(57)【要約】  大気汚染制御システムは、燃焼排気を受容し、そこから少なくとも１つの汚染物質を還元し、排気処理された燃焼排気を出力するように構成される、排気処理システムを含む。排気処理システムと流体連通状態にある第１の空気加熱器は、そこに導入された強制換気を、基準温度を上回って加熱し、それによって排気処理システムからの排気処理された燃焼排気を排気筒放出温度に冷却するための熱交換器を含む。そこから加熱された強制換気を受容するように、第１の空気加熱器と流体連通状態にある第２の空気加熱器は、そこに導入された強制換気をボイラ内で燃焼するための予熱温度に加熱し、それによってボイラから第２の空気加熱器に導入された燃焼排気を排気処理温度に冷却するための熱交換器を含む。第２の空気加熱器は、冷却された燃焼排気をそこへ導入するように、排気処理システムと流体連通状態にある。
2013506110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気汚染制御システムであって、
ａ）燃焼排気を受容し、そこから少なくとも１つの汚染物質を還元し、燃焼排気を排気処理された燃焼排気に変換するように構成される排気処理システムと、
ｂ）前記排気処理システムと流体連通状態にある第１の空気加熱器であって、そこに導入された強制換気を基準温度を上回って加熱するように構成される熱交換器であって、それによって前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に導入された前記排気処理システムからの排気処理された燃焼排気を排気筒放出温度に冷却するように構成される、熱交換器を含む、第１の空気加熱器と、
ｃ）そこから加熱された強制換気を受容するように、前記第１の空気加熱器と流体連通状態にある第２の空気加熱器であって、前記第２の加熱器は、そこに導入された強制換気をボイラで燃焼するための予熱温度に加熱するように構成される熱交換器であって、それによってボイラから前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に導入された燃焼排気を排気処理温度に冷却するように構成される熱交換器を含み、前記第２の空気加熱器は、冷却された燃焼排気をそこへ導入するように、前記排気処理システムと流体連通状態にある、第２の空気加熱器と、
を備える、大気汚染制御システム。
【請求項２】
第１の空気回路は、予熱された火床下換気をボイラに供給するように、前記第１および第２の空気加熱器によって画定され、第２の空気回路は、予熱された火炎上換気をボイラに供給するように、前記第１および第２の空気加熱器によって画定される、請求項１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項３】
前記第１の空気回路は、前記第１の空気回路を通して空気をボイラへ強制送風するために、前記第１の空気加熱器と流体連通状態にある強制通風ファンを含み、前記第２の空気回路は、前記第２の空気回路を通して空気をボイラへ強制送風するために、前記第１の空気加熱器と流体連通状態にある火炎上換気ファンを含む、請求項２に記載の大気汚染制御システム。
【請求項４】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＮＯＸを還元するように構成され、適合される、選択的触媒還元システムを含む、請求項１に記載の空気汚染制御システム。
【請求項５】
前記排気処理システムは、電気集塵装置および繊維性フィルタから成る群から選択される、前記排気処理システム内の燃焼排気から粒子状物質を削減するための構成要素を含む、請求項１に記載の空気汚染制御システム。
【請求項６】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＣＯを酸化するための触媒式ＣＯ制御システムを含む、請求項１に記載の空気汚染制御システム。
【請求項７】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＶＯＣを酸化するための触媒式ＶＯＣ制御システムを含む、請求項１に記載の空気汚染制御システム。
【請求項８】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気から複数の汚染物質を還元するように構成される複数汚染物質触媒反応炉を含む、請求項１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項９】
前記第１の空気加熱器は、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で入る燃焼排気を約２８０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の温度に冷却するように構成され、適合される、請求項１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１０】
前記第１の空気加熱器は、燃焼排気を約３２０°Ｆの温度まで冷却するように構成される、請求項９に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１１】
前記第２の空気加熱器は、約５５０°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲の温度で入る燃焼排気を約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度に冷却するように構成される、請求項１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１２】
前記第２の空気加熱器は、燃焼排気を約４５０°Ｆの温度に冷却するように構成される、請求項１１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１３】
前記第１の空気加熱器は、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲の温度で入る空気を約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度に加熱するように構成される、請求項１に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１４】
前記第２の空気加熱器は、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度で入る空気を約４７５°Ｆ〜約５５０°Ｆの範囲の温度に加熱するように構成される、請求項１３に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１５】
大気汚染制御システムであって、
ａ）約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で排気処理システム内に受容された燃焼排気から少なくとも１つの汚染物質を還元し、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で前記排気処理システムから排気処理された燃焼排気を出力するように構成される排気処理システムを備える、
大気汚染制御システム。
【請求項１６】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＮＯＸを還元するように構成され、適合される選択的触媒還元システムを含む、請求項１５に記載の空気汚染制御システム。
【請求項１７】
前記排気処理システムは、電気集塵装置および繊維性フィルタから成る群から選択される、前記排気処理システムの燃焼排気から粒子状物質を削減するための構成要素を含む、請求項１５に記載の空気汚染制御システム。
【請求項１８】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＣＯを酸化するための触媒式ＣＯ制御システムを含む、請求項１５に記載の大気汚染制御システム。
【請求項１９】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気からＶＯＣを酸化するための触媒式ＶＯＣ制御システムを含む、請求項１５に記載の空気汚染制御システム。
【請求項２０】
前記排気処理システムは、前記排気処理システム内の燃焼排気から複数の汚染物質を還元するように構成される複数汚染物質触媒反応炉を含む、請求項１５に記載の空気汚染制御システム。
