專利名稱：用于減少來自流化床燃燒系統(tǒng)的NOx排放的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減少來自流化床燃燒系統(tǒng)的氮氧化物("N0X")排放的方法。特別地，本發(fā)明涉及將反應(yīng)劑選擇性地注入所述燃燒系統(tǒng)內(nèi)以便降低所述流化床燃燒系統(tǒng)中的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物中的
N0x水平。
背景技術(shù)：
圖l是現(xiàn)有技術(shù)的示意圖且圖中示出了一種流化床燃燒系統(tǒng)100。在循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)100中，在爐2中通過流化空氣對燃料、床材料和可能的吸附劑材料進(jìn)行流化處理，所述流化空氣經(jīng)由空氣引導(dǎo)端口20被引導(dǎo)至爐2。通常情況下，空氣通過位于爐2的不同高度水平處的多個引入端口被引導(dǎo)至爐2,但為清晰起見，圖1中僅示出了單個用于將空氣引入爐2內(nèi)的器件。在爐2中產(chǎn)生的排放氣體和被攜帶在排放氣體中的其它顆粒物質(zhì)通過處于爐2的高位部分中的固體分離器入口管道4被排至固體分離器8。在固體分離器8中，大多數(shù)的顆粒物質(zhì)與排放氣體分離開來并經(jīng)由固體返回管道6返回爐2，該固體分離器通常是旋風(fēng)分離器。
排放氣體通過出口管道14從固體分離器8被導(dǎo)引至排放氣體管道18，所述排放氣體管道包括分別用于冷卻排放氣體的熱傳遞表面(未示出)和用于產(chǎn)生蒸氣的熱傳遞表面(未示出)，所述蒸氣可用于對流化空氣進(jìn)行加熱。在爐2中產(chǎn)生的排放氣體通常包含NO,，該物質(zhì)對于環(huán)境而言是不友好的。因此，在將排放氣體中的任何部分排入大氣內(nèi)之前，希望對N0x進(jìn)行中和。通常用來中和NO,的物質(zhì)包括尿素、氨水或無水氨(在下文統(tǒng)稱為氨)、或者具有氨基的其它試劑。
為了降低NO,的排放水平，采用了選擇性非催化還原("SNCR")方法和選擇性催化還原方法("SCR")。在SNCR方法中，將反應(yīng)劑如尿素或氨注入燃燒系統(tǒng)內(nèi)以便與N0x反應(yīng)，從而形成氮?dú)?"N2")和水("H20，，)。反應(yīng)劑通常通過位于燃燒系統(tǒng)中的多個位置處的多個端口被注入，該多個位置包括爐、分離器和將爐與分離器連接起來
6的管道。
再次參見圖1，(用于中和N0X的)反應(yīng)劑通常，或者經(jīng)由端口 22在入口管道4中被引入流化床燃燒系統(tǒng)100內(nèi)，或者經(jīng)由另一端口 24被直接引導(dǎo)至固體分離器8，或者被引導(dǎo)在旋渦溢流管16的頂部12 處，所述旋渦溢流管位于處在固體分離器8的上端處的t頂中。這些 引入點中的每個引入點都存在缺點。
例如，較低的反應(yīng)劑利用率通常使得SNCR方法無法將N0x水平降 至所需程度。為了更高效地利用反應(yīng)劑，希望實現(xiàn)以下幾個方面反 應(yīng)劑在系統(tǒng)中滯留的時間較長、反應(yīng)劑與含NO,的排放氣體的混合程度 較高、且反應(yīng)劑與在系統(tǒng)中循環(huán)的顆粒材料的混合程度較低。對于目 前的系統(tǒng)而言，其通常存在反應(yīng)劑利用率較低的缺點。例如，對于將 反應(yīng)劑注入爐2內(nèi)的系統(tǒng)和將反應(yīng)劑注入入口管道4上的多個位置處 的系統(tǒng)而言，其缺點在于反應(yīng)劑與顆粒材料存在過度混合，而反應(yīng) 劑與含NOx的排放氣體的混合程度則不足。相似地，對于將反應(yīng)劑注入 固體分離器8內(nèi)或者將反應(yīng)劑注射在旋渦溢流管16的頂部12處的系 統(tǒng)而言，其缺點在于反應(yīng)劑的分布時間和滯留時間不足，且反應(yīng)劑 與舍NOx的排放氣體的混合裎度不足。所有這些系統(tǒng)所具有的注射端口 或矛狀器具都無法充分地透入氣體管道的主體內(nèi)，原因在于所述端口 的溫度較高且會出現(xiàn)堵塞。較低的反應(yīng)劑利用率導(dǎo)致反應(yīng)劑的用量過 多，這增加了 SNCR方法的成本:。此外，加入過量的反應(yīng)劑會產(chǎn)生新的 污染問題。
對于可被引入以便降低排放氣體物質(zhì)流中的N0x含量的N0x還原系 統(tǒng)而言，在爐2和固體分離器8中出現(xiàn)的高溫通常限制了這種系統(tǒng)的 材料和類型(例如設(shè)計)。此外，排放氣體物質(zhì)流中較高的顆粒含量 還導(dǎo)致NO,還原系統(tǒng)出現(xiàn)了性能劣化，因此降低了這種裝置的壽命周期 且增加了將要在流化床燃燒系統(tǒng)100上實施的維護(hù)次數(shù)。
