所限制，可以認為，是所述吸附劑組分的堿性性質至少部分導致了以上所述 的良好特性。用于本公開的吸附劑組合物的鈣源包括諸如碳酸鈣、石灰石、 氧化鈣、氫氧化鈣、磷酸鈣和其它鈣鹽的鈣粉末?？芍T如石灰石、石灰、 熟石灰等的工業(yè)產品構成這種鈣鹽的主要部分。同樣，它們是用于本公開的 吸附劑組合物的合適組分。
其它鈣源包括各種工業(yè)產品。這種產品市場上可以買到，并且有些作為 其它工業(yè)過程中的廢品或者副產品銷售。該產品可以進一步向本/>開的組合 物提供硅石或氧化鋁之一或者二者。除了鈣還包含硅石和/或氧化鋁的工業(yè)
產品的非限制性實施例中包括波特蘭水泥、水泥窯粉塵、石灰窯粉塵、甜菜 石灰、爐渣(諸如鋼爐渣、不銹鋼爐渣和鼓風爐渣)、廢紙脫墨污泥灰、沖 天爐捕塵器濾餅、沖天爐煙塵。混合這些和其它材料來提供堿性粉末或者堿 性粉末的混合物，該粉末包含鉤，還可以包含硅石和氧化鋁。也可以使用各 種火山灰材料。
甜菜石灰是從甜菜制造糖時產生的固體廢料，鈣含量很高，還包含各種 在進行甜菜的石灰處理工藝中沉淀的雜質。這是一個商業(yè)項目，通常作為土 壤改良劑賣給庭園設計家、農場主等。
水泥窯粉塵(CKD)通常指水泥制造過程中在水泥窯或者相關的工藝設 備內產生的副產品。波特蘭水泥能夠在濕或干的工藝窯內制造。雖然濕或干 的工藝不同，但兩個工藝都分階段加熱原料。水泥制造的原料包含鈣、硅石、 鐵和氧化鋁的資源，且通常包括石灰石，以及諸如粘土、沙子和/或頁巖的 各種其它材料。第一階段是預熱階段，在這一階段中驅散原料中所有濕氣、 除去水合水并將原料溫度升至約1500°F。第二階段是通常發(fā)生在約1500T 和2000。F之間的煅燒階段，該階段中，石灰石(CaC03)通過在煅燒反應中 除去二氧化碳(C02)轉化為石灰(CaO)。然后原料在燒成帶被加熱到介 于約250(TF和3000。F之間的最高溫度，在該燒成帶它們充分熔化并流出， 因而形成諸如硅酸三4丐、硅酸二釣、鋁酸三釣和鐵鋁酸四鈣的無才幾化合物。 波特蘭水泥產品的標準分析中表明其含有約65 ~ 70%的CaO, 20%的Si02、 5%的A1203、 4%的Fe203以及少量的諸如鎂、硫、鉀、鈉等的氧化物的其它 化合物等。熔化的原料被冷卻固化成小結塊的中間產品，作為眾知的"熟料" 隨后從窯內排出。然后，熟料被磨細并與其它添加劑(諸如延緩劑、石膏) 混合而形成波特蘭水泥。然后，波特蘭水泥與集料和水混合而形成混凝土。
通常，CKD包括在窯、預處理設備和/或材料處理系統(tǒng)的不同區(qū)域產生 的不同顆粒的組合，例如包括熟料粉塵、部分完全煅燒的材料粉塵和原料(含 水和脫水的)粉塵。CKD組合物基于使用的原料和燃料、制造和加工條件、
以及在水泥制造過程中CKD的收集位置而改變。CKD可包括從窯流出(即 排出)的氣流、熟料冷卻器流出物、預煅燒流出物、空氣污染控制設備等收 集的粉塵或者顆粒物質。
雖然CKD組合物會因窯的不同而發(fā)生變化，由于存在熟料和被煅燒材 料的粉塵，CKD通常至少具有一些水泥質和/或火山灰的特性。典型CKD 組合物包含有諸如包括硅酸三釣、硅酸二4丐的硅酸鹽的含硅化合物；諸如包 括鋁酸三4丐的鋁酸鹽的含鋁化合物；諸如包括鐵鋁酸四鈞的鐵酸鹽的含《失化 合物。CKD通常包含氧化4丐(CaO )。示例的CKD組合物包括約為10 ~ 60wt% 的氧化鉤，或者約為25 ~ 50wt%,或者約為30~45wt%。 CKD可以包括濃 度約為1 ~ 10%的游離石灰(可用于與水發(fā)生水合反應)，或者約為1~5%, 且在一些實施例中約為3 ~ 5%。而且，CKD可以包括含有堿性金屬、堿土 金屬、硫及其它物質的化合物。
