高性能汞捕集的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高性能汞捕集。具體而言，提供用于從固體燃料燃燒煙道氣體高性能地捕集汞的方法和系統(tǒng)(110)。該方法包括將粉碎活性炭噴射到至少具有第一織物過濾器(118)和第二織物過濾器(128)的汞捕集系統(tǒng)(110)中，收集捕集在第二織物過濾器(128)中的粉碎活性炭，并且將來自第二織物過濾器(128)的收集的粉碎活性炭噴射到第一織物過濾器(118)上游用于再使用以從過程氣體捕集汞。
【專利說明】局性能錄捕集
[0001]相關申請的交叉引用
本申請請求享有2012年8月7日申請的名稱為“HIGH PERFORMANCE MERCURY CAPTURE”的美國臨時專利申請序列號N0.61/680，490的權(quán)益，該臨時專利申請通過參照它的全部而合并入本文。
【技術(shù)領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于從包括煙道氣體的固體燃料燃燒產(chǎn)物中移除汞的系統(tǒng)和方法，并且更具體而言涉及用于從由煤燃燒產(chǎn)生的煙道氣體中移除元素汞或汞化合物的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在諸如城市廢物焚燒的各種應用中，已經(jīng)成功地論證了活性炭吸收汞蒸氣的效用。然而，相比于燃煤發(fā)電廠煙道氣體，在來自廢物焚燒爐煙道氣體的汞濃度存在顯著差異，其中來自燃煤發(fā)電廠的汞濃度為低至十分之一至一百分之一之間的任何數(shù)值。另外，來自廢物焚燒爐的煙道氣體汞通常為氯化汞的形式，而來自燃煤發(fā)電廠的煙道氣體汞通常為元素汞的形式。這兩個差異使得更難從由燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的煙道氣體中移除汞。
[0004]活性炭的利用系數(shù)很重要，因為活性炭很昂貴。行業(yè)中降低碳成本的努力包括使碳鹵化(通常使用溴化物)。另外，碳可磨碎以減小碳顆粒的表面面積，并且/或者在較高溫度下噴射到系統(tǒng)中，每個措施均為了提高碳的利用系數(shù)而采用。然而，即使在這些行業(yè)努力的情況下，符合更嚴格的排放法規(guī)也需要提高碳噴射率。
[0005]在2011年12月16日，美國環(huán)境保護局(U.S.EPA)發(fā)布了針對現(xiàn)存發(fā)電廠和新發(fā)電廠的汞和其他空氣污染物的新的更嚴格的排放法規(guī)。不燃燒低級煤的新發(fā)電廠產(chǎn)生的汞的新排放法規(guī)為2.0X 10_4磅汞每百萬千瓦時(Ib汞/Gwh)。因此，存在用于實現(xiàn)符合法規(guī)、同時最大限度地減小與此相關聯(lián)的附加成本的高性能汞捕集的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的為提供一種用于燃煤發(fā)電廠的高性能汞捕集的方法，其在配備有兩個或多個織物過濾器的系統(tǒng)中使用粉碎活性炭用于實現(xiàn)符合法規(guī)。因此，該方法包括將粉碎活性炭在第二織物過濾器上游的點處噴射到系統(tǒng)管道中用于汞捕集，收集來自最終織物過濾器的粉碎活性炭，并且與穿過系統(tǒng)的煙道氣體流相反地傳送收集的粉碎活性炭，用于在第一織物過濾器的上游的點處噴射來用于系統(tǒng)在汞捕集再使用。
[0007]本發(fā)明的另一個目的為提供一種用于在系統(tǒng)中使用粉碎活性炭用于燃煤發(fā)電廠的高性能汞捕集的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括脫硫噴霧干燥吸收器、至少第一織物過濾器、第二織物過濾器，和布置成用于使從第二織物過濾器收集到的粉碎活性炭再循環(huán)，以用于與第一織物過濾器上游的氣流相反地再噴射到系統(tǒng)中的管道。
