[发明专利]一体化锅炉和空气污染控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及空气污染控制，且更具体地讲，涉及处理烟道气以减少来自烟道气的污染物排放。

本申请要求2009年9月25日提交的美国专利申请第12/567,070号的优先权的权益，所述美国专利申请以全文引用的方式并入本文。

背景技术

在本领域已知有多种装置用于控制废气和烟道气(例如从锅炉排放的烟道气)中的污染。在此类装置中，许多是针对在将烟道气释放到大气之前减少来自烟道气的NO_X、CO、VOC等。多年以来，用于减少NO_X、CO和VOC排放的常用技术是改进燃烧过程本身，例如通过烟道气循环或二次风(overfire air)。然而，鉴于通常证明此类技术的成效较差(即，NO_X的去除效率为50％或更低)，近来的注意力反倒集中到各种烟道气脱氮方法(即，在将烟道气释放到大气之前用于从烟道气中除去氮的方法)上。

烟道气脱氮方法分为所谓的“湿”法(利用吸收技术)和“干”法(而是依靠吸收技术、催化分解和/或催化还原)。目前，广泛实施的脱氮方法是选择性催化还原(SCR)，其为“干”脱氮方法，其中引入反应剂(例如NH₃)引起NO_X的还原，这又被转化成无害的反应产物，例如氮气和水。SCR方法中的还原过程由以下化学反应表示：

4NO+4NH₃+O₂----＞4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂----＞3N₂+6H₂O

氧化催化剂可用于促使一氧化碳(CO)和/或所谓的挥发性有机化合物(VOC)的氧化。示例性的氧化催化剂是贵金属氧化催化剂。CO/VOC氧化催化剂可在无试剂的条件下使用在烟道气中的未反应的氧气进行操作，根据以下反应将CO转化为CO₂：

CO+1/2O₂----＞CO₂

由于在SCR中所涉及的技术，在决定将用于实现SCR方法的设备实体定位于什么位置时有一些灵活性。换言之，SCR方法的化学反应不需要出现在整个燃烧系统内的特定阶段或位置。两个最常用的布局位置是在整个系统的中部(即，在空气加热器的“热端”上游)，或是在整个系统的所谓的“尾端”或低粉尘部分(即，在空气加热器的“冷端”下游)。

遗憾的是，对于热端SCR装备和冷端SCR装备都在工业安装中遇到了显著的问题。例如，热端SCR方法不适合与烧木材的燃烧器一起使用。这是因为在木材内存在的灰分含有碱金属，这些碱金属可能由于在SCR方法期间的中毒而破坏催化剂。冷端SCR方法避免了这个缺点，因为颗粒物质在到达催化剂之前已被除去，但是由于其对间接换热器的依赖而为低热效率所困扰。

在生物质燃料工厂中使用SCR系统需要将SCR系统定位于颗粒控制装置之后以限制SCR催化剂对在烟道气中携带的破坏性化合物如碱金属(Na、K等)化合物的暴露。为了使来自这些化合物的破坏最小化，在生物质燃料工厂中的SCR系统通常位于工厂的‘尾端’，此处的烟道气温度在280°F至380°F范围内。在这个低温度范围中，SCR系统需要从一些辅助来源(通常从燃气和/或燃油燃烧器)输入的热量，以将烟道气的温度升高至允许充分的SCR催化剂活性的温度范围(通常是430°F至600°F)。然而，额外的热量输入必须回收以使SCR系统对工厂效率的影响最小化。如下所述，对于在生物质燃料工厂中的SCR系统，已经使用了两种方法。

第一，常规的‘尾端’SCR系统在烟道气管道中使用辅助的热量输入装置(如燃烧器或蒸汽盘管)以升高在SCR催化剂之前的烟道气温度。回收换热器(回热器)通常通过从离开SCR的烟道气流向在辅助热量输入装置之前的烟道气流传热仅回收60％至70％的辅助的热量输入(对于更高回收率，受按指数规律上升的成本的限制)。除了低热回收率之外，常规的‘尾端’SCR系统需要巨大的额外风机功率(通常是增压风机)以克服经SCR催化剂和回收换热器的压力降。

第二替代方案是再生SCR(RSCR)技术，其将辅助热量输入和热回收(再生热介质)整合到紧凑的模块化SCR系统中以回收超过95％的升高用于SCR催化剂的烟道气温度所需的热量。经证明，RSCR技术是比常规的′尾端′SCR系统更成本有效且更有效的NO_X控制技术。