用於海水泡沫控制的方法和系統的製作方法
2023-12-08 10:44:01 2
用於海水泡沫控制的方法和系統的製作方法
【專利摘要】用於控制流出物海水在煙道氣脫硫系統相關的海水曝氣池中曝氣期間，在流出物海水的表面上產生的負載重金屬的泡沫的系統和方法。
【專利說明】用於海水泡沬控制的方法和系統發明領域
[0001]本發明涉及一種除去包含重金屬的泡沫的方法，所述泡沫在處理來自基於海水的煙道氣脫硫系統海水曝氣池的流出物海水期間產生。
[0002]本發明還涉及一種用於除去包含重金屬的泡沫的系統，所述泡沫在處理來自基於海水的煙道氣脫硫系統海水曝氣池的流出物海水期間產生。
[0003]發明背景
在許多工業過程中，產生含有二氧化硫SO2的過程氣體。一種這樣的工業過程為在燃燒設備(例如發電設備)中燃燒燃料，例如煤、油、泥煤、廢物等。在這樣的發電設備中，產生通常稱為煙道氣的熱過程氣體。產生的煙道氣含有汙染物，例如像酸性氣體，例如二氧化硫so2。在煙道氣可排放至環境空氣之前，需要從煙道氣除去儘可能多的產生的酸性氣體。產生含有汙染物的過程氣體的工業過程的另一個實例為由氧化鋁電解生產鋁。在該過程中，在電解池的通氣罩內產生含有二氧化硫SO2的過程氣體或煙道氣。
[0004]WO 2008/105212公開了一種用於煙道氣脫硫的鍋爐系統，該系統包含鍋爐、蒸汽渦輪系統和海水洗滌器。通過燃燒燃料，鍋爐產生用於蒸汽渦輪系統的高壓蒸汽，以產生電力。從海洋收集海水，並且在蒸汽渦輪系統的冷凝器中用作冷卻介質。海水隨後用於基於海水的煙道氣脫硫洗滌器，該洗滌器可用於從在鍋爐中產生的煙道氣吸收二氧化硫so2。在基於海水的煙道氣脫硫洗滌器中接觸的海水中吸收二氧化硫SO2,並且形成亞硫酸根和/或亞硫酸氫根離子。來自基於海水的煙道氣脫硫洗滌器的流出物海水通往海水曝氣池用於處理。在海水曝氣池中，空氣鼓泡通過從基於海水的煙道氣脫硫洗滌器傳送的流出物海水，用於將其中的亞硫酸根和/或亞硫酸氫根離子氧化為硫酸根離子。藉助包含在鼓泡空氣中的氧氣，其中的亞硫酸根和/或亞硫酸氫根離子被如此氧化為硫酸根離子。在經處理的流出物海水中所得到的惰性硫酸根離子可隨後排放返回至海洋。
[0005]在海水曝氣池中流出物海水處理的一個問題是在流出物海水表面上產生泡沫。目前,在流出物海水的表面上這種產生的泡沫通常被排放返回至海洋。然而,這種產生的泡沫攜帶相對高濃度的不適合排放返回至海洋的重金屬。需要用於控制流出物海水曝氣池中海水泡沫的方法和系統，以降低或防止重金屬排放返回至海洋。
[0006]發明概述
本公開的一個目的是提供一種用於控制在流出物海水的表面上產生海水泡沫的系統，所述泡沫在通過使含有二氧化硫的煙道氣與海水接觸而從煙道氣去除二氧化硫時產生，並且在海水曝氣池中經受處理。使用海水曝氣池曝氣扇實現該陳述的目的。曝氣扇的高壓力側(即，鼓風機側)用於吹送空氣，以在海水曝氣池中使流出物海水曝氣。向曝氣扇的低壓力側(即，抽吸側)加入管道系統使得曝氣扇可操作用於吸入從在海水曝氣池中經歷處理的流出物海水的表面產生的泡沫，用於泡沫儲存、處理和環境保守的處置。
[0007]該系統的優點在於，該系統實現所述目的，具有與之相關的最小增加的操作和/或資本費用。使用曝氣扇的低壓能量的一部分導致最小的高壓鼓風機效率損失。同樣，在大多數應用中，使用非連續模式的系統操作實現泡沫控制。以非連續模式作業系統同樣降低歸結於此的任何曝氣扇效率損失，也降低相關的成本。
[0008]本公開的另一個目的是提供一種用於控制在流出物海水的表面上產生海水泡沫的方法，所述泡沫在通過使含有二氧化硫的煙道氣與海水接觸而從煙道氣去除二氧化硫時產生，並且在海水曝氣池中經受處理。使用流出物海水海水曝氣池曝氣扇實現該陳述的目的。曝氣扇的高壓力側(即，鼓風機側)用於吹送空氣或在海水曝氣池中使流出物海水曝氣。向曝氣扇的低壓力側(即，抽吸側)加入管道系統使得曝氣扇可操作用於吸入從流出物海水的表面產生的泡沫，用於儲存、處理和環境保守的處置。
[0009]該方法的優點在於，該方法實現所述目的，具有與之相關的最小增加的操作和/或資本費用。使用曝氣扇的低壓能量的一部分導致最小的高壓鼓風機效率損失。同樣，在大多數應用中，根據非連續模式的主題方法操作而實現泡沫控制。以非連續模式操作同樣降低歸結於此的任何曝氣扇效率損失，也降低相關的成本。
