整合的干和湿烟道气清洁方法和系统

摘要

一种用于除去烟道气(28)中的硫氧化物、其它气体和微粒的方法和系统。该方法包括在喷雾干燥器(22)中用浆体(30)处理烟道气，浆体(30)由水(31)、碱性试剂(32)和来自湿涤气器(26)的清洗物流(33)形成，由此产生干燥副产物(34)。该方法进一步包括过滤烟道气(28)来除去至少一部分的干燥副产物(34)，在湿涤气器(26)中湿洗涤从过滤器(44)中出来的烟道气(28)，加入石灰或者石灰石试剂(37)到湿涤气器(26)中，和产生石膏(39)。活性炭(36)可以被注入过滤步骤上游的烟道气(28)中，并且微粒可以从喷雾干燥器(22)上游的烟道气(28)中除去。

说明书

发明背景

(1)发明领域

[0001]本发明通常涉及一种系统，其用于从化石燃料燃烧的燃烧 器的烟道气中除去硫氧化物、其它酸性气体、微粒和汞。特别地，本 发明涉及一种整合的干/湿烟道气清洁系统。

(2)相关领域说明

[0002]化石燃料燃烧的燃烧器等会产生大量的硫氧化物和其它 酸性气体。硫氧化物通过烟道气从燃烧器排放到大气中。燃烧过程将 煤中自然存在的硫转化为气态二氧化硫(SO₂，一种标准的污染物和酸 雨的前体)，并通过三氧化硫(SO₃，PM2.5的前体并引起可见的排放) 冷凝而形成硫酸雾。PM2.5指的是2.5微米或更小尺寸的微粒物质。 由于细小微粒对于人的健康和环境的危害，因此它们引起关注。还会 产生其它不期望的酸性气体污染物例如氯化氢(HCl)和氟化氢(HF)。

[0003]清洁的和合乎环境要求的发电和废物焚化需要经济的空 气污染控制系统。空气污染控制系统有时候是复杂的，并典型地由用 于除去微粒、酸性化合物、有机物质、重金属的阶段，以及处理这些 过程的副产物组成。

[0004]两种目前用来除去烟道气中的硫氧化物的方法类型是湿 烟道气脱硫(WFGD)和干烟道气脱硫(DFGD)。在WFGD中，烟道气进 入大的容器例如喷雾塔或吸收器中，其通常被称为湿涤气器，在这里 将它用水性浆体进行喷雾，该浆体例如是水和至少部分不溶物质(例 如碱性物质例如石灰、石灰石等)的混合物。浆体中的钙与SO₂反应 来形成亚硫酸钙或硫酸钙。将亚硫酸钙和/或硫酸钙通过不同的手段脱 水来产生固体副产物。当副产物主要是亚硫酸钙时，其通常与飞灰和 固定石灰进行混合并进行垃圾填埋处理。可选择的，可以通过将压缩 空气注入到湿涤气器中来从WFGD废产物中产生可销售的石膏。

[0005]在DFGD中，将水浆体(例如水与生石灰混合来形成氢氧 化钙或者类似物)引入到喷雾干燥器塔中。将浆体喷雾并注入到烟道 气中，在这里当它们在容器中蒸发时，小滴与SO₂发生反应。将所形 成的干废产物收集在喷雾干燥器底部和除微粒装置例如静电沉淀器 (ESP)或者袋式过滤器中。典型地，收集除微粒装置中的干废产物并通 过垃圾填埋进行处理。

[0006]由于使用昂贵的耐腐蚀材料和大量的试剂和副产物处理 系统，因此WFGD典型地具有高的投资成本。WFGD系统典型地产 生液体清洗物流(purge stream)，其必须在废弃之前进行处理，并且可 能产生三氧化硫(SO₃)酸雾排放，这是一种产生令人厌恶的可见排放的 污染物，并且是PM2.5的前体。使用现有的WFGD工艺，必须通过 昂贵的装置例如湿静电沉淀器(WESP)或者碱注入来消除SO₃雾。可以 采用可替代的脱硫方法例如氨水洗涤，但是其通常与现有的湿法和干 法相比不具有经济上的竞争性。

[0007]DFGD可能需要高成本的运转，这是因为昂贵的石灰试剂 的相对低效率的使用以及会产生固体废弃物处理问题。现有的干燥脱 硫方法通常不能减轻问题例如低的硫氧化物除去百分比和差的试剂 利用率。通常，喷雾干燥对于运行条件是敏感的，这使得难以取得最 大的结果。根据存在的氧化物的量，必须将温度精确调整来产生期望 的反应。因为该温度必须保持在窄的范围内，因此加工性能典型地降 低了。但是，DFGD系统具有高的SO₃除去效率的优点，因此避免了 上述的与酸雾排放有关的问题。