[0008]上文所述的用于高性能汞捕集的方法和系統(tǒng)如被要求滿足新的美國EPA法規(guī)的那樣允許具有從燃煤發(fā)電廠煙道氣體捕集百分之99.8或更多的汞的高性能汞捕集。因此，在當前所述的系統(tǒng)中，煙道氣體汞中的超過百分之90捕集在第一織物過濾器中，且剩余的煙道氣體汞中的大部分捕集在第二織物過濾器或最終織物過濾器中。由于在第一織物過濾器之后剩余在煙道氣體中的汞的量相對低，故吸收到活性炭上且捕集在第二織物過濾器或最終織物過濾器中的剩余汞量相對少。在僅僅很低水平的汞能夠用于捕集的情況下，來自第二織物過濾器或最終織物過濾器的粉碎活性炭中的大部分保持活性，且能夠移除額外的汞。因此，從第二織物過濾器或最終織物過濾器移除的仍為活性的粉碎活性炭對于在系統(tǒng)的第一織物過濾器中的使用是理想的。
[0009]本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從下文提供的附圖及其詳細描述中變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]通過參看附圖，本發(fā)明可被更好地理解，且其許多目的和優(yōu)點對于本領域的技術(shù)人員是顯而易見的，在附圖中:
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的汞捕集系統(tǒng)的示意圖；并且 圖2為本發(fā)明的高性能汞捕集系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明涉及一種從包括煙道氣體的固體燃料燃燒產(chǎn)物中移除元素汞和/或汞化合物的系統(tǒng)和方法，并且更具體而言涉及用于從由煤燃燒產(chǎn)生(諸如，來自燃煤發(fā)電廠)的煙道氣體或過程氣體中移除元素汞和/或汞化合物的系統(tǒng)和方法。
[0012]在美國，一種常用的煤為通常來自保德河盆地(the Powder River Basin)的亞煙煤，通常稱為PRB煤。PRB煤可具有大約10磅每萬億英國熱單位(lb/TBtu)的汞含量。對于新發(fā)電廠，為了滿足美國環(huán)境保護局(U.S.EPA)法規(guī)，汞捕集設備或系統(tǒng)需要捕集或移除存在于煙道氣體中的汞的超過百分之99.8。當前的汞排放法規(guī)較不嚴格，要求大約1.21b/TBtu，或要求存在于煙道氣體中的汞的略小于百分之90的移除。
[0013]有利地用于實現(xiàn)大約百分之90的汞捕集的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)在圖1中示為系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括由諸如煤的固體燃料的燃燒供能的鍋爐22。為了此種燃燒，空氣進入空氣預熱器14的入口 34且流動穿過流體地連接于其且連接于鍋爐22的管36。作為此種燃燒的結(jié)果，燃燒產(chǎn)物(煙道氣體)從鍋爐22經(jīng)由流體地連接的出口管38流至流體地連接的空氣預熱器14。在煙道氣體流動穿過空氣預熱器14之后，來自PAC供應源12的粉碎活性炭(PAC)經(jīng)由流體地連接的管24引入穿過流體地連接的管26的煙道氣體流中。除流體地連接于管24之外，管26同樣流體地連接于空氣預熱器14和脫硫噴霧干燥吸收器16且在空氣預熱器14與脫硫噴霧干燥吸收器16之間。PAC供應源12布置在空氣預熱器14與脫硫噴霧干燥吸收器16之間，以便相對于穿過系統(tǒng)10的煙道氣體流而在空氣預熱器14的下游且在脫硫噴霧干燥吸收器16的上游。從PAC引入管26中起，PAC與煙道氣體流一起傳送穿過系統(tǒng)10至包括脫硫噴霧干燥吸收器16和織物過濾器18的脫硫單元28。脫硫噴霧干燥吸收器16和織物過濾器18借助于管32而流體地連接。存在于煙道氣體中的汞在織物過濾器18中的PAC捕集之前由PAC吸收。在PAC在織物過濾器18中被捕集之后，從其中移除了大約百分之90的汞的所得清潔氣體經(jīng)由流體地連接的管30從織物過濾器18流出至排氣管20。因此，清潔氣體流動穿過排氣管20用于釋放至大氣。盡管如上所述，系統(tǒng)10對于移除來自燃煤發(fā)電廠的煙道氣體中存在的汞的大約百分之90是有效的，但對于滿足新的U.S.EPA汞排放法規(guī)的目的是無效的。