[0010]總的說來，主題公開提供了用於控制包含重金屬的泡沫的系統和方法，所述泡沫在流出物海水於煙道氣脫硫系統相關的海水曝氣池中曝氣期間在流出物海水的表面上產生。因此，主題泡沫控制系統包含與曝氣扇流體連接的海水曝氣池，所述曝氣扇可操作用於向所述海水曝氣池中的流出物海水吹入含氧氣體，並且可操作用於從所述海水曝氣池中的流出物海水的表面抽吸泡沫。使用曝氣扇從流出物海水表面的泡沫抽吸可連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。泡沫收集槽用於收集、儲存和任選處理從流出物海水的表面抽吸的包含重金屬(例如汞)的泡沫。由於抽吸的泡沫包含重金屬(例如汞)，在泡沫收集槽中處理抽吸的泡沫包括從中除去至少一部分重金屬。為了該目的，在其處理前和/或處理後，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中儲存一定的時間。或者，抽吸的泡沫可收集並任選在泡沫收集槽中儲存一定的時間，然後輸送抽吸的泡沫到發電設備內或設備外的其它地方供處理。
[0011]用於控制包含重金屬的泡沫的主題方法包括提供與曝氣扇流體連接的海水曝氣池，所述曝氣扇可操作用於向流出物海水吹入含氧氣體，用於在海水曝氣池中使流出物海水曝氣，並且可操作用於在海水曝氣池中從流出物海水的表面抽吸包含重金屬(例如汞)的泡沫。使用曝氣扇從流出物海水表面的泡沫抽吸可連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。泡沫收集槽用於收集、儲存和任選處理從流出物海水的表面抽吸的包含重金屬(例如汞)的泡沫。由於抽吸的泡沫包含重金屬(例如汞)，在泡沫收集槽中處理抽吸的泡沫包括從中除去至少一部分重金屬。為了該目的，在其處理前和/或處理後，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中儲存一定的時間。或者，抽吸的泡沫可收集並任選在泡沫收集槽中儲存一定的時間，然後輸送抽吸的泡沫到發電設備內的其它地方或場外供處理。
[0012]由以下描述和權利要求，本公開的其它目的和特徵將顯而易見。
[0013]附圖簡述
參考以下描述的附圖，現在更詳細地公開本發明。
[0014]圖1為具有根據本公開的設備的發電設備的示意性側截面圖。
[0015]圖2為說明根據圖1的放大的基於海水的煙道氣脫硫系統海水曝氣池的示意性側截面圖。
[0016]發明詳述圖1為說明發電設備10的示意性側截面圖。發電設備10包含鍋爐12，由燃料來源14通過流體連接的進料管道16向鍋爐12供應燃料F，例如煤，油等，用於在其中燃燒。在經由流體連接的氧供應導管20從氧來源18供應至鍋爐12的氧O存在下，燃料F在鍋爐12中燃燒。供應至鍋爐12的氧O可例如以空氣形式和/或以氧氣和再循環的發電設備10煙道氣FG的混合物的形式供應。在這種情況下，鍋爐12為通常所說的「氧-燃料」鍋爐。燃燒燃料F產生煙道氣FG形式的熱過程氣體。在燃燒燃料F後，包含在燃料F中的硫物類形成二氧化硫SO2。因此，發電設備10煙道氣FG包括二氧化硫作為其一部分。
[0017]生產的煙道氣FG經由流體連接的導管22從鍋爐12流動至形式為織物過濾器或靜電沉澱器的顆粒收集裝置24。顆粒收集裝置24 (例如如在US 4，502，872中描述的靜電沉澱器)用於除去在煙道氣FG中夾帶的塵埃和/或灰分顆粒。或者，織物過濾器(例如在US 4，336，035中描述的)可用於來自煙道氣FG的煙道氣塵埃和/或灰分的顆粒收集。作為一個備選實施方案，顆粒收集裝置24可在基於海水的煙道氣脫硫系統28的下遊布置。作為再一個實施方案，可從系統消除顆粒收集裝置24，其中顆粒去除僅在基於海水的煙道氣脫硫系統28中發生。
[0018]根據在圖1中說明的本實施方案，其中已除去大多數灰分和/或塵埃顆粒的煙道氣FG經由流體連接的導管26從顆粒收集裝置24流動至基於海水的煙道氣脫硫系統28。基於海水的煙道氣脫硫系統28包含溼洗滌器塔或吸收器30。入口 32布置在吸收器30的較低部分34。導管26與入口 32流體連接，使得從顆粒收集裝置24經由導管26流動的煙道氣FG可經由入口 32進入吸收器30的內部36。
