[发明专利]排气处理和热回收系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月25日提交的James W. Birmingham和Kevin J. O’Boyle的美国申请序列号61/245,822 “Exhaust Process and Heat Recovery System (排气处理和热回收系统)”的优先权并以不与本申请矛盾的程度并入优先权申请的材料。

背景

1. 发明领域

本发明总的涉及用于化石燃料燃炉的排气处理和热回收(EPHR)系统和方法。更具体来讲，本发明涉及EPHR系统，其中将碱性颗粒引入烟道气流内以允许额外热量提取和减少空气预热器设备的结垢。

2. 相关现有技术讨论

许多发电系统由蒸汽提供动力，蒸汽由化石燃料比如煤或石油燃烧的熔炉产生。典型的发电系统一般描述于图1A显示的图中。

图1A显示发电系统10，它包括蒸汽产生系统25和排气处理和热回收系统(EPHRS) 15和排气塔90。蒸汽产生系统25包括熔炉26。EPHRS 15可包括再生性空气预热器50、颗粒清除系统70和洗涤系统80。提供强制通风(FD)扇60以将空气经入口51引入空气预热器50的冷侧。颗粒清除系统70可包括例如静电沉积器(ESP)和/或纤维过滤系统(袋滤室)等。洗涤系统80可包括例如湿或干烟道气除硫(WFGD/DFGD)系统。

再生性空气预热器50帮助增加熔炉26的热效率，从而减少其操作成本和温室气体的排放。空气预热器50是设计用于在将空气引入另一种过程比如熔炉26的燃烧室之前加热空气的设备。有不同类型的再生性空气预热器，包括那些包含移动或旋转热交换元件的空气预热器，比如Ljungstrom^?空气预热器。其它再生性空气预热器利用固定的热交换元件和/或固定于刚性空气和/或气体管道的内旋转罩或管道网络。

图1B和图1C是总的描述常规旋转再生性预热器50的图。典型的空气预热器50具有可旋转安装在外罩524中的转子512。转子512由从转子柱518向转子512外周放射状延伸的隔膜或隔板516形成。

隔板516限定它们之间的区室520。这些隔板516含有热交换元件篮状组件522。每个篮状组件522包括一个或多个特别形式的热传递表面片，也称为热交换元件542。热交换元件542的表面积显著，通常在几千平方英尺量级。

在典型的旋转再生性空气预热器50中，烟道气流FG1和燃烧空气流A1，从空气预热器50的对端/侧进入转子512，以相反方向通过罩在篮状组件522内的热交换元件542。因此，冷空气入口51和冷却烟道气出口54在空气预热器50一端(一般称为冷端544)，而热烟道气入口53和加热空气出口52在空气预热器50的相反一端(一般称为热端546)。扇形板536邻近转子512的上和下表面跨过外罩524延伸。扇形板536将空气预热器50分成空气部分538和烟道气部分540。

图1B和图1C显示的箭头表示烟道气流FG1/FG2和空气流A1/A2通过转子512的方向。通过烟道气入口53进入的烟道气流FG1将热量传递至篮状组件522中的热交换元件542，篮状组件522安装在位于烟道气部分540中的区室520内。然后使加热的篮状组件522旋转至空气预热器50的空气部分538。然后将篮状组件522的贮存热量传递至通过空气入口51进入的空气流A1。冷烟道气流FG2通过烟道气出口54离开预热器50，而加热空气流A2通过空气出口52离开预热器50。

再参考图1A，空气预热器50加热经过FD扇60引入的空气。从熔炉26燃烧室排放的烟道气(FG1)由空气预热器经入口53接收。从烟道气(FG1)回收热量，并传递至输入空气(A1)。将加热的空气(A2)进料至熔炉26的燃烧室内以增加熔炉26的热效率。

在熔炉26燃烧过程期间，用于燃烧熔炉26的燃料中的硫氧化为二氧化硫(SO₂)。在燃烧过程之后，一定量SO₂进一步氧化为三氧化硫(SO₃)，通常1%-2%量级的量变成SO₃。SO₂和SO₃将从熔炉26的燃烧室通过并进入烟道，成为烟道气FG1的一部分，然后将烟道气FG1从蒸汽产生系统25排放，由空气预热器50的入口53接收。在适当温度范围氧化铁、钒及其它金属的存在让这种氧化发生。选择性催化还原(SCR)也广泛已知将烟道气FG1中的一部分SO₂氧化为SO₃。