波特蘭水泥和CKD以外)，該堿性粉末包含鈣，還進一步包含硅石和氧化 鋁?；旌纤喈a品是這種來源的一個合適例子。這些混合水泥產品通常包含 波特蘭水泥和/或與爐渣和/或火山灰(例如煙道灰、硅粉、焦化頁巖)結合 的其熟料的混合物?；鹕交彝ǔ槠浔旧聿痪哂兴噘|性質的硅酸鹽類
(silicaceous )材料，但是當與游離石灰(游離CaO )和水發(fā)生反應時產生 水凝水泥特性。其它原料來源為圬工用水泥和/或水硬性石灰，其包括波特 蘭水泥和/或其熟料與石灰或石灰石的混合物。其它合適的原#牛來源為含鋁 水泥，含鋁水泥是通過燃燒石灰石和礬土 (一種天然產生的異質材料，包含 一種或多種氫氧化鋁的礦物、加上硅石、氧化鐵、氧化鈦、硅酸鋁以及其它 少量或者微量的雜質的各種混合物)的混合物而制造的水凝水泥。還有另一 個實施例為火山灰水泥，火山灰水泥是包含大量火山灰的混合水泥。通常， 火山灰水泥包含有氧化鈣，但是基本不含波特蘭水泥。廣泛使用的火山灰的 常見實施例包括天然火山灰(諸如某些火山灰或者凝灰?guī)r、某些硅藻土、焦
化粘土和頁巖)和人造火山灰(諸如硅粉和煙道灰)。
石灰窯粉塵(LKD)為生產石灰的副產品。LKD是從石灰窯或者相關 工藝設備中收集的粉塵或者顆粒物質。工業(yè)石灰可以歸類為高鈣石灰或者白 云石石灰，LKD依據其形成工藝而不同。常常通過煅燒反應來生產石灰， 所述煅燒反應通過加熱例如碳酸鉀(CaC03)的石灰質原料以形成游離石灰
(CaO)和二氧化碳(C02)來進行。高4丐石灰具有高濃度的氧化鈣和一些 典型的雜質，雜質包括含鋁和含鐵的化合物。高4丐石灰通常由高純度碳酸鈣
(約95%的純度或者更高)形成。在來自高鈣石灰工藝的LKD產品中的典 型的氧化鈣含量高于或者等于約75wt%,或者高于或者等于約85wt%，在某 些情況下高于或者等于約卯wt。/。。在一些石灰制造中，白云石
(CaC03'MgC03 )通過加熱被分解而主要產生氧化鈣(CaO)和氧化鎂
(MgO),由此形成已知的白云石石灰。在由白云石石灰工藝產生的LKD 中，氧化釣含量可以高于或者等于約45wt%，或者高于或者等于約50wt%, 在某些具體實施例中高于約55wt%。然而LKD依據所使用的石灰工藝類型 而改變，但通常具有相對高濃度的游離石灰。LKD中游離石灰的典型含量 約為10~50%,或者約為20~40%,這取決于氧化鈣存在于生成的石灰產品 中的相對濃度。
爐渣通常為金屬制造和加工產生的副產品化合物。術語"爐渣"包括多種 類的副產品化合物，通常包含大部分黑色金屬和/或鋼制造和加工的非金屬 副產品。通常，爐渣被認為是各種金屬氧化物的混合物，但是在基本形式上 常常包含金屬硫化物和單質形式的金屬原子。
用于本發(fā)明的某些實施例的爐渣副產品的各種例子包括諸如在鼓風爐 (還叫作沖天爐)中產生的鐵爐渣，舉例來說，鐵爐渣包括氣冷高爐爐渣 (ACBFS)、膨脹高爐爐渣或者泡沫高爐爐渣、丸狀的鼓風爐渣、粒狀高爐 礦渣(GBFS)等等。鋼爐渣可以產于堿性氧氣煉鋼爐(BOS/BOF)或者電 弧爐(EAF)。許多爐渣因具有水泥質和/或火山灰特性而被公知，然而正如
