(57)【要約】  乾式スクラバー脱硫システムとともに用いるため、定常状態の間における排出レベルを低減させる方法を開示する。水酸化カルシウムの乾燥粉末は、ガス流路内で投入されて、噴霧乾式吸収装置内において水で加湿される。その結果として生成されるスラリーはその後、バグハウス内のフィルターバッグ上に堆積する。これは、噴霧乾式吸収装置が別の方法で作動するよりも低い温度で行うことができ、それにより、特に周囲温度で冷えたボイラーの起動時に、脱硫が、燃焼プロセスの早い段階で起こることを可能にする。また、様々な動作シナリオに応じて、ボイラーの作動を支援し、編成し、削減し、または増大させることができる。
2014534897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼システム内で、通常の作動状態の間に生成される燃焼排出物を低減させる方法であって、前記燃焼システムが、燃焼チャンバーから噴霧乾式吸収装置を通って、該噴霧乾式吸収装置の下流側のバグハウスへ運ぶガス流路を有し、前記方法が、
前記燃焼チャンバーの下流側、かつ、前記バグハウスの上流側の投入位置で、水酸化カルシウムの乾燥粉末を、燃焼排ガス中に混合させること、
前記噴霧乾式吸収装置内で、前記燃焼排ガス中に水を噴霧し、加湿するとともに、前記燃焼排ガスの温度を下げること、および、
前記燃焼排ガスをバグハウスに通し、そこで前記水酸化カルシウムの粉末が、前記燃焼排ガス中の汚染物質を捕捉すること
を備える方法。
【請求項２】
前記投入位置と前記噴霧乾式吸収装置との間で、当該キャリアガスに液体が添加されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃焼排ガス中に噴霧される前記水が、前記バグハウスから固体を再利用するための再利用システムによりもたらされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガス流路が、前記燃焼チャンバーと前記噴霧乾式吸収装置との間に位置する空気予熱器を通過するものとする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記投入位置が、前記空気予熱器と前記噴霧乾式吸収装置との間に位置する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記投入位置が、前記空気予熱器の上流側にある、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記空気予熱器と前記噴霧乾式吸収装置との間に、微粒子収集装置を更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記投入位置が、前記微粒子収集装置の下流側にある、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記投入位置が、前記噴霧乾式吸収装置と前記バグハウスとの間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記バグハウスが、パルスジェット繊維性フィルター、振動圧縮繊維性フィルター、または、逆流ガス繊維性フィルターである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記噴霧乾式吸収装置内で前記燃焼排ガス中に噴霧される前記水が、アルカリ性スラリーの形態をなす、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃焼排ガス中に混合される水酸化カルシウムの乾燥粉末の量が、当該燃焼排ガスの排出レベルに応じて、時間とともに変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記噴霧乾式吸収装置内で前記燃焼排ガス中に噴霧される前記水が、水の形態をなすものであり、前記噴霧乾式吸収装置内で、アルカリ性スラリーが噴霧されていない、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記噴霧乾式吸収装置に流入する前記燃焼排ガスが、約２２０°Ｆ以上の温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃焼チャンバーから流出する前記燃焼排ガスが、４００°Ｆ以上の温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃焼システムが、ボイラー、キルン、加熱炉、溶鉱炉、ロースター、バッテリー、ヒーター、オーブン、または、焼却炉から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
噴霧乾式吸収装置を用いて、燃焼排ガスを清浄なものとする燃焼システムを作動させるための方法であって、該方法が、
燃焼チャンバーの下流側、かつ、前記噴霧乾式吸収装置の上流側の投入位置で、前記燃焼排ガス中に、水酸化カルシウムの乾燥粉末を混合させること、
前記噴霧乾式吸収装置内で、前記燃焼排ガス中に水を噴霧し、微粒子を含む清浄な燃焼排ガスとすること、および、
