具有带有石灰供给器的一体化二氧化硫洗涤器系统的循环流化床动力设备

摘要

一种循环流化床动力设备100包括：循环流化床锅炉110，其产生烟道气；急骤干燥吸收器洗涤器140，其构造成以便接收来自循环流化床锅炉110的烟道气；以及石灰供给器150，其构造成以便将石灰引入到急骤干燥吸收器洗涤器140中。

说明书

技术领域

本申请大体涉及用于动力设备的一体化二氧化硫(“SO₂”)洗涤器，并且更具体而言，涉及对使用循环流化床(“CFB”)锅炉的动力设备中的一体化SO₂洗涤器添加石灰供给器。

背景技术

最近，动力设备设计需要添加去硫系统来满足对二氧化硫(“SO₂”)排放的日益严格的法规。动力设备可包括在锅炉下游的急骤干燥(flash dry)吸收器(“FDA”)洗涤器，以减少“SO₂”排放。FDA洗涤器常常用在采用了循环流化床(“CFB”)锅炉的动力设备中。

典型的FDA洗涤器用作动力设备的颗粒收集系统的一部分；这里的颗粒与飞灰、灰或尘埃(锅炉中的燃烧副产物)是同义的。FDA洗涤器可包括各种颗粒收集机构，例如织物过滤器、静电除尘器等。织物过滤器也可称为集尘室。

在运行中，具有夹带颗粒的烟道气通过反应器柱进入FDA洗涤器。烟道气穿过反应器柱且进入FDA洗涤器颗粒收集机构的入口管道。然后烟道气与颗粒收集机构相互作用，在颗粒收集机构中，悬浮在烟道气中的颗粒被去除。然后去除的颗粒穿过混合器-水合器，并且被喷射到反应器柱中。被回收且被润湿的颗粒则会在被再次引入颗粒收集机构之前与未过滤的烟道气反应。

由锅炉产生的颗粒中的残余氧化钙(“CaO”)用作吸附剂以捕获SO₂。包含残余CaO的水合颗粒在反应器柱和颗粒收集机构中与烟道气反应，以从中去除SO₂。

单独使用FDA洗涤器可能不足以去除足够的SO₂来满足当今严格的排放要求。典型地，FDA洗涤器可由其它SO₂减少系统补充，例如石灰石供给系统，其将石灰石引入动力设备的锅炉中。类似于上述颗粒的残余CaO，石灰石用作吸附剂以捕获SO₂。

虽然已经证明上述的这种二氧化硫减少系统是有效的，但是它们实施和运行起来可能也是昂贵的。这种系统的成本包括用来补偿由于将石灰石引入锅炉中所引起的降低的催化效率的燃料量的增加以及石灰石本身的成本。将石灰石引入到锅炉还会导致以催化的方式产生氮氧化物(“NOx”)。NOx排放也受到管制，而且可能需要其自己的昂贵的去除系统。

因此，需要一种用于降低成本、提高效率且减少与使用目前的二氧化硫减少系统相关联的SOx和NOx的系统和方法。

发明内容

根据本文所示的各方面，提供了一种循环流化床动力设备，包括：循环流化床锅炉，其产生烟道气；急骤干燥吸收器洗涤器，其构造成以便接收来自循环流化床锅炉的烟道气；以及石灰供给器，其构造成以便将石灰引入急骤干燥吸收器洗涤器中。在一个示例性实施例中，循环流化床动力设备包括构造成以便将石灰石引入循环流化床锅炉中的石灰石供给器。在一个示例性实施例中，急骤干燥吸收器包括：反应器，其构造成以便使烟道气穿过其中；颗粒去除机构，其联接到反应器上，并且构造成以便从烟道气中去除颗粒；以及混合器，其构造成以便接收来自颗粒去除机构的颗粒且使所述颗粒水合，而且还构造成以便将水合颗粒引入反应器中。在一个示例性实施例中，石灰供给器构造成以便在引入水合颗粒处的上游将石灰引入到急骤干燥吸收器中。在一个示例性实施例中，颗粒去除机构包括织物过滤器。在一个示例性实施例中，颗粒去除机构包括静电除尘器。在一个示例性实施例中，循环流化床动力设备进一步包括设置在循环流化床锅炉和反应器之间的急骤干燥吸收器洗涤器入口管道。在一个示例性实施例中，石灰供给器构造成以便在急骤干燥吸收器洗涤器入口管道的上游引入石灰。在一个示例性实施例中，循环流化床动力设备进一步包括设置在反应器和颗粒去除机构之间的颗粒去除机构入口管道。在一个示例性实施例中，反应器设置在急骤干燥吸收器洗涤器入口管道和颗粒去除机构入口管道之间。在一个示例性实施例中，反应器是柱反应器。在一个示例性实施例中，石灰供给器包括：日用料斗(day silo)，其构造成以便保持石灰；以及气动供给器，其接收来自日用料斗的石灰，并且构造成以便将石灰引入急骤干燥吸收器洗涤器中。