【請求項２１】
前記排気処理システムは、前記複数汚染物質触媒反応炉の上流に集塵システムを含み、前記集塵システムは、前記複数汚染物質触媒反応炉に流れる燃焼排気からの粉塵を削減するように構成され、適合される、請求項２０に記載の大気汚染制御システム。
【請求項２２】
前記排気処理システムは、前記複数汚染物質触媒反応炉に流れる燃焼排気から粒子状物質を削減するために、前記複数汚染物質触媒反応炉の上流に構成要素を含み、前記構成要素は、電気集塵装置および繊維性フィルタから成る群から選択される、請求項２０に記載の空気汚染制御システム。
【請求項２３】
前記複数汚染物質触媒反応炉内のＮＯＸ還元のために、前記排気処理システムを通って流れる燃焼排気にアンモニアを注入するように構成されるアンモニア注入システムをさらに備える、請求項２０に記載の大気汚染制御システム。
【請求項２４】
前記複数汚染物質触媒反応炉は、約３６０°Ｆ〜５００°Ｆの範囲の温度で、そこに導入された燃焼排気からＮＯＸを還元し、ＣＯを酸化するように構成される、請求項２０に記載の大気汚染制御システム。
【請求項２５】
前記複数汚染物質触媒反応炉は、約４００°Ｆ〜４５０°Ｆの範囲の温度で、燃焼排気からＮＯＸを還元し、ＣＯを酸化するように構成される、請求項２０に記載の大気汚染制御システム。
【請求項２６】
前記複数汚染物質触媒反応炉は、ＣＯ酸化触媒から上流にＮＯＸ還元触媒を含む、請求項２０に記載の大気汚染制御システム。
【請求項２７】
大気汚染を削減するために燃焼排気を処理する方法であって、
ａ）第１の空気加熱器の熱交換器に空気を導入することであって、前記第１の空気加熱器の前記熱交換器は、燃焼排気と空気との間で熱を伝達するように構成されることと、
ｂ）前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に導入された排気処理された燃焼排気を冷却することによって、前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に導入された前記空気を加熱することと、
ｃ）前記第１の空気加熱器の前記熱交換器から第２の空気加熱器の熱交換器に空気を導入することであって、前記第２の空気加熱器の前記熱交換器は、燃焼排気と空気との間で熱を伝達するように構成されることと、
ｄ）ボイラから前記第２の空気加熱器の前記熱交換器内に導入された燃焼排気を冷却することによって、前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に導入された前記空気を加熱することと、
ｅ）前記第２の空気加熱器の前記熱交換器から冷却された燃焼排気を排気処理システムに導入することと、
ｆ）前記第２の空気加熱器から前記排気処理システムに導入された燃焼排気から少なくとも１つの汚染物質を還元することと、
ｇ）前記排気処理システムから前記第１の空気加熱器の前記熱交換器内に排気処理された燃焼排気を導入することと、
ｈ）前記第１の空気加熱器の前記熱交換器から冷却された排気処理された燃焼排気を放出することと、
を含む、燃焼排気を処理する方法。
【請求項２８】
空気を導入することと、空気を加熱すること、冷却された燃焼排気を導入すること、少なくとも１つの汚染物質を還元すること、排気処理された燃焼排気を導入すること、および冷却された排気処理された燃焼排気を放出することの前記ステップは、全て連続的に実施される、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項２９】
ａ）前記第２の空気加熱器の前記熱交換器から加熱された空気を燃焼のためにボイラ内に導入することと、
ｂ）前記ボイラからの燃焼排気を前記第２の空気加熱器の前記熱交換器内に導入することと、
をさらに含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３０】
前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に空気を導入する前記ステップは、第１のファンから第１の空気回路に空気を導入することと、第２のファンから第２の空気回路に空気を導入することと、を含み、前記第１の空気加熱器に導入された前記空気を加熱する前記ステップは、前記第１および第２の空気回路の中の空気を個別に加熱することを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３１】
前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に空気を導入する前記ステップは、前記第１および第２の空気回路から個別に空気を導入することを含み、前記第２の空気加熱器に導入された前記空気を加熱する前記ステップは、前記第１および第２の空気回路の中の空気を個別に加熱することを含む、請求項３０に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３２】
前記第１および第２の空気回路の中の空気を個別に前記第２の熱交換器からボイラ内へ導入することをさらに含む、請求項３１に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３３】
前記排気処理システムの中の燃焼排気から粉塵含有量を削減することをさらに含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３４】
前記排気処理システムを通過する燃焼排気から粒子状物質含有量を削減することをさらに含み、粒子状物質含有量を削減する前記ステップは、電気集塵装置および繊維性フィルタから成る群から選択される、前記排気処理システムの中の燃焼排気から粒子状物質を削減するための構成要素に燃焼排気を通過させることを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３５】
前記排気処理システムを通過する燃焼排気からＮＯＸを還元することをさらに含み、ＮＯＸを還元する前記ステップは、選択的触媒還元システムに燃焼排気を通過させることを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３６】
前記排気処理システムを通過する燃焼排気からＣＯを酸化することをさらに含み、ＣＯを酸化する前記ステップは、触媒式ＣＯ制御システムに燃焼排気を通過させることを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３７】
前記排気処理システムを通過する燃焼排気からＶＯＣを酸化することをさらに含み、ＶＯＣを酸化する前記ステップは、触媒式ＶＯＣ制御システムに燃焼排気を通過させることを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３８】
前記排気処理システムを通過する燃焼排気から複数の汚染物質を還元することをさらに含み、複数の汚染物質を還元する前記ステップは、複数汚染物質触媒反応炉に燃焼排気を通過させることを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項３９】
前記第１の空気加熱器に導入された空気を加熱する前記ステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に入る燃焼排気を約２８０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の温度に冷却することを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４０】
前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に入る燃焼排気を冷却する前記ステップは、前記燃焼排気を約３２０°Ｆの温度に冷却することを含む、請求項３９に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４１】
前記第２の空気加熱器に導入された空気を加熱する前記ステップは、約５５０°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲の温度で前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に入る燃焼排気を約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度に冷却することを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４２】
