對固體燃料燃燒中汞排放的控制的製作方法
2023-10-20 00:32:37
專利名稱：對固體燃料燃燒中汞排放的控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及從固體燃料燃燒產物中除去汞的裝置和方法，所述燃燒產物包括煙道氣，更具體而言，涉及從來自煤炭燃燒的煙道氣中除去單質汞或汞化合物的裝置和方法。
背景技術：
在多種應用如城市廢物焚化中已成功證實活性炭在汞蒸氣吸附方面的用途。然而，與燃煤發電廠相比，來自廢物焚化爐的汞的濃度有顯著差別，來自燃煤發電廠的濃度總要低10-100倍。同時，來自廢物焚化爐的汞通常為氯化汞的形式，而來自燃煤發電廠的汞通常為單質汞形式。所有這些差別使得從燃煤發電廠的煙道氣中除去汞更困難。
活性炭的利用率受到較大粒度和低表面積的限制，其中低表面積低限制了對汞的吸附。採用平均粒度約5微米、最大粒度約10微米的活性炭會提高對汞的俘獲效率，但這些顆粒的貯存、處理、運輸和分配極為困難。結果是在燃煤發電廠中使用活性炭來俘獲汞成本太高。在這樣的應用中，活性炭的利用率很低，碳與汞的最少摩爾比為10,000∶1。
曾被提議用來從煙道氣中俘獲汞的另一種碳的形式是炭黑。炭黑是通過烴類燃料的不完全燃燒或熱分解而產生的粉末形式的碳。炭黑的最常用形式稱作爐法炭黑或煙炱，其是在密閉爐內，用完全燃燒所需空氣的約50％來進行天然氣或汽油的燃燒而產生的。炭黑的外表面積約為活性炭的100倍。與活性炭相比，這將導致有效俘獲汞的C/Hg摩爾比的顯著下降。由於炭黑的市場價與活性炭接近，存在著顯著降低成本的潛力。
國際專利申請PCT/SE93/00163(國際公開號WO 93/20926)中公開了用來俘獲來自廢物焚化爐的汞的炭黑的產生。其特徵在於在分離的焚化爐中，在氧氣不足的條件下燃燒燃料並將充滿煙炱的煙道氣注入廢物焚化爐產生的煙道氣中。然而，缺氧燃燒導致了其它汙染物如一氧化碳和未燃燒烴的產生。即使在酸氣去除裝置如煙道氣洗滌器的上遊注入炭黑髮生器產生的煙道氣，仍不能破壞或除去一氧化碳和未燃燒的烴。
採用現有技術中基於炭黑和活性炭的俘獲來自焚化爐的汞的方法來俘獲來自燃煤發電廠的汞的另一個問題是，廢物焚化爐中氯含量高，並且如前所述，汞在煙道氣中主要以氯化汞的形式存在。在燃煤發電廠中，汞通常是單質的。雖然炭黑和活性炭對氯化汞的吸附具有較高親合力，但它們對單質汞的吸附親合力較低。
曾提出用碳基吸附劑如活性炭來控制發電廠煙道氣中氣相汞的排放。在常規方法中，在顆粒去除裝置如袋式集塵器和靜電沉澱器的上遊及空氣加熱器的下遊的煙道氣管道中注入碳吸附劑。
迄今為止，對碳吸附劑注入位置的溫度均要予以考慮，這是因為有建議稱在較低溫度下碳吸附劑的汞吸附能力較高。與之相關的，本領域還已知的是隨溫度(升高)汞在碳上的物理吸附(物理吸著)作用下降。因此，現有技術基本上未提供任何為了在較高溫度如高於約400下從氣流中俘獲汞而注射碳質吸附劑所需要的具體信息。
本領域內還已知的是高溫鍋爐產生的煙道氣中的氣相汞是單質汞的形式。將單質汞氧化為氧化態汞(Hg2+)的氧化作用有益於對汞的控制，這是由於其更容易被碳質材料除去。
活性炭向煙道氣中的注入一般會導致飛灰中碳的存在或增多，由此，在飛灰中大於上述限制的量的碳會阻止該飛灰用於例如混凝土製造目的。活性炭因其疏水特性吸附空氣中夾帶的用於混凝土配方中的添加劑。同樣由於活性炭，飛灰的顏色由深灰變為黑色。使這種空氣夾帶的影響降至最低的一種途徑是將碳氧化，使之更為親水。使碳親水的另一個辦法是用親水性添加劑，例如滷化物鹽如氯化鐵來浸漬碳質吸附劑。最小化這一問題的另一種方法是將碳吸附劑的使用率降低到影響空氣夾帶行為和變色作用的水平以下。
發明內容
本發明的目的是提供利用碳質吸附劑俘獲來自燃煤發電廠的汞的方法，而不會排放出碳質吸附劑生產中產生的汙染物。本發明涉及碳質吸附劑的生產及其生產過程中可能產生的汙染物的消除。本發明還可涉及為增進對單質汞的俘獲而對碳質吸附劑進行的處理。
本發明的一個方面提供了用來從燃料轉化產物中除去汞的設備，其包括將起動配料碳質吸附劑分離成接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑的裝置，接觸配料碳質吸附劑具有的碳質吸附劑粒度分布為d50＜15微米，其中d50代表在接觸配料的整個分布有50質量％的顆粒，分離後接觸配料中碳質吸附劑的粒度分布低於分離前起動配料中碳質吸附劑的粒度分布並低於餘留配料中碳質吸附劑的粒度分布，以及使接觸配料的碳質吸附劑在接觸位置與燃料轉化產物接觸以便使接觸配料碳質吸附劑吸附汞的裝置。
另外，在本發明的這個方面中，所述設備還包括用以下方式將接觸配料碳質吸附劑輸送到接觸位置的輸送裝置，其中在起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後在小於三十(30)分鐘內將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑傳遞至接觸位置，由此使接觸配料碳質吸附劑在接觸位置與燃料轉化產物接觸，在將起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後基本不存在碳質吸附劑的過渡貯存階段。還有，所述設備優選包括對已吸附燃料轉化產物中汞的碳質吸附劑進行分離的裝置。
就本發明設備的另一個特徵而言，對起動配料的碳質吸附劑進行分離的裝置包括用來將碳質吸附劑的粒度從相對較大的粗粒度降低為相對較小的細粒度的粒度降低裝置。就本發明設備的再一個特徵而言，對起動配料的碳質吸附劑進行分離的裝置可以操作產生出碳質吸附劑主要粒度分布d50＜8微米的接觸配料碳質吸附劑，其中d50代表接觸配料整個分布中50質量％的顆粒。
或者，就本發明設備的再一個特徵而言，對起動配料碳質吸附劑進行分離的裝置可以操作產生出碳質吸附劑主要粒度分布d50＜4微米的接觸配料碳質吸附劑，其中d50代表接觸配料整個分布中50質量％的顆粒。