因此，希望提供一種這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得反應(yīng)劑實現(xiàn)了充分 的分布且使得反應(yīng)劑與含N0X的排放氣體實現(xiàn)了充分的混合，從而降低 了排放氣體物質(zhì)流中的N0^含量。還希望提供一種N0,還原系統(tǒng)，該系 統(tǒng)的堅固設(shè)計能夠耐受流化床燃燒系統(tǒng)100中的運(yùn)行溫度且可耐受存 在于排放氣體中的顆粒導(dǎo)致出現(xiàn)的劣化效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了一種N0x還原系統(tǒng)，所述NOx還原系統(tǒng)包括與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所述第一內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的
端口 。
本發(fā)明還披露了一種冊x還原系統(tǒng)，所述NO,還原系統(tǒng)包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括封閉端和與反應(yīng)劑源流體連通的開口端；所述導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口 ；所述端口位于所述第一外部導(dǎo)管的下游表面上。
本發(fā)明還披露了 一種流化燃燒床系統(tǒng)，所述流化床燃燒系統(tǒng)包括爐；與所述爐流體連通的固體分離器；所述爐包括旋渦溢流管；和與所述旋渦溢流管流體連通的出口管道，所述出口管道具有位于所述旋渦溢流管下游的N0,還原系統(tǒng)，其中所述NO,還原系統(tǒng)包括與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所述內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口 ；所述端口位于所述第一外部導(dǎo)管的下游表面上。
本發(fā)明還披露了 一種方法，所述方法包括將來自反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑注入N0X還原系統(tǒng)內(nèi)，所述NO,還原系統(tǒng)包括與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所
述第一內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于
將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口 ；所述端口位于所述笫一外部導(dǎo)管的下游表面上；并且將所述反應(yīng)劑從所述端口排入所述排放氣體物質(zhì)流內(nèi)。


下面參見附圖，在附圖中使用相似的附圖標(biāo)記表示各個相似的部件，其中
圖l是現(xiàn)有技術(shù)的示意圖且圖中示出了一種流化床燃燒系統(tǒng)；圖2示出了 N0,還原系統(tǒng)200,所述NOx還原系統(tǒng)包括位于出口管道14中的一條供應(yīng)管線28或多條供應(yīng)管線，所述出口管道位于分離器8的旋渦溢流管(vortex finder )出口 16的下游；
圖3是在圖2的剖面XX'處截取的N0,還原系統(tǒng)200的剖視圖，所
述NO,還原系統(tǒng)包括單根供應(yīng)管線28、 30和32;
圖4是在圖2的剖面XX'處截取的NO,還原系統(tǒng)200的剖視圖，所
述NOx還原系統(tǒng)包括相對設(shè)置的供應(yīng)管線28和29; 30和31;以及32
和33;
圖5示出了出口管道14的一個實施例，所述出口管道包含單根供 應(yīng)管線28;和
圖6示意性地示出了第一供應(yīng)管線28和第二供應(yīng)管線29，所述 第一供應(yīng)管線和第二供應(yīng)管線通過出口管道14的彼此相對的垂直壁部 進(jìn)入出口管道14。
具體實施例方式
在描述本發(fā)明(尤其是描述所附權(quán)利要求)的過程中，所使用的 術(shù)語"a"和"an"和"the"以及相似術(shù)語旨在被解釋為既覆蓋了單 數(shù)形式又覆蓋了多數(shù)形式，除非本文另有說明或者同描述的情況相抵 觸。與數(shù)量結(jié)合使用的修飾語"約(about)"包含所描述的數(shù)值在內(nèi) 且其意義取決于描述的語境(例如，其包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)的 誤差程度)。本文披露的所有范圍都包括端點在內(nèi)，且端點可彼此獨(dú) 立地結(jié)合。
本發(fā)明披露了一種用于流化燃燒床系統(tǒng)的N(K還原系統(tǒng)，所述流 化燃燒床系統(tǒng)包括反應(yīng)劑供應(yīng)管線，所述反應(yīng)劑供應(yīng)管線被設(shè)置在分 離莽的出口管道中且位于分離器的旋渦溢流管出口的下游。在典型實 施例中，NOx還原系統(tǒng)包括多條供應(yīng)管線，反應(yīng)劑通過所述多條供應(yīng)管 線被排入分離器的出口管道內(nèi)。每條供應(yīng)管線包括同心設(shè)置的成組導(dǎo) 管，反應(yīng)劑通過所述導(dǎo)管被排出。內(nèi)部導(dǎo)管在相對較低的溫度下運(yùn)行， 這有利地為處于流化床燃燒系統(tǒng)的較高運(yùn)行溫度下的供應(yīng)管線提供了 剛性和穩(wěn)定性。
