[發明專利]控制廢氣中汞的排放的空氣預熱器設計和所述預熱器的操作方法

有效

• 申請號: 201110102389.7
• 申請日: 2011-04-21
• 公開（公告）號: CN102233228A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 基思·斯科菲爾德
• 申請（專利權）人: 基思·斯科菲爾德
• 主分類號: B01D53/64
• 分類號: B01D53/64;B01D53/75;B01D53/90;F23J15/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 蘇萌;鐘守期

技術領域

本發明涉及改進冷卻廢氣時的廢熱交換設備以便利用化學沉積(多相(氣體/表面)作用)除去廢氣中的元素汞。

背景技術

美國多個州以及美國環境保護局(US.Environmental?ProtectionAgency)在不久的將來都將對汞排放控制立法。因而，近年來已進行了許多測試項目，以提供可主要應用于煤炭工業以及也可用于也遇到該問題的煅燒、水泥工廠和金屬熔煉工業的實際方法。盡管已經提出了許多建議性方法，但發現足以滿足大規模工業的實際要求的方法卻很少。

目前由諸如電力研究所(Electic?Power?Research?Institute)和美國能源部(U.S.Department?of?Energy)等組織推薦的兩種主要的有競爭力的方法是將活性炭注入冷的煙道氣或者使某種形式的溴與燃料混合的方法。使用活性炭的構想源自已知的事實，即在煤炭的燃燒中發現所得飛灰上有小部分的汞。通過控制飛灰本身的性質來提高效率的方法效果很有限。效率似乎大致與飛灰中未燃燒的碳的量有關。然而，公司并不愿降低其燃燒室的效率來生產實質上燃燒不完全的飛灰。此外，飛灰通常作為混凝土的組分而銷售，但是僅可有約4％的碳含量否則就不可接受。結果造成一直以來注重通過以細微顆粒形式將活性炭噴灑進下游冷的煙道氣的活性炭添加過程的研發。然而，這是一種極其低效的相互作用，除了汞看起來通過化學作用被穩定地吸收之外，對其尚無了解。然而，不得不用成千上萬的碳原子來除去一個汞原子。由于如此低的效率，使用經預熱的活性炭來進行改進。活性炭是可得的并可包括硫、氯或溴摻雜劑。該方法可以有效，但是仍然昂貴并且是勞動密集型的。如果涉及飛灰的銷售，則需要兩個顆粒去除系統，一個用于飛灰，然后一個用于活性炭。而且，這些廢料還有可能被認為是有毒材料，這也將提高成本。

第二種方法——描述于B.Vosteen?et?al.，“Process?for?RemovingMercury?from?Flue?Gases”，美國專利No.6,878,358，2005年4月，該專利通過引用的方式納入本說明書——另辟蹊徑，發現添加溴可提高原子汞的轉化率。形成水溶性的氣態二溴化汞，其可通過目前廣泛使用的硫滌氣器除去。可見在這種作用中，溴比氯更加有效。然而，其局限性在于，溴或其鹽遠沒有氯充足并且相當昂貴，對大范圍普遍使用造成了資金障礙。

已知的其它方法在系統中使用高水平的氯。這可以通過加入氯或通過摻混多種燃料——其中一種富含氯——來實現。同樣，其可顯著地提高效率，但是氯是一種高腐蝕性的元素并且對燃燒室系統有害。現用于某些設備中用來使氧化氮(NO)降低至規定的允許排放水平的選擇性催化還原劑(SCR)中包括許多催化性表面并且通常在約340-380℃(640-710°F)的溫度范圍內操作。由于目前支持使用催化劑使原子汞轉化的工作，希望可以使SCR具有雙重作用，也可減少汞排放。然而，廣泛的測試之后，如今似乎是只能達到有限的轉化率。難度在于對汞的轉化而言，SCR中的溫度過高，并且為了減少NO而加入氨的要求是與汞尋求的條件相反的。對一方的優化導致了對另一方的損害。

過去公開了許多基于通過汞齊化作用或催化性質而吸收原子汞的其他專利。考慮了所有這些方法并對其中一些進行了測試，但發現無一能令人滿意地用于工業大規模應用。

因此，盡管汞的控制方法的現有技術已經深度考察了該問題，但并沒有產生一種可用其控制汞的排放——尤其是對煤炭工業的應用——的實用的低成本設備。煤炭仍然是主要的全球性燃料，因而需要一種可全球使用而沒有極高的成本的簡單方法。本發明的再設計空氣預熱器設備的方法從來未被考慮過。現已通過在實際的煤炭燃燒條件下的初步中試裝置測試驗證了該概念。其支持將這種改進實際用于在任意能量裝置系統中作為廢氣熱交換器不可或缺的該已知裝置中。如今已意識到其可起到雙重作用并能有效地充當汞轉化和控制設備。

發明內容

本發明的示例性實施方案涉及對冷卻廢氣的廢熱交換設備的設計的改進。在所述氣體可能包括氣態元素汞的情況下，現已重新設計所述設備，以將元素汞轉化為分子化合物的形式。如果所述氣體中存在氯，則這種分子形式，氯化汞，將從空氣預熱器中蒸發并可容易地在設備的下游被除去。完全不含氯時，可以以其分子形式之一將其加入鍋爐中，否則將在設備中收集到氧化汞或硫酸汞，然后可在常規的空氣預熱器清潔循環中將其除去。