熟練技工所知的，爐渣具備這些特性的程度取決于它們各自成分和它們來源 于何種工藝。示例的爐渣包括含釣化合物、含硅化合物、含鋁化合物、含鎂 化合物、含鐵化合物、含錳化合物和/或含好u化合物。該爐渣可以包括約為
25 ~ 60wt。/。的氧化4丐，或者約為30 ~ 50wt%,再或者約為30 ~ 45wt%。通常 具有水泥質性質的適當的爐渣的 一個例子是磨碎的粒狀鼓風爐渣(GGBFS )。 如上所述，其它適當的例子包括從連接于鼓風爐的空氣污染控制設備中 收集的鼓風(沖天)爐煙塵，諸如沖天爐捕塵器濾餅。另一個適當的工業(yè)副 產品源是廢紙脫墨污泥灰。如本領域技術人員所知，有許多不同的人造的/
多這些已知的副產品同樣也包含氧化鋁和/或硅石。示例的人工產品和/或工 業(yè)副產品的任意結合也被考慮用作本公開的堿性粉末。
硅石和/或氧化鋁的期望處理水平高于靠加入諸如波特蘭水泥、水泥客 粉塵、石灰窯粉塵和/或糖用甜菜石灰等材料所提供的處理水平。因此，可 以用鋁硅酸鹽材料補充這類材料，例如但不限于粘土 (例如蒙脫石、高嶺土 等)材料，需要這些材料來提供所需的硅石和氧化鋁水平。補充的鋁硅酸鹽 材灃+至少構成添加到煤燃燒系統(tǒng)的各種吸附劑組分的2wt%。或者，補充的 鋁硅酸鹽材料至少構成添加到煤燃燒系統(tǒng)的各種吸附劑組分的5wt%。通常， 只要維持了足夠的釣水平，從技術觀點來看鋁硅酸鹽材料的添加沒有上限。 但是，從成本立場來看，也許需要限制比較昂貴的鋁硅酸鹽材料的比例。因 此，所述吸附劑組分可以包括約2~ 50wt%、更具體在2 20wt。/。、更進一步 具體在約2~ 10wt。/。的諸如所示例的粘土的鋁硅酸鹽材料。
堿性粉末吸附劑組合物可以包含一種或者多種諸如波特蘭水泥、水泥窯 粉塵、石灰窯粉塵、各種爐渣、甜菜石灰的含鈣粉末，以及例如但不限于蒙 脫石或者高嶺土的鋁硅酸鹽粘土。所述吸附劑組合物可以包含充足的Si02 和八1203來與燃燒生成的硫酸鈣形成耐高溫樣的混合物、并與汞和其他重金 屬形成耐高溫樣的混合物，以使硫酸鈣被燃燒爐的顆?？刂葡到y(tǒng)處理，且在 酸性條件下汞和重金屬不從灰中浸出。所述含鈣粉末吸附劑可以包含最少為
2wt。/。的硅石和2wt。/。的氧化鋁，更具體最少為5wt。/。的硅石和5wt。/。的氧化鋁。 氧化鋁水平可以高于在波特蘭水泥中發(fā)現的水平，也就是說以Ah03計，高 于約5wt%,更具體約高于6wt%。
合適的鋁硅酸鹽材料包括很多種類的無機礦物和材料。例如，許多礦物、 天然材料和合成材料包含與氧環(huán)境相關的硅和鋁與可選擇的其它陽離子，和 /或其它陰離子與可選擇的水合水，所述其它陽離子例如但不限于Na、 K、 Be、 Mg、 Ca、 Zr、 V、 Zn、 Fe和Mn的陽離子，其它陰離子諸如是氫氧才艮 離子、硫酸根離子、氯離子和碳酸根離子。這樣的天然和合成材料在這里被 稱為鋁硅酸鹽材料，且以非限制性的方式通過以上提到的粘土進行了示例。
在鋁硅酸鹽材料中，硅易于以四面體存在，而鋁以四面體、八面體或者 二者的結合體存在。在這種材料中通過在硅和鋁四面體或者八面體之間共用 1、 2或者3個氧原子而構成鋁硅酸鹽的鏈或者網狀結構。這種礦物有諸如 硅石、氧化鋁、鋁硅酸鹽、地聚合物(geopolymer)、硅酸鹽和鋁酸鹽等各 種命名。但是目前，含鋁和/或硅的化合物在氧存在下暴露于燃燒高溫而易 于產生硅石和氧化鋁。