使用同心設(shè)置的成組導(dǎo)管為NOx還原系統(tǒng)提供了堅固的設(shè)計，這 種設(shè)計能夠耐受流化床燃燒系統(tǒng)較高的溫度，而不會使供應(yīng)管線的尺 寸出現(xiàn)任何嚴(yán)重的不利的扭曲。此外，NOx還原系統(tǒng)的這種設(shè)計有利地 將性能劣化降至最低，這種性能劣化例如是顆粒物質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)生的堵塞和磨損，所述顆粒物質(zhì)通常是由排放氣體輸送的。該系統(tǒng)還有利地使
得當(dāng)排放氣體物質(zhì)流傳送通過出口管道時，該排放氣體物質(zhì)流中的 反應(yīng)劑實現(xiàn)了均勻或偏移的分布。
下面參見圖2， NO,還原系統(tǒng)200包括與供應(yīng)管線28或與多條供 應(yīng)管線流體連通的反應(yīng)劑注射管線26，所述供應(yīng)管線28或多條供應(yīng)管 線位于出口管道14中，所述出口管道位于分離器8的旋渦溢流管出口 16下游與其緊鄰的位置處。
圖3是在圖2的剖面XX'處截取的N0,還原系統(tǒng)200的剖視圖。從 圖中可以看到，反應(yīng)劑經(jīng)由多條單根(a plurality of single)供應(yīng) 管線28、 30和32 5Mt排入出口管道14內(nèi)，所述多條單才艮供應(yīng)管線經(jīng)由 反應(yīng)劑注射管線26與反應(yīng)劑源流體連通。盡管圖3示出了多條供應(yīng)管 線28、 30和32，但也可使用單根供應(yīng)管線30。供應(yīng)管線可水平地被 設(shè)置、垂直地被設(shè)置或在其間存在任何角度的情況下被設(shè)置。盡管如 圖2所示，供應(yīng)管線可被設(shè)置在單個平面中，但如果需要，它們也可 被設(shè)置在多個平面中。例如，如果需要，供應(yīng)管線可被設(shè)置在管道中 而成交錯構(gòu)型。供應(yīng)管線28、 30、 32可穿過出口管道14的兩個壁部， 如圖2和圖3所示，或可僅穿過出口管道的單個壁部。
盡管圖3示出了多條單根供應(yīng)管線28、 30和32,但還可能將相 對設(shè)置的供應(yīng)管線28和29; 30和31;以及32和33設(shè)置在出口管道 14中，如圖4所示。稍后將結(jié)合圖6討論被相對設(shè)置的供應(yīng)管線。應(yīng) 該注意到當(dāng)流體床燃燒系統(tǒng)在低需求條件下運(yùn)行時，可省去第一內(nèi) 部導(dǎo)管80,且將反應(yīng)劑注射管線26直接連接至第一外部導(dǎo)管40。
如圖3和圖4所示，通常希望在出口管道14的每10英尺的線性 高度上平均設(shè)置約1條至約5條供應(yīng)管線，特別是在出口管道14的每 10英尺的線性高度上設(shè)置約4條供應(yīng)管線，，且更特別是在出口管道14 的每10英尺的線性高度上設(shè)置約3條供應(yīng)管線。在如圖3和圖4所示 的典型實施例中，對于高度為10英尺的管道而言，笫一供應(yīng)管線28 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線28和29)與出口管道的上表面之間的距離比 第三供應(yīng)管線32 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線32和33)與出口管道的下 表面之間的距離更近。第二供應(yīng)管線30位于出口管道14的高度的中 點上方。
在一個實施例中，供應(yīng)管線可被均勻地分布在出口管道中。在另一實施例中，供應(yīng)管線可被集中在出口管道的一個或多個部分中。供 應(yīng)管線可基于對排放氣體流動情況進(jìn)行的測量或計算機(jī)模擬或者基于
對排放氣體物質(zhì)流中的NO,分布進(jìn)行的測量或計算機(jī)模擬而在任意間 隔下被分布在任何平面中。在如圖3和圖4所示的典型實施例中，對 于高度為IO英尺的管道而言，第一供應(yīng)管線28(或相對設(shè)置的供應(yīng)管 線28和29)與出口管道的上表面之間的距離比第三供應(yīng)管線32 (或 相對設(shè)置的供應(yīng)管線32和33)與出口管道的下表面之間的距離更近。 第二供應(yīng)管線30位于出口管道14的高度的中點上方。
如圖3和圖4所示，第一供應(yīng)管線28 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線28 和29 )被設(shè)置在與出口管道14的上表面之間相距約1英尺至約2英尺 的位置處，而第三供應(yīng)管線32 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線32和33)被 設(shè)置在與出口管道14的下表面之間相距約2英尺至約3英尺的位置處。 在優(yōu)選實施例中，第一供應(yīng)管線28 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線28和29) 被設(shè)置在與出口管道14的上表面之間相距約1英尺6英寸的位置處， 而第三供應(yīng)管線32 (或相對設(shè)置的供應(yīng)管線32和33)被設(shè)置在與出 口管道14的下表面之間相距約2英尺6英寸的位置處。