就本發明設備的另一個特徵而言，所述設備還包括在使接觸配料碳質吸附劑與燃料轉化產物接觸之前在接觸配料碳質吸附劑上沉積至少一種滷素和酸的裝置。
就本發明設備所希望的特徵而言，代表接觸配料整個分布中50質量％顆粒的接觸配料的中值粒度分布(d50)不大於代表起動配料整個分布中50質量％顆粒的起動配料中值粒度分布(d50)的一半(1/2)。
就本發明設備的應用而言，所述燃料轉化產物可以包括煤炭燃燒產生的飛灰，對已吸附了燃料轉化產物中的汞的碳質吸附劑進行分離的裝置優選包括能夠從相對較粗和較稠密的飛灰中分離碳質吸附劑的分級器。就本發明設備應用的其它方面而言，燃料轉化產物可以包括煤炭燃燒產生的煙道氣，並且碳質吸附劑從煙道氣中吸附單質汞和汞化合物中的至少一種。
將接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置的輸送裝置優選經操作按以下方式輸送接觸配料碳質吸附劑，其中在起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後在小於五(5)分鐘內將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑傳遞至接觸位置。將接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置的輸送裝置甚至更優選經操作按以下方式輸送接觸配料碳質吸附劑，其中在起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後在小於一(1)分鐘內將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑傳遞至接觸位置。
本發明的另一個方面提供了從燃料轉化產物中除去汞的方法，該方法包括以下步驟將起動配料的碳質吸附劑分離為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑，所述接觸配料碳質吸附劑具有碳質吸附劑粒度分布d50＜15微米，其中d50代表接觸配料的整個分布中50質量％的顆粒，在分離後的接觸配料中碳質吸附劑粒度分布小於分離前起動配料碳質吸附劑的粒度分布並小於餘留配料碳質吸附劑的粒度分布，以及使接觸配料碳質吸附劑與燃料轉化產物在接觸位置接觸，以使接觸配料碳質吸附劑吸附汞。本發明的方法還包括按以下方式將接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置，其中在起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後在小於三十(30)分鐘內將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑傳遞至接觸位置，由此使接觸配料碳質吸附劑在接觸位置與燃料轉化產物接觸，在將起動配料碳質吸附劑轉化為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後基本不存在碳質吸附劑的過渡貯存階段。另外，本發明的方法包括對已吸附燃料轉化產物中汞的碳質吸附劑進行分離。
本發明對以下認識進行了利用，即碳吸附劑也可以用來進行汞在其表面上的化學吸附。與物理吸附相反，化學吸附的程度會隨溫度升高，因而本發明提供了利用在100-800較寬溫度範圍內發生汞吸附作用(化學吸附和物理吸附)的方法。
對煤炭燃燒煙道氣中可能存在的汞類物質的平衡計算表明，較低溫度有利於更完全地向氧化態汞轉化。然而，本發明導致了以下認識雖然平衡表明氧化作用完全，但煙道氣的冷卻對氧化動力學不利，以及以下認識在低於約600℃(873K)的溫度下已經開始由單質汞形成氧化態的汞(HgCl2)。根據這一認識，較高溫度將有利於這種轉化的動力學，本發明的方法利用300-1000的整個溫度範圍來氧化和俘獲汞。
本發明的目標是對織物過濾器和特別是靜電沉澱器而言，對預定程度的氣相汞的去除，要降低碳吸附劑的消耗。
本發明的另一個目標是提高對氣相汞的氧化程度和降低氣相單質汞的量。
本發明的另一個目標是使碳吸附劑的注入對飛灰利用率的影響最小化。
本發明的一個方面提供了從活性炭製備專利吸附劑並在能最大化氧化作用/俘獲動力學和最小化吸附劑對飛灰流的汙染的位置上注射它們的方法。
由附圖和說明書，本發明的其它目標和優點將變得顯而易見。
參考以下附圖，對於本領域技術人員來說本發明將得到更好的理解，其眾多目標和優點將變得顯而易見，其中圖1是用來從煤炭燃燒煙道氣中除去單質汞或汞化合物的本發明系統第一實施方案的流程圖；圖2是用來從煤炭燃燒煙道氣中除去單質汞或汞化合物的本發明系統第二實施方案的流程圖；圖3是用來從煤炭燃燒煙道氣中除去單質汞或汞化合物的本發明系統第三實施方案的流程圖；圖4是圖1-3的灰分處理系統的流程圖；圖5是任選的SO3(三氧化硫)吸附劑附加次級系統的流程圖；
圖6是顯示吸附劑粒度和滷素處理對汞俘獲作用影響的曲線圖；圖7是顯示分散作用對就地粒度分布影響的曲線圖；圖8是用來從煤炭燃燒煙道氣中除去單質汞或汞化合物的本發明系統第四實施方案的流程圖；圖9是顯示作為溫度(℃)函數的煙炱、CO和HC轉化率(％)的曲線圖；圖10是顯示採用PGM催化劑的CO和HC的典型分解曲線圖；圖11是顯示本發明吸附劑對空氣加熱器-ESP、空氣加熱器-噴霧乾燥器-ESP和熱ESP結構曝置溫度實例的曲線圖；圖12是顯示為測定點火溫度活性炭形式的吸附劑在5％O2的N2中熱重分析的曲線圖；圖13是對應於選擇性測定的工藝限制的吸附劑注入位置排列的示意圖；圖14是包括SCR並具有吸附劑注入位置的排列方式的示意圖；圖15是說明測定汞俘獲效率的實驗結果的曲線，所述試驗是通過據認為是飛動吸附劑顆粒組的第一組注入碳吸附劑和據認為是沉積吸附劑顆粒的第二組注入碳吸附劑進行的；圖16是沿煙道氣流橫截面均勻分布吸附劑顆粒而提供的多個多重注射口的示意圖；圖17是用於增強吸附劑沉積的漿液注射的示意圖；圖18是吸附劑顆粒預充電的示意圖；圖19是一小部分注入的吸附劑覆蓋空氣加熱器元件和吸附劑顆粒被預加熱的空氣夾帶平衡的透視圖；圖20是對於具有熱側ESP的發電廠結構而言，煙道氣側注射與空氣側注射相結合有助於控制汞的示意圖；圖21是旋轉再生空氣加熱器用吸附劑注射噴管系統順序操作的頂視平面示意圖；圖22是來自吸附劑就地發生和處理設備的產品的空氣側注射的示意圖；和圖23是旋轉再生空氣加熱器用多重吸附劑注射的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1，其中說明的是用於轉化燃料，即將煤炭形式的固體化石燃料轉化為希望的能源形式的示例性燃料轉化裝置。