バグハウス内で、前記微粒子を含む燃焼排ガス中の該微粒子を堆積させ、燃焼排出物を低減させるフィルターケーキを形成すること
を備える方法。
【請求項１８】
前記燃焼排ガス中に投入される水酸化カルシウムの乾燥粉末の量が、排出レベルを所定値と比較することにより決定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記投入位置と前記噴霧乾式吸収装置との間で、前記燃焼排ガス中に液体が添加されない、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記投入位置が、空気予熱器の上流側に位置し、該空気予熱器もまた、前記噴霧乾式吸収装置の上流側に位置する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記投入位置が、前記噴霧乾式吸収装置と、該噴霧乾式吸収装置の上流側に位置する空気予熱器との間に位置する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記噴霧乾式吸収装置内で噴霧される前記水が、アルカリ性スラリーの形態をなす、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記噴霧乾式吸収装置内で噴霧される前記水が、前記バグハウスから固体を再利用するための再利用システムによりもたらされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記噴霧乾式吸収装置内で噴霧される前記水が、補助ノズルを通って噴霧され、前記噴霧乾式吸収装置の噴霧器が作動してない、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記噴霧乾式吸収装置に流入する前記燃焼排ガスが、約２２０°Ｆ以上の温度を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記燃焼チャンバーを流出する燃焼排ガスが、４００°Ｆ以上の温度を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記燃焼システムが、ボイラー、キルン、加熱炉、溶鉱炉、ロースター、バッテリー、ヒーター、オーブン、または、焼却炉から選択される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１１年９月２９日に出願された米国仮特許出願番号６１／５４０，７９５号の優先権を主張するものである。これにより、この出願の開示は、その全体を参照により完全に取り込まれる。
【０００２】
本開示は概して、通常の作動中に、乾式スクラバー燃焼排ガス脱硫システムを用いる燃焼の間にわたって生成される燃焼排ガスから、微粒子および、その他の汚染物質を除去することに関するものである。特に、この開示は、ガス流中に乾式吸着剤を投入するとともに、ガス流を噴霧乾式吸収装置に通過させて、燃焼システム内で汚染物質を形成する化石燃料を使用する間、バグハウス内に吸着剤を分散させることにより、二酸化硫黄（ＳＯ2）、三酸化硫黄（ＳＯ3）、ＨＣｌおよび、その他の酸性ガスを捕捉するための、新しく有用な方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
燃焼の間にわたって、燃料中の化学エネルギーは、熱ヒート（thermal heat）に変換され、これは、異なる利用のために様々な形態で使用することができる。燃焼プロセスで使用される燃料には、様々な固体、液体およびガス状物質が含まれることがあり、ここには、石炭、石油（軽油、第２号、Ｂｕｎｋｅｒ  Ｃまたは第６号）、天然ガス、木材、タイヤ、バイオマス等が含まれる。
【０００４】
燃焼により燃料は多数の化合物に変換される。水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）は、完全燃焼の一次生成物である。しかしながら、燃料中の化学成分を含む他の燃焼反応は、望ましくない副生成物をもたらす。使用される燃料に応じて、そのような副生成物には、微粒子（飛散灰）、硫黄酸化物（ＳＯX）もしくは酸化窒素（ＮＯX）のような酸性ガス、水銀もしくはヒ素のような金属、一酸化炭素（ＣＯ）、および、炭化水素（ＨＣ）が含まれることがある。これらの多くの副生成物の排出レベルは、アメリカ合衆国環境保護庁（ＥＰＡ）のような政府事業体によって規制されている。
【０００５】
そのような副生成物を燃焼排ガスから除去するため、様々な異なる技術が存在する。噴霧乾式化学吸収または乾式洗浄として知られる一つの方法では、細かい霧状にされたアルカリ性水溶液またはスラリーを、燃料が燃焼される燃焼チャンバーの下流側で、高温の燃焼排ガスに噴霧する。汚染物質を含むアルカリ性試薬、および、微粒子が形成される。水は、蒸発するとともに、高温の燃焼排ガスを冷却する。排出される清浄な燃焼排ガスは一般に、水含有量が約１０％〜約１５％である。そして、燃焼排ガスは、微粒子収集装置、通常はバグハウスに移動し、そこでは、燃焼排ガスから微粒子が除去される。その後、スタックへと送られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
