本申請是以下申請的分案申請：申請日：2011年2月10日；申請?zhí)枺?011100388386；發(fā)明名稱：“旋轉(zhuǎn)爐底部灰分再生體系”。

相關(guān)申請的交叉引用

本發(fā)明要求2010年2月11日提交的標(biāo)題為“rotarybottomashregenerationsystem(旋轉(zhuǎn)爐底部灰分再生體系)”的同時待審的美國臨時專利申請序列號61/303,491的權(quán)益，該申請以引用的方式全文結(jié)合到本文中。

本發(fā)明涉及爐灰分中吸著劑的再活化，更具體地講，用于冷卻、水合和再活化爐底部灰分中未利用的硫治理吸著劑。

背景技術(shù)：

在燃燒諸如煤炭的含有硫化合物的燃料期間，產(chǎn)生so2、so3(統(tǒng)稱為“sox”)氣體。除了是溫室氣體之外，這些氣體在釋放時與水化合產(chǎn)生硫酸(h2so4)，硫酸對許多生態(tài)體系具有危險性。

通常使用粉碎的石灰石來中和并消除sox氣體。在循環(huán)流化床(cfb)爐(其可為鍋爐體系的一部分)中，將粉碎的石灰石加到粉碎的燃料中以在燃燒期間中和sox氣體。燃燒產(chǎn)生石灰石產(chǎn)物，該產(chǎn)物由大量的氧化鈣(cao，未反應(yīng)的石灰)和硫酸鈣(caso4)和少量的碳酸鈣(caco3)組成。

大量的石灰石不與sox氣體反應(yīng)，因此通常使用約兩倍化學(xué)計量量的石灰石來實(shí)現(xiàn)令人滿意的sox氣體捕獲。過量未反應(yīng)的石灰石與從固體燃料燃燒中產(chǎn)生的灰分一起除去。有兩種來自cfb的凈排放灰分流，即底部灰分和飛灰?；曳滞ǔ：杏晌蠢玫腸ao組成的石灰石產(chǎn)物。通常將底部灰分、石灰石副產(chǎn)物和未反應(yīng)的石灰冷卻并作為廢料丟棄。

一種這類用于冷卻底部灰分的裝置為旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器(rac)。rac為一端具有入口且相對端具有出口的旋轉(zhuǎn)圓柱形管路。其具有穿過管路壁的冷卻管道。在入口處接收熱的底部灰分，隨著管路旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)螺旋翅片將熱底部灰分移動到出口。等到底部灰分在出口處時，其已被冷卻到適當(dāng)溫度。隨后將底部灰分與其它廢物一起處置。

常規(guī)rac裝置幾乎沒有或沒有傳感或調(diào)節(jié)裝置。它們經(jīng)設(shè)計而設(shè)置，且在發(fā)生不可接受的升溫時沒有灰分的精密溫度控制措施。升溫可出于許多原因而發(fā)生，例如爐操作方面的異常改變、異常工藝條件、變化的燃料供給或其它控制器故障。

過熱的底部灰分溫度可能破壞灰分處理體系且可能損害該體系。過熱的溫度還可引起難以用環(huán)境可接受的方式運(yùn)輸和處置灰分。

并且，大量未使用的石灰石被廢棄，增加了操作成本且產(chǎn)生了需要處置的其它廢料。

因此，需要更準(zhǔn)確地監(jiān)測底部灰分和通過重新使用底部灰分中未反應(yīng)的cao來增加石灰石利用率的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明可涵蓋用于處理循環(huán)流化床爐或功能類似的裝置/設(shè)備中的底部灰分17的旋轉(zhuǎn)爐底部灰分再生(rbar)體系100。

其包括旋轉(zhuǎn)圓柱體110，其經(jīng)調(diào)適以在其入口端接收所述灰分；至少一個傳感器140，其布置在圓柱體110內(nèi)，其經(jīng)調(diào)適以測量諸如溫度和濕度的物理參數(shù)且產(chǎn)生至少一種代表所測量物理參數(shù)的輸出信號；至少一個噴霧嘴131，其經(jīng)調(diào)適以接收諸如水的再生流體或堿性(堿)水溶液并將其噴射到圓柱體110的不同區(qū)域。再生流體調(diào)節(jié)器135將再生流體提供給噴霧嘴131以在起動時將預(yù)定量的再生流體噴射到圓柱體110的所選區(qū)域中。

