[发明专利]用于氧气燃烧的化石燃料燃烧的分隔的原位强制氧化湿烟道气脱硫

说明书

技术领域

本发明总体涉及湿烟道气脱硫(WFGD)系统，具体地，涉及在氧气燃烧的化石燃料燃烧(氧-燃料燃烧)中的原位强制氧化WFGD洗涤器应用。

背景技术

联邦政府和州政府都已经设立了越来越严格的排放标准的空气质量法规。这些法规往往特别关注化石燃料燃烧以及各种工业操作产生的二氧化硫和其他酸性气体。已知酸性气体对环境造成危害，因此酸性气体排放到大气中受到清洁空气条例的严格控制。

新的技术正在解决这一问题，这样化石燃料特别是煤可以在不污染大气并且不会促使全球变暖的条件下用于未来世代。采用气-液接触器或者其他类型的烟道气洗涤器来除去酸性气体的方法称作WFGD系统。正在开发的一种技术具有对现有粉煤装置进行改造的可能性，所述装置是许多国家的发电的主要装置。这种技术是氧-燃料燃烧工艺，其是用富氧气体混合物代替空气在锅炉中燃烧化石燃料的工艺。从输入的空气中除去几乎所有的氮气，产生含约95％氧的气流。用纯氧气燃烧可能导致过高的火焰温度，因此所述混合物通过混合循环的烟道气进行稀释。循环的烟道气还可以将燃料携带到锅炉中，并保证充分的对流传热至锅炉的全部区域。氧-燃料燃烧产生的烟道气比空气燃料燃烧产生的烟道气减少约75％。由于管道和使用的限制，非常希望能产生切实可行的高浓度二氧化碳和低浓度氮、硫和水的烟道气。因此，必须将引入烟道气的空气减至最小或消除。

在氧-燃料燃烧装置中，可以采用WFGD系统或湿洗器来除去高达99+％的硫。在这种方法中，含二氧化硫的烟道气用基于钙或钠的碱性浆液或浆液反应物进行洗涤，所述浆液或浆液反应物可包含各种添加剂，以提高除去率，控制化学过程，并且降低化学结垢(chemical scale)。当浆液反应物与二氧化硫接触时，二氧化硫被该浆液吸收，形成亚硫酸盐，收集在反应釜中。之后，浆液被氧化，使碱与吸收的二氧化硫反应，产生良好的、经常有用的产物。例如，在使用基于钙的碱性浆液(如石灰或石灰石)吸收二氧化硫的脱硫的情况，将空气注入收集在反应釜的浆液中，将含水亚硫酸盐氧化为硫酸盐；然后，硫酸盐与浆液中的钙离子反应形成石膏，这是一种畅销的产品。应注意，上述反应只是示例，本发明揭示的内容不限于在脱硫反应中使用基于钙的浆液。

湿法洗涤技术提供了在许多不同结构系统中进行的气液接触。近年来，常规空气燃烧的化石燃料装置常用类型的WFGD系统被称作原位强制氧化型，这种类型的装置一直是实现氧化的优选系统。这些系统包括两个主要组成部分：实际进行烟道气洗涤的吸收器或气体洗涤区，在气体洗涤区下方的槽或反应区，以便于有效利用反应物。在气体洗涤区亚硫酸盐不可避免地发生部分氧化，这种部分氧化被称作自然氧化，区别于将空气喷射通过反应釜中浆液的强制氧化。必须将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，以保持反应釜一般不结垢。在常规强制氧化系统中，用于氧化亚硫酸盐的空气鼓泡通过浆液，释放到输入烟道气中，并从湿洗器排出，通过烟囱排放。

现有技术的原位强制氧化WFGD塔的例子示于图1中的10，其中，未处理的烟道气11通过位于气体洗涤区14下端的烟道气进口12引入，并且使该烟道气向上流动，从多孔盘16通过，该多孔盘促进与吸收剂液体浆液的气液接触，浆液排入反应区或反应槽18。经部分处理的烟道气继续以向上流动，通过喷雾区20，在该区部分处理的烟道气与另一吸收剂液体浆液进行气液接触，该浆液是通过喷嘴22注入气体洗涤区14，能吸收部分处理的烟道气中仍存在的二氧化硫。因此，烟道气11从除雾器或脱水器23通过，并作为处理的烟道气从位于气体洗涤器10上端的气体出口24排出。通过喷嘴22注入的吸收剂浆液向下流动通过气体洗涤区14并通过多孔盘16，在该多孔盘16上二氧化硫被吸收到由烟道气与浆液的相互作用产生的泡沫中。因此，已从未处理的烟道气吸收二氧化硫的液体浆液排入位于气体洗涤器10的底部的反应区或反应槽18。当通过喷雾器28和/或喷头(未示出)将空气26注入基于钙的碱性液体浆液27时，在反应槽18中发生原位强制氧化，将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。在反应槽18中还有一个或多个混合器30，该混合器距喷雾器28底部的最小高度由混合器叶片的物理尺寸以及混合器马达的马力设定。混合器30搅拌反应槽18中的浆液，通过在喷雾器28下方区域中进行混合促进氧化。氧化空气26鼓泡从浆液通过进入气体洗涤区14，在该区与从气体洗涤区14通过的烟道气混合。