加熱炉を有するボイラー等の燃焼システムが、周辺温度のような冷却状態から起動される場合、加熱炉は通常、天然ガスまたはディーゼル（第２号）油を燃焼させ、石炭に切り替える前にボイラーを暖機運転（“warm up”）させる。石炭の燃焼が始まり得る前に、約４００°Ｆ〜約５００°Ｆの加熱炉温度が必要である。様々な始動状態および安全要件に応じて、加熱炉は、定常状態に至る前に、数回にわたって起動および停止させることができる。完全な始動を達成するには、遭遇する問題に応じて、８時間から最大２日ほどかかることがある。
【０００７】
乾式洗浄脱硫プロセスは、低い温度では十分に稼働しない。特に、噴霧乾式吸収装置を用いるため、燃焼排ガスの温度は通常、少なくとも２２０°Ｆ必要であり、それにより、水を完全に蒸発させることができる。始動の間、ＳＯX及び、その他の汚染物質がまだ生成されているにも関わらず、噴霧乾式吸収装置を通過する燃焼排ガスの温度は、この閾値温度を下回ることがある。また、加熱炉は一般に、燃焼排ガスが噴霧乾式吸収装置内で２２０°Ｆの温度に到達する前に、４００°Ｆ〜５００°Ｆの石炭作動温度に達する。このことは、始動の間におけるＳＯXのより高い排出量をもたらす。また、バグハウスは一般に、噴霧乾式吸収装置が、大量のアルカリ性物質を堆積させるとともに、大量のＳＯ2の除去を実現し始めた後、３０〜６０分の作動を必要とする。
【０００８】
これまでは、排出規制は、始動、停止および誤作動等の、「想定外」（“upset”）の期間に及んでいなかった。しかしながら、規制上の制限の拡大により、そのような排出量を低減させることが望ましい。始動の間におけるそのような排出を低減させることのできる方法は、極めて有益なものとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここでは、脱硫のための乾式スクラバーを用いる汚染制御システム内で、定常作動状態の間におけるＳＯX排出量を低減させるための様々な方法およびシステムを開示する。簡単に述べると、燃焼チャンバーが通常作動状態（すなわち高温）にある間に、水酸化カルシウムの乾燥粉末を、燃焼排ガス中に投入する。かかる粉末は、噴霧乾式吸収装置の上流側に投入される。その結果としての水酸化カルシウム粉末はその後、バグハウスの下流側で収集されて、ＳＯX排出量の低減に有効なフィルターケーキを形成する。これは、乾式スクラバーの脱硫能力を増大させること、または、排出量を削減することに用いることができる。
【００１０】
実施形態では、燃焼システム内での通常の作動状態の間に生成される燃焼排出物を低減させるための方法を開示する。この燃焼システムは、燃焼チャンバーから噴霧乾式吸収装置を通って、その噴霧乾式吸収装置の下流側のバグハウスに延びるガス流路を有するものである。燃焼チャンバーにより生成される燃焼排ガスは、上記のガス流路を通って流れる。水酸化カルシウムの乾燥粉末は、一般的には空気であるキャリヤガス中に混合され、空気圧で、燃焼チャンバーの下流側かつバグハウスの上流側の投入位置へと搬送される。ここでは、水酸化カルシウムの乾燥粉末は、ガス流路内で、燃焼排ガス中に吹き込まれて、これと混合する。噴霧乾式吸収装置内では、燃焼排ガス中に水を噴霧し、加湿するとともに、燃焼排ガスの温度を下げる。そして、燃焼排ガスは、バグハウスを通過し、バグハウス内では、水酸化カルシウムの粉末が堆積して、燃焼排出物を低減させるフィルターケーキを形成する。
【００１１】
特定の実施形態では、上記の投入位置と噴霧乾式吸収装置との間で、燃焼排ガスに液体を添加しない。
【００１２】
噴霧乾式スクラバー内で噴霧される水は、バグハウスから固体を再利用するための再利用システムによりもたらされ得る。当該水はまた、単なる水とするよりも、アルカリ性スラリーの形態とすることができる。
【００１３】
ガス流路は、燃焼チャンバーと噴霧乾式吸収装置との間に位置する空気予熱器を通って延びることがある。上記の投入位置は、空気予熱器と噴霧乾式吸収装置との間に位置させることができる。あるいは、投入位置は、空気予熱器の上流側とする。微粒子収集装置もまた、その微粒子収集装置の下流側の投入位置を有する空気予熱器と、噴霧乾式吸収装置との間に位置させることができる。
【００１４】
上記の投入位置はまた、噴霧乾式吸収装置とバグハウスとの間とすることもできる。
【００１５】
噴霧乾式吸収装置の下流側のバグハウスは、パルスジェット繊維性フィルターまたは逆流ガス繊維性フィルターとすることができる。
【００１６】
燃焼排ガス中に混合される水酸化カルシウムの乾燥粉末の量は、燃焼排ガスの排出レベル（すなわち削減シナリオ）に応じて、時間とともに変化する。
【００１７】
噴霧乾式吸収装置内で燃焼排ガス中に噴霧される水は、特に、アルカリ性スラリーが噴霧乾式吸収装置内で噴霧されていないとき（すなわち、誤作動または増大シナリオ）、水の形態をなすものとすることができる。
【００１８】
噴霧乾式吸収装置に流入する燃焼排ガスは、約２２０°Ｆ以上の温度を有することがある。加熱炉を流出する燃焼排ガスは、４００°Ｆ以上の温度を有することがある。
【００１９】