所連接的控制單元170從傳感器讀取信息并接收關(guān)于反應(yīng)物顆粒10內(nèi)的未反應(yīng)核13的質(zhì)量的輸入?？刂茊卧?70計算將在各位置處噴射的再生流體的適當(dāng)量以使反應(yīng)物顆粒10吸附足以處于“需要含量”范圍內(nèi)的再生流體。隨后開動流體調(diào)節(jié)器135以從噴嘴131中的每一個中噴射所計算的量。需要含量范圍為使全部未反應(yīng)核13完全反應(yīng)所需再生流體的約5-25%。

本發(fā)明還可涵蓋處理來自循環(huán)流化床爐的底部灰分17的方法。將底部灰分17置于旋轉(zhuǎn)圓柱體110中。

感測沿圓柱體110內(nèi)部的溫度。

將不同量的再生流體噴射到處于圓柱體110內(nèi)的不同位置的灰分17上以產(chǎn)生所要溫度梯度，隨后將計算量的水噴射到灰分內(nèi)的未反應(yīng)石灰石產(chǎn)物顆粒10上，以使顆粒10再活化，但在灰分17中未產(chǎn)生過量水以便保持灰分處于濕含量的“干燥”范圍，其通常為0-5%重量。

本發(fā)明還可涵蓋處理來自循環(huán)流化床爐的灰分17的方法，做法是：將所述底部灰分17置于旋轉(zhuǎn)圓柱體110中；將水噴射到圓柱體110的第一區(qū)域中以冷卻灰分17；將水噴射到圓柱體110的第二區(qū)域中以使所述灰分17中存在的cao顆粒10水合并再活化。舉例來說，來自典型石油焦炭燃燒cfb的底部灰分中的cao將從23%重量減少到至少13%重量。這相當(dāng)于石灰石消耗降低至少25%。

附圖說明

被視為本發(fā)明的主題在本申請文件結(jié)尾處的權(quán)利要求書中特別指出并明確要求保護(hù)。結(jié)合附圖自以下詳述顯而易見本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)勢，其中：

圖1為cfb爐的底部灰分中典型的部分反應(yīng)的反應(yīng)物顆粒10的橫截面圖；

圖2表示正在水合的圖1的反應(yīng)物顆粒10；

圖3表示已經(jīng)水合后的圖2的反應(yīng)物顆粒10；

圖4表示再次用于中和so2氣體的圖3的反應(yīng)物顆粒10；且

圖5為根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)爐底部灰分再生(rbar)體系的示意圖。

具體實(shí)施方式

理論

圖1為已與so2和/或so3化合物(統(tǒng)稱為“sox”)部分反應(yīng)的典型石灰石(caco3)顆粒的橫截面圖。這些被稱為反應(yīng)物顆粒10。這些通常落入cfb爐的底部灰分中。在燃燒期間，反應(yīng)物顆粒10的外部暴露表面上的cao與煙道氣中的sox反應(yīng)以形成覆蓋反應(yīng)物顆粒10的caso4殼11。

cao+so2+1/2o2=caso4+熱(方程式1)

由于sox氣體不能穿過反應(yīng)物顆粒10到達(dá)其核13，核13由未反應(yīng)的cao構(gòu)成。caso4殼11圍住核13。

此時，反應(yīng)物顆粒10變得沒有反應(yīng)性。核13仍為可用材料，只是sox氣體不能抵達(dá)。該未使用的核13(通?？蔀榉磻?yīng)物顆粒10的50%重量)通常作為廢物丟棄。因此，如果最大限度地利用這些顆粒，則可顯著降低石灰石成本。

cao的反應(yīng)性相當(dāng)強(qiáng)。其與水發(fā)生放熱反應(yīng)。

眾所周知：

cao+h2o→ca(oh)2+熱(方程式2)