前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に入る燃焼排気を冷却する前記ステップは、前記燃焼排気を約４５０°Ｆの温度に冷却することを含む、請求項４１に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４３】
前記第１の空気加熱器に導入された前記空気を加熱する前記ステップは、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲の温度で前記第１の空気加熱器の前記熱交換器に入る空気を約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度に加熱することを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４４】
前記第２の空気加熱器に導入された前記空気を加熱する前記ステップは、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度で前記第２の空気加熱器の前記熱交換器に入る空気を約４７５°Ｆ〜約５５０°Ｆの範囲の温度に加熱することを含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの汚染物質を還元する前記ステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で前記排気処理システムに燃焼排気を導入することと、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で前記排気処理システムから排気処理された燃焼排気を放出することとを含み、前記排気処理システムは、前記排気処理システムの中の燃焼排気から複数の汚染物質を還元するように構成された複数汚染物質触媒反応炉を含む、請求項２７に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４６】
少なくとも１つの汚染物質を還元する前記ステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で前記複数汚染物質触媒反応炉に入る燃焼排気流からＮＯＸを還元し、ＣＯを酸化することを含む、請求項４５に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４７】
少なくとも１つの汚染物質を還元する前記ステップは、約４００°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲の温度で前記複数汚染物質触媒反応炉に入る燃焼排気流からＮＯＸを還元し、ＣＯを酸化することを含む、請求項４６に記載の燃焼排気を処理する方法。
【請求項４８】
大気汚染制御システムであって、
ａ）燃焼排気を受容し、そこから少なくとも１つの汚染物質を還元し、燃焼排気を排気処理された燃焼排気に変換するように構成される排気処理システムと、
ｂ）前記排気処理システムと流体連通状態にある第１の加熱器であって、そこに導入された強制流体を基準温度を上回って加熱するように構成される熱交換器であって、それによって前記第１の加熱器の前記熱交換器に導入された、前記排気処理システムからの排気処理された燃焼排気を排気筒放出温度に冷却するように構成される熱交換器を含む、第１の加熱器と、
ｃ）そこに導入された強制換気をボイラで燃焼するための予熱温度に加熱するように構成される熱交換器を含む第２の加熱器であって、それによってボイラから前記第２の加熱器の前記熱交換器に導入された燃焼排気を排気処理温度に冷却するように構成される熱交換器を含む第２の加熱器であって、前記第２の加熱器は、冷却された燃焼排気をそこに導入するように、前記排気処理システムと流体連通状態にある、第２の加熱器と、
を備える、大気汚染制御システム。
【請求項４９】
前記第１の加熱器の前記熱交換器は、水と排気処理された燃焼排気との間で熱を交換するように構成される、請求項４８に記載の大気汚染制御システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景技術〕
本願は、２００９年９月２５日に出願された米国特許出願第１２／５６７，０７０号の優先権の利益を主張し、当該出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、大気汚染制御に関し、より具体的には、そこからの汚染排出を削減するために燃焼排気を処理することに関する。
【０００３】
〔関連出願の相互参照〕
例えば、ボイラから排出される燃焼排気等の排気および燃焼排気における汚染を制御するための技術分野において、多種のデバイスが知られている。そのようなデバイスの中で、多くは、燃焼排気を大気に放出する前に、燃焼排気からのＮＯＸ、ＣＯ、ＶＯＣ等を還元することに関する。何年にもわたってＮＯＸ、ＣＯおよびＶＯＣ排出削減のために共通して利用されている技術は、例えば燃焼排気の再循環または火炎上換気によって、燃焼プロセスそのものを修正することであった。しかし、こうした技術を施した結果は概して期待に沿うものではない（ＮＯｘ除去の効率は５０％以下である）ことがわかってきたことから、昨今では、代わって、種々の燃焼排気の脱窒プロセス（燃焼排気が大気中に排出される前の、燃焼排気からの窒素の除去プロセス）が注目されるようになった。
【０００４】
燃焼排気の脱窒プロセスは、吸収技術を利用するいわゆる「湿式」法および、それとは別の、吸収技術、触媒分解、および／または触媒還元に依存する「乾式」法に分類される。現在、広く実施されている脱窒プロセスは選択触媒還元（ＳＣＲ）であり、これは、反応物質（例えば、ＮＨ３）の導入により、ＮＯｘを、無害な反応生成物、例えば窒素および水に変化させて還元させる「乾式」脱窒方法である。ＳＣＲプロセス内の還元プロセスは、以下の化学反応によって定式化される：
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
酸化触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）および／またはいわゆる揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の酸化を発生させるために使用することができる。例示的な酸化触媒は、貴金属酸化触媒である。ＣＯ／ＶＯＣ酸化触媒は、次の反応式によると、ＣＯをＣＯ２に変換するために、燃焼排気の中の未反応の酸素を使用して、試薬を用いることなく作用することができる。
【０００５】
ＣＯ＋1/2Ｏ２−−−−＞ＣＯ２
ＳＣＲに関する技術のために、ＳＣＲプロセスを実行するための装置を物理的にどこに配置するかの決定には、多少の柔軟性がある。言い換えると、ＳＣＲプロセスの化学反応は、全体の燃焼システム内の特定の段階または部位で行われる必要はない。２つの最も一般的な配置部位は、システム全体の最中（すなわち、空気加熱器から上流の「高温側」上）、またはシステム全体のいわゆる「末尾」または低粉塵部分（すなわち、空気加熱器から下流の「低温側」上）である。
【０００６】
残念ながら、高温側および低温側の両方のＳＣＲ設置に関し、産業的な環境において、大きな問題が生じている。例えば、高温側のＳＣＲプロセスは、薪を燃料とする燃焼器の使用にとって最適ではない。これは、薪内部に存在する灰分は、ＳＣＲプロセス中の毒性のために触媒を損傷させ得る、アルカリを含有するためである。低温側のＳＣＲプロセスは、特定の物質が触媒に到達する前に削除されるのでこの不都合を回避するが、間接的熱交換器に対する依存性のために、熱非効率に悩まされる。
【０００７】
バイオマス燃焼プラントにおいてＳＣＲシステムを使用するには、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ等）化合物等、燃焼排気の中で運ばれる損傷化合物に対するＳＣＲ触媒の露出を制限するために、特定の制御デバイスの後にＳＣＲシステムを配置することが必要である。これらの化合物からの損傷を抑制するために、バイオマス燃焼プラントのＳＣＲシステムは典型的に、燃焼排気温度が２８０°Ｆ〜３８０°Ｆの範囲にある、プラントの「末尾」に配置される。この低温範囲において、ＳＣＲシステムは、十分なＳＣＲ触媒活性を可能にする、典型的に４３０°Ｆ〜６００°Ｆの温度範囲に燃焼排気の温度を上昇させるために、典型的に気体燃焼および／または油燃焼バーナからである、何らかの補助源からの熱入力を必要とする。しかしながら、追加の熱入力は、プラントの効率性に与えるＳＣＲシステムの影響を抑制するために、回収されなければならない。バイオマス燃焼プラントのＳＣＲシステムに対しては、以下に記載するように２つの手法が使用されてきた。