圖5示出了包含單根供應(yīng)管線28的出口管道14的一個實施例。 從圖5中可以看到，該供應(yīng)管線包括兩條導(dǎo)管——第一外部導(dǎo)管40和 第一內(nèi)部導(dǎo)管80。第一外部導(dǎo)管40包括第一端62和笫二端64且具有 多個端口 44、 46、 48、 50，和被設(shè)置在第一端62與第二端64之間的 多個間隔件52、 54、 56、 58和60。第一外部導(dǎo)管40的第一端或封閉 端62是封閉的且其作用在于將反應(yīng)劑引入介于第一外部導(dǎo)管40與第 一內(nèi)部導(dǎo)管80之間的空間內(nèi)，如圖5所示。第一外部導(dǎo)管40的第二 端或開口端64具有開口以便接收第一內(nèi)部導(dǎo)管80。在一個實施例中， 第一外部導(dǎo)管40的第二端64被固定地附接到第一內(nèi)部導(dǎo)管80的外表 面上并與該外表面緊密接觸，從而形成不透空氣的密封或不透流體的 密封。在另一實施例中，第一外部導(dǎo)管40的第二端64被固定地附接 到第一內(nèi)部導(dǎo)管80的外表面上但并未形成不透空氣的密封或不透流體 的密封。
第一外部導(dǎo)管40優(yōu)選具有圓柱形剖面區(qū)域且包括能夠耐受流化 燃燒床系統(tǒng)的高溫以及侵蝕性和腐蝕性環(huán)境的材料。在一個實施例中， 希望該材料能夠耐受約500。F至約2， 200叩的溫度。典型的材料是不銹鋼如SS309不銹鋼。
所希望的是，第一外部導(dǎo)管40具有約2. 5厘米至約15厘米的內(nèi) 徑，特別是約5厘米至約12厘米的內(nèi)徑，且更特別是約8厘米至約10 厘米的內(nèi)徑。優(yōu)選的內(nèi)徑為約IO厘米。所希望的是，第一外部導(dǎo)管40 具有約2.5毫米至約15毫米的壁厚，特別是約5毫米至約12毫米的 壁厚，且更特別是約8毫米至約10毫米的壁厚。優(yōu)選的壁厚為約9毫 米。
所述端口可被設(shè)置在第一外部導(dǎo)管40的表面的任何部分上。這些 端口可被分布在供應(yīng)管線28的上游側(cè)上或者被分布在第一外部導(dǎo)管40 的下游側(cè)上。這些端口可^皮分布在第一外部導(dǎo)管40的外表面周圍。在 優(yōu)選實施例中，該多個端口 44、 46、 48和50被設(shè)置在第一外部導(dǎo)管 40的外表面上且被設(shè)置在供應(yīng)管線28的下游側(cè)上，如在圖5的剖面 ZZ'處截取的剖視圖所示。端口在供應(yīng)管線28的下游側(cè)上的這種安放方 式和取向是有利的，原因在于這防止了被包含于排放氣體物質(zhì)流中的 顆粒物質(zhì)對端口形成堵塞。端口 44、 46、 48和50可裝配有噴嘴、接 頭、噴淋集管或類似裝置，或者裝配有包括上述部件中的至少一個部 件的組合件。
如圖5所示，每個端口的中心軸線被設(shè)置而與垂直半徑成角度e，
所述垂直半徑起始于供應(yīng)管線28的中心處且終止于供應(yīng)管線28的底 表面處。角度e可產(chǎn)生達(dá)360度的變化，尤其是產(chǎn)生約5度至約175度 的變化。盡管相應(yīng)的端口可以介于約5度至約175度之間的多種角度 進(jìn)行交錯，但每個端口的中心軸線優(yōu)選以約40度至約50度的角度e 產(chǎn)生傾斜，特別是以約45度的角度e產(chǎn)生傾斜。
所希望的是，該端口具有約0.635厘米至約2.5厘米的內(nèi)徑，特 別是具有約0. 9厘米至約1.85厘米的內(nèi)徑，且更特別是具有約1.25 厘米至約1.5厘米的內(nèi)徑。端口的優(yōu)選直徑為約1.27厘米 還希望的 是，該端口從第一外部導(dǎo)管40的外表面沿徑向向外延伸的距離為約 0. 635厘米至約2. 5厘米。優(yōu)選的徑向延伸距離為約1. 27厘米。還希 望使所述端口彼此之間隔開的距離為約1.25厘米至約12厘米，特別 是為約1.9厘米至約IO厘米，且更特別是為約2.5厘米至約5厘米。 端口的優(yōu)選間隔為約2. 5厘米。供應(yīng)管線28可具有兩個或更多個端口 。 在一個實施例中，供應(yīng)管線28可在每根供應(yīng)管線上具有約3個至約12
12個端口。每根供應(yīng)管線上優(yōu)選的端口數(shù)量為6個端口。
端口的密度為在出口管道14的每平方米的剖面面積上設(shè)置約15 個至約200個端口 (端口/m2)，特別是在出口管道14的每平方米的剖 面面積上設(shè)置約25個至約190個端口 (端口/m2)，且更特別是在出口 管道14的每平方米的剖面面積上設(shè)置約30個至約185個端口 (端口 /m2)。端口面積與出口管道14的剖面面積之比為約30至600平方厘 米/平方米(cm2/m2)。
間隔件與第一外部導(dǎo)管40的內(nèi)表面和第一內(nèi)部導(dǎo)管80的外表面 存在物理連通，且為第一外部導(dǎo)管40提供了支承。該間隔件可用于保 持第一外部導(dǎo)管40與第一內(nèi)部導(dǎo)管80之間的同心性。在優(yōu)選實施例 中，如在圖5的剖面YY'處截取的剖視圖所示，可在給定平面中使用至 少三個間隔件以便支承第一外部導(dǎo)管40。