[0014]圖2示出了一種用于從由燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的煙道氣體高性能地捕集汞的系統(tǒng)110，其有利地用于捕集大于百分之90的煙道氣體汞，且更具體而言，有利地用于捕集大約百分之99.8或更多的煙道氣體汞。系統(tǒng)110包括用于燃燒固體燃料(諸如PRB煤等)的鍋爐122。為了此種燃燒，空氣進入空氣預熱器114的入口 134且流動穿過流體地連接于其且連接于鍋爐122的管136。由鍋爐122的固體燃料燃燒產(chǎn)生的煙道氣體從鍋爐122穿過流體地連接的出口管138流至流體地連接的空氣預熱器114。空氣預熱器114不但對于在空氣到達鍋爐122之前加熱進入入口 134的空氣是有效的，而且對于在流動穿過流體地連接的管126之前冷卻流自鍋爐122的煙道氣體是有效的。
[0015]當系統(tǒng)110在使用中時，來自新鮮PAC供應源112的新鮮PAC和來自再循環(huán)PAC供應源124的再循環(huán)PAC傳送到空氣預熱器114之前的出口管138。因此，新鮮PAC從新鮮PAC供應源112穿過流體地連接的管142流至流體地連接的管140，管140流體地連接于出口管138。同樣，再循環(huán)PAC從再循環(huán)PAC供應源124穿過流體地連接的管144流至流體地連接的管140，在此，新鮮PAC和再循環(huán)PAC兩者在煙道氣體到達空氣預熱器114之前在接觸點138a處引入穿過出口管138的煙道氣體流中。到達空氣預熱器114之前的接觸點138a處的煙道氣體的溫度為從400 °?至1100 0F。
[0016]在400 °F至1100 °F內(nèi)的溫度下引入PAC提高PAC吸收效率。作為在出口管138中引入PAC的備選方案，新鮮PAC和再循環(huán)PAC可在管道中的改造時引入管126中，以使用管126 (未示出)流體地連接管142與144。然而，通過將PAC引入從出口管138移動至管126,PAC吸收效率可由于出口管138中的溫度與管126中的溫度之間的溫差而減小。如果PAC吸收效率如此降低，則與其相關聯(lián)的成本上升。因此，盡管管126中的PAC引入是一個選項，但優(yōu)選在空氣預熱器114之前的出口管138中引入PAC，以提高汞移除效率并且降低成本。
[0017]如圖2所示，新鮮PAC和再循環(huán)PAC兩者在煙道氣體到達空氣預熱器114之前，在接觸點138a處引入穿過出口管138的煙道氣體流中。煙道氣體和攜帶的新鮮PAC和再循環(huán)PAC從空氣預熱器114穿過流體地連接的管126流至流體地連接的脫硫單元128。脫硫單元128包括脫硫噴霧干燥吸收器116和第一織物過濾器118。脫硫噴霧干燥吸收器116和第一織物過濾器118借助于管132而流體地連接。攜帶PAC的煙道氣體流動穿過脫硫單元128以完成第一級反應。為了第一級反應(由此PAC吸收煙道氣體汞)，新鮮PAC和再循環(huán)PAC兩者具有小于大約15微米的中值粒度(d50)，其中d50代表該批中百分之50質(zhì)量的顆粒。
[0018]煙道氣體從脫硫噴霧干燥吸收器116穿過流體地連接的管132流至流體地連接的織物過濾器118。WO 96/16722中描述了此類脫硫單元的實例，其通過引用而全部合并入本文中。WO 96/16722公開了一種方法，其中含有石灰的灰塵在混合器中與水混合，且然后引入接觸反應器中以與流動穿過其間的煙道氣體中的氣態(tài)污染物反應。包括化學或物理地轉(zhuǎn)化的氣態(tài)污染物的所得的灰塵然后在過濾器中分離，循環(huán)至混合器，且與水再次混合以再引入接觸反應器中來重復該過程。此類脫硫噴霧干燥吸收器為潮濕灰塵流化床脫硫單元的一部分。
[0019]在脫硫噴霧干燥吸收器116之后，煙道氣體穿過管132流至流體地連接的第一織物過濾器118?？椢镞^濾器118在煙道氣體流動穿過其間時捕集在煙道氣體中攜帶的干燥顆粒。存在于煙道氣體中的汞中的大約百分之90被捕集在織物過濾器118中。
[0020]當煙道氣體從織物過濾器118流動穿過流體地連接的管130時，新鮮PAC經(jīng)由流體地連接的管146從新鮮PAC供應源126引入煙道氣體中，用于第二級反應。盡管織物過濾器118已經(jīng)經(jīng)由PAC(汞被吸收到其上)的捕集而移除了大部分汞，但在煙道氣體中剩余少量。本系統(tǒng)提供用于剩余的汞與大量新鮮碳或PAC的接觸，且然后在第一織物過濾器118中將其再使用。因此，來自新鮮PAC供應源126的新鮮PAC吸收在煙道氣體中剩余的任何汞。帶有PAC (其具有吸收在其上的汞)的煙道氣體然后流動穿過第二織物過濾器或最終織物過濾器128。