【０００８】
第１に、従来の「末尾」ＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒の前に燃焼排気温度を上昇させるように、燃焼排気管の中の燃焼器または蒸気コイル等の補助加熱入力デバイスを使用する。回収熱交換器（復熱装置）は、典型的に、ＳＣＲを出る燃焼排気蒸気からの熱を補助加熱入力デバイスの前の燃焼排気蒸気に伝達することによって、補助加熱入力の６０％〜７０％だけを回収する（より大きい回収のためには、指数的に上昇するコストによって制限される）。その低い熱回収に加えて、従来の「末尾」ＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒および回収熱交換器を通じて圧力低下を克服するために、典型的にはブースタファンである、有意なさらなるファン駆動力を必要とする。
【０００９】
第２の代替は、ＳＣＲ触媒のために燃焼排気温度を上昇させるために必要な熱の９５％以上を回収するように、補助加熱入力および熱回収（蓄熱式媒体）を小型のモジュール式ＳＣＲシステムに統合する、再生式ＳＣＲ（ＲＳＣＲ）技術である。ＲＳＣＲ技術は、従来の「末尾」ＳＣＲシステムよりもコスト効率が高く、有効なＮＯＸ制御技術であることが実証されている。
【００１０】
そのような従来の方法およびシステムは概して、それらの意図する目的のためには十分であると考えられてきた。そうではあっても、当技術分野において向上した性能に対する継続的な必要性が存在する。例えば、ＲＳＣＲ技術は従来の「末尾」ＳＣＲよりも優れているが、少なくとも何らかの補助加熱入力を依然として必要とする。当技術分野において、補助加熱入力に対する必要性を削減または排除することができるシステムおよび方法に対する必要性が依然として存在する。また、当技術分野において、汚染制御システムを通じて圧力低下を削減することができるそのようなシステムおよび方法に対する必要性も存在する。本発明は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【００１１】
〔発明の概要〕
本発明は、新規かつ有用な大気汚染制御システムに関する。システムは、燃焼排気を受容し、そこから少なくとも１つの汚染物質を還元し、燃焼排気を排気処理された燃焼排気に変換するように構成される排気処理システムを含む。第１の空気加熱器は、排気処理システムと流体連通状態にある。第１の空気加熱器は、そこに導入された強制換気を、基準温度を上回って加熱するように構成される熱交換器であって、それによって、第１の空気加熱器の熱交換器に導入された排気処理システムからの排気処理された燃焼排気を排気筒排出温度に冷却するように構成される、熱交換器を含む。第２の空気加熱器は、そこから加熱された強制換気を受容するように、第１の空気加熱器と流体連通状態にある。第２の空気加熱器は、そこに導入された強制換気をボイラ内で燃焼するための予熱温度に加熱するように構成される熱交換器であって、ボイラから第２の空気加熱器の熱交換器に導入された燃焼排気を排気処理温度に冷却するように構成される、熱交換器を含む。第２の空気加熱器は、冷却された燃焼排気をそこへ導入するように、排気処理システムと流体連通状態にある。
【００１２】
所定の実施形態によると、第１の空気回路は、予熱された火床下換気をボイラに供給するように、第１および第２の空気加熱器によって画定され、第２の空気回路は、予熱された火炎上換気をボイラに供給するように、第１および第２の空気加熱器によって画定される。第１の空気回路は、第１の空気回路を通して空気をボイラへ強制送風するように、第１の空気加熱器と流体連通状態にある強制通風ファンを含むことができ、第２の空気回路は、第２の空気回路を通して空気をボイラへ強制送風するように、第１の空気加熱器と流体連通状態にある火炎上換気ファンを含むことができる。
【００１３】
また、排気処理システムは、排気処理システム内の燃焼排気からＮＯＸを還元するように構成され、適合される選択触媒還元システムを含むことができると考えられる。排気処理システムは、電気集塵装置、繊維性フィルタ、または排気処理システム内の燃焼排気から粒子状物質を還元するための任意の他の好適な構成要素を含むことができる。また、排気処理システムは、排気処理システム内の燃焼排気からＣＯを酸化するための触媒ＣＯ制御システム、および／または排気処理システム内の燃焼排気からＶＯＣを酸化するための触媒ＶＯＣ制御システムを含むことができると考えられる。排気処理システムは、排気処理システム内の燃焼排気から複数の汚染物質を還元するように構成される複数汚染物質触媒反応炉を含むことができる。
【００１４】
所定の実施形態によると、第１の空気加熱器は、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の入口温度で入る燃焼排気を、約２８０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の出口温度に冷却するように構成し、適合させることができる。第１の空気加熱器は、燃焼排気を約３２０°Ｆの温度に冷却するように構成することができる。第１の空気加熱器は、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲の温度、例えば、大気温度で入る空気を、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度に加熱するように構成することができる。第１の空気加熱器は、約７０°Ｆの温度で入る空気を約２７０°Ｆの温度に加熱するように構成することができることが考えられる。
【００１５】
また、第２の空気加熱器は、約５５０°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲の温度で入る燃焼排気を約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度に冷却するように構成することができると考えられる。第２の空気加熱器は、燃焼排気を約４５０°Ｆの温度に冷却するように構成することができる。第２の空気加熱器は、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度で入る空気を約４７５°Ｆ〜約５５０°Ｆの範囲の温度に加熱するように構成することができる。例えば、第２の空気加熱器は、約２７０°Ｆの温度で入る空気を約５００°Ｆの温度に加熱するように構成することができる。
【００１６】
本発明は、大気汚染制御システムも提供する。システムは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で排気処理システム内に受容された燃焼排気から少なくとも１つの汚染物質を還元するように構成された排気処理システムであって、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で排気処理システムから排気処理された燃焼排気を出力するように構成された排気処理システムを備える。
【００１７】
所定の実施形態において、排気処理システムは、複数汚染物質触媒反応炉を含む。排気処理システムは、複数汚染物質触媒反応炉の上流に集塵システムを含むことができる。集塵システムは、複数汚染物質触媒反応炉へ流れる燃焼排気から粉塵を削減するように構成され、適合される。複数汚染物質触媒反応炉は、ＣＯ酸化触媒から上流にＮＯＸ還元触媒を含むことができる。排気処理システムは、複数汚染物質触媒反応炉へ流れる燃焼排気から粒子状物質を削減するために、複数汚染物質触媒反応炉の上流に構成要素を含むことができ、構成要素は、電気集塵装置、繊維性フィルタ、または任意の他の好適な構成要素である。排気処理システムは、複数汚染物質触媒反応炉内のＮＯＸ還元のために、排気処理システムを通って流れる燃焼排気に、アンモニア等の還元剤を注入するように構成される注入システムを含むことができる。
【００１８】