圖1中所示的示例性燃料轉化裝置經由煤的燃燒實現燃料轉化，其示例性的構造為典型的100MWe燃煤工廠10，其燃燒大約40噸/小時的煤，煙道氣流12為約350000Nm3/小時。向粉碎機/破碎機16加入原煤14，在這裡將原煤降低為顆粒級尺寸。原始空氣將來自粉碎機/破碎機16的煤炭顆粒攜帶至鍋爐18，在此燃燒煤炭將水轉化為水蒸汽。離開鍋爐/爐具18的煙道氣的溫度為1400-2200。在煙道氣進入空氣預熱器22之前，將其在過熱器和對流通道20(節熱器/預加熱器)中冷卻至約600-800。離開空氣預熱器22並進入靜電沉澱器(ESP)/織物過濾器24的煙道氣溫度為220-370。如果俘獲汞需要的吸附劑為1lb./MMacf，則將需要注入約20lb/小時吸附劑。在5lb/MMacf(120mg/Nm3)時，需要的吸附劑為100lb/小時。
在用來除去單質汞或汞化物的系統26的第一實施方案中，起動配料碳質吸附劑是貯存在料倉30中的碳質吸附28的形式，碳質吸附劑28處於聚集體狀態，這是因為很小的顆粒易於相互粘著。因此，通過進料器32將起動配料吸附劑28向分離裝置34進料，其將吸附劑顆粒28粉碎(如果需要)並解聚集為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑。所述接觸配料碳質吸附劑具有的碳質吸附劑粒度分布為d50＜15微米，其中d50代表接觸配料的整個分布中50質量％的顆粒，在分離後的接觸配料碳質吸附劑粒度分布小於分離前起動配料碳質吸附劑的粒度分布並小於餘留配料碳質吸附劑的粒度分布。
裝置34可以是顆粒-顆粒分離器或噴磨機，其中壓縮空氣或高壓蒸汽是能源。分離裝置34執行三個功能顆粒-顆粒分離；粒度降低；和將細顆粒分級為「產品」和向料倉30返回的粗顆粒或在分離裝置34中進一步加工的保留粗顆粒。
粒度分布的目標是d50＜15微米，優選d50＜8微米，最優選d50＜4微米，其中d50代表整個分布中50質量％的顆粒。當起始的粒度分布大於所需的產品尺寸時，需要降低原始粒度。如果原始粒度已經小於目標產品尺寸，則不需要降低原始粒度，如在炭黑的情況下，其中原始粒度小於1微米。該分離操作和任選的尺寸降低裝置34的最小能量輸入為10kWh/噸，更優選為100kWh/噸，最優選為1000kWh/噸。可以經由高壓流體如蒸汽或空氣噴磨機中的壓縮空氣36，或通過介質如在球磨機或輥磨機中的研磨球或輥提供該能量輸入。
除通過分離裝置34對其進行處理之外，在將吸附劑顆粒28向煙道氣流中注射之前，要使它們經過一種或更多種加工。在一個備選方案中，沿著從料倉30至氧化器單元40的路徑38傳遞吸附劑顆粒28，在此所述顆粒與氧化劑42(例如臭氧、過氧化氫、熱空氣、濃硝酸)接觸使顆粒的外表面具有親水性。然後可使經處理的吸附劑沿路徑44向分離裝置34進料或沿路徑46向混合器48傳送，在此用噴霧器54在吸附劑顆粒上噴施52溶液50，以在吸附劑顆粒28的表面上沉積滷素。溶液50選自碘化鉀、溶於碘化鉀的碘、鹼金屬滷化物(例如NaCl)和滷化物鹽(例如CaCl2)或滷素酸(例如HCl、HI、HBr、HF)溶於水中的溶液。一般的添加劑量會在吸附劑中產生約0-5％的滷素濃度。然後將經處理的吸附劑沿路徑56向分離裝置34進料。
也可以通過在汽化器60中汽化滷素58並在吸附劑28上將其冷凝/吸附而在吸附劑28上沉積滷素58，如氯、溴、碘或氟。可以在(上述)顆粒氧化器40和進料器32之間、進料器32和分離裝置34之間沿路徑62向吸附劑28中注入經汽化的滷素，或沉積在「細粒」和離開分離裝置34的解聚顆粒上。
滷素處理對除汞作用的效果顯示在圖6和表1中。圖6顯示用碘(0-2.5重量％)處理煤炭吸附劑28顯著改善了吸附劑性能。採用未用碘處理的「細粉」煤炭吸附劑得到了約10％的除汞率，而採用添加了2.0％碘的「細粉」煤炭吸附劑獲得了約95％的除汞率。表1顯示了滷素處理對炭黑吸附劑和活性炭吸附劑的效果。對於表面積為100m2/g的炭黑和在煙道氣中吸附劑濃度為50mg/Nm3而言，向吸附劑28中添加碘(處理後碳中有1％的I2)將除汞性能從20％提高至100％。對於煙道氣中吸附劑濃度為100mg/Nm3的活性炭而言，向吸附劑中添加碘(處理後碳中有1％的I2)將除汞性能從75％提高至90％。
表1採用各種吸附劑和吸附劑濃度對空氣氣流的除汞效率(～200)
SA＝表面積；d50＝重均粒度圖7顯示了採用不同能量水平對兩個注入管道中的樣品進行顆粒-顆粒分離(解聚)的就地尺寸分布。第一個樣品是「粗」商用粉末狀活性炭，平均粒度(d50)為18μm。第二個樣品是平均粒度(d50)為3μm的「細粒」吸附劑。當以用於顆粒分離的低能量水平(「差」分散)向管道中注射每一種樣品時，在管道中觀測到的實際粒度明顯大於用較高能量進行顆粒分離(「高」分散)的情況。
離開分離器34的空氣靜壓為約5-10英寸水位尺。這一靜壓頭可能不足以使吸附劑28經由注射噴管向煙道氣管道中進行輸送和分配。如從圖1中可見，可在分離裝置34後面放置「髒空氣」材料處理風扇/鼓風機64來增加用於吸附劑輸送和分配的靜壓頭。優選約30英寸水位尺的靜壓頭。