[0021]第二織物過濾器或最終織物過濾器128如此命名是因為系統(tǒng)110具有至少兩個織物過濾器，但取決于煙道氣體的成分和排放控制要求而可具有多于兩個織物過濾器。在第二織物過濾器或最終織物過濾器128中，在第一織物過濾器118之后剩余在煙道氣體中的幾乎所有汞都通過PAC捕集而被捕集。由于加至第二級的PAC的為足夠用于第一級反應和第二級反應兩者的量，故可用于在第二級反應中吸收汞的PAC遠超過為了汞捕集而需要的。此外，存在于來自燃料燃燒的煙道氣體的飛灰和來自脫硫單元128的類似副產(chǎn)物固體被捕集在第一織物過濾器118中，從而允許在第二織物過濾器或最終織物過濾器128中捕集的PAC被相對沒有污染物地收集。在第二織物過濾器或最終織物過濾器128中的此類汞捕集之后，所得的清潔煙道氣體從第二織物過濾器或最終織物過濾器128經(jīng)由流體地連接的管148流出至流體地連接的排氣管120。清潔煙道氣體流動穿過排氣管120用于釋放到大氣中。
[0022]僅已吸收相對較少量的汞的來自第二織物過濾器或最終織物過濾器128的PAC具有額外的吸收能力，且通過流體地連接的管150被收集且傳送至再循環(huán)PAC供應源124。由于大部分汞在第一織物過濾器118中被捕集，故在第二織物過濾器或最終織物過濾器128中被捕集時，來自新鮮PAC供應源126的新鮮PAC仍大部分未反應。因此，來自第二織物過濾器或最終織物過濾器128的PAC對于為了降低成本而在系統(tǒng)110內(nèi)再循環(huán)的目的是理想的。
[0023]一種高性能汞捕集方法包括:在第一級反應器中，將粉碎活性炭和再循環(huán)粉碎活性炭引入脫硫噴霧干燥吸收器或第一織物過濾器上游的燃燒系統(tǒng)的煙道氣體流中；在脫硫噴霧干燥吸收器下游的第一織物過濾器中，從煙道氣體流捕集具有吸收于其上的煙道氣體汞的粉碎活性炭；在第二級反應器中，將粉碎活性炭引入第二織物過濾器上游的煙道氣體流中；并且在第二織物過濾器中，從煙道氣體流捕集具有吸收在其上的剩余煙道氣體汞的粉碎活性炭，以獲得能夠為大氣釋放所接受的清潔煙道氣體。
[0024]作為重要的注意事項，PAC吸收效率可被煙道氣體中的SO3污染物的存在影響。SO3存在于一些煤中。因此，在煤燃燒時，存在于其中的SO3變?yōu)橛捎诿喝紵a(chǎn)生的煙道氣體中存在的另一種污染物。如果SO3存在于固體燃料或煤中，則為了實現(xiàn)符合法規(guī)，可需要將新鮮PAC和再循環(huán)PAC在接觸點132a處引入穿過管132的煙道氣體流中，而非將新鮮PAC和再循環(huán)PAC在接觸點138a處引入穿過出口管138的煙道氣體流中。通過在脫硫噴霧干燥吸收器116之后但在織物過濾器118之前將PAC引入管132中，存在于煙道氣體中的至少一部分SO3在PAC引入其中之前從其中移除。在PAC引入煙道氣體中之前移除煙道氣體中存在的任何SO3的至少一部分保護PAC對汞的吸收效率。通過保護PAC對汞吸收的吸收效率，降低與其相關聯(lián)的成本。因此，如果含有SO3的固體燃料或煤用于鍋爐122，則管140可重新布置(未示出)來用于流體連接于管132而非出口管138。作為重新布置管140的流體連接的備選方案，附加管(未示出)可布置成將管142和144流體地連接于管132，從而允許系統(tǒng)靈活性。利用這種靈活性，取決于燃燒的固體燃料或煤的類型，PAC經(jīng)由管140引入出口管138中或經(jīng)由附加管引入管132中。因此，如果SO3不存在于燃料源中，則系統(tǒng)受控用于PAC穿過管142和144流至管140，以用于引入出口管138中。如果SO3存在于燃料源中，則系統(tǒng)受控用于PAC穿過管142和144流至流體地連接于管132的附加管(未示出)，以用于PAC引入流動穿過管132的煙道氣體中。如上文所述的系統(tǒng)控制可通過布置在管140和附加管中的、人工控制的或遠程計算機控制的閥或阻尼器(未示出)，以控制穿過其間的PAC流。