[0019]在進入內部36後，煙道氣FG垂直向上流動通過吸收器30，如箭頭FG指示。吸收器30的中間部分38配備有多個在彼此之上垂直布置的噴淋裝置40。為了簡化在圖1中說明的實施方案，有三個這樣的噴淋裝置40。通常在吸收器30中存在1-20個這樣的噴淋裝置40。每一個噴淋裝置40包含供應管道42和多個與相應的供應管道42流體連接的噴嘴44。經由相應的供應管道42供應至噴嘴44的海水SW藉助噴嘴44霧化，在吸收器30的內部36接觸流動通過其中的煙道氣FG。如此，海水SW和煙道氣FG之間的接觸能夠在吸收器30的內部36使海水SW從煙道氣FG吸收二氧化硫SO2。
[0020]布置泵46用於從海水供應或海洋50經由流體連接的抽吸管道48泵送海水SW，並且經由流體連接的壓力管道52使海水SW通往流體連接的供應管道42。
[0021 ] 根據一個備選的實施方案，通過泵46供應至供應管道42的海水SW可為在與鍋爐12關聯的蒸汽渦輪系統(未顯示)中先前用作冷卻水的海水SW，然後將這樣的海水SW供應至吸收器30。
[0022]根據一個備選的實施方案，基於海水的煙道氣脫硫系統28可包含一層或多層在吸收器30的內部36布置的填料材料58。可由塑料、鋼、木材或另外的合適材料製造的填料材料58增強氣-液接觸。使用填料材料58，噴嘴44僅在填料材料58之上分布海水SW，而不是霧化海水SW。填料材料58的實例包括可得自Sulzer Chemtech AG, Winterthur, CH的 Mellapak? 和可得自 Raschig GmbH, Ludwigshafen, DE 的 Pall? 環。
[0023]藉助噴嘴44在吸收器30的內部36霧化的海水SW在吸收器30中向下流動，並且在吸收器30的內部36中從垂直向上流動的煙道氣FG吸收二氧化硫。在內部36通過海水Sff吸收二氧化硫形成在吸收器30的較低部分34中收集的流出物海水ES。在吸收器30的較低部分34中收集的流出物海水ES經由流體連接的流出物管道54通往海水曝氣池56。
[0024]任選，如果需要，可將新鮮的海水SW加入到通過流出物管道54流向海水曝氣池56的流出物海水ES。為此，任選的管道60可與壓力管道52流體連接，使得新鮮的海水SW的流通往流體連接的流出物管道54，該管道54使流出物海水ES通往海水曝氣池56。因此，在流出物管道54中可發生新鮮的海水SW和流出物海水ES的相互混合。作為另一個任選的備選方案(未說明)，經由管道60傳送的新鮮的海水SW可直接通往海水曝氣池56，與其中的流出物海水ES混合。作為再一個選項(未說明)，在鍋爐22或與之關聯的蒸汽渦輪系統(未顯示)中產生的殘餘的水和/或冷凝物可在海水曝氣池56中與流出物海水ES混入口 ο
[0025]假定在吸收器30的內部36中二氧化硫的吸收根據以下反應發生:
SO2 (g) + H2O = > HSO3 (aq) + H.(aq)[式 1.la]
根據以下平衡反應，取決於流出物海水ES的pH值，亞硫酸氫根離子HS03_可進一步解離，以形成亞硫酸根離子SO/—:
HSO3 (aq) SO32 (aq) + H.(aq) [式 1.lb]
因此，作為二氧化硫吸收的效果，流出物海水ES將比得自海洋50的新鮮的海水SW具有較低的PH值，將分別含有亞硫酸氫根和/或亞硫酸根離子HS03_和SO廣，作為在二氧化硫吸收中產生的氫離子H+的效果。亞硫酸氫根和/或亞硫酸根離子為需氧物質，因此其向海洋50的排放受限。
[0026]在海水曝氣池56中，亞硫酸氫根和/或亞硫酸根離子HS03_和/或S032_通過與氧A反應被氧化，根據以下反應:
HSOf + H+ + 1/2 O2 (g) = > SO廣 +2H.[式 1.2a]
SO廣 +2H+ + 1/2 O2 (g) = > SO廣 +2H+[式 1.2b]
海水曝氣池56包括曝氣扇62，所述曝氣扇操作用於經由流體連接的管道系統64向其中的流出物海水ES中吹入含氧氣體，例如空氣。曝氣扇62和管道系統64共同形成氧供應系統66，用於向海水曝氣池56中的流出物海水ES供應氧A。下文中參考圖2提供海水曝氣池56的更詳細的描述。