本發明的設備還包含使接觸配料碳質吸附劑與燃料轉化產物在接觸位置進行接觸以使接觸配料碳質吸附劑吸附汞的裝置。因此，在接觸位置66經由具有多個噴管的分配器68形式的裝置注射解聚的吸附劑28和輸送空氣/蒸汽。設計注射埠，使之對吸附劑流施加切線動量(旋渦式埠)並提高吸附劑28在煙道氣流12中的傳播和分配速率。可以在鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間或者空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間向煙道氣流12中注入吸附劑28。
這樣，用來除去單質汞或汞化合物的系統26對料倉30中貯存的處於聚集態的起動配料的碳質吸附劑28進行了處理。通過進料器32向分離裝置34進料吸附劑28，分離裝置34粉碎(如果需要)和解聚吸附劑顆粒28至其原始尺寸分布。然後，將起動配料產生的經解聚的接觸配料吸附劑28通過空氣蒸汽輸送，在煙道氣管道中的接觸位置66處注射，在那裡，接觸配料碳質吸附劑吸附來自煙道氣中的汞。優選地，將接觸配料碳質吸附劑向接觸位置輸送的本發明設備的輸送裝置運轉時，在起動配料碳質吸附劑分離為接觸配料碳質吸附劑和餘留配料碳質吸附劑之後，在少於三十(30)分鐘之內將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置66，更優選其在運轉時，在分離之後，在少於五(5)分鐘之內，將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置66，和最優選其在運轉時，在分離之後，在少於一(1)分鐘之內，將平均至少百分之九十(90％)的接觸配料碳質吸附劑輸送至接觸位置66。
在根據本發明並示於圖2中用於除去單質汞或汞化合物的系統的第二實施方案中，以下將該系統記作用於去除單質汞或汞化合物的系統69，在位置70從粉碎機出口抽出一部分在粉碎機16中粉碎的煤炭作為吸附劑28。優選在位置70抽出10-1000lb/小時的煤(向鍋爐進料的總煤炭量的約0.01-1.0％)，更優選50-500lb/小時，最優選100-200lb/小時。可能需要鼓風機72提供移動抽取的吸附劑固體28的必需動力。
使抽取出的吸附劑固體28經過一種或更多種加工。可以在位置74用溶液50噴施吸附劑固體28以在吸附劑顆粒28的表面上沉積滷素。溶液50選自碘化鉀、溶於碘化鉀的碘、鹼金屬滷化物(例如NaCl)和滷化物鹽(例如CaCl2)或滷素酸(例如HCl、HI、HBr、HF)溶於水中的溶液。一般的添加劑量會在吸附劑28中產生約0-5％的滷素濃度。然後將經處理的吸附劑28沿著路徑76向分離裝置34進料。
也可以通過在汽化器60中汽化並在吸附劑上冷凝/吸附滷素而在吸附劑上沉積滷素58，如氯、溴、碘或氟。可以在鼓風機72和分離裝置34之間的位置78處將汽化的滷素注入吸附劑28中，或沉積在離開分離裝置34的「細粒」和經解聚的顆粒上。
在分離裝置34之後可以放置「髒空氣」材料處理風扇/鼓風機64來增加靜壓頭用於吸附劑輸送和分配。經由與第一實施方案26相似的分配器68向煙道氣管道中注入經解聚的吸附劑28和輸送空氣/蒸汽。可以在鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間或空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間向煙道氣流12中注入吸附劑28。
在根據本發明並示於圖3中用於除去單質汞或汞化合物的系統的第三實施方案中，以下將該系統記作用於去除單質汞或汞化合物的系統80，在位置82從粉碎機出口抽出一部分在粉碎機16中粉碎的煤炭作為吸附劑28。優選在位置82抽出10-1000lb/小時的煤炭(向鍋爐進料的總煤炭量的約0.01-1.0％)，更優選50-500lb/小時，最優選100-200lb/小時。可能需要鼓風機84提供移動抽取的吸附劑固體28的必需動力。
通過使所述煤炭經受300-1500℃的溫度在焦炭發生器反應器86中部分燃燒經抽取的煤炭。限制向焦炭發生器86供應的空氣以實現僅部分煤炭燃燒，優選只有煤炭的揮發部分發生燃燒。因此，優選將空氣量控制在煤炭完全燃燒需要量的0.3-1.0倍，更優選為煤炭完全燃燒需要量的0.5-0.7倍。
在下遊的冷卻部分90將沿路徑88離開焦炭發生器86的高溫固體和氣體進行降溫。可以採用水驟冷或空氣、水或水蒸汽冷卻的熱交換器來冷卻氣體和固體。離開冷卻部分90的氣體和固體的溫度優選為約300℃或更低。
然後將經冷卻的氣體和固體(焦炭)沿路徑92向顆粒分離器94，優選旋風器輸送。在位置96將帶有一些細顆粒的經分離的氣體排向主鍋爐18以確保未燃燒烴和其它可燃物如一氧化碳和碳的完全燃燒。經顆粒分離器94分離的顆粒28沿路徑98向料倉100卸料。或者，可以沿路徑102將吸附劑顆粒28向氧化器單元104卸料，在這裡顆粒28與氧化劑42(例如臭氧、過氧化氫、熱空氣、濃硝酸)接觸，使顆粒的外表面具有親水性。然後將經處理的吸附劑沿路徑98向料倉100卸料。
在沿從料倉100至煙道氣流12的路徑106進料吸附劑28時，在吸附劑顆粒28的外表面上沉積滷素。在一個備選方案中，將吸附劑顆粒28向混合器48輸送，在這裡在吸附劑顆粒器28的表面上噴施溶液50，以在吸附劑顆粒28的表面上沉積滷素。溶液50選自碘化鉀、溶於碘化鉀的碘、鹼金屬滷化物(例如NaCl)和滷化物鹽(例如CaCl2)或滷素酸(例如HCl、HI、HBr、HF)溶於水中的溶液。一般的添加劑量會在吸附劑中產生約0-5％的滷素濃度。然後將經處理的吸附劑28沿路徑108通過進料器110向分離裝置34進料。
或者，可以通過在汽化器60中汽化滷素58並將其冷凝/吸附在吸附劑28上來將滷素(例如氯、溴、碘或氟)沉積在吸附劑上。可以在料倉100和進料110之間、進料器110和分離裝置34之間的位置112處將汽化的滷素注入到吸附劑28之中或者沉積到離開分離裝置34的「細粒」和經解聚的顆粒上。