方程式2的該放熱反應(yīng)足以使另外存在的水立刻變成蒸汽。這使得核13內(nèi)的壓力大大增加。如果有足夠的cao反應(yīng)，則壓力可增加到足以使外殼11破裂。迅速膨脹的蒸汽是引起爆米花爆裂的機(jī)理。已經(jīng)確定，如果滿足適當(dāng)條件，顆粒10將像爆米花一樣爆裂以暴露核13。離開顆粒的蒸汽還可以將顆粒弱化到rbar和cfb中的處理和磨損(即顆粒的機(jī)械破碎)可進(jìn)一步暴露未利用的cao的程度。

圖2顯示正水合的圖1的反應(yīng)物顆粒10。表示諸如水、堿性物質(zhì)的水溶液和另外蒸汽的再生流體浸過殼11并進(jìn)入核13中。

在圖2中，cao與水根據(jù)方程式2反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱。如果存在適當(dāng)量的水，則將過量水加熱成蒸汽并使反應(yīng)物顆粒10處于適當(dāng)溫度。

在圖3中，蒸汽產(chǎn)生足以使外殼11破裂的壓力，留下延伸到核13中的裂縫15。逸散的蒸汽由該圖中的箭頭指示。此時顆粒10被再生并能夠再次使用。

在圖4中，將圖3的再生顆粒10引入具有so2的煙道氣中。so2穿過裂縫15并與cao反應(yīng)。這根據(jù)以下方程式3捕獲在cfb中燃燒期間釋放的so2。

cao+so2+1/2o2=caso4+熱(方程式3)。

如果使用適當(dāng)量的再生流體且在適當(dāng)溫度下施用于顆粒10，則會發(fā)生殼11開口。

如果提供太多再生流體，固體最終會變濕變粘，引起不可接受的處理問題。另外，這可導(dǎo)致溫度迅速降到足以妨礙產(chǎn)生足夠內(nèi)部蒸汽以引起爆裂的程度。

太少再生流體限制了可浸過殼11到達(dá)核13的再生流體的量。如果該量不夠大，則反應(yīng)可能太小而不足以產(chǎn)生打開殼11的內(nèi)部蒸汽壓。

如果溫度下降太快，則顆粒10和內(nèi)部蒸汽會冷卻太多且會降低殼11內(nèi)的蒸汽壓，阻止殼11開口。

如果顆粒10太熱，則將蒸發(fā)太多再生流體，使得將浸過核13的再生流體的量減少，因此因缺乏再生流體而使爆裂降低。

因此，需要精確控制器和溫度、濕度和流體流量傳感器和控制器來實(shí)現(xiàn)顆粒10的適當(dāng)處理，從而允許到達(dá)未使用的內(nèi)核13。

旋轉(zhuǎn)爐底部灰分再生(rbar)體系充當(dāng)?shù)撞炕曳掷鋮s體系，類似于rac。然而，本發(fā)明包括傳感器、控制器和致動器(actuator)從而以更準(zhǔn)確的方式作用。其考慮了由于爐操作方面的異常改變、異常工藝條件、變化的燃料供給或其它控制器故障引起的溫度波動。

本發(fā)明還用以使顆粒10再循環(huán)以改善cfb中石灰石的利用率。

這通過使用噴霧嘴來可調(diào)節(jié)地冷卻在旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器121的第一部分中的底部灰分(如果需要的話)，隨后使用噴霧嘴來使已經(jīng)冷卻到適當(dāng)溫度后的底部灰分中的堿性顆粒10水合來進(jìn)行。用這種方法，可以調(diào)節(jié)rbar體系的冷卻能力，同時能夠使底部灰分水合/再活化和再循環(huán)。