[0025]在含有H2SO4的煙道氣體或具有類似硫污染物的煙道氣體存在時，系統(tǒng)操作應同樣地受到控制。類似于含有SO3的煙道氣體，含有H2SO4的煙道氣體可影響PAC吸收效率。因此，為了保護PAC吸收效率，在從煙道氣體移除至少一部分H2SO4之后引入PAC是合乎需要的。其可以通過與上文所述的用于含有SO3的煙道氣體的方式相同的方式完成。
[0026]盡管已經(jīng)示出并描述了優(yōu)選實施例，但可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對其作出各種修改和替換。因此，應當理解的是，已經(jīng)作為示例而非限制而描述了本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高性能汞捕集的方法，包括: 將粉碎活性炭噴射到至少具有第一織物過濾器(118)和第二織物過濾器(128)的系統(tǒng)(110)中； 收集捕集在所述第二織物過濾器(128)中的所述活性炭；并且 將來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的活性炭噴射到所述第一織物過濾器(118)上游，用于再使用以從過程氣體捕集汞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的活性炭噴射到空氣預熱器(114)的上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的活性炭噴射到具有400 T至1100 °?的溫度的煙道氣體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的活性炭具有小于大約15微米的中值粒度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法有利地用于捕集大于百分之90的煙道氣體汞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法有利地用于捕集大約百分之99.8或更多的煙道氣體汞。
7.一種用于高性能汞捕集的系統(tǒng)(110)， 其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，所述脫硫噴霧干燥吸收器(116)為潮濕灰塵流化床脫硫單元(128)的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的粉碎活性炭噴射到空氣預熱器(114)上游的管(140)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的粉碎活性炭噴射到具有煙道氣體流的管(138)中，所述煙道氣體流具有400 °卩至1100 °卩的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，來自所述第二織物過濾器(128)的所述收集的粉碎活性炭具有小于大約15微米的中值粒度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，所述系統(tǒng)(110)有利地用于捕集大于百分之90的煙道氣體汞。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，所述系統(tǒng)(110)有利地用于捕集大約百分之99.8或更多的煙道氣體汞。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，所述系統(tǒng)(110)有利地用于捕集含有硫的煙道氣體污染物和大于百分之90的煙道氣體汞。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其特征在于，所述系統(tǒng)(110)有利地用于捕集含有硫的煙道氣體污染·物和大約百分之99.8或更多的煙道氣體汞。
【文檔編號】B01D53/02GK103566703SQ201310292507
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】D.J.拉斯羅 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司