現(xiàn)在再次參見圖5,第一內(nèi)部導(dǎo)管80具有第一端(或開口端)82 和第二端84。第一端82是開口的且使得反應(yīng)劑可從第一內(nèi)部導(dǎo)管80 被排至第一外部導(dǎo)管40。第二端84與包含反應(yīng)劑的反應(yīng)劑源(未示出) 流體連通?？墒褂帽?、風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)裝置和閥(未示出)來調(diào)節(jié)進(jìn)入供 應(yīng)管線28內(nèi)的反應(yīng)劑的流量。
第一內(nèi)部導(dǎo)管80的第一端82被設(shè)置在與第一外部導(dǎo)管40的第一 端62相距約0. 5厘米至約IO厘米的位置處。在一個實施例中，所希 望的是將笫一內(nèi)部導(dǎo)管80的第一端82設(shè)置在與第一外部導(dǎo)管40的第 一端62相距約1厘米至約8厘米的位置處，特別是相距約2厘米至約 5厘米的位置處，且更特別是相距約2. 5厘米至約3厘米的位置處。
笫一內(nèi)部導(dǎo)管80優(yōu)選具有圓柱形剖面區(qū)域且包括能夠耐受流化 燃燒床系統(tǒng)的高溫以及侵蝕性和腐蝕性環(huán)境的材料。在一個實施例中， 希望該材料能夠耐受約500。F至約2， 200°F的溫度。典型的材料是不銹 鋼如SS309不銹鋼。
所希望的是，第一內(nèi)部導(dǎo)管80具有約2.5厘米至約IO厘米的內(nèi) 徑，特別是約4厘米至約8厘米的內(nèi)徑，且更特別是約5厘米至約7 厘米的內(nèi)徑。優(yōu)選的內(nèi)徑為約6.4厘米。所希望的是，第一內(nèi)部導(dǎo)管 80具有約2毫米至約10毫米的壁厚，特別是約4毫米至約8毫米的壁 厚，且更特別是約5毫米至約7毫米的壁厚。優(yōu)選的壁厚為約5毫米。
在典型實施例中，出口管道14可具有被相對地設(shè)置的兩根供應(yīng)管
13線，且反應(yīng)劑可通過所述供應(yīng)管線被排出以便降低NOx的水平。圖6示 意性地示出了通過出口管道14的相對的垂直壁部進(jìn)入出口管道14的 第一供應(yīng)管線28和第二供應(yīng)管線29。供應(yīng)管線28和29包括如上所述 的多個端口和多個間隔件。從圖6中可以看到，供應(yīng)管線28和供應(yīng)管 線29分別具有的相對的笫一端62和第一端63彼此之間存在物理連通。 第一供應(yīng)管線28和笫二供應(yīng)管線29分別具有的第二端84和85則與 包含反應(yīng)劑的反應(yīng)劑源流體連通。
笫二供應(yīng)管線包括與反應(yīng)劑源流體連通的第二內(nèi)部導(dǎo)管。其還包 括第二外部導(dǎo)管，所述第二外部導(dǎo)管包括用于接收第二內(nèi)部導(dǎo)管的第 一端或開口端。第二外部導(dǎo)管的相對端具有封閉端63。第二外部導(dǎo)管 與上述第一外部導(dǎo)管類似地包括用于將來自反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排 放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口。
在一個實施例中，反應(yīng)劑如氨或尿素以一種前進(jìn)的方式從反應(yīng)劑 源被注入內(nèi)部導(dǎo)管或各自的內(nèi)部導(dǎo)管(在使用相對的供應(yīng)管線的情況 下)內(nèi)。反應(yīng)劑可以是含水的反應(yīng)劑或者是無水反應(yīng)劑或者是包括氨 基的任何化學(xué)物。 一旦從內(nèi)部導(dǎo)管的第一外端中顯現(xiàn)出來，則反應(yīng)劑 被分布進(jìn)入介于外部導(dǎo)管和內(nèi)部導(dǎo)管之間的空間內(nèi)。在從端口或噴嘴 中顯現(xiàn)出來之后，反應(yīng)劑被均勻地分布進(jìn)入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)。如上 所述，反應(yīng)劑與NO,反應(yīng)以便形成氮?dú)夂退?br> 在一個實施例中，當(dāng)氨或氨基被用作反應(yīng)劑時，添加到排放氣體 物質(zhì)流中的反應(yīng)劑與空氣的體積比達(dá)約11%。氨與空氣的優(yōu)選體積比為 約5。
如上所述，如果需要，則可使用含水形式的反應(yīng)劑。水中氨的濃 度可達(dá)28wty。(重量百分比)。水中氨的濃度的優(yōu)選值為lwt%。
在一個實施例中，當(dāng)尿素被用作反應(yīng)劑時，添加到排放氣體物質(zhì) 流中的反應(yīng)劑與水的重量比達(dá)約14。尿素與水的優(yōu)選重量比為約1。 水中尿素的濃度可達(dá)45wt%。水中尿素的濃度的優(yōu)選值為lwt%。
在一個實施例中，氨基與NOx的標(biāo)準(zhǔn)摩爾化學(xué)計量比(NSR)達(dá)約 10;特別是為約O. 5至約3，且更特別是為約1至約2。優(yōu)選的NSR為 約1.5。