引起反應(yīng)物顆粒10的殼11開口所需再生流體的量(“需要含量”)在使顆粒10的核13中的所有cao完全反應(yīng)所需再生流體的化學(xué)計量量的5-20%范圍內(nèi)。由于工廠控制體系監(jiān)測離開爐的sox氣體，因此對中和sox氣體所需堿性反應(yīng)物的質(zhì)量有準(zhǔn)確指示。然而，不是所有的反應(yīng)物都反應(yīng)。實(shí)際上，約50%的反應(yīng)物沒有反應(yīng)。因此，提供到煙道氣的反應(yīng)物的質(zhì)量是所需量的兩倍。另外50%保留在灰分中的顆粒10的核13中。因此，rbar體系從工廠控制體系接收信息，該信息指示提供以中和sox氣體的石灰石的量。

由于蒸發(fā)，所以噴射到灰分中的再生流體的量不是由灰分接收的再生流體的量。水根據(jù)給定位置處所經(jīng)歷的溫度和濕度和噴霧嘴131的參數(shù)以多種速率蒸發(fā)。因?yàn)檠匦D(zhuǎn)灰分冷卻器的長度存在降溫梯度，所以在沿rbar的不同位置存在不同蒸發(fā)速率。溫度梯度和蒸發(fā)速率可以用實(shí)驗(yàn)方法針對沿旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器的多個位置計算。當(dāng)計算從沿旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器的長度的各位置噴射的水量時，考慮該蒸發(fā)損失。目標(biāo)是噴射足夠水以使顆粒10接收5-20%的化學(xué)計量量的水。接收比該范圍少或多的水在打開殼11和使反應(yīng)物顆粒10再生方面效率低下。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的rbar體系100的示意圖。將來自循環(huán)流化床(cfb)爐的熱底部灰分17提供到在rbar100的圓柱體110的輸入端151處的入口121中。圓柱體110還具有在輸出端153處與入口121相對開口的出口123。圓柱體110安裝在軸117上且圍繞軸117旋轉(zhuǎn)。其由發(fā)動機(jī)119驅(qū)動?；蛘?，圓柱體可擱置在輥125上替代連接到軸117。

圓柱體110具有具備多個類似于螺紋的螺旋細(xì)長翅片114的內(nèi)壁113。隨著圓柱體110旋轉(zhuǎn)，螺旋翅片114使灰分17向出口123移動并使其離開出口123。

還有多個與內(nèi)壁接觸的冷卻管111。這些冷卻管冷卻內(nèi)壁113和圓柱體110的內(nèi)含物。圓柱體110還可具有圍住冷卻管111且如果使用輥125的話用于制成光滑表面的外壁115。

冷卻管111流體連接到圓柱體的軸117附近的冷卻劑入口127，且流體連接到也在軸117附近但在圓柱體110的另一端的冷卻劑出口129。這允許冷卻劑引入冷卻劑入口127并經(jīng)多個冷卻管111分配來冷卻內(nèi)壁113，且離開冷卻劑出口129。

在內(nèi)壁113上或其附近存在多個傳感器140。這些傳感器可為溫度傳感器、濕度傳感器、灰分濕度傳感器或重量傳感器或可測量物理?xiàng)l件的其它傳感器。傳感器140還可測量已在rbar中積聚的底部灰分17的量。可將來自傳感器140的讀數(shù)提供到控制單元170中。控制單元170讀取這些讀數(shù)并根據(jù)讀數(shù)確定動作。

多個噴槍130延伸到圓柱體110中。各噴槍具有噴霧嘴131，噴霧嘴131在提供有水時在圓柱體110內(nèi)的特定區(qū)域中噴射水。

噴槍130經(jīng)噴霧致動器135連接到再生流體源133。噴霧致動器135連接到控制單元170。在該實(shí)施方案中，噴槍130中的每一個具有不同長度。各噴槍在沿其長度的不同位置處具有噴霧嘴131?？刂茊卧?70可選擇性地噴射不同量的水到圓柱體110內(nèi)的不同區(qū)域中。

在該實(shí)施方案中，至少數(shù)個噴槍130在圓柱體入口121附近具有噴霧嘴131。因此，至少數(shù)個噴槍將噴射水到在圓柱體110內(nèi)的相同區(qū)域中。當(dāng)?shù)撞炕曳衷趫A柱體入口121處進(jìn)入時其是最熱的，當(dāng)其向圓柱體出口123行進(jìn)經(jīng)過圓柱體110的長度時其被冷卻。通常在圓柱體入口121處還有較大量的灰分17，其在圓柱體出口129處逐漸減少到較小量。因此，在圓柱體入口121附近可能需要較大量的噴霧。冷卻需要的水量大于使石灰石產(chǎn)物再活化需要的水量。

