用于從廢氣中有效移除顆粒的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于從廢氣中有效移除顆粒的設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)以低成本改進(jìn)ESP操作來(lái)提高從來(lái)自發(fā)電裝置的廢氣的顆粒的去除，該改進(jìn)通過(guò)提供受控的補(bǔ)充氨源以作為廢氣調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行。具有可控制的旁通閥和水解催化劑的氣化尿素旁路流提供了來(lái)自熱尿素氣化反應(yīng)器的氨的受控流到靜電除塵器上游的位置處。
【專利說(shuō)明】用于從廢氣中有效移除顆粒的設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及一種用于改進(jìn)從廢氣流的顆粒去除的設(shè)備，以幫助阻止顆粒離開(kāi)發(fā)電裝置且污染空氣。本實(shí)用新型的設(shè)備提供用于調(diào)節(jié)廢氣的氨來(lái)增加靜電除塵器(ESP)操作。該設(shè)備可以有效地按需要從尿素提供氨，并且是如此的經(jīng)濟(jì)以致于會(huì)鼓勵(lì)發(fā)電裝置操作者實(shí)施它。

【背景技術(shù)】
[0002]顆粒是一種特別麻煩的污染物，因?yàn)樗鼈兛蓽p小能見(jiàn)度并且引起對(duì)健康不利的影響。ESP設(shè)備為一種用于在廢氣離開(kāi)排氣煙囪進(jìn)入外部空氣之前從廢氣中除去顆粒的常用且有效的裝置，但是所產(chǎn)生的灰的質(zhì)量以及它周圍的燃燒氣體通常需要用化學(xué)品來(lái)處理以使得灰更容易被ESP收集。這稱為廢氣調(diào)節(jié)并且通常包括向廢氣添加氨或S03。可能希望以降低的成本增強(qiáng)ESP顆粒去除，以便經(jīng)濟(jì)節(jié)約地鼓勵(lì)發(fā)電裝置操作者除去更多的顆粒。
[0003]如授予Sun等人(Fuel Tech, Inc)的美國(guó)專利N0.7, 090, 810 (中國(guó)專利號(hào)ZL01807289.5)中描述的，可根據(jù)下列反應(yīng)通過(guò)加熱來(lái)氣化尿素以便提供包括氨和異氰酸的氣體流:
[0004]NH2-CO2-NH2 — NH3+HNC0
[0005](尿素)(氨)(異氰酸)
[0006]因此熱氣化的尿素提供了包含異氰酸和氨的產(chǎn)品氣體。此氣體混合物可用于還原NOx，例如選擇性催化還原，這兩種氣體對(duì)于該還原均是有效的。出于ESP之前的廢氣調(diào)節(jié)的目的，氨是提高ESP的性能所期望的試劑。盡管能夠?qū)?lái)自熱復(fù)合流的所有異氰酸轉(zhuǎn)變成氨，但這將是非常昂貴的并且這樣做是浪費(fèi)設(shè)備的。
[0007]已知的是，氨和SO3都可存在于離開(kāi)用于還原NOx的SCR單元的氣體中，但有需要供應(yīng)這些氣體以便進(jìn)一步增強(qiáng)ESP操作的時(shí)候。可能希望提供緊接著SCR的廢氣調(diào)節(jié)氣體的來(lái)源，所述來(lái)源具有可能用于ESP的最大的氨濃度，而不會(huì)浪費(fèi)由熱尿素氣化所產(chǎn)生的任何產(chǎn)品氣體流。
[0008]需要這樣一種設(shè)備，該設(shè)備用于通過(guò)提供來(lái)自尿素的氨的有效供給來(lái)提高顆粒的去除。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型提供了一種用于通過(guò)以低成本改善ESP操作來(lái)改進(jìn)發(fā)電裝置廢氣的顆粒的移除(去除)的設(shè)備，該ESP操作的改善通過(guò)提供作為廢氣調(diào)節(jié)器提供受控的補(bǔ)充氨源來(lái)進(jìn)行。
[0010]從另一角度，本實(shí)用新型提供了一種用于顆粒去除的、具有增強(qiáng)的ESP操作的設(shè)備，該設(shè)備包括具有可控制的旁通閥和水解催化劑以便提供來(lái)自熱尿素氣化反應(yīng)器的氨的受控流的的氣化尿素旁路流。
