[发明专利]喷雾干燥器吸收器和相关方法

说明书

本发明专利申请是申请日为2008年9月12日，申请号为200810213897.0，发明名称为“喷雾干燥器吸收器和相关方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及用于从燃烧矿物燃料时产生的气体中除去污染物的环境污染控制设备领域，更具体地，涉及用于从上述气体除去酸气体混合物的喷雾干燥器吸收器。所述气体是通过工业过程以及产生发电用蒸汽的燃烧过程中产生的。

背景技术

发电厂和其他燃烧矿物燃料(如,煤、油品、石油焦和/或废弃物)的工业在燃烧过程中产生各种污染物，除了其他物质外，包括在产生的废气中的酸气体(如硫氧化物)和其他不需要和/或不希望的化学混合物。

降低废气中硫氧化物含量的最常用方法之一是通过喷雾干燥的化学吸收方法，也称作干洗涤，该方法中，将碱水溶液或浆液细雾化(通过例如机械雾化器，双重流体雾化器或旋转雾化器细雾化)，并喷入热废气中，以除去污染物。为更好理解喷雾干燥的化学吸收过程或干洗涤，读者可参考STEAMitsgenerationanduse,第41版,Kitto和Stultz著,版权所有2005,鲍勃科克和威尔考克斯公司(TheBabcock&WilcoxCompany),特别是第35章,第35-12至35-18页，其内容全文参考结合于本文。

喷雾干燥吸收(SDA)反映了该过程中涉及的主要反应机理：将碱试剂浆液在热废气流中雾化为细小液滴，并从该气流吸收SO₂和其他酸气体。该过程也称作半干燥洗涤，区别于将干固体试剂注入废气的过程。

在典型的锅炉设施中，SDA设置在集尘器之前。离开最后的热阱(通常是空气加热器)的废气的温度为250-350°F(121-177℃)，该废气进入喷雾室，在该喷雾室中将试剂浆液喷入气流中，将该气流冷却至150-170°F(66-77℃)。可以使用静电集尘器(ESP)或织物过滤器(集尘袋(集尘袋)来收集试剂、飞灰和反应产物。集尘袋s主要选择用于U.S.SDA设施(超过90％)，并在达到类似的总系统SO₂排放减少情况提供更低的试剂消耗。

SO₂吸收主要发生在通过喷射使水蒸发和使废气绝热冷却时。试剂的化学计量和近似温度(approachtemperature)是控制涤气器的SO₂去除效率的两个主要变量。化学计量量是消耗的试剂与进口SO₂或在该过程中除去的SO₂量的摩尔比值。依据可获得的试剂和废气中的酸气体含量，该化学计量可以在很宽的范围内变化；如，约为1至大于10。离开干涤气器的废气温度与绝热饱和温度之间的差称作近似温度(approachtemperature)。对低水分的烟煤，废气的饱和温度通常在115-125°F(46-52℃)范围，对高水分次烟煤或褐煤，废气的饱和温度在125-135°F(52-57℃)范围。SO₂吸收的最佳条件必须与实际的干燥条件综合考虑。

在干涤气器中使用的主要试剂是石灰浆液，可通过对高钙石灰卵石(peddlelime)进行熟化而形成。该熟化过程可以使用球磨或简便的滞留熟化器(detentionslaker)。只使用石灰浆液的SDA系统被称作单程系统。一些石灰在废气最初从喷雾室通过后仍未反应，并可能用于进一步的SO₂收集。收集在ESP或者集尘袋中的固体可与水混合，与SDA试剂一起再注入到SDA的喷雾室内。

如果燃料硫含量较低和/或燃料含有足量的碱，如已知一些类型的煤和油页岩的情况，灰份颗粒本身可以用作SDA中的试剂源。通常，燃料中能实现足够的硫捕获的碱是碳酸钙(CaCO₃)。

能用作为SDA中捕获SO₂的试剂源的灰份颗粒的另一个实例是来自循环流化床(CFB)锅炉的灰份。这种类型的锅炉通常使用石灰石，石灰石具有碳酸钙作为主要组分，将石灰石输入炉中，用于在炉中捕获燃烧过程中产生的SO₂。

无论是燃料部分还是石灰石部分，碳酸钙在炉中都进行煅烧，即释放二氧化碳气体并产生固体氧化钙，CaO(也称作石灰)：

CaCO₃→CaO+CO₂

CaO与炉气体中的SO₂反应，因此产生硫酸钙：

CaO+SO₂+1/2O₂→CaSO₄