[0027]圖2更詳細地說明海水曝氣池56。將流出物海水ES在第一端90 (為海水曝氣池56的入口端)經由流體連接的流出物管道54供應至海水處理系統80的海水曝氣池56部分。流出物海水ES如箭頭S指示大概水平地從第一端90流動至第二端92，第二端92為海水曝氣池56的出口端。當流出物海水ES從第一端90流動至第二端92時，在第二端92附近，在流出物海水ES的表面82上產生泡沫HM。泡沫HM攜帶相對高濃度的重金屬，例如汞等。在第二端92，經處理的流出物海水TS從海水曝氣池56經由流體連接的溢流管道68溢流。
[0028]曝氣系統80還包括具有曝氣扇62和管道系統64的氧供應系統66。管道系統64包含在海水曝氣池56的內部84中的多個出口 94。曝氣扇62通過管道系統64吹送氧A，以從低於在海水曝氣池56中流出物海水ES表面82的出口 94排放。管道系統64沿著海水曝氣池56在其第一端90和第二端92之間延伸。通過曝氣扇62的高壓力側86吹送並且從出口 94排放的氧A在海水曝氣池56中與流出物海水ES混合。氧A在流出物海水ES中分散並且與之混合，以氧化其中存在的亞硫酸氫根和/或亞硫酸根離子，以在經處理的海水TS中形成惰性硫酸根，然後經由溢流管道68將經處理的海水TS環境排放至海洋50。
[0029]如以上說明的，流出物海水ES如箭頭S指示大概水平地從第一端90流動至第二端92 (為海水曝氣池56的出口端)。當流出物海水ES從第一端90流動至第二端92時，在流出物海水ES的表面82上通過湍流和曝氣產生泡沫HM。作為流出物海水ES從第一端90流動至第二端92的結果，泡沫HM在第二端92附近積累或收集。泡沫HM攜帶相對高濃度的重金屬，例如汞等。
[0030]為了防止泡沫HM經由溢流管道68從海水曝氣池56流動至海洋50中，低壓力側88 (即，抽吸側)經由抽吸導管96與泡沫收集槽98流體連接。還與泡沫收集槽98流體連接的是泡沫導管100。泡沫導管100經由出口 102與泡沫收集槽98流體連接。泡沫導管100的相對出口 102為自由敞開端104。泡沫導管100的自由敞開端104可操作用於經由從表面82從曝氣扇62泡沫HM抽吸而除去。從表面82這樣除去的泡沫HM在泡沫收集槽98中收集，用於在處置前儲存和處理。使用曝氣扇62收集泡沫HM可連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。
[0031]作為一個選項，可處理在泡沫收集槽98中收集的泡沫HM，以在排放經處理的泡沫TF之前，除去至少一部分相對高濃度的泡沫重金屬。如此，經處理的泡沫TF可經由流體連接的經處理泡沫管道106從泡沫收集槽98排放,泡沫管道106與溢流管道68流體連接,用於使經處理的泡沫TF返回至海洋50。
[0032]或者，在排放經處理的泡沫TF或在發電設備10或設備外的其它地方使用經處理的泡沫TF之前，可將在泡沫收集槽98中收集的泡沫HM輸送至另外的發電設備10設施(未顯示)，用於去除至少一部分相對高濃度的泡沫重金屬。
[0033]總的說來，主題公開提供了用於控制包含重金屬的泡沫的系統和方法，所述泡沫在流出物海水於煙道氣脫硫系統相關的海水曝氣池中曝氣期間在流出物海水的表面上產生。因此，主題泡沫控制系統包含與曝氣扇流體連接的海水曝氣池，所述曝氣扇可操作用於向所述海水曝氣池中的流出物海水吹入含氧氣體，並且可操作用於從所述海水曝氣池中的流出物海水的表面抽吸泡沫。使用曝氣扇從流出物海水表面的泡沫抽吸可連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。泡沫收集槽用於收集、儲存和任選處理從流出物海水的表面抽吸的包含重金屬(例如汞)的泡沫。由於抽吸的泡沫包含重金屬(例如汞)，在泡沫收集槽中處理抽吸的泡沫包括從中除去至少一部分重金屬。為了該目的，在其處理前和/或處理後，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中儲存一定的時間。或者，抽吸的泡沫可收集並任選在泡沫收集槽中儲存一定的時間，然後輸送抽吸的泡沫到發電設備內或設備外的其它地方供處理。