[0011]在優(yōu)選的形式中，本實(shí)用新型將提供受控的氣化尿素旁路流，其可用于根據(jù)需要補(bǔ)充已經(jīng)包含SO3和/或氨的廢氣的廢氣調(diào)節(jié)潛能。
[0012]從另一角度，本實(shí)用新型提供了一種包括補(bǔ)充廢氣源的設(shè)備，該補(bǔ)充廢氣源調(diào)節(jié)緊接著利用氣化尿素的SCR的氨。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是:它提供了可能用于ESP的最大的氨濃度，而不浪費(fèi)由熱尿素氣化產(chǎn)生的任何產(chǎn)品氣體流。
[0013]在一個(gè)方面中，本實(shí)用新型提供一種用于在廢氣釋放至大氣之前有效地從該廢氣中移除顆粒的設(shè)備，所述設(shè)備包括:燃燒室，所述燃燒室具有管道件，以用于運(yùn)送燃燒氣體穿過(guò)選擇性催化反應(yīng)器和靜電除塵器到排氣煙囪并到大氣；熱反應(yīng)器，其用于氣化尿素水溶液以形成包含氨和異氰酸的氣化尿素產(chǎn)品；主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管，該導(dǎo)管從熱反應(yīng)器延伸至用于還原NOx的選擇性催化反應(yīng)器之前的管道件處；旁路導(dǎo)管，其包括可控制的閥和用以將異氰酸轉(zhuǎn)變成氨的水解催化劑，所述旁路導(dǎo)管從所述主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管延伸至緊接著選擇性催化反應(yīng)器并且在靜電除塵器之前的導(dǎo)管；靜電除塵器，其在燃燒氣體穿過(guò)排氣煙?到大氣之前移除顆粒，其中，通過(guò)受控的引入氨來(lái)針對(duì)顆粒移除增強(qiáng)靜電除塵器的操作。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，熱反應(yīng)器通過(guò)加熱器加熱，該加熱器可包括電加熱器或氣體加熱器或來(lái)自燃燒室的旁路管線。
[0015]在優(yōu)選的形式中，設(shè)有控制器，以便響應(yīng)于感測(cè)到的對(duì)氨的需求來(lái)操作旁通閥。
[0016]下面描述本實(shí)用新型的其他和優(yōu)選的方面。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]包含在說(shuō)明書(shū)中并組成說(shuō)明的一部分的附圖示出了本實(shí)用新型當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，它與下文給出的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明一起用于說(shuō)明本實(shí)用新型的原理。如所示出的，相同的附圖標(biāo)記指代相同的或相應(yīng)的部件。
[0018]圖1為燃燒設(shè)施的示意圖，所述燃燒設(shè)施利用采用本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0019]對(duì)本實(shí)用新型的描述參考附圖作出，在附圖中可見(jiàn)在圖1中示意性示出的簡(jiǎn)化的優(yōu)選實(shí)施例。附圖和所示出的設(shè)備將在下文中簡(jiǎn)略地說(shuō)明。
[0020]圖1為燃燒設(shè)施的示意圖，它利用本實(shí)用新型以便在燃燒氣體排放至大氣之前提高燃燒氣體中顆粒的去除。該燃燒設(shè)施包括具有燃燒器的燃燒室10。所述燃燒器通過(guò)燃燒來(lái)自未示出的源的燃料和由管道件14供應(yīng)的空氣來(lái)提供燃燒區(qū)12中的熱量。熱的燃燒氣體將沿由塊箭頭指示的方向穿過(guò)爐子10，并且來(lái)自燃燒的熱量從管道件15中的廢氣轉(zhuǎn)移至熱交換器16和18，然后穿過(guò)選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器20，在該反應(yīng)器中能用氣化的尿素(例如，氨或異氰酸)處理在燃燒過(guò)程中形成的NOx以將該NOx轉(zhuǎn)換成氮?dú)夂退?br> [0021]緊接著SCR反應(yīng)器20，燃燒氣體將流過(guò)空氣-空氣熱交換器22，該熱交換器用于預(yù)熱經(jīng)由管道24供應(yīng)的外部空氣，以將該外部空氣經(jīng)由管線14遞送至燃燒區(qū)12。離開(kāi)熱交換器22的廢氣在經(jīng)過(guò)管道件26至靜電除塵器(ESP) 28時(shí)被顯著地冷卻，在該靜電除塵器中顆粒在穿過(guò)沿?zé)焽?0向上的氣體之前被收集。這是實(shí)際的工業(yè)或公用燃燒室和廢氣處理工藝的高度簡(jiǎn)化的版本，但它示出了可行的方案。