在分離裝置34之後可以放置「髒空氣」材料處理風扇/鼓風機64來增加靜壓頭用於吸附劑輸送和分配。經由與第一實施方案26相似的分配器68向煙道氣管道中注入經解聚的吸附劑28並輸送空氣/蒸汽。可以在鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間或空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間向煙道氣流12中注入吸附劑28。
在根據本發明並示於圖8中的用於除去汞單質和汞化合物的系統的第四實施方案中，以下將該系統記作用於去除單質汞或汞化合物的系統114，吸附劑28具有除汞系統最優選的粒度，即d50＜2微米，其中d50代表整個分布中50質量％的顆粒，而且，在該第四實施方案中，這是通過將吸附劑28構造為炭黑或煙炱來實現的。與「粗的」和「聚集的」活性炭相比，為俘獲鍋爐煙道氣中指定量的汞所需的炭黑/煙炱的量要少得多。例如，為去除90％的單質汞，與1000mg/Nm3「粗的」和「聚集的」活性炭的較大量相比，只需要50mg/Nm3的浸漬炭黑。還有，與活性炭相比，浸漬吸附劑28所需的氧化劑如碘的量要少得多(少於碳的1重量％)，而活性炭需要碳的1-10重量％。
在本系統114中用於生成具有所需極細粒度分布的吸附劑28的次級組件116中，在鍋爐18的高溫區內安放了煙炱生成裝置118。在煙炱裝置118下遊的鍋爐18的氧化區120確保了將煙炱生成過程中產生的CO和HC破壞掉。參考圖9，氧化區中的溫度優選為500-1000℃，更優選600-800℃，以確保對煙炱的破壞最小，對CO/HC的破壞最大。
在本系統114中用於產生具有所需極細粒度分布的吸附劑28的備選次級組件122中，在具有CO/HC氧化室126的分離煙炱生成裝置124中生產炭黑/煙炱。CO/HC氧化室126可以具有用來接受破壞CO/HC所需氧氣或空氣的入口128。優化炭黑/煙炱流在CO/HC氧化室126中的停留時間以及在CO/HC氧化室126中保持的溫度(優選500-1000℃，更優選600-800℃)，以便在煙炱破壞最低的情況下破壞CO/HC。
在本系統114中用於產生具有所需極細粒度分布的吸附劑28的另一個備選次級組件130中，在煙炱生成裝置134和煙道氣流12之間安放了以破壞CO和HC為目標的催化反應器132。此類催化反應器132的一個實例是塗覆了各種鉑族金屬(例如鉑、銠、鈀)的整料(例如由不鏽鋼或陶瓷製成)。圖10顯示了採用PGM催化劑時CO和HC的典型破壞曲線。在圖10所示的溫度下，不會將煙炱破壞至明顯程度。
在常規的燃煤工廠中，到達靜電沉澱器(ESP)或者織物過濾器的未燃燒炭主要為未完全燃燒的大煤炭顆粒形式。在通常的應用中，很少會存在細小的煤炭顆粒，因為它們已經完全燃燒掉了。因此，在常規工廠中，沉澱器或織物過濾器中收集到的灰分主要由較大的炭粒和較小的飛灰顆粒組成，極難將它們進行分離。
在上述除汞系統26、69、80、114中，通常在鍋爐/主燃燒器18的外面生產碳質汞吸附劑28，接下來縮小其尺寸，然後引入到煙道氣流12中。將吸附劑顆粒28製得極小，因此其明顯區別於灰分並可以在圖1-3中所示的灰分處理系統136中從通常的灰分中分離出來。
參考圖4，充滿汞的吸附劑28與飛灰137一起被收集在ESP/織物過濾器24中。將充滿汞的吸附劑-飛灰混合物沿從ESP/織物過濾器24的料鬥140至貯灰料倉142的路徑138輸送，然後用進料器146沿路徑144向分級器148進料，分級器148能夠將「細小」和低密度的汞吸附劑28從粗大和較稠密的飛灰137中分離出來。分級器148優選為帶有獨立控制分級輪的動力型的，優選在大於50m/s的埠速度下運行，更優選為100m/s以確保良好的分離效果和產物回收率。
可以在料倉142和分級器148之間安放顆粒-顆粒分離器150。顆粒-顆粒分離器150的作用是將充滿汞的吸附劑28從飛灰127中分離出來，它們一起被收集在ESP/織物過濾器24中並貯存在料鬥140和料倉142中，結果會發生聚集。可將噴射磨用於該目的，但幾乎不需要縮小尺寸，因此，與需要減小粒度的情況相比，耗能較低。
如圖1所示，SO3(三氧化硫)俘獲吸附劑152可以在位置154處與汞吸附劑28一起或分別注入煙道氣流12中。再參考圖5，注射SO3(三氧化硫)俘獲吸附劑152的系統156包括料倉158。通過進料器160將貯存在料倉158中的SO3(三氧化硫)俘獲吸附劑152計量加入分離裝置34中。然後通過鼓風機64和分配器68將解聚的顆粒152注入煙道氣管道中。也可以採用與汞吸附劑28所用的那些相互分離的分離裝置、鼓風機和分配器(未示出)。或者，可以將SO3(三氧化硫)俘獲吸附劑前體162貯存在料倉158中並向前體轉化器164中進料。例如，可以將石灰石162貯存在料倉158中並在鍛燒爐164中轉化為石灰152。應當認識到，可以將SO3(三氧化硫)俘獲吸附劑系統156與任何除汞系統26、69、80、114一起或分別使用。
根據本發明，可以用添加劑對碳質吸附劑進行處理以進一步改善汞的氧化和俘獲作用。這些添加劑包括滷素(氯、溴、碘、氟)和滷化物(實例包括氯化銨、溴化銨、氯化鐵、溴化鐵、氯化鋅)、硫酸和磷酸。可以將這些添加劑以水基溶液或其它溶劑(如醇)基溶液的形式添加(例如通過噴施)到碳質材料中，然後蒸發掉所述水/溶劑。經由溶液方式向碳質材料中加入添加劑的實例是氯化鐵。
也可以通過使添加劑與碳質吸附劑混合併將它們加熱至使添加劑局部揮發但隨後通過吸附分配在碳上的溫度來加入添加劑。優選將碳質材料和添加劑加熱至高於400，最優選高於500，以確保將它們在這些溫度下向煙道氣中注射時的穩定性。可以按以上方式加入的添加劑的實例是碘或溴。
根據本發明，碳基吸附劑是在下述位置注射的對於(1)在吸附劑表面上汞的氧化作用和對於(2)隨後吸附劑的俘獲作用，注入的吸附劑和煙道氣中的汞之間的相互作用都最大化之處。在確定吸附劑注射位置時要優選考慮以下三種溫度注射溫度、收集溫度和曝置溫度的範圍。在這一方面，注射溫度被認為是吸附劑與煙道氣首先相互接觸的位置的溫度。還有，收集溫度被認為是指定收集位置的溫度，在此，其上吸附了汞的碳質吸附劑從帶有或不帶有煙道氣夾雜的其它固體、氣體或液體的煙道氣中分離出來。因此，指定收集位置可以分別為已知的顆粒去除裝置如旋風器、靜電沉澱器(ESP)、袋式收塵器或顆粒洗滌器。