またここでは、燃焼排ガスを清浄なものとするために噴霧乾式吸収装置を用いるボイラーを作動させる方法を開示する。水酸化カルシウムの乾燥粉末は、ボイラーの下流側かつ噴霧乾式吸収装置の上流側の投入位置で、燃焼排ガス中に混合される。そして水は、噴霧乾式吸収装置内で燃焼排ガス中に噴霧されて、微粒子を含む清浄な燃焼排ガスを生じさせる。微粒子を含む燃焼排ガス中の微粒子はその後、バグハウス内に堆積し、燃焼排出物を低減させるフィルターケーキを形成する。これは、脱硫を確保すること、または、噴霧乾式吸収装置の定期的なメンテナンスの間のレベルの変化への迅速な応答を可能にする方法で排出レベルを削減すること、または、一般に燃焼排ガスの脱硫に用いられる石灰スラリーを補完ないし置換することのバックアップ（a back-up）として用いることができる。
【００２０】
燃焼排ガス中に投入される水酸化カルシウムの乾燥粉末の量は、排出レベルを所定値と比較することにより決定することができる。
【００２１】
噴霧乾式吸収装置中に噴霧される水は、単なる水（すなわちＨ2Ｏ）の形態、または、アルカリ性スラリー（すなわち、水に、水酸化カルシウムのようなアルカリ性吸着剤を添加したもの）の形態とすることができる。水はまた、バグハウスから固体を再利用するための再利用システムにより、または、噴霧器が作動していないときは補助ノズルを通って、もたらされるものとすることができる。いくつかの実施形態では、噴霧乾式吸収装置に流入する燃焼排ガスは、２２０°Ｆ以上の温度を有する。つまり、アルカリ性スラリーが、十分に蒸発し得る状態の間である。加熱炉から流出する燃焼排ガスは、４００°Ｆ以上の温度を有することがある。
【００２２】
以下に、これらの、及び他の非限定的な特徴事項を、より詳細に説明する。
【００２３】
以下の図面の簡単な説明は、ここに開示する例示的な実施形態を説明する目的で示すものであり、これを限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】乾式脱硫システムを有する従来のボイラーを示す図である。
【図２】本開示で説明するような乾式脱硫システムと水酸化カルシウム投入システムとを組み合わせたシステムを示す図である。
【図３】パルスジェット繊維性フィルター内のフィルターバッグの図である。
【図４】噴霧乾式吸収装置の断面図である。
【図５】乾式吸収剤投入システムの主な要素の図である。
【図６】水酸化カルシウムの投入がある実際の排出量と、水酸化カルシウムの投入がない推定排出量を示す排出量―時間のグラフである。
【図７】本開示の方法を示す一般的なプロセス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
添付図面を参照することにより、ここに開示する要素、プロセス及び装置をより完全に理解することができる。これらの図は、本開示を明示することの便利さ及び容易さに基く、単なる略図に過ぎず、それ故に、装置ないしその要素の相対的なサイズ及び寸法を示すこと、及び／又は、例示的な実施形態の範囲を規定もしくは制限することを意図するものではない。
【００２６】
以下の説明においては、明瞭さのために具体的な用語を用いるが、それらの用語は、図面に図示するために選択された実施形態の特定の構造だけに言及することを意図するものであり、本開示の範囲を規定もしくは限定することを意図するものではない。図面及び下記の説明では、類似の数字表示は、類似の機能の要素を指し示すものと理解される。
【００２７】
単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が他の場合を明確に規定しない限り、複数表示を含むものとする。
【００２８】
明細書及び特許請求の範囲では、「〜を備える」との用語は、「〜からなる」及び「実質的に〜からなる」という実施形態を含むことができる。
【００２９】
ここに開示される全ての範囲は、列挙される端点を含み、独立して結合可能である（たとえば、「２５０°Ｆ〜４００°Ｆ」の範囲は、端点である２５０°Ｆ及び４００°Ｆ並びに、中間値を含む）。ここに開示される任意の値及び範囲の端点は、正確な範囲もしくは値に限定されない。それらは、これらの範囲及び／又は値の近似値を含み得るほど、厳密でないものである。
【００３０】
ここでは、近似する語は、関連する基本的な機能の変化をもたらすことなしに変化し得る任意の定量的な表現に変更するために適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」のような単一の用語又は複数の用語によって変更された値は、場合によっては、特定された正確な値に限定されないことがある。少なくともいくつかの例では、近似する語は、当該値を測定するための機器の精度に対応し得る。「約」との修飾語句は、二つの端点の明白な値によって規定される範囲を開示するものと考えられるべきである。たとえば、「約２〜約４」との表現はまた、「２〜４」の範囲も開示する。
「消石灰（hydrated lime）」との用語は、水酸化カルシウムについて言及しており、これはまた、Ｃａ（ＯＨ）2として知られている。ここで用いる「水和（hydrated）」との用語は、水分子が存在することを意味するものではない。
【００３１】