前述過程的有利之處在于，其使得反應(yīng)劑可被均勻地分布進(jìn)入排 放氣體物質(zhì)流內(nèi)。NO,還原系統(tǒng)的這種設(shè)計降低了其它因素的影響，所述其它因素例如包括顆粒物質(zhì)的量、混合時間、反應(yīng)劑在排放氣體物 質(zhì)流中的總滯留時間、排放氣體物質(zhì)流的密度、排放氣體物質(zhì)流的速
度等。前述設(shè)計降低了氨逃逸量，氨逃逸(ammonia slip)指的是留 駐在排放氣體物質(zhì)流18中的未在NOx的中和過程中消耗掉的未反應(yīng)的 氨所占的份數(shù)。
在一個實施例中，氨逃逸量被降低至小于或等于約百萬分之10 (10ppm)，特別是小于或等于約5ppm，且更特別是小于或等于約2ppm。
本發(fā)明的設(shè)計提供的另一優(yōu)點在于內(nèi)部導(dǎo)管被用作為供應(yīng)管線 提供剛度和硬度的來源。由于較冷的反應(yīng)劑氣體通過內(nèi)部導(dǎo)管，因此 內(nèi)部導(dǎo)管在50。F至650°F的低溫范圍下運(yùn)行，這保持了內(nèi)部導(dǎo)管的硬 度且起到了為供應(yīng)管線提供機(jī)械支承的作用。因此，當(dāng)供應(yīng)管線經(jīng)受 流化床燃燒系統(tǒng)的高溫時，供應(yīng)管線的扭曲被降至最小程度。此外， 這使得不需要精心設(shè)計插入式的支承結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)易于出現(xiàn)腐蝕、 侵蝕和高溫的不利效應(yīng)。
該設(shè)計提供的又一優(yōu)點是減輕了端口和/或噴嘴的腐蝕。端口和/ 或噴嘴在供應(yīng)管線28的下游側(cè)上的這種安放方式和取向是有利的，原 因在于這防止了被包含于排放氣體物質(zhì)流中的顆粒物質(zhì)對端口和/或 噴嘴形成堵塞。該設(shè)計延長了端口和/或噴嘴的壽命周期，因此有利于 減少由于維護(hù)所致的停機(jī)時間且有利于降低零部件更換的成本。
下面的實例僅起到示例性的作用，而不是限制性的，該實例示出 了本文所述的對實際發(fā)電設(shè)備中的NOx進(jìn)行還原的方法。 實例
該實例旨在證實這種系統(tǒng)的可4亍性。在East Kentucky發(fā)電站將 一種系統(tǒng)改型為標(biāo)稱功率達(dá)300MW的循環(huán)流化床鍋爐。出口管道的高 度為10英尺且供應(yīng)管線具有如圖4所示的空間布置。外部導(dǎo)管具有4 英寸的直徑且由不銹鋼(SS309 )制成。內(nèi)部導(dǎo)管具有2.5英寸的直徑 且同樣由不銹鋼(SS309 )制成。該系統(tǒng)使用的是圖4所示的相對設(shè)置 的供應(yīng)管線的構(gòu)型，以便將無水氨引入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)。第一內(nèi)部 導(dǎo)管的第一端被設(shè)置在與第一外部導(dǎo)管的第一端相距約2.54厘米的位 置處。外部導(dǎo)管的溫度在780。C至950。C的范圍內(nèi)變化。每根供應(yīng)管線 上的端口數(shù)量為6個端口。端口位于外部導(dǎo)管表面的下游側(cè)上且傾斜 角度9為45度。來自反應(yīng)劑源的氨與空氣的體積比被設(shè)定為5。 NSR為1.5。該系 統(tǒng)將N0x排放水平從0.1 lbs/mm Btu降至0.08 lbs/mm Btu，同時降 低了氨的消耗量，且將氨逃逸量從大于25ppm降至小于5ppm。
盡管結(jié)合典型實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)該理解可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下作出各種變化且可對其元 件進(jìn)行各種等效替代。此外，可根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)做出多種變型以便 適應(yīng)特定的情況或材料，而不會偏離本發(fā)明的本質(zhì)范圍。因此，本發(fā) 明旨在并不限于本文披露的作為用于實施本發(fā)明的最佳模式的特定實 施例。
權(quán)利要求
1、一種NOx還原系統(tǒng)，所述NOx還原系統(tǒng)包括與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所述第一內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一外部導(dǎo)管的所 述開口端被固定地附接到所述第一內(nèi)部導(dǎo)管的外表面上并與該外表面 緊密接觸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一外部導(dǎo)管40 具有約2.5厘米至約15厘米的內(nèi)徑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述端口位于所述第一外部導(dǎo)管的下游表面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中每個端口的中心軸線在 與所述第一外部導(dǎo)管的垂直于所述排放氣體物質(zhì)流的半徑成約40度至 約50度的角度下產(chǎn)生傾斜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述端口具有約0.635 厘米至約2. 