鋁硅酸鹽材料可以包括Si02.Al203的多晶體。例如，硅鋁多晶體 (silliminate )含珪石八面體和均勻地分配在四面體和八面體之間的氧化鋁。 藍晶石基于硅石四面體和氧化鋁八面體。紅柱石是Si02'A1203的另 一種多晶 體。
鏈狀硅酸鹽可以為本公開的組合物提供硅(如硅石)和/或鋁(如氧化 鋁)。鏈狀硅酸鹽包括但不限于輝石和似輝石硅酸鹽，似輝石硅酸鹽由共有 的氧原子連結的Si04四面體的無窮鏈構成。
其它適當的鋁硅酸鹽材料包括例如但不限于云母、粘土、溫石棉(諸如 石棉)、滑石、急石、葉蠟石和高嶺石的片材。這種材料的特征為具有層狀 結構，在該層狀結構中，硅石和氧化鋁八面體和四面體共用兩個氧原子。層
狀的鋁硅酸鹽包括諸如亞氯酸鹽、海綠石、伊利石、坡縷石、葉蠟石、鋅蒙 脫石、蛭石、高嶺石、鉤蒙脫石、鈉蒙脫石和斑脫土的粘土。其它實施例包 括云母和滑石。
合適的鋁硅酸鹽材料還包括合成和天然沸石，該合成和天然沸石例如但 不限于是方沸石、方鈉石、菱沸石、鈉沸石、鈣十字沸石和發(fā)光沸石群。其 它沸石包括片沸石、鍶沸石、柱沸石、輝沸石、濁沸石、《美石威沸石、方石咸沸 石和斜發(fā)沸石。沸石是以通過鋁硅酸鹽四面體的框架、離子可交換的"巨大
陽離子"(諸如Na、 K、 Ca、 Ba和Sr)且+〉散地保持住水分子為特征的礦物 或者合成材料。
也可以使用框架或者三維硅酸鹽、鋁酸鹽和鋁硅酸鹽。框架鋁硅酸鹽的 特征在于通過三維連結的SiO4四面體、AlO4四面體和/或A106八面體的結 構。同時包含硅石和氧化鋁的框架硅酸鹽的非限制性的實施例中包括諸如鈉 長石、釣長石、中長石、倍長石、閃光拉長石、樣i斜長石、透長石和正長石 的長石。
一方面，所述吸附劑粉末組合物的特征在于，包含大量的鈣，例如以氧 化鈣計高于20wt%,而且其包含的硅石和/或氧化鋁高于在諸如波特蘭水泥 的商業(yè)產品中發(fā)現的硅石和/或氧化鋁水平。所述吸附劑組合物可以包括高 于5wt。/。的氧化鋁，高于6wt。/。的氧化鋁，高于7wt。/。的氧化鋁，或者高于8wt% 的氧化鋁。
以有效控制在燃燒時釋放到大氣中的硫和/或汞的量的比率，用吸附劑 組分處理煤或者其它燃料。根據煤被處理的重量或者通過燃燒消耗煤的比 率，吸附劑組分的總處理水平在約0.1wt。/o-20wt。/o的范圍內變動。當吸附劑 組分被結合成單一組分時，組分處理水平與吸附劑處理水平一致。這樣，單 一吸附劑組分可以被提供并測量或者為添加到煤燃燒系統(tǒng)中而進行測量。在 仍舊提供足以達到對硫和/或汞排放的期望效果的吸附劑同時，通常使用最 小量的吸附劑以免過多的灰使系統(tǒng)超過負荷。因此，吸附劑處理水平約在 lwt%~ 10wt。/。的范圍內變動，更具體在從約lwt。/?；蛘?wt。/o至約10wt%。 對許多種煤來說，發(fā)現以6wt。/。的添加比率使用粉末吸附劑是可行的。
燃燒爐14產生的蒸汽供給渦輪機22動力。燃燒爐14的排氣裝置與顆 粒控制系統(tǒng)18連通。