また、第１の加熱器は、第１の空気加熱器に加えて、または代わりに使用することができると考えられる。第１の加熱器は、そこに導入された強制流体を基準温度を上回って加熱するように構成される熱交換器であって、それによって、第１の加熱器の熱交換器に導入された排気処理システムからの排気処理された燃焼排気を排気筒放出温度に冷却するように構成される、熱交換器を含む。第１の加熱器の熱交換器は、水と排気処理された燃焼排気との間で熱を交換するように構成することができる。
【００１９】
本発明はまた、大気汚染を削減するために燃焼排気を処理する方法を提供する。本方法は、第１の空気加熱器の熱交換器に空気を導入するステップであって、第１の空気加熱器の熱交換器は、燃焼排気と空気との間で熱を伝達するように構成される、ステップと、第１の空気加熱器の熱交換器内に導入された排気処理された燃焼排気を冷却することによって、第１の空気加熱器の熱交換器内に導入された空気を加熱するステップと、を含む。本方法はまた、第１の空気加熱器の熱交換器から第２の空気加熱器の熱交換器内へ空気を導入することであって、第２の空気加熱器の熱交換器は、燃焼排気と空気との間で熱を伝達するように構成されることと、ボイラから第２の空気加熱器の熱交換器内へ導入された燃焼排気を冷却することによって、第２の空気加熱器の熱交換器内へ導入された空気を加熱することと、を含む。本方法は、第２の空気加熱器の熱交換器から排気処理システムへ冷却された燃焼排気を導入するステップと、第２の空気加熱器から排気処理システム内へ導入された燃焼排気から少なくとも１つの汚染物質を還元するステップと、を含む。本方法はまた、排気処理システムから第１の空気加熱器の熱交換器内へ排気処理された燃焼排気を導入することと、第１の空気加熱器の熱交換器から冷却された排気処理された燃焼排気を放出することとを含む。
【００２０】
所定の実施形態において、空気を導入するステップ、空気を加熱するステップ、冷却された燃焼排気を導入するステップ、少なくとも１つの汚染物質を還元するステップ、排気処理された燃焼排気を導入するステップ、および冷却された排気処理された燃焼排気を放出するステップは全て連続的に実施される。本方法はさらに、第２の空気加熱器の熱交換器から加熱された空気を燃焼のためにボイラ内に導入するステップと、ボイラから第２の空気加熱器の熱交換器内へ燃焼排気を導入するステップとを含むことができる。
【００２１】
第１の空気加熱器の熱交換器内へ空気を導入するステップは、第１のファンから第１の空気回路内へ空気を導入することと、第２のファンから第２の空気回路内へ空気を導入することとを含むことができると考えられる。第１の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、第１および第２の空気回路の空気を個別に加熱することを含むことができる。第２の空気加熱器の熱交換器内へ空気を導入するステップは、第１および第２の空気回路から空気を個別に導入することを含むことができる。第２の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、第１および第２の空気回路内の空気を個別に加熱することを含むことができる。本方法はさらに、第１および第２の空気回路内の空気を個別に第２の熱交換器からボイラ内に導入するステップを含む。
【００２２】
所定の実施形態によると、本方法はさらに、排気処理システム内の燃焼排気から粉塵含有量を削減することを含む。排気処理システムを通過する燃焼排気から粒子状物質含有量を削減するためのステップを含むことができ、粒子状物質含有量を削減するステップは、電気集塵装置、繊維性フィルタ、または任意の他の好適な構成要素から成る群から選択される、排気処理システム内の燃焼排気から粒子状物質を削減するための構成要素に燃焼排気を通過させることを含む。
【００２３】
本方法は、排気処理システムを通過する燃焼排気からＮＯＸを還元することを含み、ＮＯＸを還元するステップは、選択触媒還元システムに燃焼排気を通過させることを含む。排気処理システムを通過する燃焼排気からＣＯを酸化するためのステップを含むことができ、ＣＯを酸化するステップは、触媒ＣＯ制御システムに燃焼排気を通過させることを含む。また、排気処理システムを通過する燃焼排気からＶＯＣを酸化するためのステップを含むことができ、ＶＯＣを酸化するステップは、触媒ＶＯＣ制御システムに燃焼排気を通過させることを含むことが考えられる。本方法は、排気処理システムを通過する燃焼排気から複数の汚染物質を還元することを含み、複数の汚染物質を還元するステップは、複数汚染物質触媒反応炉に燃焼排気を通過させることを含む。
【００２４】
第１の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で第１の空気加熱器の熱交換器に入る燃焼排気を約２８０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の温度に冷却することを含むことができる。第１の空気加熱器の熱交換器に入る燃焼排気を冷却するステップは、燃焼排気を約３２０°Ｆの温度に冷却することを含むことができる。第１の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲の温度で第１の空気加熱器の熱交換器に入る空気を約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度に加熱することを含むことができる。例えば、第１の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約７０°Ｆの温度で第１の空気加熱器の熱交換器に入る空気を約２７０°Ｆの温度に加熱することを含むことができる。
【００２５】
第２の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約５５０°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲の温度で第２の空気加熱器の熱交換器に入る燃焼排気を約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度に冷却することを含むことができる。第２の空気加熱器の熱交換器に入る燃焼排気を冷却するステップは、燃焼排気を約４５０°Ｆの温度に冷却することを含むことができる。第２の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度で第２の空気加熱器の熱交換器に入る空気を約４７５°Ｆ〜約５５０°Ｆの範囲の温度に加熱することを含むことができる。例えば、第２の空気加熱器内に導入された空気を加熱するステップは、約２７０°Ｆの温度で第２の空気加熱器の熱交換器に入る空気を約５００°Ｆの温度に加熱することを含むことができる。
【００２６】
所定の実施形態によると、少なくとも１つの汚染物質を還元するステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で排気処理システム内に燃焼排気を導入することと、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で排気処理システムから排気処理された燃焼排気を放出することとを含み、排気処理システムは、排気処理システム内の燃焼排気から複数の汚染物質を還元するように構成される複数汚染物質触媒反応炉を含む。少なくとも１つの汚染物質を還元するステップは、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で、複数汚染物質触媒反応炉に入る燃焼排気流から、ＮＯＸを還元することと、ＣＯを酸化することとを含むことができる。少なくとも１つの汚染物質を還元するステップは、約４００°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲の温度で、複数汚染物質触媒反応炉に入る燃焼排気流から、ＮＯＸを還元することと、ＣＯを酸化することとを含むことができる。
【００２７】
本発明のシステムおよび方法のこれらおよび他の特徴が、図面と併せて考慮される、以下の発明を実施するための好適な形態の詳細説明から、より容易に当業者に明らかとなるであろう。
【００２８】
〔図面の簡単な説明〕
本発明に関する当業者が、過度な実験を行うことなく、本発明のデバイスおよび方法の作成および使用手順を容易に理解するように、その好ましい実施形態が、所定の図面を参照して以下に詳細に説明される。
[図１]本発明に従い作製される大気汚染制御システムの例示的実施形態の模式図であって、火炎上および火床下換気回路、ならびに熱交換器および排気処理システムを通る燃焼排気の回路を示す。