「石灰スラリー」との用語は、水を含む水酸化カルシウムの混合物について言及するために用いられる。他のカルシウム吸着剤は、たとえば、石灰石または生石灰を含む。「石灰石」との用語は、ＣａＣＯ3としても知られる炭酸カルシウムについて言及している。「生石灰」との用語は、酸化カルシウム、すなわちＣａＯについて言及している。
【００３２】
本開示は、他の要素「上流側」および「下流側」である要素について言及する。これらの二つの用語は、他の指定要素に関連する。特定の要素は、流路が、指定要素を通過する前にその特定の要素を通過する場合、当該指定要素の「上流側」である。同様に、特定の要素は、流路が、指定要素を通過する後にその特定の要素を通過する場合、当該指定要素の「下流側」である。
【００３３】
本開示は、乾式スクラバーを脱硫に用いる汚染防止システムの定常作動状態の間におけるＳＯX排出量を減らすための様々な方法及びシステムに関するものである。極めて一般的には、内部で燃料が燃焼される燃焼チャンバーを含む燃焼システムにより、燃焼排ガスが生成される。燃焼チャンバーが、正常作動状態（すなわち高い温度）にある間は、燃焼排ガス中に、水酸化カルシウムの乾燥粉末が投入される。かかる粉末は、噴霧乾式吸収装置の上流側に投入される。結果として生じる水酸化カルシウム粉末は、下流側のバグハウスに収集されて、ＳＯX排出量の低減に有効なフィルターケーキを形成する。
【００３４】
一般に、そのような方法は、内部で燃焼が起こるどのようなシステムにも用いることができると考えられている。たとえば、発電したり、特定の製品を製造したり、または、単に特定の燃料を焼却処分したりするといったどのような目的にも、当該燃焼は用いられ得る。本方法を適用することのできる例示的な燃焼システムには、上述した燃焼チャンバーとして加熱炉を有するボイラーを用いる発電システムが含まれ、これには、セメントキルン、アーク炉、ガラス炉、溶鉱炉（銅、金、チタン等）、ペレタイザー・ロースター、高炉、コークスオーブンバッテリー、化学的燃焼ヒーター（chemical fired heaters）、精錬オーブン、および、焼却炉（医療廃棄物、都市固形廃棄物等）がある。ここでは、「燃料チャンバー」との用語は、内部で燃焼が起こるシステム内の特定の構造に言及するために用いている。
【００３５】
図１に、ボイラー１００および下流側の脱硫システム１１０を有する例示的な発電システムを大まかに示す。粉砕機１１１からの石炭等の化石燃料１１２、および、空気１１４は、加熱炉１０５内で燃焼されて、燃焼排ガス１２０を生成させる。燃焼排ガス１２０は、エコノマイザー１１６を通過し、このエコノマイザー１１６は、ボイラー内で用いられる水の予熱に用いられ、蒸気を生成するとともに、燃焼排ガス１２０を冷却する。エコノマイザー１１６の上流側の他の熱伝達面は図示しない。そして、燃焼排ガス１２０は、存在してもしなくてもよい選択接触還元（ＳＣＲ）システム１３０に流入し、ここでは、燃焼排ガス１２０から酸化窒素（ＮＯX）を除去する。次いで、燃焼排ガス１２０は、空気予熱器１４０を通過し、それにより、さらに燃焼排ガス１２０を冷却するとともに、加熱炉１０５に流入する空気１１４を加熱する。この空気予熱器１４０を通過した後、燃焼排ガス１２０は通常、約２５０〜約４００°Ｆ（１２１〜２０４℃）の温度を有する。そして、燃焼排ガス１２０は、微粒子収集装置１５０を通過することがあり、ここで、飛散灰及び他の大粒子を収集する。続いて燃焼排ガスは、乾式スクラバーまたは噴霧乾式吸収装置１６０内に入る。ここでは、霧状のアルカリ性スラリー１６２を燃焼排ガス中に噴射し、硫黄酸化物（ＳＯX）と反応させるとともに、燃焼排ガス１２０を、約１４０〜約２１０°Ｆ（６０〜９９℃）の範囲に更に冷却する。上記のスラリー中の水は蒸発し、その結果として清浄なものとなって粒子を含む燃焼排ガス１２０は、バグハウスまたは電気集塵装置等の微粒子収集装置１７０に運ばれ、燃焼排ガス１２０から当該粒子が除去される。そして、清浄なものとなった燃焼排ガス１２０は、スタック１８０に送られる。バグハウスからのアルカリ性粒子を収集し、それらを再利用タンク１８０内で水１７６と混合させて、噴霧乾式吸収装置１６０内で用いることのできるアルカリ性スラリー１６２を生成するため、必要に応じて、微粒子収集装置１７０からの再循環流１７２を利用することができる。あるいは、噴霧乾式吸収装置１６０では、新たなスラリー１６４を用いることができる。粒子はまた、参照数字１７４で示すように、廃棄するために微粒子収集装置１７０から除去することができる。
【００３６】
本開示の方法では、水酸化カルシウムは、バグハウス内に堆積し、通常の作動（すなわち定常作動状態）の間にわたって、酸の高効率除去をもたらすとともに、これを向上させる。この点において、燃焼排ガスは、バグハウス内のフィルター上のフィルターケーキを通って移動しなければならならず、このことは、燃焼排ガスとアルカリ性の水酸化カルシウム生成物との密接な接触をもたらし、フィルターケーキにより、燃焼排ガス中の気相酸性ガス（ＳＯX等）の吸収を促進させる。作動状況に応じて、水酸化カルシウムの乾燥粉末は、脱硫システムの脱硫能力を増大させるために用いることができ、または、発電システム全体の排出レベルを削減するために用いることができる。より一般的には、本方法は、燃焼排ガスから微粒子を除去するために用いることができる。