[0022]ESP例如28的操作由本實(shí)用新型的廢氣調(diào)節(jié)設(shè)備提高。一般地，廢氣調(diào)節(jié)要求將少量諸如氨(NH3)和/或三氧化硫(SO3)的調(diào)節(jié)劑受控地引入至廢氣中。此效果是降低了飛灰的抵抗力并有利于它在ESP中的收集。即使當(dāng)三氧化硫的水平足以降低抵抗力時(shí)，也優(yōu)選采用氨來(lái)提高收集。本實(shí)用新型使氨能在ESP單元28之前以高效率和低成本引入管道26內(nèi)的較冷氣體中。圖1示出能提供氨供應(yīng)的設(shè)備布置(整體以40示出)。
[0023]氨供給系統(tǒng)40示出為包括經(jīng)由管線41的工藝空氣供應(yīng)(通常為熱的廢氣)、尿素供應(yīng)42以及熱反應(yīng)器43。術(shù)語(yǔ)“尿素”意在包含它所有商業(yè)形式，這些商業(yè)形式通常主要由尿素組成，包括按重量計(jì)95%或更多的尿素。在本實(shí)用新型的工藝中這種比較純的尿素形式是優(yōu)選的且具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。尿素優(yōu)選以水溶液供應(yīng)至該設(shè)備，該水溶液的濃度為從約30 %至約70 %，最優(yōu)選地從約45 %至約60 %。
[0024]當(dāng)僅通過(guò)熱處理氣化尿素時(shí)，反應(yīng)氣體將包括氨，并且還將包含異氰酸(HNCO)，這兩者對(duì)于通過(guò)選擇性催化還原進(jìn)行的NOx還原均是有效的。如授予Sun等人(FuelTech, Inc)的上述專利中所描述的那樣生產(chǎn)尿素并且提供可用于還原NOx的產(chǎn)品氣體。
[0025]可單獨(dú)通過(guò)廢氣的焓運(yùn)行熱反應(yīng)器43，或者可通過(guò)廢氣或電加熱器、氣體加熱器或蒸汽加熱器將該熱反應(yīng)器加熱至通常從約700° F至約1200° F的溫度，并且尿素以待氣化成氨和異氰酸的細(xì)小液滴噴灑在熱反應(yīng)器43中。在一些實(shí)施例中，熱反應(yīng)器43可在操作期間維持操作溫度，并且如果需要，可在待機(jī)期間通過(guò)加熱器(未示出)維持操作溫度，所述加熱器可包括電加熱器或氣體加熱器或來(lái)自燃燒室的旁路管線。
[0026]產(chǎn)生的氣化尿素借助于來(lái)自熱反應(yīng)器43的主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管44從熱反應(yīng)器43穿過(guò)到達(dá)處于用于還原NOx的選擇性催化反應(yīng)器20之前的管道件15。由21示意性示出的已知結(jié)構(gòu)的注氨格柵可用于引入氣化尿素。
[0027]旁路導(dǎo)管45包括可控制的旁通閥46和用以采用廢氣中存在的或由未示出的裝置加入的水蒸氣將異氰酸轉(zhuǎn)變成氨的水解催化劑47，所述旁路導(dǎo)管從所述主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管44延伸至在選擇性催化反應(yīng)器22之后且在靜電除塵器28之前的導(dǎo)管26。
[0028]靜電除塵器28在燃燒氣體穿過(guò)排氣煙囪30至大氣之前除去顆粒是更有效的，此時(shí)根據(jù)需要通過(guò)噴射器裝置48來(lái)加入氨。以此方式，本實(shí)用新型提高了用于通過(guò)氨的受控引入來(lái)除去顆粒的靜電除塵器28的操作。在一種優(yōu)選形式中，控制器50設(shè)置成為響應(yīng)感測(cè)到的對(duì)氨的需求來(lái)操作旁通閥46?？刂破?0可與各種閥(一些以與用于旁通閥46的符號(hào)相同的符號(hào)示出)和用于感測(cè)流量、壓力、氣體組分(例如，N0x、S03、NH3等)濃度的傳感器等進(jìn)行有線的或無(wú)線的連接。用于任何這些參數(shù)的傳感器會(huì)發(fā)送表征控制器50的感測(cè)狀況的信號(hào)，并且控制器會(huì)將該信號(hào)與預(yù)定值比較，計(jì)算差值并且發(fā)送一控制信號(hào)至用于一個(gè)或多個(gè)閥的致動(dòng)器。