如圖2 4所示，在非限制性的實施例中，燃燒爐14為切向燃燒爐26。 如圖所示，切向燃燒爐26包括具備上部27、中部29和下部31的燃燒爐體 28、粉碎燃料進料器30、 二次空氣入口 32、燃燒爐頸34、過熱器管束36、 第一管束38、第二管束40、底灰收集坑42和吸附劑噴射器44。燃燒爐體 28包括壁46、 48、 50、 52。在壁48、 52上示出粉碎燃料進料器30用于說 明目的。由空氣供應設備(未示出)通過粉碎燃料進料器30進料粉碎的煤。 粉碎燃料進料器30通常可以彼此交叉設置，并且在剛好高于二次空氣的位 置到高于底灰收集坑42的位置運轉。二次空氣入口 32設置在粉碎燃料進料 器30上方，通常提供除了所述燃燒爐內較低位置用燃料進料的燃燒之外的 燃燒。二次空氣入口 32通?？梢栽O置在燃燒火球的頂部?；鹎蛲ǔ？梢詳U 散至燃燒爐26的燃燒爐頸34。使用二次空氣能夠改善燃燒并傾向于降低氮 氧化物(NOx)排放。
如示例設備所示，燃燒爐頸34設置在粉碎燃料進料器30、 二次空氣入 口 32和吸附劑噴射器44的上方，通常用于燃燒爐排出的廢氣。過熱器管束 36、第一管束38和第二管束40利用從切向燃燒爐26產生的熱量將水轉變 為水蒸汽，以便在渦輪機22旋轉的同時產生電流。底灰收集坑42設置在粉 碎燃料進料器30、 二次空氣入口 32和吸附劑噴射器44的下方，通常容納 沒有通過燃燒爐頸34離開切向燃燒爐26的燃燒的副產品。
如圖所示，噴射系統(tǒng)18包括在二次空氣入口 32上方、伸入燃燒爐體 28的壁46、 48、 50和/或52的吸附劑噴射器44。吸附劑噴射器44穿過單 層或多層的燃燒爐壁46、 48、 50、 52中的一個或多個分布，且可在燃燒爐 26內排列以提供達到所需吸附劑分布的任何布局?？梢允褂迷S多合乎特定
燃燒爐的噴射器。例如，燃燒爐壁46、 48、 50、 52中的每一個可以包括4~ 8個噴射器。在圖2 4所示的實施例中，燃燒爐26在燃燒爐壁46、 48、 50、 52的每一個上包括5個噴射器。
吸附劑噴射器44通?？梢詾楣軤顕姌尩男问讲⑸烊肴紵隣t體28以適當 長度。伸入燃燒爐體28的長度可以是超過燃燒爐體28的任何所需量。在非 限制性的實施例中，吸附劑噴射器44延伸入燃燒爐體28的長度約大于或者 等于兩英尺。吸附劑噴射器44可以沿著燃燒爐壁以任意適當的方式隔開。 例如，吸附劑噴射器44可以彼此等距隔開，也可以以任意所需距離隔開， 包括4、 6或者12英尺。吸附劑噴射器44可以在溫度高于2000。F、更特定 在高于2300。F的位置將吸附劑噴入燃燒爐14。用于噴射的位置可以在隨著 燃燒爐的不同而改變?？梢允褂弥T如計算機建模方法的手段來預觀'J燃燒爐氣 流和熱性質，所述計算機建模方法包括計算流體動力學(CFD)、有限元分 析(FEA)、有限差分模型和傳熱模型。眾多手段之中只有幾種可以用于測 定噴射器位置。
在燃燒爐中，燃燒過程中產生的火球或者火焰前鋒可以變化。例如，火 球或者火焰前鋒可以改變其深度和/或相對于燃燒爐壁的位置。因此，可以 改變噴射器的布置和進入燃燒爐體28的程度，以達到在燃燒爐26內的所需 位置噴射。例如，噴射器位置可變更為在對應于燃燒爐26的特定內部溫度 的位置進行噴射。通常位于或者靠近火球頂部的位置可以為2300~2600°F 的溫度。在燃燒爐26的頸部34下方的溫度可以約為3000°F。在火球中心 位置的溫度可以約為3600°F。
在未圖示的可供替換的配置中，吸附劑噴射器可以在緊接著廢氣煙自的 部位上部噴入燃燒爐?；蛘?，吸附劑噴射器被設置在燃燒爐的較低部位。吸 附劑噴射器還可以設置在多個位置。雖然在一個實施例中已經描述了吸附劑 噴射器被設置在二次空氣入口和粉碎燃料進料的上方，但在其它的實施例 中，吸附劑噴射器可以被設置在二次空氣入口和粉碎燃料進料的任意結合的