與化石燃料如煤炭燃燒產生的煙道氣中的汞俘獲有關，據信吸附劑注射溫度一般為400-1100，吸附劑收集溫度為100-800。曝置溫度受注射溫度，即吸附劑注射時煙道氣溫度和收集溫度，即大部分吸附劑從煙道氣中除出時的煙道氣溫度的限制。另外，曝置溫度範圍(注射溫度減去收集溫度)應優選大於50，優選大於100，更優選大於200(不包括噴霧乾燥器產生的溫降)。圖11顯示了本發明吸附劑在空氣加熱器-ESP、空氣加熱器-噴霧乾燥器-ESP和熱ESP結構中的曝置溫度。
就高於400的溫度下向煤炭燃燒所獲得的煙道氣中注射活性炭的情況而言，試驗顯示汞的氧化和去除作用比在較低溫度下注射的要高。
然而，在選擇注射位置時要考慮溫度的上限。選擇這一限制要考慮高溫下活性炭與煙道氣中氧氣的反應，該反應導致活性炭的消耗。例如，使活性炭在含有約5％氧氣(典型煙道氣)的氣流中經歷升溫過程，在高於約750時會導致重量損失(參見圖12，其是展示為測定點火溫度細活性炭形式的吸附劑，在5％O2的N2中進行的熱重分析的曲線圖)。這為上限溫度提供了定性測量。由於炭在鍋爐煙道氣中的這種曝置更宜用秒而不是分鐘來測量，可以預計該上限溫度將高於近1000。
這些溫度限制確定了為汞俘獲和氧化作用注射炭的優選溫度範圍。該範圍優選為400-1100，更優選為500-900，最優選為550-750。當這些溫度範圍適合於該實施例中所用的碳質材料時，應當理解，以上確定的溫度限制因不同種類的碳質材料、它們所經受的氣體組成和炭在高溫下曝置的停留時間而不同。因而，應當預料到，經由較高溫度下注射碳質吸附劑來有效俘獲煙道氣中的汞僅受到諸如以上所述的工藝限制的限制，而不會受具體的絕對溫度目標值的限制。
圖13中示意性顯示了對應於上述工藝限制的吸附劑注射位置的實例。在燃煤鍋爐中，燃燒煤炭產生熱煙道氣，該熱煙道氣通過一系列熱交換器並且其熱量被汲取製造出過熱蒸汽。在典型的常規結構中熱交換器可由輻射爐部分(用於生產飽和蒸汽，位於熱交換器的第一部分，在此未示出)組成，接下來是對流過熱器和再熱器部分(用來生產過熱蒸汽)。圖13中展示的熱交換器結構的更下遊部分包括預熱水用的節熱器部分310(在水進入輻射爐生產飽和蒸汽之前)和空氣加熱器部分312(用來預熱燃燒用空氣)。對於已確定的限制，將碳質吸附劑向煙道氣流中注射的最佳位置是節熱器和空氣加熱器之間的位置314。
注射在煙道氣中的碳質吸附劑是在節熱器310的出口處注射的。可以將其直接注射或在下述的磨316中進行尺寸縮減和解聚處理。在該工藝實施方案的一個變化方案中，在二個或更多位置注射碳質吸附劑，其中一個位置由確定的煙道氣溫度限制確定。例如，如圖13中所示，除注射位置314之外，可以在空氣加熱器312的下遊和顆粒收集裝置320的上遊位置提供第二注射位置318。
圖14中示意性顯示了吸附劑注射位置的另一個實例，其顯示了包含選擇催化反應器(SCR)的燃燒和煙道氣處理裝置。在該裝置中，其第一部分未在文中顯示，典型常規結構的熱交換器可以由輻射爐部分(用來生產飽和蒸汽)組成，接下來是對流過熱器和再熱器部分(用來生產過熱蒸汽)。在圖14顯示的熱交換器結構的更下遊部分包括預熱水用的節熱器部分610(在水進入輻射爐生產飽和蒸汽之前)和空氣加熱器部分612(用來預熱燃燒用空氣)。對於已確定的限制，將碳質吸附劑向煙道氣流中注射的最佳位置是介於節熱器610和選擇催化反應器(SCR)616之間的位置614。
注入煙道氣中的碳質吸附劑是在節熱器610的出口處注射的。可以直接注射或者在磨618中經過尺寸縮減和解聚處理。
本發明向煙道氣中注入碳吸附劑形成了以其各自在鍋爐系統中不同的停留時間為特徵的兩組碳吸附劑第一組注入的碳吸附劑被認為是一組飛動的吸附劑顆粒，而第二組注入的碳吸附劑被認為是一組沉積的吸附劑顆粒。飛動的吸附劑顆粒定義為懸浮在煙道氣流中與含汞煙道氣接觸的那些，特徵在於其停留時間短至0.01秒-30秒。沉積的吸附劑顆粒是附著在鍋爐系統表面上直接與煙道氣中的汞接觸的那些，特徵在於其10秒-10天的較長停留時間。(該上限可以由管道系統中的吹灰周期和脫落確定。)從簡單動力學的觀點看，吸附劑對汞的俘獲作用表示為俘獲汞的量∝(飛動顆粒的總表面積)*(飛動顆粒的停留時間)+(沉積顆粒的總表面積)*(沉積顆粒的停留時間)
因此，在鍋爐系統中的兩組碳吸附劑中更優選的一組是沉積吸附劑顆粒，這是因為它們與煙道氣中的汞接觸得比另一組顆粒的時間長得多。根據本發明，對於給定量的注入碳吸附劑，沉積吸附劑顆粒的比例、沉積吸附劑顆粒的接觸表面積和沉積吸附劑顆粒在鍋爐系統內的停留時間均分別被最大化或最優化了。
圖15顯示了在試驗中觀測到的這兩組顆粒對汞俘獲作用所做的貢獻。9-2μg/Nm3的初始汞減少量是由於飛動吸附劑和反應器壁上吸附劑的初始沉積造成的。隨著更多的反應器表面被吸附劑覆蓋，如圖15所示，汞含量以更低的速度進一步降低直至為零。一旦將吸附劑進料器關閉，汞含量從零恢復到4，接下來緩慢地恢復到6。從零到4的恢復是由於飛動吸附劑的缺乏，從4到6的恢復是由於沉積吸附劑被汞飽和。
在典型的燃煤鍋爐系統中，提供在所需溫度範圍100-1000內供吸附劑沉積的大表面積的「背傳裝置」是空氣加熱器、選擇催化反應器(SCR)、靜電沉澱器(ESP)進口噴嘴、ESP收集表面、煙道氣管道系統和織物過濾器。根據本發明，在任何這些裝置的上遊注射吸附劑，以用吸附劑顆粒塗覆由它們提供的表面。以下是在這些裝置上遊注射吸附劑的實施例。
空氣加熱器用來預熱初始的和/或二次空氣，是提供吸附劑大沉積表面積的優異裝置。在管狀空氣加熱器中，冷空氣經管道側面(殼側)流動，熱煙道氣經由該管道輸送。在空氣加熱器管道入口的上遊位置向煙道氣中注入汞吸附劑，以使吸附劑顆粒在進入熱交換器管道之前沿煙道氣流的橫截面均勻分布。經過熱交換器管道的一部分吸附劑顆粒通過布朗運動或湍流擴散被沉積(或塗覆)在管道的內表面上。主要通過範德華力將顆粒固定在所述表面上，這些顆粒與煙道氣中的汞相互作用直到它們被吹灰機構或僅被它們周圍的氣流剝落。
