[发明专利]燃烧系统排放的控制

说明书

技术领域

本发明涉及用于改进燃煤和其它含碳燃料燃烧工业及电力设施的锅炉、焚烧炉和高温燃烧反应器的运行的方法。更具体地，本发明涉及成本低廉的方法，其用于减少来自燃煤和其它燃烧含碳燃料的燃烧系统的不希望的和有害的烟囱排放物，用于减少燃烧系统组分的结垢，用于减少酸和温室气体（GHG）CO₂和H₂O的排放，以及用于减少在该燃烧系统中的腐蚀。

背景技术

在燃煤发电厂，以及在包括含碳燃料燃烧的其它工业过程中，燃烧过程的大量产物包括对锅炉运行有不利影响的化合物，或者该化合物是不符合环保要求的并且将其排放到环境中受限于环境法规。此类化合物包括硫氧化物（SO_x）、氮氧化物（NO_x）、氯化氢，以及重金属例如汞、砷、铅、硒和镉。另外，相当数量的国家，包括欧盟和日本，已经采取措施来进一步限制二氧化碳（CO₂）的排放。美国已经提出了类似的措施，但目前50个州几乎没有实施。水蒸汽也被认为是一种GHG，但至今尚未建议调节其排放水平。

为了满足影响最普遍的最广泛限制的化合物二氧化硫（SO₂）排入大气的环境限度，来自这类工厂和过程的燃烧产物通常通过成本高昂的烟气脱硫（FGD）系统，该系统在熔炉的下游并且往往仅在较新、较大的燃烧系统上在经济上可行。处理烟气以捕获SO₂经常在基于石灰或石灰石的湿式洗涤器中进行，其中石灰或石灰石浆料被引入到烟气流中以接触烟气，然后排入大气中。SO₂在洗涤器中以化学方式转化成亚硫酸钙或硫酸钙形式的不溶性钙化合物。在这类燃烧产物中含有的SO₂因此被转化成对环境危害较小的化合物，该化合物或者在填埋场处理，或者，当适当地修饰或处理后，由于它们转化成可销售的石膏，而将其作为可销售的化学物质进行销售。研究“干式洗涤器”的兴趣日益增加，因为湿式系统产生在排放之前需要处理的液体副产物流。干式系统具有比湿式方法略低的资本投入，并且处理在集尘器上游的烟气。

虽然可用于转化一些硫氧化物，但广泛使用的湿式石灰/石灰石洗涤器类型不能很有效地捕获燃料中1%～1.5%的硫，这些硫在燃烧过程中转化成气态三氧化硫（SO₃），其中大部分能够从洗涤器中逸出。所排出的SO₃造成环境问题，因为除非其被捕获或转化，该SO₃会以腐蚀性和潜在危害性的硫酸雾形式导致持久的、可见的烟羽。在历史上对于SO₃处理问题的解决方案曾经是通过在高于300°F到340°F范围内的酸露点的温度下排放烟气将其最小化，这涉及到不能利用燃料中多达5%的能量。

主要安装在较大、较新的工厂中以符合氮氧化物排放法规的选择性催化反应器（SCR）基本上导致产生的SO₃量加倍，从而使SO₃捕获问题进一步复杂化。因此，由SO₃的存在引起的已经很严重的运行和环境问题得到放大。进一步，以粘性硫酸氢铵沉积物的形式在SCR内产生了新的结垢问题。在这一点上，在SCR内用来消除NO_x的稍微过量的NH₃与SO₃反应以形成粘性硫酸氢铵。在历史上应用的、通过在酸的露点以上排放烟气用于最小化SO₃的解决方案，也导致额外的温室气体CO₂排放，其排放在一些国家和地区受到管制。用于最小化SO₃问题的这种解决方案燃烧多达5%的更多燃料以产生有用的能量。