发明概述

[0008]本发明的一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化物、其 它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷雾干燥器中 利用浆体来处理烟道气，该浆体由水、碱性试剂和来自湿涤气器的清 洗物流(purge stream)形成，其中从烟道气中除去一部分的酸性气体， 并且产生干燥副产物，和蒸发所述的清洗物流；过滤烟道气来除去飞 灰和至少一部分所述的干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；在 湿涤气器中湿洗涤从所述的喷雾干燥器中出来的烟道气，作为净化步 骤用于除去酸性气体和微粒；加入石灰或者石灰石试剂到所述的湿涤 气器，其中所述的石灰或者石灰石试剂与所述的湿涤气器中所存在的 至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产物；将清 洗物流从湿涤气器排放到喷雾干燥器；和从湿涤气器副产物中产生石 膏。

[0009]本发明的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫氧化 物、其它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷雾干 燥器中喷雾干燥吸收烟道气和浆体，该浆体由水、碱性试剂和来自湿 涤气器的一部分副产物形成，其中在该喷雾干燥吸收步骤中产生干燥 副产物；过滤烟道气来除去至少一部分的干燥副产物；和湿洗涤从喷 雾干燥器中出来的烟道气。

[0010]本发明仍然的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫 氧化物、其它酸性气体和微粒的系统。该系统包括喷雾干燥器、过滤 器和湿涤气器。喷雾干燥器用于处理烟道气和由水和碱性试剂形成的 浆体。在喷雾干燥器中产生干燥副产物。过滤器用于除去烟道气中的 至少一部分的干燥副产物，湿涤气器用于洗涤从喷雾干燥器出来的烟 道气，这是通过在湿涤气器中利用从烟道气中除去的干燥副产物作为 试剂进行的。

[0011]本发明仍然的另外一方面是一种用于除去烟道气中的硫 氧化物、其它酸性气体和微粒的方法。该方法包括下面的步骤：在喷 雾干燥器中利用由水和碱性试剂形成的浆体来处理烟道气，其中从该 烟道气中除去一部分的酸性气体，并产生干燥副产物；过滤烟道气来 除去飞灰和至少一部分干燥副产物，并导致酸性气体进一步减少；将 干燥副产物加入到湿涤气器；在湿涤气器中湿洗涤从喷雾干燥器中出 来的烟道气，作为净化步骤用于除去酸性气体和微粒；和加入石灰或 者石灰石试剂到湿涤气器，其中该石灰或者石灰石试剂与湿涤气器中 所存在的至少一部分剩余的酸性气体进行反应，来产生湿涤气器副产 物。

附图说明

[0012]出于说明本发明的目的，附图表示了本发明目前优选的形 式。但是，应当理解本发明不局限于图示的精确的排布和手段，其中：

图1是根据本发明一种实施方案的系统的示意图；

图2是根据本发明另一种实施方案的系统的示意图；和

图3是根据本发明另一种实施方案的系统的示意图。

详细说明

[0013]现在参考附图(附图中相同的附图标记表示相同的部件)， 并特别参考图1，本发明的一方面是一种整合的湿和干烟道气清洁工 艺的方法20。本发明的方法包括使用喷雾干燥器22、微粒收集器24 (其可以是织物过滤器、静电沉淀器等)和湿涤气器26来除去烟道 气28中的硫氧化物、其它酸性气体、微粒和汞。

[0014]在图1所示的方法20中，来自燃烧器例如锅炉(未示出) 的烟道气28首先进入喷雾干燥器22。作为此处使用的，烟道气28通 常指的是任何在化石燃料燃烧中产生的烟道气，并且期望构成烟道气 的具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。当在喷雾干燥器22 中进行喷雾干燥吸收时，烟道气28与浆体30进行反应，该浆体30 含有水31、碱性试剂32例如石灰、石灰石、碳酸钠等，和来自湿涤 气器26的清洗物流33。浆体30是使用本领域已知的方法和装置来形 成的。类似于常规的干烟道气脱硫系统，控制喷雾干燥器22中的温 度和湿度来产生干燥副产物34和除去酸性气体例如SO₂、SO₃、HCl 和HF。

[0015]接下来，烟道气28从喷雾干燥器22中出来并进入微粒收 集器24中，在这里除去至少一部分干燥副产物34和飞灰。在一种实 施方案中，活性炭36可以注入到微粒收集器24上游的烟道气28中， 目的是除去烟道气中的汞。在滤饼(即过滤的干燥产物34)中碱性试 剂32的存在导致了硫氧化物和酸性气体的进一步捕集。将干燥副产 物34(其通过微粒收集器24从烟道气28中充分除去)丢弃。典型地， 微粒收集器24是一种织物过滤器。但是，本领域技术人员将理解其 它类型的过滤系统和其它类型的过滤器或者静电沉淀器也可以使用。