根据本文所示的其它方面，(提供了)一种用于减少来自循环流化床动力设备的二氧化硫排放的方法，该方法包括：在循环流化床动力设备的后部通路(backpass)中提供急骤干燥吸收器洗涤器；以及将一定量的石灰引入急骤干燥吸收器洗涤器中。在一个示例性实施例中，该方法包括将一定量的石灰石引入动力设备的循环流化床锅炉中。在一个示例性实施例中，该方法包括调节引入循环流化床动力设备的后部通路中的石灰的量和引入循环流化床动力设备的循环流化床锅炉中的石灰石的量，以优化石灰和石灰石两者的总成本。在一个示例性实施例中，将一定量的石灰引入急骤干燥吸收器中包括在急骤干燥吸收器洗涤器的上游将一定量的石灰引入循环流化床动力设备的后部通路中。

附图说明

现在参照附图，附图是示例性实施例，而且在附图中，相似的元件是以相似的方式标示的：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的动力设备的示意图；

图2是根据本发明的一个示例性实施例的急骤干燥吸收器(“FDA”)洗涤器的示意图；以及

图3是示出了根据本发明的一个示例性实施例的、调节石灰石和石灰的相对供给速率以满足限定的捕获性能和最小成本点的曲线图。

具体实施方式

提供了一种用于减少循环流化床(“CFB”)动力设备二氧化硫(“SO₂”)排放的系统和方法。更具体而言，本公开涉及一种用于提高在使用CFB的动力设备中的急骤干燥吸收器(“FDA”)洗涤器的性能的系统和方法。FDA洗涤器的提高的性能使得CFB动力设备能够产生与例如传统动力设备相比至少基本相同量的SO₂排放或更少(SO₂排放)，同时对锅炉添加显著更少的石灰石，且从而以降低的成本(产生与例如传统动力设备相比至少基本相同量的SO₂排放或更少SO₂排放)，这将在下面进行详细的论述。但是，本发明不限于此，并且本发明可应用于其中减少的SO₂排放合乎需要的任何应用。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的CFB动力设备的示意图。为了简明起见，图1仅描绘了CFB动力设备的与描述本发明有关的那些特征，而且将理解的是，CFB动力设备将包括现有技术中众所周知的其它特征。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的CFB动力设备的FDA洗涤器的示意图。为了简明起见，图2的示意图仅描绘了FDA洗涤器的与描述本发明有关的那些特征，而且将理解的是，FDA洗涤器将包括现有技术中众所周知的其它特征。

现在参照图1，CFB动力设备100包括CFB锅炉110和石灰石供给器120。CFB锅炉110供有来自源(未显示)的燃料，而且还供有来自石灰石供给器120的石灰石。石灰石在燃料的燃烧期间在CFB锅炉110中用作SO₂吸附剂，从而减少从CFB锅炉110排到动力设备后部通路130中的烟道气中的总SO₂。

烟道气可穿过各种后部通路130构件，例如旋风器、过热器等(如对本领域普通技术人员将显而易见)。最终，烟道气通过FDA洗涤器入口管道142进入FDA洗涤器140中。

但是，不像使用FDA洗涤器的传统动力设备那样，对烟道气喷射了来自石灰供给器150的干燥熟石灰。在一个示例性实施例中，在烟道气进入FDA洗涤器入口管道142之前，对烟道气喷射了干燥熟石灰。可以以低的供给速率喷射干燥熟石灰，将在下面对其实例进行更加详细的说明。因为低的供给速率的原因，可作为现成的商品来购买干燥熟石灰，从而需要较少现场准备或者不需要现场准备。在图1所示的示例性实施例中，石灰供给器150可包括日用料斗152和气动供给系统154。备选示例性实施例可使用其它构造，如对本领域普通技术人员将显而易见的那样。石灰供给器150的相对简单性允许其易于针对其中已经使用了FDA洗涤器的现有动力设备而改型。一旦结合，烟道气和喷射的干燥熟石灰就一起穿过FDA洗涤器入口管道142。

现在参照图2，FDA洗涤器140包括反应器144、颗粒去除机构146和混合器148。反应器144接收来自FDA洗涤器入口管道142的烟道气和干燥熟石灰。烟道气在反应器144中与干燥熟石灰反应，在反应器144中，干燥熟石灰用作吸附剂，以从烟道气中去除SO₂。在一个示例性实施例中，反应器144可为柱反应器144，但是可采用其它类型的反应器，如对本领域普通技术人员将显而易见的那样。