[0034]用於控制包含重金屬的泡沫的主題方法包括提供與曝氣扇流體連接的海水曝氣池，所述曝氣扇可操作用於向流出物海水吹入含氧氣體，用於在海水曝氣池中使流出物海水曝氣，並且可操作用於在海水曝氣池中從流出物海水的表面抽吸包含重金屬(例如汞)的泡沫。使用曝氣扇從流出物海水表面的泡沫抽吸可連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。泡沫收集槽用於收集、儲存和任選處理從流出物海水的表面抽吸的包含重金屬(例如汞)的泡沫。由於抽吸的泡沫包含重金屬(例如汞)，在泡沫收集槽中處理抽吸的泡沫包括從中除去至少一部分重金屬。為了該目的，在其處理前和/或處理後，抽吸的泡沫可在泡沫收集槽中儲存一定的時間。或者，抽吸的泡沫可收集並任選在泡沫收集槽中儲存一定的時間，然後輸送抽吸的泡沫到發電設備內的其它地方或場外供處理。
[0035]雖然已參考多個優選的實施方案描述了本發明，但本領域技術人員應理解的是，在不偏離本發明的範圍下，可進行各種變化並且可用等價物替代本發明的要素。此外，可進行許多修改，使得在不偏離本發明的實質範圍下，具體的情況或材料適應本發明的教導。因此，旨在本發明不局限於作為預期實施本發明的最佳方式而公開的具體實施方案，而是本發明包括落入所附權利要求範圍內的所有實施方案。此外，使用術語第一、第二等不表示任何順序或重要性，而是將術語第一、第二等用於區分一個要素與另一個要素。
[0036]認識到，在所附權利要求的範圍內，上述實施方案的許多修改是可能的。
【權利要求】
1.一種泡沫控制系統,所述系統包含: 與曝氣扇62流體連接的海水曝氣池56，所述曝氣扇可操作用於向所述海水曝氣池56中的流出物海水吹入含氧氣體,並且可操作用於從所述海水曝氣池56中的流出物海水的表面82抽吸泡沫。
2.權利要求1的系統，所述系統還包含泡沫收集槽98，用於收集從所述流出物海水的表面82抽吸的泡沫。
3.權利要求1的系統，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬。
4.權利要求1的系統，其中所述抽吸的泡沫包含汞。
5.權利要求1的系統，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬，並且所述抽吸的泡沫在泡沫收集槽98中處理，以從中除去至少一部分重金屬。
6.權利要求1的系統，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬，並且在處理前，在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫用於儲存。
7.權利要求1的系統，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬，並且在輸送到別處處理前，在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫。
8.權利要求1的系統，其中使用所述曝氣扇62的泡沫抽吸連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。
9.一種用於泡沫控制的方法，所述方法包括: 提供與曝氣扇62流體連接的海水曝氣池56，所述曝氣扇可操作用於向所述海水曝氣池56中的流出物海水吹入含氧氣體，並且可操作用於從所述海水曝氣池56中的流出物海水的表面82抽吸泡沫。
10.權利要求9的方法，所述方法還包括提供泡沫收集槽98，用於收集從所述流出物海水的表面82抽吸的泡沫。
11.權利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬。
12.權利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含汞。
13.權利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬，並且處理所述抽吸的泡沫，以從中除去至少一部分重金屬。
14.權利要求9的方法，其中所述抽吸的泡沫包含重金屬，並且在泡沫收集槽98中收集所述抽吸的泡沫，用於在其中處理，或用於儲存然後輸送到別處處理。
15.權利要求9的方法，其中使用所述曝氣扇62的泡沫抽吸連續進行、按預定周期進行、按檢測器啟動的「按需」周期進行、或按其它非連續方式進行。
【文檔編號】C02F103/18GK104445569SQ201410477054
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】P.帕普塞 申請人:阿爾斯通技術有限公司