上方、下方或者之間。
如圖5的例子所示，吸附劑噴射器44還可以包括在伸入燃燒爐體28的 部分上的穿孔54。吸附劑噴射器44還可以包括產生收斂/發(fā)散噴嘴或者文丘 里管的直徑縮小部分56。所述文丘里管可以對噴入燃燒爐26的吸附劑提供 更好的滲透性。如圖所示，可選擇的空氣進料管道58與吸附劑噴射器44連 接，以與吸附劑噴射器44呈小于30。的角度布置?？諝膺M料管道58可包括 或不包括用于控制進入吸附劑噴射器44的空氣流的入口閥62。空氣進料管 道58的直徑可以有很大變化。例如，空氣進料管道58的直徑可以約為吸附 劑噴射器44直徑的一半。例如，吸附劑噴射器44的直徑可以約為2英寸， 空氣進料管道58的直徑可以約為l英寸。
吸附劑噴射器44還可以每個都包括圖4所示的入口閥62。吸附劑噴射 器44的每個壁可以與其主進料管道64連通。主進料管道64還可以包括入 口閥66且可以與吸附劑儲存室68連通(圖6所示)。入口閥62、 66可以 被控制系統(tǒng)20控制。
控制系統(tǒng)20可以自動控制作為燃燒爐操作參數的函數的吸附劑噴射的 量和頻率。例如，可以通過增加或者減少與吸附劑供應設備連通的鼓風機的
進料速度和/或星輪進料器的轉動速度調整吸附劑噴射。輸給控制系統(tǒng)20的 輸入參數可以包括爐體內的硫含量、爐體內的汞含量、爐體內的NOx含量和 供給燃燒爐26的燃料進料速度。吸附劑噴射器44可以彼此獨立或者作為組 進行操作。
如圖6所示的非限制性的實施例所述， 一系列的吸附劑儲存室68可以 用于向燃燒爐26供應吸附劑。如圖所示，吸附劑儲存室68由氣動鼓風機 70通過管道72填充，管道72具有通向每個吸附劑儲存室68的進料管74。 四通分流器76用來分開每個吸附劑室68以便單獨填充。儲存室的數量不是 特別重要。在各種實施例中，可以使用多于或者少于圖6所示的儲存室向燃 燒爐26供應吸附劑。
在切向燃燒爐26被描述為將吸附劑單獨噴入燃燒爐體28時，吸附劑可 在煤進料器的頂部或附近被噴射在煤上，然后可以粉碎煤并作為單一混合物 一起噴入燃燒爐體28中。通常，使用的噴射器可以與圖5所示的噴射器44 相似。作為非限制性的實施例，噴射器通?？梢砸韵鄬γ哼M料器的頂部60。 的角度向下，并且具有2-6英寸的進料直徑。
參照圖7，圖示了鏈條爐126。如圖所示，鏈條爐126包括燃燒爐體128、 助燃空氣源130、煤入口 132、木材入口 134、廢氣煙囪136、水管束138、 爐排140、煤灰桶142和清洗管路144。
煤入口 132和木材入口 134通常提供從煤供應設備113和木材供應設備 112到爐排140的煤和木材的通道。在燃燒期間，爐排140可以是輸送木材、 煤或者其它燃料通過燃燒爐26的寬度的移動爐排。助燃空氣供應130可以 設置在爐排140下面的燃燒爐126的較低部位。水管束138設置在靠近廢氣 煙自136的燃燒爐126的上部，與諸如圖1所示的渦輪機22的渦輪機連通。 廢氣煙囪136可以設置在燃燒爐126的上部，與諸如顆?？刂葡到y(tǒng)24的控 制系統(tǒng)連通。燃燒爐爐渣通道146還可以與諸如圖1所示的顆?？刂葡到y(tǒng) 24的控制系統(tǒng)連通。