在入口的上遊間隔地設計並安裝吸附劑注射噴管，以確保吸附劑顆粒在熱交換器管道上的均勻塗覆。為最大限度地利用熱交換器管道表面，如圖16所示，如果提供多個多重注射口410，以便沿煙道氣流橫截面上均勻地分配吸附劑顆粒，這是有利的。可以將注射口410構造為注射噴管，並且每組注射口410通常與各自的分配歧管412聯通。吸附劑顆粒的均勻分布還確保了飛動顆粒與煙道氣中汞的良好接觸。
旋轉再生空氣加熱器是熱交換器表面元件在熱煙道氣管道和冷空氣管道之間轉動的再生熱交換器。可以在煙道氣管道中旋轉再生空氣加熱器的上遊安裝注射噴管系統，以用吸附劑顆粒均勻地塗覆熱交換器元件。
可以通過吸附劑表面改性或背傳裝置表面的改性或二者兼而有之來改善吸附劑的沉積。可以用粘性材料或其前體在注射前處理吸附劑表面。例如，可以用添加劑如溴化銨處理吸附劑表面，隨著其與二氧化硫反應形成硫酸銨而變粘。該粘性表面改善了吸附劑沉積。
製備吸附劑(固相)、液相如水和/或其它能增進汞化學反應的添加劑(固或液相)的漿液混合物也是有利的。然後，如圖17所示，將該漿液霧化/噴施到煙道氣中，或直接噴施在背傳裝置的表面上。漿液的液相增加了在背傳表面上的沉積。隨著漿液中液相的蒸發，背傳裝置表面上的殘留相(吸附劑和/或添加劑)暴露於煙道氣與汞相互作用。
參考圖18，其中演示了該工藝的另一種改進，其中，將吸附劑顆粒在注射前預先充電，同時，在吸附劑注射位置的下遊提供反向充電(或接地)的表面。然後，充電的吸附劑顆粒優選附著於這些表面並與汞相互作用很長時間。這還能使預先充電的吸附劑顆粒從未充電的飛灰流中選擇性地分離出來，由此避免了吸附劑對飛灰流的任何汙染並使飛灰可以用於混凝土用途中。
另一種避免(或最小化)飛灰汙染同時實現降汞作用的方法是向旋轉再生空氣加熱器的空氣側或中間區域而不是煙道氣側注射吸附劑。在典型的旋轉再生加熱器中，煙道氣中大部分(＞90％)的飛灰顆粒通過了空氣加熱器。如果在旋轉再生加熱器的上遊向煙道氣流中注射吸附劑顆粒，則大部分吸附劑顆粒通過空氣加熱器(飛動的吸附劑顆粒)，而僅一小部分吸附劑顆粒在空氣加熱器元件上沉積(沉積的吸附劑顆粒)。大部分注入的吸附劑顆粒僅短時間地參與汞的氧化/俘獲過程，即0.01-30秒，然後終止在靜電沉澱器(ESP)的灰分料鬥或袋式集塵器中，汙染飛灰流。
可以通過向空氣加熱器504空氣側502的上遊(注意該旋轉再生型空氣加熱器轉子的這些部分循環地由空氣側502進入新鮮燃燒用空氣506和由煙道氣側508進入煙道氣流)或直接向中間區域中注射吸附劑以用吸附劑塗覆空氣加熱器元件來有利地最小化灰分料鬥中飛灰的汙染。如圖19中所示，注入的吸附劑512的一小部分510塗覆了空氣加熱器元件514，大部分吸附劑顆粒被預熱的空氣516夾帶，最後終止在高溫燃燒器區並燒掉。
然後，空氣側502中被吸附劑塗覆了的空氣加熱器元件514旋轉進入煙道氣側508，進行汞的氧化和俘獲。沉積的吸附劑顆粒最終通過吹灰從所述元件表面移去，被煙道氣518夾帶，終止在ESP的灰分料鬥或袋式集塵器中。然而，在該情形下，進入灰分料鬥中的吸附劑的量顯著低於將吸附劑向煙道氣側注射的情況。在該方式下，灰分料鬥中飛灰的汙染被明顯最小化了。
通過空氣加熱器504空氣側502的吸附劑被夾帶進入鍋爐中。隨著碳質吸附劑被燒掉，吸附劑中的任何添加劑都被釋放到煙道氣中。如果所述添加劑是滷素化合物如氯，那麼加入的滷素將參與汞的化學反應，促進汞的氧化及其俘獲作用。
還可以採用空氣側注射與煙道氣側注射的組合以進一步控制汞，如圖23所示。
根據本發明向空氣側注射吸附劑還為帶有熱側ESP的工廠提供了可行的汞控制方案。這種結構所用的常規汞控制方式是在ESP的上遊注射吸附劑並用ESP俘獲它們。這種控制方法技術上的困難在於吸附劑經歷用來進行氧化的高溫區，而不是用來俘獲汞的低溫區。吸附劑可能參與汞的氧化作用而非其俘獲作用。
向空氣側注射吸附劑克服了這個困難。空氣加熱器位於氧化和俘獲作用動力學均很快的溫度區間內。煙道氣側注射與空氣側注射的結合有助於帶有熱側ESP的工廠結構的汞控制，如圖20所示。
空氣加熱元件的恆速轉動使空氣側的吸附劑注射用注射噴管系統比煙道氣側注射所用的更為簡單。空氣側注射的目標是儘可能均勻地用吸附劑覆蓋儘量多的空氣加熱器元件表面。可以設計覆蓋整個空氣部分橫截面的噴管系統。然而，由於空氣加熱器元件在煙道氣管道和空氣管道之間恆速轉動，可以用簡單的注射系統實現該目標，所述注射系統具有幾個從空氣加熱器軸沿徑向向外緣伸展的噴管。
圖21中顯示了噴管系統的實例，該圖是在旋轉再生空氣加熱器處進行吸附劑注射的示意圖。部分A、B和C是旋轉再生空氣加熱器的空氣側，而D、E和F是煙道氣側。A、B和C中的空氣向上流動，而D、E和F中的煙道氣向下流動。加熱器元件逆時針轉動。吸附劑在部分C注入。其中的一些向加熱器元件表面沉積(用「x」截面線表示)，其中的大部分與燃燒用空氣一起離開空氣加熱器。被吸附劑塗覆的加熱器元件稍後進入煙道氣側並與煙道氣中的汞相互作用。在這種方式中，向煙道氣側轉移的吸附劑僅僅是沉積在表面上的。
用於旋轉再生空氣加熱器的吸附劑注射噴管系統。在時間T0，空氣加熱器部分A在加熱器的空氣側。在該情況下，注射噴管BC的位置隨著加熱器元件逆時針轉動靠近煙道氣側的入口。注射噴管BC具有向管線部分BC的總區域內均勻噴施吸附劑的多重噴嘴。在時間t1，部分A靠近噴管BC。在時間t2，完成向部分A的吸附劑噴施。最後在時間t3，部分A旋轉進入煙道氣側。在該方式中，所有空氣加熱器元件在進入煙道氣側之前都被吸附劑覆蓋。部分A上沉積的吸附劑與煙道氣中的汞相互作用。煙道氣流進入該截面，空氣流流出該截面。
由於各種原因，可以選擇就地產生和/或處理吸附劑以對汞進行控制。在就地製備少量吸附劑時，建議確保對吸附劑製備過程中不希望的副產品進行適當環保控制。向吸附劑製備設備中引入汙染控制裝置如洗滌器或顆粒控制裝置使就地製備經濟性變差。克服這一就地生產問題的方法是在操作中將就地生產設備的出口與空氣側旋轉再生加熱器的上遊相連，如圖22所示。