【００３７】
ここでは、「定常作動状態」との用語は、噴霧乾式吸収装置を通過する燃焼排ガスの温度が、２２０°Ｆ（おおよそ１０４℃）以上であるときの期間について言及している。
【００３８】
図２に、燃焼システム２００、下流側の脱硫システム２１０および、水酸化カルシウムの乾燥粉末投入システム２９０を有する本開示の例示的なシステムを大まかに示す。図１と同様に、空気２１４及び、粉砕機２１１からの石炭２１２は、燃焼チャンバー２０５内で燃焼されて、燃焼排ガス２２０の生成をもたらす。一般的に言えば、燃焼排ガスは、ガス流路に沿って移動するキャリヤガスである。燃焼排ガスは、エコノマイザー２１６（エコノマイザーの上流側の他の熱伝達面は図示しない）及び、存在してもしなくてもよいＳＣＲシステム２３０を通る。このＳＣＲシステム２３０では、燃焼排ガスからＮＯXを除去する。燃焼排ガスは、空気予熱器２４０を通過し、続いて噴霧乾式吸収装置２６０内に入る。必要に応じて、選択的な微粒子収集装置２５０を、空気予熱器２４０と噴霧乾式吸収装置２６０との間に配置することができ、それにより、飛散灰及び他の大粒子を収集する。噴霧乾式吸収装置２６０内では、霧状のアルカリ性スラリー２６２、たとえば石灰スラリーを、燃焼排ガス２２０中に噴霧し、燃焼排ガスを清浄なものとし、また冷却する。その結果として清浄なものとなって粒子を含む燃焼排ガス２２０は、バグハウス２７０に運ばれて、燃焼排ガスから粒子を除去する。そして、清浄な燃焼排ガス２２０はスタック２８０へと送られる。必要に応じて、バグハウスからの未反応の粒子を収集するとともに、それらを再利用タンク２８０内の水２７６と混合させて、噴霧乾式吸収装置内で用いられるアルカリ性スラリー２６２を生成するため、バグハウス２７０からの再循環流２７２を利用することができる。あるいは、噴霧乾式吸収装置２６０では、新たなスラリー２６４を用いることができる。バグハウスからの粒子はまた、参照数字２７４で示すように、廃棄することができる。
【００３９】
燃焼チャンバー２０５は、空気予熱器２４０の上流側にあり、ここは、噴霧乾式吸収装置２６０の上流側である。バグハウス２７０は、噴霧乾式吸収装置２６０の下流側にある。言い換えれば、噴霧乾式吸収装置２６０は、空気予熱器２４０とバグハウス２７０との間に位置する。ＳＣＲシステム２３０は、存在する場合は、加熱炉２０５と空気予熱器２４０との間に位置する。
【００４０】
本方法は、流路２２０が、燃焼システムと脱硫システムとの間に存在することを検討するものである。燃焼排ガスは、ガス流路に沿って流動ないし移動する。水酸化カルシウムの粉末は、燃焼チャンバー２０５の下流側かつ、バグハウス２７０の上流側の投入位置で、燃焼排ガス中に投入される。噴霧乾式吸収装置２６０内の当該キャリヤガス中には、水を噴霧して、燃焼排ガスを冷却するとともに加湿する。この水は、単なる水（すなわちＨ2Ｏ）または、（水及びアルカリ性吸着剤を含む）アルカリ性スラリーとすることができる。そして、水酸化カルシウム粉末は、バグハウス２７０内に堆積し、排出量の低減に用いるフィルターケーキを形成する。
【００４１】
水酸化カルシウムの粉末投入システム２９０は、水酸化カルシウム供給源２９２を含む。水酸化カルシウム粉末は、三箇所の異なる位置Ａ、Ｂ、Ｃで、脱硫システム内に投入することができると考えられる。これらの三箇所の投入位置は全て、燃焼チャンバー２０５の下流側で、バグハウス２７０の上流側である。特に、燃焼排ガスないしキャリヤガスの温度は、１０００°Ｆ未満とすべきであり、それにより、消石灰の安定性を維持することができる。
【００４２】
第一投入位置Ａは、空気予熱器２４０の下流側で、噴霧乾式吸収装置２６０の上流側である。言い換えれば、投入位置Ａは、空気予熱器２４０と噴霧乾式吸収装置２６０との間にある。選択的な微粒子収集装置２５０は、投入位置Ａの上流側とすべきである。
【００４３】
第二投入位置Ｂは、燃焼チャンバー２０５の下流側で、空気予熱器２４０の上流側である。第二投入位置Ｂはまた、ＳＣＲシステム２３０の下流側と説明することもできる。
【００４４】
第三投入位置Ｃは、噴霧乾式吸収装置２６０の下流側である。言い換えれば、投入位置Ｃは、噴霧乾式吸収装置２６０とバグハウス２７０との間にある。
【００４５】
水酸化カルシウムの乾燥粉末はまた、上記の様々な位置で同時に投入することができる。図２に戻って参照すると、噴霧乾式吸収装置２６０内で噴霧される水は、異なる水源によってもたらされるものとすることができ、あるいは、いくつかの実施形態では、再利用システム２８０によってもたらされ、または、アルカリ性スラリー２６２によってもたらされるものとすることができる。
【００４６】
選択的な微粒子収集装置２５０は、様々な実施形態で、電気集塵装置（ＥＳＰ）またはバグハウスのいずれかである。当該技術分野では、たとえば、逆流ガス繊維性フィルター（a reverse gas fabric filter）、振動圧縮繊維性フィルター（a shake deflate fabric filter）および、パルスジェット繊維性フィルター（a pulse jet fabric filter）等の異なるタイプのバグハウスが知られている。