5厘米的內(nèi)徑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述端口從所述第一外 部導(dǎo)管的外表面沿徑向向外延伸的距離為約0. 635厘米至約2. 5厘米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，進(jìn)一步包括被設(shè)置在所述第 一內(nèi)部導(dǎo)管與所迷第一外部導(dǎo)管之間且與所述第一內(nèi)部導(dǎo)管和所述第 --外部導(dǎo)管形成物理接觸的間隔件。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一外部導(dǎo)管包括 約3個至約12個端口 。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中端口密度為在其中設(shè) 置有所述還原系統(tǒng)的管道的每平方米的剖面面積上設(shè)置約15個至約 200個端口 。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一內(nèi)部導(dǎo)管的 開口端被設(shè)置在與所述第一外部導(dǎo)管的封閉端相距約0. 5厘米至約10 厘米的位置處。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一內(nèi)部導(dǎo)管具有約2.5厘米至約IO厘米的內(nèi)徑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)劑是氨基。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述反應(yīng)劑 源流體連通的第二內(nèi)部導(dǎo)管；和第二外部導(dǎo)管，所述第二外部導(dǎo)管包 括用于接收第二內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第二外部導(dǎo)管 包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端 o 。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的還原系統(tǒng)，其中所述第一外部導(dǎo)管的 所述封閉端與所述第二外部導(dǎo)管的所述封閉端存在物理連通。
16、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的N0x還原系統(tǒng)的制品。
17、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的N0x還原系統(tǒng)的制品。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的制品，其中所述制品是流化燃燒床系統(tǒng)。
19、 一種N0x還原系統(tǒng)，所述N0x還原系統(tǒng)包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括封閉端和開口端；所述開口端與反應(yīng)劑源流 體連通；所述導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣 體物質(zhì)流內(nèi)的端口 。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的N0x還原系統(tǒng)，其中所述端口位于所述外部導(dǎo)管的下游表面上。
21、 一種流化燃燒床系統(tǒng)，所述流化床燃燒系統(tǒng)包括 爐；與所述爐流體連通的固體分離器；所述爐包括旋渦溢流管；和 與所述旋渦溢流管流體連通的出口管道；所述出口管道具有位于 所述旋渦溢流管下游的N0,還原系統(tǒng)，所述N0x還原系統(tǒng)包括 與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和 第一外部導(dǎo)管，所述笫一外部導(dǎo)管包括用于接收所述內(nèi)部導(dǎo) 管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反 應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口 。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的流化燃燒床系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述 反應(yīng)劑源流體連通的第二內(nèi)部導(dǎo)管；和第二外部導(dǎo)管，所述第二外部 導(dǎo)管包括用于接收第二內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第二外 部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口；其中所述笫二外部導(dǎo)管與所述第一外部導(dǎo)管相對地被設(shè)置。