[0029]如上文中所提到的，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為，可利用本實(shí)用新型以低溫度且低濃度將氨提供至較小體積的使用，例如以僅l-30ppm、例如3-10ppm的濃度將氨提供至ESP。在此情況下，將如所示出的經(jīng)由噴射器48供應(yīng)氨。該系統(tǒng)還能以例如100-1000ppm的較高濃度將氣化尿素供應(yīng)至SCR。
[0030]SCR催化劑為在SCR系統(tǒng)中使用的優(yōu)選類型，它通常具有一些釩，例如釩的含量至多約為4%?？刹捎闷渌呋瘎?。催化劑可取的尺寸為提供1000-30，OOOhf1、例如2500-7，SOOhr—1的空間速度。催化劑結(jié)構(gòu)將為具有連續(xù)通道的整體，所述連續(xù)通道引起小壓力液滴穿過(guò)催化劑的深度或長(zhǎng)度，所述催化劑結(jié)構(gòu)具有從I至1mm的間距以適應(yīng)此目的?；阝C、鈦和鎢一通常為氧化物一的催化劑會(huì)是有效的。在一個(gè)實(shí)施例中，具有約4mm的間距且包括1-2%的釩含量的T12催化劑是有效的。
[0031]上面的說(shuō)明用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)施本實(shí)用新型。它并不意在詳盡所有那些明顯的修改和變型，通過(guò)閱讀本說(shuō)明書(shū)，所述修改和變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的。然而，其意圖在于，所有這樣的明顯修改和變型都包括在由下面的權(quán)利要求限定的實(shí)用新型范圍中。所述權(quán)利要求書(shū)意在涵蓋所要求的部件和任意順序的步驟，除非文中特別地給出相反的知識(shí)，所述部件和所述任意順序的步驟可有效滿足預(yù)期的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從廢氣中有效移除顆粒的設(shè)備，該移除在廢氣釋放至大氣之前進(jìn)行，所述設(shè)備包括: a.燃燒室，所述燃燒室具有用于攜帶燃燒氣體穿過(guò)選擇性催化反應(yīng)器和靜電除塵器至排氣煙囪以到達(dá)大氣的管道件； b.熱反應(yīng)器，該熱反應(yīng)器用于氣化尿素水溶液以形成包含氨和異氰酸的氣化尿素產(chǎn)品; c.主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管，它從所述熱反應(yīng)器通向用于還原N0X的選擇性催化反應(yīng)器之前的管道件； d.旁路導(dǎo)管，它包括可控制的旁通閥和用以將異氰酸轉(zhuǎn)變成氨的水解催化劑，所述旁路導(dǎo)管從所述主要?dú)饣蛩禺a(chǎn)品導(dǎo)管延伸至在所述選擇性催化反應(yīng)器之后并且在靜電除塵器之前的導(dǎo)管； e.靜電除塵器，它在燃燒氣體穿過(guò)排氣煙囪到大氣之前移除顆粒，其特征在于，靜電除塵器的用于移除顆粒的操作通過(guò)氨的受控引入來(lái)增強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱反應(yīng)器通過(guò)加熱器加熱，該加熱器能包括電加熱器或氣體加熱器或者來(lái)自所述燃燒室的旁路管線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有控制器，以便響應(yīng)于感測(cè)到的對(duì)氨的需求來(lái)操作所述旁通閥。
【文檔編號(hào)】B01D50/00GK204134421SQ201420463182
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】J·M·博伊爾, S·M·梅修, S·陳 申請(qǐng)人:燃料技術(shù)公司