[发明专利]反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉

说明书

技术领域

大体而言，本发明涉及循环流化床锅炉，且更具体而言涉及用于减少有害燃烧产物的反应物使用率得到改良的循环流化床锅炉。

背景技术

燃烧含硫炭质化合物(尤其煤)会导致燃烧产物气体含有让人无法接收的高水平二氧化硫。二氧化硫是一种可适度溶于水及水成流体的无色气体。其主要是在燃烧含硫燃料或垃圾时形成。一旦释放到大气中，二氧化硫会慢慢反应而形成硫酸(H2SO4)、无机硫酸盐化合物及有机硫酸酯化合物。大气中的SO₂或H₂SO₄会导致有害的“酸雨”。

根据美国环境保护局，酸雨会导致湖泊及河流的酸化且致使损害高海拔树木及许多敏感森林土壤。另外，酸雨会加速建筑材料及油漆(包括不可替代的建筑、雕像及雕刻)的腐蚀。在降落到地面之前，SO₂及NO_x气体及其颗粒物质衍生物、及硫酸盐及硝酸盐还会致使能见度下降并危害公众健康。

用于除去二氧化硫的空气污染控制系统通常依靠所吸收的二氧化硫被碱中和成无机盐来防止硫排放到环境中。所述反应最常使用的碱包括方解或白云石灰石、浆液或快干及水合石灰、及来自Theodoric lime的工业用副产物及天然碱氢氧化镁。一旦被石灰石吸收，便可将SO₂俘获到现有的颗粒捕获设备(例如，静电除尘器或袋滤室)中。

循环流化床锅炉(CFB)利用煤灰及石灰石或类似碱组成的流化床来减少SO₂的排放。所述床可包括额外的微粒(例如，沙或耐火材料)。循环流化床锅炉可有效地减少SO₂及NO_x的排放。通常可减少92％的SO₂排放，但可减少高到98％。可将实现这种减少所需的Ca/S的化学计量比设计为约2.2。然而，由于非有效的混合，为实现所希望的SO₂俘获水平，常常将该比例增加至3.0。Ca/S的较高比例需要在所述过程中使用更多的石灰石，因而会增加运作成本。另外，非有效的混合会导致形成促使NO_x形成的燃烧“热点”。

因此，需要一种用于减少有害燃烧产物的反应物利用率得到改良而同时还可减少NO_x形成的循环流化床锅炉。

发明内容

本发明涉及一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉。所述循环流化床锅炉可包括循环流化床。所述循环流化床可包括密相床部分、毗邻于所述密相床部分的炉膛下部及炉膛上部分。所述循环流化床锅炉的密相床部分优选地保持在化学计量比以下(富燃料阶段)，且所述炉膛下部分优选地维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NO_x的形成。所述循环流化床锅炉还可包括：可减少废气中至少一种燃烧产物排放的反应物；多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床的下游以使反应物与废气在密相床上方的炉膛内混合，其中可减少用于减少燃烧产物排放所需的反应物的量；及返回系统，其用于将废气中的携带颗粒返回到循环流化床。

于一优选实施例中，所述反应物是选自由如下组成的群组：苛性碱、石灰、石灰石、飞灰、氧化镁、苏打灰、碳酸氢钠、碳酸钠、双碱、钠碱、及包括方解石(CaCO₃)、菱镁镍矿({Ni，Mg，Fe}CO₃)、菱镁矿(MgCO₃)、菱镉矿(CdCO₃)、菱锰矿(MnCO₃)、菱铁矿(FeCO₃)、菱锌矿(ZnCO₃)、菱钴矿(COCO₃)的方解石矿物群组及其混合物。优选地，该反应物是石灰石。

于另一实施例中，所述辅助空气注射口位于循环流化床锅炉的炉膛下部。所述空气注射口彼此可非对称地定位。所述辅助空气注射口可按照选自由如下组成的群组的方式来布置：对置直列式、对置交错式及其组合。优选地，所述辅助空气注射口定位在密相床上方的约10英尺与30英尺之间。所述辅助空气注射口可定位在炉膛中的出口气柱密度与密相床顶部密度的比例大于约0.7的高度处。此外，辅助空气注射口还可定位在炉膛中气体及颗粒密度大于出口气柱密度的约140％的高度处。

于一优选实施例中，当非对置布置时，每一辅助空气注射口的射流穿透深度大于炉膛宽度的约50％。所述喷流穿透可高出炉膛压力约15英尺水柱以上。此外，该射流穿透可高出炉膛压力约15英寸至40英寸水柱。优选地，所述辅助空气注射口将总气流的约10％至35％递送到锅炉。