[发明专利]通过向第二燃烧区喷射吸附剂来除硫的方法

说明书

普通的烧煤锅炉及工业加热炉直接在炉内的一个燃烧区中燃烧煤。它们通常在总化学计量大于1的条件下操作。这样可避免冒烟，但结果会产生大量氮的氧化物和硫的氧化物以及相当多的颗粒物质，这就需要使用诸如集尘器等高效的颗粒收集装置。这类加热炉其每单位容积所释放的能量较低，因此需要大容积的“燃烧室”来燃烧燃料并从火焰中吸取能量。

近年来，石油价格已上涨7倍左右。很多电力系统的锅炉及工业加热炉皆由于经费压缩而停止使用。利用一些改进的系统来改装这些锅炉及加热炉，使其烧煤而不烧油或煤气，这将节省大量的能量损耗。但是，试图在原先设计及制造的用于烧油或烧煤气的几千瓩的锅炉中烧煤会遇到难以克服的困难：即在这类锅炉中烧煤所产生的熔渣及粉尘将使加热炉及传送管道结垢，从而会明显降低效率;联邦政府及拥有发电用锅炉设备的市区或近郊区的地方当局禁止自由排放硫氧化物（下文称SOx）和/或氮氧化物（下文称NOx）;此外，适合于安装煤加工和燃烧设备的地点常常受到严格的限制;而且，原先设计的烧油或烧煤气的锅炉通常没有用于收集和清除粉尘的装置。

我们已研究出一种方法和设备可用于改装现有锅炉及加热炉的装置，它能除去燃料（如煤）中大部分不可燃的矿物成分，同时能以迄今未达到的功率密度燃烧燃料并能避免产生大量能形成酸雨的物质，如SOx和NOx。本发明的目的和性能特征如下：

高的功率密度：每一立方英尺容积的主燃烧室约为1.0百万英热单位/小时。

低的NOx：在排放到大气的废气中，NOx的含量通常低于450PPm（体积），最好低于250PPm（体积）。

不可燃物质的去除：在将气体产物通入锅炉或其他利用热的设备以前，从燃烧形成的气体产物中收集并除去燃料中不可燃矿物量的80%至90%，这取决于具体采用的设备要求。

碳的转化：在气体产物通入锅炉或其他热利用设备以前，基本上将所有的碳转化为碳的氧化物。

寿命：保护燃烧器的器壁，使对器壁有害的腐蚀和/或磨损保持在工业上可允许的限度内。

热效率：通入所用设备中的气体产物流具有约85～90%的碳质燃料化学潜能。该能量最好一部分作为显热放出，而另一部分作为气体产物中所含的CO和H₂的形式进行输送，这种气体在所用设备中很容易完全燃烧。

硫的收集：将废气从热利用设备排入大气之前，从气体产物中除去80-90%的燃料中含硫组分。

本文列入参考文献的Burge等人的美国专利US4，217，132叙述了一种用于燃烧含有不可燃矿物组分的碳质燃料的设备，该设备可将不可燃矿物组分作为液态渣分离掉而将热的燃烧产物气流通到诸如锅炉一类的热能利用设备中。在Burge等人的设备中，将固体碳质燃料（例如煤粉）喷入一个燃烧室中，同时将氧化剂流（例如预热的空气）引入该燃烧室以产生适于离心分离的高速旋流条件，使大部分液态渣甩到燃烧室的内壁上。在本文列入参考文献的共同未决专利申请NO，788，929（1985年10月18日提交）中叙述了上面已部分提及的另一种体系。

专利申请NO.788，929中叙述的设备是有造渣燃烧器的改进设备，它是经过广泛研究而得到的，这些研究包括改装原先设计和制造的用油和/或天然气的工业加热炉和电力系统的锅炉以适合造渣燃烧器的特殊要求。

本发明是对Burge等人及共同未决专利申请NO.788，929所公开的一类造渣燃烧系统的进一步改进，更具体地说，要降低SOx和NOx的排放量，同时要满足上述其他要求。

根据本发明，将一股热的、富燃料的气体产物流（最好来自共同未决专利申请NO.788，929所述的体系）作为一种载热燃料气送入普通的锅炉或加热炉中。这些气体产物的温度等于或高于燃料不可燃组分的粉尘熔化温度，该温度最好约为在2600°F～3200°F。当该气体产物流进入加热炉时，使该气体流与下列两种物质混合：（1）用来吸附硫的含碱土金属的吸附剂，例如粉状石灰石，（2）足量的附加氧化剂，以使该设备的总化学计量提高到约为1.1～1.3。由于硫吸附剂与高温气体产物密切接触同时迅速混合，硫的吸附剂在数毫秒的时间内突然煅烧，生成了多孔性的固体颗粒，这种固体颗粒可使吸附剂中的碱土金属与气体产物中的含的硫成分发生反应。结果，将气体产物从锅炉或加热炉排入大气之前，燃料中所含的大部分硫被转化为碱土金属的硫酸盐，并可从该气体产物中除去。用这种方法和设备我们已经获得了重复和一致的结果，即可使废气中的SOx浓度降低80～90%。据我们所知，适用于常规发电用的锅炉和工业加热炉的其它烧煤方法和设备都不能使SOx的排放量达到如此低的程度。