在烟道气穿过颗粒去除机构入口管道146a以及进入颗粒去除机构146中时，烟道气继续与干燥熟石灰吸附剂反应。颗粒去除机构146去除夹带在烟道气中的颗粒；对于本文所论述的目的，颗粒可为灰、飞灰、灰尘或夹带在烟道气中的任何其它颗粒。然后去除的颗粒160在颗粒去除机构146的底部中积聚，如由图2中的带点的区域所显示的那样。

颗粒去除机构146的一个示例性实施例是织物过滤器。颗粒去除机构146的另一个示例性实施例是静电除尘器。可采用备选的颗粒去除系统，如对本领域普通技术人员将显而易见的那样。

然后去除的颗粒160在混合器148中部分地水合，并且通过混合器输出端口148a喷射到反应器144中，以便被再循环。去除的颗粒160包括来自石灰供给器150的未反应的干燥熟石灰和氧化钙(“CaO”)，氧化钙是来自石灰石供给器120的石灰石在CFB锅炉110中燃烧的副产物。未反应的干燥熟石灰和CaO两者均用作吸附剂，以从烟道气中去除SO₂。这样，可提高FDA洗涤器140中的8O₂去除效率。再次参照图1，烟道气最终穿过FDA洗涤器140，并且沿着后部通路130的另外的区段继续(运动)，直到烟道气从烟囱170中排出为止。

在一个备选的示例性实施例中，可在FDA洗涤器140中的任何地方将干燥熟石灰添加到排气中，例如，可在从FDA洗涤器入口管道142到颗粒去除机构146的任何地方添加干燥熟石灰。这种备选的示例性实施例以类似于上述示例性实施例的方式来起作用，也就是说，烟道气与干燥熟石灰反应，干燥熟石灰用作吸附剂，以从烟道气中去除SO₂。

FDA洗涤器140的提高的SO₂去除效率容许CFB动力设备100(包括石灰供给器150)将显著更少的石灰石引入到CFB锅炉110中，同时保持与传统动力设备相比至少基本相同或更少的SO₂排放。CFB锅炉110中的燃烧效率可由于引入其中的石灰石的量的减少而得到显著提高；这是因为CFB锅炉110内的锻烧负荷更低了。

虽然干燥熟石灰的成本可为石灰石的成本的5至8倍，但是当与只有石灰石的情况相比时，FDA洗涤器捕获性能的整体改进可导致总吸附剂成本(例如石灰石和干燥熟石灰两者的成本)有净降低。通过调节所使用的石灰石和石灰的相对量，可实现最佳的总吸附剂成本。示出了成本最优化概念的实例紧随如下。

实例

以下表格和图3中描绘的曲线图显示了使用FDA洗涤器的传统动力设备和使用根据本发明的一个示例性实施例的FDA洗涤器和石灰供给器的CFB动力设备之间的经济性比较。在下面的表1中列出了此实例的基准条件。

表1

现在参照图3所示的曲线图和表2，该曲线图和表显示了在本发明中调节石灰石和石灰的相对供给速率以满足限定的SO₂捕获性能可如何产生最小的成本点。对于下面参照表2显示的实例，用于本发明的示例性实施例的总吸附剂的最小成本点在相同的SO₂捕获性能上比传统动力设备的总吸附剂成本低大约14％。

表2

如上所示，根据本发明的一个实施例的CFB动力设备100每小时比传统动力设备多使用1,947磅石灰，每年约$724,917的额外成本。但是，在本发明的示例性实施例中使用石灰供给器150允许CFB锅炉110每小时使用仅55,766磅石灰石来运行，以实现与每小时使用76,831磅石灰石的传统动力设备相同的SO₂捕获速率。因此，根据本发明的CFB动力设备的示例性实施例每小时比传统动力设备少使用21,066磅石灰石。这产生每年约$1,476,275的石灰石成本节约。因此，即使添加石灰表示额外的成本，减少使用石灰石的节约也超过了那个成本。

如图3所示，组合的石灰石和石灰吸附剂的总成本是单独的吸附剂成本的总和。为了满足大约83％的燃烧炉捕获百分比，根据本发明的一个示例性实施例的CFB动力设备使用约$724,917/年的石灰和约$3,908,073/年的石灰石。

除了上述成本最优化之外，本发明还可实现额外的运行成本节约。CFB动力设备100可实现减少燃料使用，因为由于引入其中的石灰石数量减少而使CFB锅炉110的燃烧效率提高。提高的燃烧效率还可产生其它好处，例如二氧化碳(“CO₂”)排放减少，在CFB锅炉110中产生的总颗粒减少，以及氮氧化物(“NOx”)的催化产生减少，这继而将改进NOx排放，以及/或者减少对NOx去除系统的需要。

虽然已经参照各种示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下作出各种改变，并且等效物可代替本发明的元件。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适于本发明的教导，而不偏离本发明的实质范围。因此，意图的是本发明不限于公开为为了执行本发明而构想到的最佳模式的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。