或者，將多個噴嘴131置于圓柱體110內(nèi)的多個位置處，且各噴嘴可通過控制單元170分別控制。

控制單元170接收關(guān)于提供給體系的sox反應(yīng)物的量的信息?？刂茊卧?70接收關(guān)于在旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器的灰分中的未反應(yīng)核13的量的信息?？刂茊卧?70隨后考慮溫度梯度和在各噴嘴處的蒸發(fā)速率而計算將從各噴嘴噴射的水量，這將產(chǎn)生顆粒10的再生流體的需要含量范圍。需要含量范圍為使噴嘴位置處的所有未使用的sox反應(yīng)物反應(yīng)的化學(xué)計量量的5-20%。

在一個供選的實(shí)施方案，控制單元170可確定沿旋轉(zhuǎn)灰分冷卻器的質(zhì)量分布并根據(jù)底部灰分17的質(zhì)量分布調(diào)整噴射量。

控制單元170還監(jiān)測傳感器140且控制再生流體調(diào)節(jié)器135以調(diào)節(jié)通過圓柱體110的各部分的噴霧，從而調(diào)節(jié)跨圓柱體110的溫度梯度。該調(diào)節(jié)將限于使顆粒10再生所需的濃度范圍。通常輸入端151大于700℉(370℃)。在一個實(shí)施方案中，所要溫度梯度為從入口121處的通常1600℉(871℃)至圓柱體出口123處的120-300℉(60-150℃)的轉(zhuǎn)變。在rbar內(nèi)的某些點(diǎn)處，達(dá)到小于700℉(370℃)的溫度，水合將開始且劇烈地進(jìn)行。所提供的再生流體的量通常在用于使底部灰分中存在的所有cao水合的化學(xué)計量量的1-25%范圍內(nèi)。舉例來說，完全水合cao所需水的化學(xué)計量量為40.9kgh2o/100kgcao。因此，在rbar的水合段中通常加入的水量(考慮在噴射位置處蒸發(fā)的量)在2.0-10.2kgh2o/100kgcao范圍內(nèi)?？刂茊卧€將通過測量灰分速率和溫度來確定且當(dāng)溫度低于約700℉(370℃)時提供5-25%的化學(xué)計量需要量的水合水。在一個供選的實(shí)施方案中，如果需要的話，控制體系170將在限度內(nèi)定制或調(diào)節(jié)冷卻噴射水量以在圓柱體110內(nèi)提供所要溫度曲線。

水合之后，灰分17中的顆粒10從圓柱體出口123離開且可將其收集并再使用以降低操作cfb爐所需的石灰石總量。

選擇rac用于本發(fā)明100的另一原因在于圓柱體110通過物理接觸和翻轉(zhuǎn)粉碎灰分17中水合、軟化的顆粒10。圓柱體110旋轉(zhuǎn)且借助于螺旋翅片114將灰分17隨內(nèi)壁113提升。當(dāng)灰分在內(nèi)壁113上提升太高時，其向下翻轉(zhuǎn)回到圓柱體110的底部。該類似于干衣機(jī)的物理翻轉(zhuǎn)引起顆粒10相對于灰分17、內(nèi)壁和其他顆粒10的摩擦、刮磨和撞擊的物理接觸。物理接觸將在已預(yù)先水合并軟化的顆粒10的殼13中產(chǎn)生破壞、裂痕和裂縫。物理接觸還破碎較軟的水合顆粒和/或磨損外殼13，潛在地暴露出核11。

雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行多種改變且可用等價物替代其要素。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下進(jìn)行許多修改以使特定設(shè)備、情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，并非想要將本發(fā)明限制于作為針對實(shí)施本發(fā)明所考慮的最佳模式而公開的特定實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包括落入隨附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。