[図２]本発明に従い作製される複数汚染物質触媒反応炉の例示的実施形態の模式図であって、燃焼排気から複数の汚染物質を還元するための触媒床を示す。
【００２９】
〔発明を実施するための形態〕
ここで、同様の参照番号が本発明の類似の構造的特徴または態様を特定する、図面を参照する。説明および例示の目的であって、制限の目的ではなく、本発明に従う大気汚染制御システムの例示的実施形態の部分的図面が図１に示され、概して参照番号１００によって指定される。本発明に従う大気汚染制御システムの他の実施形態、またはそれらの態様は、後述するように、図２に提供される。本発明のシステムおよび方法は、大気汚染を削減し、例えば、バイオマス燃料および／または他の燃料を燃料とする動力装置および／または熱装置の熱効率を増加するために使用することができる。
【００３０】
ここで図１を参照すると、システム１００は、ボイラ１０２を含み、例えば、マサチューセッツ州ＷｏｒｃｅｓｔｅｒのＲｉｌｅｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｃ．から市販されているＲｉｌｅｙ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｔｏｋｅｒ（商標）等のストーカにすることができる。ボイラは代わりに、流動床ボイラ、バブリング流動床ボイラ、ガス化ボイラ、または任意の他の好適な種類のボイラであり得る。排気処理システム１０１は、ボイラ１０２から冷却された燃焼排気を受容し、そこから少なくとも１つの汚染物質を還元して、冷却された燃焼排気を排気処理された燃焼排気に変換する。排気処理システム１０１の個々の構成要素は、以下に詳細を記載する。
【００３１】
第１の空気加熱器１１０は、排気処理システム１０１と流体連通状態にある。第１の空気加熱器１１０は、強制送風ファン１２６および火炎上換気ファン１２４によって導入された強制換気を比較的低温、例えば、大気温度から、上昇した温度へ加熱する、熱交換器を含む。ファン１２４および１２６によって導入された空気は典型的に多数の用途において、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲の温度、例えば大気温度を有し、この空気は典型的に、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度に加熱される。冷却ファンの利点は、従来の構成に比較して低めの電力消費にある。例えば、ファン１２４および１２６によって導入された空気は、７０°Ｆの周囲の温度を有することができ、この空気は、第１の空気加熱器１１０の熱交換器内で２７０°Ｆの周囲の温度に加熱することができる。このプロセスのための熱は、排気処理システム１０１から、第１の空気加熱器１１０によって受容される排気処理された燃焼排気によって提供される。第１の空気加熱器１１０の熱交換器はこれによって、排気処理システム１０１からの排気処理された燃焼排気を排気筒放出温度に冷却する。例えば、排気処理された燃焼排気は、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で、排気処理システム１０１から第１の空気加熱器１１０へ導入することができる。第１の空気加熱器１１０の熱交換器は、排気処理された燃焼排気を、排気筒１２８からの排気に十分な冷温、例えば、約３２０°Ｆのような約２８０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の温度に冷却することができる。図１において、第１の空気加熱器１１０内へおよび外へ通る排気処理された燃焼排気の流れは、太い矢印によって模式的に表され、ファン１２４および１２６から第１の空気加熱器１１０内および外への空気の流れは、細い矢印によって表される。
【００３２】
ファン１２４および１２６は、２つの空気加熱器１１０および１１２を通る必要な空気流を加熱された空気流の使用点まで移動させるために、十分な圧力低下対応容量を提供するように有利に寸法が決定される。典型的に、火炎上換気ファン１２４は、強制通風ファン１２６の圧力低下対応容量の２倍以上の容量を有することができ、空気流の量は、ファン１２４および１２６両方を通じてほぼ同じである。従来のボイラとは異なり、空気移動ファン１２４および１２６の両方は、大気温度の空気、典型的には屋外からの空気を引き込み、空気加熱器１１０および１１２の各々を通過させる。強制通風ファンが典型的に従来の空気加熱器ユニットに換気流（火床下換気および火炎上換気要件に対する十分な換気流）を全て通過させ、火炎上換気ファンが従来の空気加熱器ユニットからの加熱された空気の一部の圧力を上昇させる、従来のボイラに比較すると、分割型空気加熱器設計の空気移動ファン１２４および１２６は、より低い駆動要件を有し、特に強制通風ファン１２６に対する、プラントの運用コストを削減する。
【００３３】
第２の空気加熱器１１２は、そこから加熱された強制換気を受容するように、第１の空気加熱器１１０と流体連通状態にある。第２の空気加熱器１１２は、そこに導入された強制換気をボイラ１０２内で燃焼するための予熱温度に加熱するように構成される熱交換器であって、ボイラ１０２から、例えば、ボイラのエコノマイザから、第２の空気加熱器１１２の熱交換器に導入された燃焼排気を排気処理温度に冷却するように構成される、熱交換器を含む。第２の空気加熱器１１２は、冷却された燃焼排気をそこへ導入するように、排気処理システム１０１と流体連通状態にある。図１において、第２の空気加熱器１１２内および外への燃焼排気の流れは、太い矢印によって模式的に表され、第２の空気加熱器１１２内および外への強制換気の流れは、細い矢印によって表される。第１の空気加熱器１１０および第２の空気加熱器１１２内の気流に伝達される熱の量は、従来の空気加熱器内で伝達される熱の量に類似する。
【００３４】
燃焼排気は、約５５０°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲の温度で、ボイラ１０２から第２の空気加熱器１１２へ導入することができ、燃焼排気を約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度に冷却することができる。例えば、第２の空気加熱器１１２は、ボイラ１０２から、約６００°Ｆの温度で入る燃焼排気を、約４５０°Ｆの出口温度に冷却することができる。約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆは、排気処理システム１０１に導入するために好適な温度範囲である。強制換気に関して、第２の空気加熱器１１２は、約２５０°Ｆ〜約３００°Ｆの範囲の温度で入る空気を約４７５°Ｆ〜約５５０°Ｆの範囲の出口温度に加熱することができる。例えば、第２の空気加熱器１１２は、約２７０°Ｆの温度で入る空気を約５００°Ｆの温度に加熱することができる。このように、両方の空気加熱器１１０および１１２を通過する強制換気は、ボイラ１０２に到達する前に有意に予熱され、熱効率を改善する。
【００３５】
続けて図１を参照すると、システム１００は、２つの個別の強制換気回路を維持する。第１の空気回路１０６は、予熱された火床下換気をボイラ１０２に供給するために、第１および第２の空気加熱器１１０および１１２を通して画定される。第２の空気回路１０４は、予熱された火炎上換気をボイラ１０２に供給するために、第１および第２の空気加熱器１１０および１１２を通して画定される。第１の空気回路１０６は、第１の空気回路１０６を通して空気をボイラ１０２へ強制送風するために、第１の空気加熱器１１０と流体連通状態にある強制通風ファン１２６を含む。第２の空気回路１０４は、第２の空気回路１０４を通して空気をボイラ１０２へ強制送風するために、第１の空気加熱器１１０と流体連通状態にある火炎上換気ファン１２４を含む。
【００３６】
燃焼排気流は、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの温度範囲内で第２の空気加熱器１１２を出るので、ＮＯＸ還元、ならびに必要に応じてＣＯおよび／またはＶＯＣ酸化のためにＳＣＲシステム内の十分な触媒活性が存在する。従来の空気加熱器を備えるシステムにおいて、そのような燃焼排気出口の高温範囲は、典型的に、残存する有用な熱をプラントに回収する有効な手段が存在しないため、低いプラント効率を示すことになる。分割式空気加熱器設計における第１の空気加熱器１１０の配置は、燃焼排気から残存する有用な熱を効率的かつ経済的に回収する。