[0016]烟道气28然后从微粒收集器24中出来并接着在湿涤气器 26中进行处理，在这里发生硫氧化物、酸性气体、微粒和汞的进一步 的除去。石灰或者石灰石试剂37可以加入到湿涤气器26中来产生与 湿涤气器中存在的酸性气体的反应。此外，空气38可以被注入到湿 涤气器26中产生石膏29。湿涤气器26产生副产物40，其可以在固/ 液分离器41例如水力旋流器或类似物中进行处理，来除去一部分其 中包含的液体42。液体40典型地被再循环回湿涤气器26中。一部分 定义为清洗物流33的液体42可以从湿涤气器26中放出来控制细颗 粒和/或溶解的固体例如氯化物聚集物，其在浆体30中是不期望的。 图1表示了一种产生清洗物流33的系统。但是，本发明预期了其它 产生清洗物流33的系统。分离器41的底流43可以在过滤器44例如 真空过滤器或类似物中进一步加工来产生干燥的石膏39，其可以销售 或者垃圾填埋处理。过滤器44的滤出液46可以返回湿涤气器26中。 其余的处理过的烟道气28从湿涤气器26中出来并且典型地通过常规 的烟囱48排放到大气中。

[0017]现在参考图2，本发明另外一种实施方案包括方法120。 除了下面所述的差异之外，方法120基本上类似于或者等同于方法20， 通过类似的相同的元件编号来表示。如方法20的说明中的，对于方 法120，烟道气28通常指的是任何的烟道气，并且期望构成烟道气的 具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。方法120与方法20不 同的一种方式是副产物40可以在分离器41中部分脱水。一部分副产 物40，分离器41的底流43，通常与碱性试剂32进行混合并被供给 到喷雾干燥器22。分离器41的顶流即液体42返回到湿涤气器26中。 在方法120中，分离器41的底流43是再循环而非加工来形成石膏39。 单个的干燥副产物34典型地被垃圾填埋处理。石灰或者石灰石试剂 37可以用于湿涤气器26中。典型地，石灰石是经济上优选的。如在 方法20中的，水31分别被加入到喷雾干燥器22和湿涤气器26中来 控制温度和水平。任选地，空气38可以注入到湿涤气器26中来产生 石膏39。

[0018]现在参考图3，本发明另外一种实施方案包括方法220。 除了下面所述的差异之外，方法220基本上类似于或者等同于方法20， 通过类似的相同的元件编号来表示。如在方法20的说明中的，对于 方法220，烟道气28通常指的是任何的烟道气，并且期望构成烟道气 的具体成分随着对烟道气进行处理而发生变化。方法220与方法20 不同的一种方式是DFGD副产物34被送入湿涤气器26中，在这里未 反应的碱性试剂32帮助除去SO₂，并部分地弥补了加入石灰或者石灰 石试剂37的需要。DFGD副产物34和WFGD副产物40在湿涤气器 26中结合并最终以废弃副产物物流222的形成共同处理。废弃副产物 物流222通常进行垃圾填埋处理。

[0019]根据本发明的干/湿烟道气清洁系统提供了超过现有技术 设计的优点，其在于干烟道气清洁工艺例如喷雾干燥器和湿烟道气清 洁工艺例如湿涤气器的组合允许高效的除去硫氧化物，并具有非常低 的酸雾排放。在喷雾干燥吸收处理步骤中除去烟道气中大约50-99.9％ 的三氧化硫和其它酸性气体以及一部分的任何存在的二氧化硫，并且 在湿洗涤步骤中除去烟道气中大约50-99.9％剩余的硫氧化物和其它 酸性气体。为了降低与石灰使用相关的运行成本，喷雾干燥器可以以 这样的方式运行：使得SO₂的吸收最小，同时仍然除去50-99.9％的 SO₃和其它酸性气体。通过喷雾干燥吸收来除去硫氧化物特别是三氧 化硫(SO₃)避免了湿涤气器下游的不透明物和可见物的排放的问题，由 此消除了对于昂贵的缓解手段例如湿静电沉淀器或者碱注入的需要。

[0020]此外，湿涤气器清洗物流的喷雾干燥消除了对于昂贵的废 水处理装置的需要，否则将需要处理方法20的清洗物流33。

[0021]本发明一种另外的优点是由于在喷雾干燥吸收步骤过程 中氯化物被除去，因此湿涤气器可以用低成本材料来制作。典型地， 由于在洗涤浆体中氯化物的存在，因此需要昂贵的材料例如合金钢或 者其它防腐材料。此外，烟道气中任何的氯化物，水或者其它物质(其 可以到达湿涤气器)同样通过除去湿涤气器26的清洗物流33而减少。

[0022]此外，由于织物过滤器中的活性炭注入，本发明具有高的 汞除去的优点。

[0023]最后，在方法220中利用顺流的产物流动实施方案允许近 乎完全的利用石灰和取消昂贵的真空过滤装置。

[0024]虽然已经参考其示例性的实施方案对本发明进行了描述 和说明，但是本领域技术人员应当理解可以在其中和对其进行前述的 和不同的其它变化、省略和添加，而不脱离本发明的主旨和范围。因 此，其它的实施方案落入下面的权利要求的范围。