[发明专利]用于检测、测量和控制烟道气中三氧化硫和其它可冷凝物的方法和装置

说明书

相关申请的交叉参照

申请人根据35U.S.C.§119(e)要求享有2008年8月14日提交的待定 美国临时专利申请系列61/088,923号的权益。

技术领域

本发明涉及用于检测、测量和控制从矿物燃料燃烧炉中排放出的烟气中的 污染物例如SOx的方法和装置。

背景技术

多年来，美国环境保护局(EPA)就开始要求矿物燃料火电厂、焚烧炉、金 属熔炉和水泥窑的操作者检测某些排放到大气中的气体种类和微粒的水平。这 些种类包括硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳和氧气，其通常通过通 向炉体或烟囱的风道离开炉子。还有法律和规章用来设定排放标准并且对那些 没有满足排放标准的操作者进行罚款。这些设备的操作者必须检测排放，并且 经常在烟气中加入材料用来减少某些种类气体的排放水平。一般地，检测是通 过在炉子的选定区域内的烟气中插入一种能够就地检测的探头，或一种提取探 头或者取样线路而进行。为了分析取样样品的气体组分，有时有必要去除颗粒 并且把样品运送到适合气体分析仪工作的远程区域。

在本领域中已经发展了多种探头用来从烟囱中提取烟气样品。在美国专利 号为5,458,010中公开了这些流体采样系统的实例。在一种常规的提取系统中， 一个泵在烟囱中运动的气流中通过被加热的探头把气体提取出来。然后样品通 过一个热追踪的取样管线被送往一个远程区域用来分析。探头和取样管线都被 加热至250°F(121℃)以防止样品中湿气或酸的凝结。紧接着，样品会通过 一个冷却装置，其温度被降至大约35°F(1.67℃)。水蒸汽冷凝并被排出。此 时干燥的样品被重新加热并通过一个分析仪被运送，此分析仪用来测量所关心 的组分。

现有技术的取样系统中第二种一般类型使用了一种稀释探头。在这个方案 中，烟囱中样品提取物的比例明显小于在传统系统的情况下比例。此时，气体 被提取通过一种精滤器进入到一种以“音速喷嘴”或“临界流量喷嘴”著称的 装置中。之所以被称为音速喷嘴是因为只要在喷嘴之后存在充足的真空，它就 计量保持不变的体积流量。喷嘴后方的真空是由文丘里管维持的，文丘里管被 一个压缩空气源所驱动。文丘里管还用来提供干净的、干燥的稀释空气来降低 样品的露点。整个文丘里管/喷嘴设备被构造在一个绝热探头之内，以便使稀释 在基本的烟囱温度下完成。然后稀释的样品以大约大气压的压力被送到分析仪。

温度传感器经常被设置在现有技术的流体采样系统使用的探头之内。

为了控制排放，矿物燃料的燃烧炉膛的操作者可以在烟气中添加氨、钙、 钠化合物或其它的材料，以使有害的气体与添加物发生反应，并形成可接受的 气体或能够被去除的微粒。另一种被叫做选择性催化NOx还原(“SCR”)的技术 使用一种催化剂控制NOx的排放。布袋收尘室、除尘器、甚至过滤器都已经被 用来把微粒从烟道气中去除。

利用特定的添加物是否能够成功不仅取决于烟道气的成分，还取决于当添 加物注入时烟道气的温度。许多材料仅仅在某些温度范围内可以有效。如果当 烟气温度不是需要的温度范围内时材料被添加，或者注入了太多或太少的添加 物，反应会出现产生不符合要求的化合物的情况。这些化合物会阻塞除尘器， 降低换热器的效率并产生其它的一些问题。

现如今氨气(NH₃)通常作为一种反应物被使用，用以从气流中去除氮氧化 物。然而NH₃也会与三氧化硫(SO₃)起反应形成硫酸铵((NH₄)₂SO₄)或硫酸氢铵 ((NH₄)₂HSO₄)。它们都会堵塞SCR或者传热设备的催化剂通道，尤其是蓄热式空 气预热器，其具有许多细通道。这种堵塞会严重地限制空气和烟道气的流动， 以致使锅炉停机并需要对空气预热器进行清洁。硫酸氢铵更是两者中最有害的 事故原因，因为其在许多的排烟温度范围内都很粘。