【００３７】
続けて図１を参照すると、排気処理システム１０１は、集塵システム１１４、誘引通風ファン１１６、電気集塵装置１１８、アンモニア注入システム１２２、および複数汚染物質触媒還元システム（ＭＰＣＲ）１２０を含む。集塵システム１１４は、粉塵がそうでなければ問題となる排気処理システム１０１の残りに入る前に、燃焼排気から粉塵を削減するために、排気処理システム１０１の他の構成要素の上流に位置付けられる。集塵システム１１４は、第２の空気加熱器１１２から燃焼排気流を受容し、燃焼排気流内の粒子状物質の一部、典型的には粒子状物質のより粗い部分を削除し、より低いがより細かい粒子状物質濃度を含む燃焼排気流をプラントの誘引通風ファン１１６へ放出するために使用される機械式集塵装置を含む。
【００３８】
誘引通風ファン１１６は、システム構成要素および接続配管を通して燃焼排気を移動させ、すなわち、ボイラ１０２からエコノマイザを通して、第２の空気加熱器１１２を通して、および集塵システム１１４を通して燃焼排気を引き出し、電気集塵装置１１８、ＭＰＣＲ１２０（存在する場合ＣＯ触媒を含む）、および第１の空気加熱器１１０を通して燃焼排気を押し出す。ＲＳＣＲまたは従来の「末尾」ＳＣＲシステムを備えるプラントに比較して、システム１００の分割式空気加熱器およびＳＣＲシステム配置は、燃焼排気流内のブースタファンに対する必要性を排除し、燃焼排気を移動するために全体的により少ないファン駆動力を要求する。燃焼排気は、特に配置のＳＣＲ部分内で、燃焼排気経路を通じてより低い圧力低下に起因して、等しい場合により多くのファン駆動力を要求する、従来のプラントよりも高い温度で誘引通風ファン１１６に入るが、要求される燃焼排気ファン駆動力は全体的に削減される。誘引通風ファン１１６の位置は、電気集塵装置１１８の上流または下流であろうと、重要ではないが、電気集塵装置１１８の陽圧を維持するために、誘引通風ファン１１６が上流にあることは利点である。当業者は、集塵システム１１４および誘引通風ファン１１６が、それぞれの目的のための任意の典型的な構成要素を含むことができ、所与の用途に好適な任意の他のシステムで削除または置換されてもよいことを容易に理解するであろう。
【００３９】
電気集塵装置１１８は、燃焼排気がＭＰＣＲ１２０に入る前に、燃焼排気から粒子状物質を削減して、非常に低い粒子状物質濃度にする。例えば、電気集塵装置１１８は、粒子状物質排出を約０．０１０〜０．０１２ｌｂ／ＭＢｔｕのレベルまで制御するために使用することができる。電気集塵装置１１８を通って流れる燃焼排気の温度は、従来のプラントよりも高く、より多量の燃焼排気流に対応するためにより大型容量の電気集塵装置を示唆するが、電気集塵装置の容量が増加しても、あるとしても関連の機器コストは比較的小さい。当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、電気集塵装置１１８の代わりに、またはこれに加えて、繊維性フィルタ、または排気処理システムの燃焼排気からの粒子状物質を削減するための任意の他の好適な構成要素を使用する場合があることを容易に理解するであろう。
【００４０】
排気処理システム１０１は、典型的な集塵、誘引通風ファン、粒子削減、および触媒還元システムに好適な温度範囲である、例えば、約３６０°Ｆ〜５００°Ｆの範囲の温度で第２の空気加熱器１１２から燃焼排気を受容する。排気処理システム１０１は、上記のように、第１の空気加熱器１１０内で回収できる有意な熱を依然として含むほど十分に高温である、例えば、約３６０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲の温度で、排気処理された燃焼排気を第１の空気加熱器１１０へ出力する。
【００４１】
電気集塵装置１１８の出口をＳＣＲシステムの入口に接続する配管内で、ＭＰＣＲ１２０を通って、スリップする、すなわち未反応のアンモニアの量を抑制または削減する一方で、ＭＰＣＲ１２０内のＮＯＸ触媒を用いて所望のレベルのＮＯＸ還元を達成するために適切な量のアンモニアが燃焼排気に追加されることを確実にするために、１つ以上のアンモニア注入ノズルを含むアンモニア注入システム１２２が提供される。ＲＳＣＲシステム内で典型的なように、アンモニアは、水溶性アンモニアが気化し、燃焼排気流とよく混合することを確実にするように配管内に位置付けられ、設置された１つ以上の空気噴射ノズルによって生成された非常に少量の水溶性アンモニアの液滴として注入される。
【００４２】
図２を参照すると、ＭＰＣＲ１２０の詳細が示される。ＭＰＣＲ１２０は、ＮＯＸの選択性触媒還元のための触媒床１３２を包含する室１３０と、ＶＯＣの酸化のためにも使用できる、ＣＯの酸化のための触媒床１３４とを含む。ＮＯＸ還元のための触媒床１３２は、ＣＯ／ＶＯＣ酸化のための触媒床１３４から上流に位置付けられる。これによって、ＭＰＣＲ１２０の上流で注入されるアンモニア（例えば、図１のアンモニア注入システム１２２を参照）がまずＮＯＸ還元のために使用されることが可能になり、残りのアンモニアを、排気筒１２８に送られる前に、ＣＯ／ＶＯＣとともに酸化することができ、それによって、システム１００からのアンモニアスリップの量を削減する。ＮＯＸ還元およびＣＯ／ＶＯＣ酸化のための好適な触媒は、Ａｂｒａｍｓへの米国特許第７，２９４，３２１号、Ａｂｒａｍｓへの米国特許第７，４９４，６２５号、およびＡｂｒａｍｓらへの米国特許出願公開第２００９／０１３００１１号に記載され、各々参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【００４３】
続けて図２を参照すると、燃焼排気は、「ボイラシステムから」と記された矢印によって示されるようにＭＰＣＲ１２０に入り、処理された燃焼排気は、「排気筒へ」と記された矢印によって示されるようにＭＰＣＲ１２０から放出される。ＭＰＣＲ１２０は、ＮＯＸおよびＣＯ／ＶＯＣ両方の触媒床を含めて示されるが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、一方または他方を省略することができること、および任意の他の好適な種類の触媒床で代用できることを容易に理解するであろう。図２は、１つの室１３０のみ示すが、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、任意の好適な数、寸法、および弁のスキームが特定の用途の室に使用できることを容易に理解するであろう。例えば、複数の室１３０は、所与の用途に適当である場合、並列に使用することができる。
【００４４】
ＭＰＣＲ１２０は、電気集電装置１１８から、粒子状物質濃度の低い燃焼排気を受容し、燃焼排気をその良好に混合され、適当な量のアンモニアを用いて、十分な量のＳＣＲ触媒上を通過させ、必要な場合は、燃焼排気をほとんどアンモニアスリップのない状態で、十分な量の貴金属触媒上を通過させて、燃焼排気流の一酸化炭素（ＣＯ）の一部を酸化させ、まだ比較的高温の燃焼排気流を第１の空気加熱器１１０の燃焼排気入口へ排気する。また、ＭＰＣＲ１２０は、ＳＣＲシステム内の高温の燃焼排気内で有用な熱を、プラントの給水流または他の流体流に効果的に伝達する、熱交換器を含むことも可能である。これによって、燃焼排気からのエネルギーを給水に回収し、これによって、システム１００の効率性を維持し、典型的に、第１の空気加熱器１１０等の第１の空気加熱器の代わりに使用することができるが、特定の用途に応じて、第１の空気加熱器に加えて使用することもできる。
【００４５】
ＭＰＣＲ１２０のＣＯ酸化触媒は、プラチナおよびパラジウム等の貴金属を利用する。触媒と接触する燃焼排気の温度が高ければ高いほど、必要な貴金属の濃度は低くなる。より高い動作温度とより低い触媒コストの間にはトレードオフが存在する。分析では、ＭＰＣＲ１２０の動作温度が低ければ低いほど、全体的な機器コストが低くなる。触媒がともに作用して、高い除去効率を生成するために克服しなければならない所定の閾値が存在する。システム１００は、この開発を組み込んで、バイオマス燃料または任意の他の好適な燃料のために、完全に統合されたボイラおよび排気制御システム１０１を生成する。
【００４６】