【００４７】
噴霧乾式吸収装置２６０の下流側のバグハウス２７０は、パルスジェット繊維性フィルター（ＰＪＦＦ）または逆流ガス繊維性フィルターであることが望ましい。この点において、ＥＳＰと比較したバグハウスの脱硫能力により、この位置ではバグハウスはＥＳＰより好ましい。言い換えれば、バグハウスは、気相にある汚染物質を捕集することができ、この一方で、ＥＳＰは、粒子を捕まえるだけで、気相汚染物質を有意に捕集しない。一般に、バグハウス２７０に流入する燃焼排ガスは、フィルターケーキを通過すべきであり、それにより、ＳＯ2、ＳＯ3およびＨＣｌのような酸性ガスを除去することができる。
【００４８】
図３は、パルスジェット繊維性フィルターの略図である。バグハウスは一般に、多数の区画を含み、それぞれの区画には、最大数百もの長さで、鉛直方向に支持された小径繊維バッグが含まれる。パルスジェット繊維性フィルター（ＰＪＦＦ）では、バッグ３２０は、管板３３０から垂下している。微粒子を含む燃焼排ガスは、（実線の矢印で示すように）当該バッグの外側から、（白抜き矢印で示すように）バッグの内部へと流動する。燃焼排ガスは、多孔性バッグ材料を通過し、微粒子は取り残されて、バッグの外部にフィルターケーキ３４０を形成する。圧縮空気のパルスは、開口上部３２２からバッグ内に向いており、衝撃波をもたらしてバッグ長さの下方に進行して、フィルターケーキを除去する。
【００４９】
水酸化カルシウムは、その塩が水に溶解しないことから用いられる。一方、ナトリウム吸着剤は一般に可溶であり、それ故に、あまり望ましくない。また、水酸化カルシウムは、生石灰よりも安全であり、水と結合した際に熱を発する。
【００５０】
出願人は、粉末状の水酸化カルシウムの反応性が、石灰スラリー内の水酸化カルシウムの反応性に相当することを見出した。このことは、乾式脱硫システムが、様々な条件下で十分有効に作動することを可能にする。特に、水酸化カルシウムの乾燥粉末投入システムは、アルカリ性スラリー供給システムでは失敗する場合の、ボイラーの通常運転を可能にする。水酸化カルシウム粉末は、アルカリ性スラリーと比較した場合に大量に添加することができ、それにより、アルカリ性スラリーの損失を補填し、許容範囲の排出レベルを維持できる。たとえば、噴霧器が詰まった場合、噴霧器を取り外すことができ、また、予備の噴霧器を取り付けて、燃焼排ガス中への水の噴霧を継続することができる。あるいは、補助ノズルを介して水を導入することができる。水酸化カルシウム粉末は、バグハウスの脱硫能力を維持するために用いることができる。
【００５１】
他の動作シナリオは、噴霧乾式吸収装置内でのアルカリ性スラリーの噴霧を作動させ、それにより、排出レベルを所定値に近づけるべく維持するものである。排出が所定値に近づく、または超えるにつれて、排出レベルを許容レベルに戻すべく調整するため、水酸化カルシウム粉末を即座に添加することができる。
【００５２】
更なる他の作動シナリオは、作動プラントがアルカリ性スラリーの供給不足である場合に起こる。ここでは、噴霧器スラリーを増やして許容排出レベルに維持するため、水酸化カルシウム粉末を用いることができる。
【００５３】
典型的には、噴霧乾式吸収装置２６０の上流側（すなわち、投入位置ＡまたはＢ）に水酸化カルシウム粉末を投入することが望ましい。これは、噴霧乾式吸収装置が、当該粉末をバグハウス２７０の至る箇所に適切に散布することを促進させるからである。図４は、通常は脱硫システム内で使用される噴霧乾式吸収装置４００の断面図である。噴霧乾式吸収装置は通常、吸収装置の底部に円錐の頂点を有する円錐台形状（a frustoconical shape）のハウジング４１０を有する。しかしながら、噴霧乾式吸収装置はまた、当該円錐に代えて平坦な底部を有するものとすることができる。空気加熱器から流れてきた燃焼排ガス４２０は、二つの流れ４２２、４２４に分かれることができる。但し、このことは常に当てはまるわけではなく、本開示に必須ではない。一方の流れ４２２は、環状をなす上方側ガス分散機４３０に向けられている。他方の流れ４２４は、下方側ガス分散機４４０に向けられている。噴霧器４５０は、吸収装置ハウジングの頂部の中央を通って延びて、燃焼排ガス中に石灰スラリーを噴霧する。燃焼排ガスは、ガス分散機を介して、噴霧乾式吸収装置４００に流入する。噴霧乾式吸収装置は、燃焼排ガスの、スラリーとの良好な混合を確保するよう設計されるものであり、また、スラリーを乾燥するのに十分な滞留時間を与え、内部の堆積なしに、自由流動固形物を生成することのできる大きさとする。噴霧乾式吸収装置によって水酸化カルシウム粉末に与えられる混合および乱流は、水酸化カルシウムが、バグハウス内のフィルターバッグの至る箇所で、より望ましく分散することを確保する。噴霧乾式吸収装置内では、噴霧器４５０により、水酸化カルシウムの乾燥粉末に水が添加されて、水酸化カルシウムスラリーが形成される。ＳＯ2の吸収のための反応機構が水分子の存在を必要とするので、バグハウス内で、十分な脱硫能力を得るため、フィルターケーキには、そのような水が必要である。蒸発した水酸化カルシウムスラリーは、排出口４６０を通って噴霧乾式吸収装置から排出されて、バグハウスへと向かう。
【００５４】