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的流化燃燒床系統(tǒng)，其中所述第一外部 導(dǎo)管的所述封閉端與所述第二夕卜部導(dǎo)管的所述封閉端存在物理連通。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的流化燃燒床系統(tǒng)，其中所述出口管道 包括多個N0x還原系統(tǒng)。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的流化燃燒床系統(tǒng)，其中在所述出口管 道的每10英尺的線性高度上平均設(shè)置約1個至約5個N0,還原系統(tǒng)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的流化燃燒床系統(tǒng)，其中所述端口位于 所述第一外部導(dǎo)管和所述第二外部導(dǎo)管的下游表面上。
27、 一種方法，所述方法包括將來自反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑注入N0X還原系統(tǒng)內(nèi)，所述NO,還原系統(tǒng)包括與所述反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和 第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所述第一內(nèi) 部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所 述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口 ；并且 將所述反應(yīng)劑從所述端口排入所述排放氣體物質(zhì)流內(nèi)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑注入所述N0,還原系統(tǒng)內(nèi)，所述NOx還原系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述反應(yīng)劑源流體連通的第二內(nèi)部導(dǎo)管；和第二外部導(dǎo)管，所述第二外部導(dǎo)管包括用于接收第二內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第 二外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口；所述端口位于所述第二外部導(dǎo)管的下游表面上；其中所 述笫二外部導(dǎo)管與所述第一外部導(dǎo)管相對地被設(shè)置；并且將所述反應(yīng) 劑從所述端口排入所述排放氣體物質(zhì)流內(nèi)。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括使所述反應(yīng)劑與存 在于所述排放氣體物質(zhì)流中的N0x進(jìn)行反應(yīng)。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述排入步驟是在位于旋 渴溢流管下游的分離器的出口管道中實施的。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述反應(yīng)劑是氨基。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中氨基與N0,的標(biāo)準(zhǔn)摩爾化 學(xué)計量比為約0. 5至約3。
33、 一種使用根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法的制品。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種NO_x還原系統(tǒng)，所述NO_x還原系統(tǒng)包括與反應(yīng)劑源流體連通的第一內(nèi)部導(dǎo)管；和第一外部導(dǎo)管，所述第一外部導(dǎo)管包括用于接收所述第一內(nèi)部導(dǎo)管的開口端且包括封閉端；所述第一外部導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口。本發(fā)明還披露了一種NO_x還原系統(tǒng)，所述NO_x還原系統(tǒng)包括導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括封閉端和與反應(yīng)劑源流體連通的開口端；所述導(dǎo)管包括用于將來自所述反應(yīng)劑源的反應(yīng)劑排入排放氣體物質(zhì)流內(nèi)的端口；所述端口位于所述第一外部導(dǎo)管的下游表面上。
文檔編號F23L7/00GK101687142SQ200880024247
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者I·F·阿布杜拉利 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司