在就地生產工藝中，吸附劑與不需要的副產品一起產生。該情況下副產品可以是任何未使用的添加劑、工藝過程中產生的烴類中間材料、溶劑或煙道氣。隨著輸出氣流被引向空氣側，一些吸附劑將沉積到空氣加熱器元件表面上，而其餘的則逸出空氣加熱器。包括大部分副產物的逸出氣流將與終止在鍋爐燃燒區內的燃燒用空氣混合。
在該方式下，來自就地生產設備的副產物經歷高溫破壞並被鍋爐系統的汙染控制裝置俘獲。
因而，可以認為，當採用靜電沉澱器(ESP)和袋式集塵器時，本發明提供了以下諸優點較低吸附劑消耗和成本、避免了現有的ESP下遊高資本成本設備(袋式集塵器)的使用、在煙道氣中不存在固有滷素(低氯燃料)的情況下除汞、無活性(較低活性)炭在飛灰中的生成導致了較低的處理成本和在混凝土中的潛在應用、為具有熱側ESP的工廠結構提供了高成本效率的方案。
雖然已經對優選實施方案進行了顯示和描述，但在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種改型和替換。因此，應當認為，對本發明進行的描述是以示例而非限制的方式進行的。
權利要求
1.從燃料轉化產物中除去汞的方法，包括使碳質吸附劑在400-1100的接觸位置上與燃料轉化產物接觸，在此該碳質吸附劑吸附汞；和除去在其上已經吸附了汞的碳質吸附劑。
2.權利要求1的方法，其中使碳質吸附劑在400-1100的接觸位置上與燃料轉化產物接觸包括使碳質吸附劑在500-900的接觸位置上與燃料轉化產物接觸。
3.權利要求1的方法，其中使碳質吸附劑在400-1100的接觸位置上與燃料轉化產物接觸包括使碳質吸附劑在550-750的接觸位置上與燃料轉化產物接觸。
4.權利要求1的方法，進一步包括在使碳質吸附劑與燃料轉化產物接觸之前，在所述碳質吸附劑上沉積滷素和酸性物質中的至少一種。
5.權利要求1的方法，其中燃料轉化產物包括煤炭燃燒產生的飛灰，並且對其上吸附了汞的碳質吸附劑的除去包括從燃料轉化產物中分離掉已經吸附了汞的碳質吸附劑，包括使燃料轉化產物經歷分級工藝，該工藝經操作可以從較粗糙和較稠密的飛灰中分離出碳質吸附劑。
6.權利要求1的方法，其中燃料轉化產物包括煤炭燃燒產生的煙道氣，並且所述碳質吸附劑從煙道氣中吸附單質汞和汞化合物中的至少一種。
7.權利要求1的方法，其中使吸附劑的收集溫度經設計對應於各個接觸位置的溫度，以便在吸附劑與煙道氣在接觸位置和收集位置之間移動而相互接觸的時間過程中，在該時間內曝置溫度的偏差，即各個接觸位置溫度與各個收集位置溫度之間的差大於50，由此，對應於處於400-1100範圍的各個接觸位置溫度，各個收集溫度的值比各個接觸位置溫度低至少50。
8.權利要求7的方法，其中使各個收集溫度經設計對應於其值為100-800的各個接觸位置溫度。
9.權利要求7的方法，其中使各個收集溫度經設計對應於其值為120-400的各個接觸位置溫度。
10.權利要求7的方法，其中使各個收集溫度經設計對應於其值為140-300的各個接觸位置溫度。
11.權利要求1的方法，其中使吸附劑的收集溫度經設計對應於各個接觸位置的溫度，以便在吸附劑與煙道氣在接觸位置和收集位置之間移動而相互接觸的時間過程中，在該時間內曝置溫度的偏差，即各個接觸位置溫度與各個收集位置溫度之間的差大於100，由此，對應於處於400-1100範圍的各個接觸位置溫度，各個收集溫度的值比各個接觸位置溫度低至少100。
12.權利要求1的方法，其中使吸附劑的收集溫度經設計對應於各個接觸位置的溫度，以便在吸附劑與煙道氣在接觸位置和收集位置之間移動而相互接觸的時間過程中，在該時間內曝置溫度的偏差，即各個接觸位置溫度與各個收集位置溫度之間的差大於200，由此，對應於處於400-1100範圍的各個接觸位置溫度，各個收集溫度的值比各個接觸位置溫度低至少200。
13.權利要求7的方法，還包括對碳質吸附劑的表面和沿接觸位置和收集位置之間路徑的表面的至少一個進行改性，由此增進碳質吸附劑在沿接觸位置和收集位置之間路徑表面上的沉積，在該過程中，吸附劑和煙道氣之間彼此接觸。
14.權利要求13的方法，其中對碳質吸附劑的表面和沿接觸位置和收集位置之間路徑的表面的至少一個進行的改性包括用添加劑處理碳質吸附劑以提高碳質吸附劑的粘性。
15.權利要求14的方法，其中為提高碳質吸附劑粘性而用添加劑對碳質吸附劑所做的處理包括用滷化銨處理碳質吸附劑。
16.權利要求13的方法，其中對碳質吸附劑表面和沿接觸位置和收集位置之間路徑的表面的至少一個進行的改性包括向碳質吸附劑賦予增加的電荷。
17.權利要求1的方法，其中燃料轉化產物經由空氣加熱器移動以實現將熱量從燃料轉化產物向空氣流的傳遞，並且使碳質吸附劑與燃料轉化產物在接觸位置接觸包括在空氣加熱器空氣側的上遊注射碳質吸附劑。
18.權利要求1的方法，其中燃料轉化產物經由空氣加熱器移動以實現將熱量從燃料轉化產物向空氣流的傳遞，並且使碳質吸附劑與燃料轉化產物在接觸位置接觸包括在空氣加熱器空氣側的上遊和空氣加熱器煙道氣側的上遊注射碳質吸附劑。
全文摘要
用於除去單質汞或汞化合物的系統26處理以聚集狀態貯存在料倉30中的起動配料碳質吸附劑28。通過進料器32將吸附劑28向分離裝置34進料，該裝置將吸附劑顆粒28粉碎(如果需要)並解聚至其原始尺寸分布。該裝置34可以是顆粒－顆粒分離器或噴射磨，其中壓縮空氣或高壓蒸汽是能量源。將起動配料產生的經解聚的接觸配料吸附劑28通過空氣蒸汽輸送，在煙道氣管道中的位置66進行注射，在這裡接觸配料碳質吸附劑吸附煙道氣中的汞。
文檔編號B01D53/10GK1943842SQ200510108408
公開日2007年4月11日 申請日期2005年10月8日 優先權日2004年10月8日
發明者S·斯裡尼瓦薩查, S·G·康, K·W·詹森 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司