清洗管路144提供燃燒爐體128和煤灰桶142之間的連通。煤灰桶142 可以通過一個設備(未圖示)被氣動充滿煙道灰并將煙道灰進料給燃燒爐體 128。清洗管路144可以是適合于鏈條爐126的任何尺寸。在所示的非限制 性的實施例中，清洗管路144的直徑約為2英寸。可以使用任何數量的清洗 管路144。在圖7所示的具體實施例中有6根清洗管路144。每根清洗管路 144可以通過噴射系統(tǒng)與化學品供應連接在 一起，該化學品供應和噴射系統(tǒng) 例如為圖1所示的化學品供應設備16和噴射系統(tǒng)18。
噴射系統(tǒng)18可以包括吸附劑噴射器148。每根清洗管路144可以包括 連接其上的吸附劑噴射器148。同樣，圖7中示出了 6個噴射器。如上所述， 每個吸附劑噴射器148可以通過進料管道150與諸如化學品供應設備16的
化學品供應連通。進料管道150可以是各種尺寸，可以由各種材料制成。例
如，進料管道150是具有2英寸直徑的可彎曲管道。進料管道150可以與從 吸附劑儲存室154延伸的主進料管道152通過雙通分流器156連接在一起， 它們各自都具有合適的直徑，例如2英寸。在吸附劑噴射器148和分流器 156之間空氣管道158與進料管道150在排氣口 160處連接在一起?？諝鈮?縮機162連接到空氣管道158上。
雖然已顯示為與清洗管路144連接在一起，但吸附劑噴射器148在結構 上可以獨立于清洗管路144并且在燃燒爐體128的周圍延伸，該結構通常類 似于有關切向燃燒爐26所描述的結構。同樣，噴槍也可以作為噴射器148 的一部分被合并，與圖5所示的類似。在非限制性的實施例中，吸附劑噴射 器可以排列在移動爐排140上方約20英尺處。
如上所述，諸如圖1所示的控制系統(tǒng)20的控制系統(tǒng)可以根據燃燒爐操 作參數來控制吸附劑噴射頻率和持續(xù)時間。此外，如以上所指出的，吸附劑 噴射器148可以彼此獨立或者作為一組運行。
吸附劑儲存室154可以以類似于圖6中關于吸附劑儲存室68所討論的 方式被填充。在圖6的吸附劑儲存室68和圖7的吸附劑儲存室154的填充 結構之間的主要不同在于，在圖6中使用了多個室68,而在圖7中使用了 單個室154。
無論是切向燃燒爐的形式，還是鏈條爐的形式，燃燒爐14可以是直焰 爐，或者是倒風爐。如上所述，噴射器的布置可以依據使用的燃燒爐類型而 改變。
權利要求
1.一種發(fā)電裝置，包括:燃燒爐；與所述燃燒爐連通的煤供應設備；以及吸附劑源，其與所述煤供應設備和所述燃燒爐中的至少之一個連通，所述吸附劑包括具有至少一種鈣化合物、硅石和氧化鋁的堿性粉末。
2、 根據權利要求1所述的發(fā)電裝置，進一步包括與所述吸附劑源連通 并被配置成將所述吸附劑施用于所述煤供應設備的噴射器。
3、 根據權利要求2所述的發(fā)電裝置，其中所述至少一個噴射器被設置 在所述燃燒爐的上游。
4、 根據權利要求2所述的發(fā)電裝置，其中所述至少一個噴射器被設置 在所述燃燒爐內。
5、 根據權利要求1所述的發(fā)電裝置，其中所述吸附劑源通過伸入所述 燃燒爐內 一段距離的噴槍與所述燃燒爐連通。
6、 根據權利要求5所述的發(fā)電裝置，其中，所述距離至少為兩英尺。
7、 根據權利要求5所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴槍包括穿孔。
8、 根據權利要求1所述的發(fā)電裝置，其中，所述吸附劑在所述燃燒爐 運行過程中內部溫度至少為2000。F的位置被噴入所述燃燒爐。