これまで、約３６０°Ｆの低い温度は、効果的なＮＯＸのＳＣＲ還元およびＣＯ／ＶＯＣの触媒酸化には低すぎると考えられていた。しかしながら、本発明と同時に、約３６０°Ｆの低い温度は、適当な条件があれば、有効であり得ることが発見された。システム１００の高い性能への１つの重要点は、ＳＣＲのためにアンモニアとよく混合された燃焼排気、燃焼排気の触媒床への均一分布、および効率的な反応が発生する十分な温度である。システム１００の別の重要な点は、まず、触媒反応炉の正しい動作温度範囲を理解することで、次いで、他の構成要素をこの動作点に一致させることである。システム１００は、触媒反応炉を正しい温度で動作することを可能にする一方で、燃焼排気からのエネルギーの最大回収を可能にすることができる。
【００４７】
再び図１を参照して、本発明に従い、大気汚染を削減するために燃焼排気を処理する方法を以下に記載する。本方法は、強制通風ファン１２６および火炎上換気ファン１２４によって、第１の空気加熱器１１０の熱交換器に空気を導入することを含む。第１の空気加熱器１１０の熱交換器は、上記のように燃焼排気と空気との間で熱を伝達する。第１の空気加熱器１１０の熱交換器に導入された空気は、第１の空気加熱器１１０の熱交換器に導入された排気処理された燃焼排気によって加熱される。
【００４８】
第１の空気加熱器１１０の熱交換器からの空気は、例えば、空気をボイラ１０２の火炎上換気マニホールドおよび火床下換気マニホールドへ導入するために、それぞれ、火炎上換気および火床下換気のための独立した空気回路１０４および１０６を維持する、第２の空気加熱器１１２の熱交換器内に導入される。第２の空気加熱器１１２の熱交換器は、回路１０４および１０６内で燃焼排気と空気との間で熱を伝達し、空気を加熱し、ボイラ１０２からの燃焼排気を冷却する一方で、上記のように独立した空気回路を維持する。このように空気は、ボイラ１０２内に導入する前に、両方の空気加熱器１１０および１１２によって予熱される。第２の空気回路１０４からの火炎上換気は、火の上からボイラ１０２内に導入され、第１の空気回路１０６からの火床下換気は、火床の下から導入される。火床下換気および火炎上換気に対して独立した空気回路が維持されるため、各回路の流速は、必要に応じて相互に独立して制御することができる。
【００４９】
燃料１０８は、燃焼のために回路１０４および／または１０６からの空気とともに、ボイラ１０２内に導入される。高温燃焼は、蒸気回路内のボイラ管等の任意の好適な手段によって、発電のために使用することができる。燃焼生成物は、燃焼排気としてボイラ１０２を離れ、第２の空気加熱器１１２の熱交換器に導入され、そこで燃焼排気が冷却され、一方で上記のように入ってくる空気を過熱し、燃焼排気からの熱回収の第１段階を提供する。燃焼排気は、上記のように、燃焼排気から少なくとも１つの汚染物質を還元するために、排気処理システム１０１に安全に導入できるように、第２の空気加熱器１１２内で十分に冷却されるが、燃焼排気は完全には冷却されない。そうではなく、いくらかの熱は、ＳＣＲプロセスで使用するために残ることが許可される。排気処理システム１０１の構成要素を通過した後、排気処理された燃焼排気は、第１の空気加熱器１１０の熱交換器内に導入され、上記のように、入っている空気を加熱するにつれて、熱の第２段階が燃焼排気から回収される。冷却された排気処理された燃焼排気は、排気筒１２８を通って解放されるように、第１の空気加熱器１１０の熱交換器から放出される。
【００５０】
上記および図１に示される分割式空気加熱器および方法によって、空気を予熱し、燃焼排気から熱を回収することによって、向上した熱効率も可能にする一方で、複数の汚染物質の触媒還元を可能にする。上記のステップは全て、以前に知られているシステムのように熱回収媒体全体で逆流させる必要なく、単一方向にシステム１００を通る流れによって連続的に実施することができ、動作および保守を簡素化し、ファン駆動力要件、ＳＣＲ構成要素内の圧力低下、および資本コストを削減する。
【００５１】
当業者は、本明細書に提供される温度は、非限定例として与えられているのであり、実際には、多様なシステム温度は燃料および用途とともに変化することができることを容易に理解するであろう。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、任意の好適なシステム温度を使用することができる。温度制御は、排気処理システム１０１内の許容可能な温度を維持するように、必要に応じて第１および／または第２の空気加熱器１１０および１１２を完全または部分的に迂回することによって達成することができる。
【００５２】
当業者は、上記の構成および方法によって、補助熱入力の必要なく、ＮＯＸおよび他の汚染物質の選択式触媒還元が可能になることを容易に理解するであろう。しかしながら、排気処理システム１０１に対して入ってくる温度が集塵システム１１４、誘引通風ファン１１６、および／または電気集塵装置１１８等の構成要素の適切な動作を可能にするのに十分低いが、ＭＰＣＲ１２０には低すぎる場合、他の構成要素を出た後、ＭＰＣＲ１２０に入る前に、燃焼排気にいくらかの熱を追加することが可能である。この時点で追加された熱は大部分または全体的に、第１の空気加熱器１１０内で回収することができる。これによって、異なる温度要件を有する多様な特定の構成要素が排気処理システム１０１内に含まれる特定の用途に対する柔軟性を可能にする。
【００５３】
上記のシステムおよび方法は、第１および第２の空気加熱器１１０および１１２を含む分割式空気加熱器構成である、新型の空気加熱器を採用する。分割式空気加熱器構成は、空気加熱器を２つの空気加熱器ユニットに分割し、その各々が、従来の空気加熱器ユニットの全体的な熱伝達作用の一部に対応する。空気加熱器１１０および１１２の各々は、上記のように、燃焼排気流から、火床下換気マニホールドまたは火炎上換気マニホールドに向かう空気流への熱伝達の所望の量を分配するように構成される。この分割式空気加熱器の構成によって、ＳＣＲシステムへの補助熱入力を排除し、ＳＣＲシステム全体の圧力低下を削減することが可能である。システム１００は、２つの独立した空気回路１０４および１０６を用いて上述したが、例えば、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、１つの空気回路を使用できること、または特定用途のための任意の他の適切な数の空気回路が使用できることを容易に理解するであろう。
【００５４】
システム１００は、空気熱交換器とは独立した気体回路の手段によって、大気温度の空気を引き込み、空気を予熱する、独立した火炎上換気および強制通風（火床下換気）ファンを使用する。分割式空気加熱器の配置は、空気熱交換器とは独立した共通気体ゾーン内の火炎上換気流および火床下換気流を予熱する。これによって、より効率の高い熱交換となる。システム１００は、ＲＳＣＲシステム等の以前に知られているシステムで典型的な蓄熱式媒体によって圧力低下を排除するため、システム１００はまた、少なくとも部分的に、以前に知られているシステムよりもコスト効率が高い。
【００５５】
上記のデバイスおよび方法は、典型的なＲＳＣＲシステムおよび従来の「末尾」ＳＣＲシステムに比べて、例として、プラントの純発熱率低下、ボイラの効率性向上、資本コスト削減、ＮＯＸ還元およびＣＯ／ＶＯＣ酸化の同時発生、ＮＯＸ還元の増加、非常に低いアンモニアスリップ、典型的に５０％を超えるＣＯ酸化、モジュール式システム構成要素、現場の制約に対応するプラントレイアウトの柔軟性を含む、いくつかの利点を提供する。他のストーカユニットまたはバブリング／流動床ボイラに比較してストーカユニットと併用された際のシステム１００の利点として、発熱率の低下、ＰＭ、ＮＯＸ、ＮＨ３スリップ、ＨＣｌ、およびＣＯの非常に低い排出、燃料利用率の高い効率性、燃料の柔軟性、可用性の向上、および比較的に低いコストが挙げられる。
【００５６】
本発明の装置および方法が好ましい実施形態を参照して示され、記述されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらに対する変更および／または修正を行うことが可能であることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従い作製される大気汚染制御システムの例示的実施形態の模式図であって、火炎上および火床下換気回路、ならびに熱交換器および排気処理システムを通る燃焼排気の回路を示す。
【図２】本発明に従い作製される複数汚染物質触媒反応炉の例示的実施形態の模式図であって、燃焼排気から複数の汚染物質を還元するための触媒床を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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