図５は、一般的な、消石灰の乾燥吸着剤投入システムの概略図である。消石灰は、符号５１０のように、トラックまたは鉄道のいずれによっても配送することができる（ここではトラックの積卸を図示している）。周辺空気５１２は、トラック内に引き込まれて、消石灰を取り出し、貯蔵サイロ５２０に試薬を移動させる。当該試薬は、貯蔵サイロ５２０から、一連のバルブ５２２、フィーダー５２４およびホッパー５２６、５２８を介して、ロータリー式エアロック５３０内へと流れる。ここでは、試薬は、キャリヤガス５４０と混合し、空気圧によりガス流路（図２参照）内の投入位置に搬送される。キャリヤガス、典型的には空気は、キャリヤガス送風機５４２によって与えられ、このキャリヤガス送風機５４２は、キャリヤガスを空気冷却器５４４に通して、空気の温度を減少させ、試薬の早期の焼成を防止する。注目すべきは、本システムでは、投入位置と噴霧乾式吸収装置との間のガス流路内で、液体が投入されないということである。これは、湿式もしくは乾式スクラバーの上流側で、燃焼排ガス中に溶液及びスラリーが投入される従来のシステム（たとえば、Wilhelmによる米国特許第６，１２６，９１０号参照）とは対照的である。これはまた、乾式カルシウム吸収剤が投入された後に、配管内の水により加湿するシステム（たとえば、Huntによる米国特許第５，１６５，９０３号参照）とも対照的である。これらの従来システムでは、脱硫システムに入る前に、選択された汚染物質を燃焼排ガスから除去することが、所望の目的である。この一方で、本方法の目的は、アルカリ性試薬（消石灰）の代替的な源を与えるとともに、噴霧乾式吸収装置内の消石灰濃度を増加させ、また、バグハウスを水酸化カルシウムで覆い、それにより、脱硫をもたらし、脱硫能力を高めることにある。噴霧乾式吸収装置に先立って、水ないし液体を添加することは、ガスから抽出されてバグハウスに移動できない水酸化カルシウムの望ましくない状態を引き起こすことがある。
【００５５】
本開示の方法は、排出レベルの変化にタイミング良く対応する手段を与えることにより、許容可能な酸性ガス排出レベルに対処し、またそのレベル内で作動するために、脱硫システムの能力を改善するものである。燃焼システム作動をメンテナンスするなかで、繰り返し見られる一つのテーマは、ある問題を解決するために必要となる時間である。水酸化カルシウム粉末は、迅速に添加することができ、そして、優れた反応が得られる。この方法はまた、当該プロセスにおいて水を添加することを要しない乾式吸着剤をもたらす。
【００５６】
図７は、本開示の方法を示す一般的なプロセス図である。燃焼システム７００は、内部で燃焼が生じて燃焼排ガスの生成をもたらす燃焼チャンバー７０５を含む。燃焼排ガスは、ガス流路７２０に沿って、噴霧乾式吸収装置７６０を通って、その噴霧乾式吸収装置の下流側のバグハウス７７０へと移動する。水酸化カルシウムの乾燥粉末は、燃焼チャンバー７０５とバグハウス７７０との間で、（ガス流路７２０内の）燃焼排ガスと混合する。たとえば、水酸化カルシウム粉末は、噴霧乾式吸収装置の上流側（参照数字７９４）で、または、噴霧乾式吸収装置の下流側（参照数字７９６）で添加することができる。噴霧乾式吸収装置７６０の内部では、燃焼排ガス中に水（参照数字７６２）を噴霧し、燃焼排ガスを加湿および冷却する。燃焼排ガスはバグハウス７７０に移動する。水酸化カルシウムは、燃焼排ガス中の汚染物質または微粒子を捕捉する。清浄な燃焼排ガスは、スタック７８０または、それと同様の装置へと送られ、大気中に解放される。
【００５７】
この開示の方法を実践するための設計は、当該技術の通常の能力の範囲内である。これらの方法の実践を可能するために必要となるバルブ、パイプ、センサー、接続部および付属品はまた、一般に市販されている。
【実施例】
【００５８】
１２０ＭＷｇ（グロスメガワット）のパワープラントは、図２に示すようなレイアウトであった。起動の間および、石灰スラリーに代替する間にわたって、水酸化カルシウム粉末の使用を行った。水酸化カルシウム粉末は、投入位置ＡおよびＣで投入した。実際のスタックＳＯ2排出量を図６に示す。ｙ軸は、排出されたＳＯ2の量であり、その単位はｌｂ／ＭＢｔｕ（百万ＢＴＵｓ当たりのポンド）である。ｘ軸は、時刻、すなわち、午前零時（０：００）〜１２：００ｐｍである。参考までに、規制されるスタックＳＯ2排出量限度である０．０９ｌｂ／ＭＢｔｕを示している。二つの線を示しており、一方は実際の排出量であり、もう一方は、水酸化カルシウム粉末が投入されなかった場合の推定排出量である。注目すべきは、この図では、おおよそ１２：３０ａｍ、おおよそ２：４５ａｍおよび、おおよそ５：４５ａｍの三回の起動を試みたことである。
【００５９】
例示的な実施形態を参照しつつ、本開示を説明した。前記の詳細な説明を読んで理解した上で、改良や変更が生じるであろうことは言うまでもない。そのような改良や変更が、添付の特許請求の範囲および、その均等なものの範囲内に入る限りにおいて、その全てが本開示に含まれるものとして解釈されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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