9、 根據權利要求8所述的發(fā)電裝置，其中，所述吸附劑在所述燃燒爐 內部溫度至少為2300。F的位置被噴入所述燃燒爐。
10、 一種發(fā)電裝置，包括 具有至少一個面的燃燒爐； 與所述燃燒爐連通的煤供應設備；以及多個噴射器，穿過所述燃燒爐的所述至少一個面分布，并被配置成在所 述燃燒爐內分配吸附劑。
11、 根據權利要求10所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴射器包括伸入所 述燃燒爐內 一段距離的噴槍。
12、 根據權利要求11所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴槍伸入所述燃燒 爐內至少兩英尺。
13、 根據權利要求11所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴槍包括穿孔。
14、 根據權利要求10所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴射器被配置在所 述燃燒爐運行過程中內部溫度至少為2000T的位置將所述吸附劑輸送至所 述燃燒爐內。
15、 根據權利要求14所述的發(fā)電裝置，其中，所述噴射器被配置在所 述燃燒爐運行過程中內部溫度至少為230(TF的位置將所述吸附劑輸送至所 述燃燒爐內。
16、 一種發(fā)電裝置，包括 吸附劑源；燃燒爐；與所述燃燒爐連通的煤供應設備； 與所述吸附劑源連通的多個噴射器；和控制系統(tǒng)，控制所述噴射器向所述煤和所述燃燒爐中的至少 一 個的吸附 劑施用，所述控制系統(tǒng)被設置成獨立控制所述多個噴射器中的每 一 個。
17、 根據權利要求16所述的發(fā)電裝置，其中，所述控制系統(tǒng)被設置為 基于至少一個輸入參數來控制吸附劑的施用。
18、 一種方法，包4舌 將煤供應進料至燃燒爐； 在燃燒爐內燒煤；以及在燃燒時，通過多個噴射器向燃燒爐供應包括堿性粉末的吸附劑，該堿 性粉末含有至少一種鈣化合物、硅石和氧化鋁，所述供應包括基于一系列預 定參數獨立運行所述噴射器。
19、 根據權利要求18所迷的方法，其中，所述供應包括向燃燒爐內的 煤施用吸附劑。
20、 根據權利要求18所述的方法，其中，所述供應包括在燃燒爐的上游將吸附劑施用I lj煤上然后將所述煤進料至燃燒爐。
21、 根據權利要求18所述的方法，其中，所述供應包括在燃燒爐運行 期間內部溫度至少為2000。F的位置將吸附劑噴入燃燒爐內。
22、 根據權利要求21所述的方法，其中，所述供應包括在燃燒爐的內 部溫度至少為2300°F的位置將吸附劑噴入燃燒爐內。
全文摘要
發(fā)電裝置可包括燃燒爐、煤供應設備和吸附劑供應設備。所述燃燒爐可具有至少一個具有多個噴射器分布的面。所述煤供應設備可以與燃燒爐連通。噴射器可以與吸附劑源連通，并將其噴射劑提供給燃燒爐。所述吸附劑可以包括具有至少一種鈣化合物、硅石和氧化鋁的堿性粉末。
文檔編號B01D47/00GK101374587SQ200780003296
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權日2006年1月18日
發(fā)明者道格拉斯·C·科姆里 申請人:道格拉斯·C·科姆里