Способ и сорбенты для использования электростатического осадителя, установленного на горячей стороне, для очистки от ртути газообразных продуктов сгорания
Предлагается способ уменьшения выбросов ртути из газового потока путем обработки газа частицами углеродистого сорбента ртути. Способ включает сбор частиц углеродистого сорбента ртути на сборных пластинах установленного на горячей стороне ЭСО. Периодическое обстукивание сборных пластин для высвобождения значительной части собранных частиц углеродистого сорбента ртути в бункера. Периодическое опорожнение бункеров. Причем обстукивание и опорожнение осуществляют с такой интенсивностью, чтобы менее 70% ртути, адсорбированной на сорбенте ртути, десорбировалось с собранного сорбента ртути в газовый поток. Изобретение позволяет снизить содержание ртути в газе. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.
ИНФОРМАЦИЯ КАСАТЕЛЬНО ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК, ПОЛУЧАВШИХ ФЕДЕРАЛЬНУЮ ПОДДЕРЖКУ
Правительству США могут принадлежать определенные права на настоящее изобретение в соответствии с контрактом Министерства энергетики США № DE-FC26-03NT41990 с фирмой Sorbent Technologies Corporation.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к очистке от ртути потоков газообразных продуктов сгорания и, более конкретно, к использованию химически обработанных углеродистых материалов для снижения выбросов ртути работающими на угле электростанциями, использующими электростатический осадитель (ЭСО, ESP), установленный на горячей стороне, для борьбы с выбросами пыли.
Общеизвестно, что ртуть является опасным и ядовитым веществом. Следовательно, часто существует необходимость очистки от нее воздушных потоков, связанных с промышленными процессами, такими как хлор-щелочные установки, или воздуха в зубоврачебных кабинетах, использующих амальгамы, где люди могут непосредственно подвергаться воздействию паров ртути. Аналогично, существует потребность в удалении ртути из потоков природного газа и углеводородов, где она корродирует технологическое оборудование; из потоков сточных вод, где ее сброс может загрязнять экосистемы; и из выбросов горячих газообразных продуктов сгорания мусоросжигательных установок, где ее выбросы в окружающую среду могут метилироваться и биоконцентрироваться в высших звеньях пищевой цепи. Каждый из этих газообразных или жидких потоков имеет различные характеристики, которые делают некоторые из способов удаления ртути эффективными и пригодными, а другие - неэффективными и непригодными. Вследствие этого, на протяжении многих лет было разработано множество разных подходов для эффективного удаления частиц ртути из различных потоков. Такие общие подходы включают, в числе прочего: технологии промывки жидкостью, технологии с гомогенной газовой фазой, методы амальгамирования металлов и процессы с использованием различных сорбирующих материалов в разных схемах применения, в которых сорбенты необязательно импрегнируют или обрабатывают путем проведения химической реакции с различными химическими промоторами.
В прошлом, активированные угли продемонстрировали пригодность для удаления паров ртути в некоторых областях применения. При использовании в комбинации с галоидными соединениями, характеристики связывания ртути активированных углей могут быть улучшены. В частности, давно известна способность йода и пропитки йодом увеличивать емкость гранулированных активированных углей по связыванию паров элементарной ртути из воздуха при температуре окружающей среды. В последнее время, обработанные бромом активированные угли показали высокую эффективность улавливания ртути при вдувании в топочные газы, как указано в патенте США 6953494, описание которого включено сюда в качестве ссылки.
В последнее время широко распространена озабоченность выбросами ртути от работающих на угле электростанций. Было подсчитано, например, что в США работающие на угле электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу примерно 100000 фунтов ртути. Улавливание и выделение этой ртути является очень сложной технической проблемой, потому что объемы подлежащего обработке газа велики, концентрация ртути в газе относительно низка, и температура газа высокая. Также, в топочном газе присутствует много других усложняющих работу соединений и требуется удалять множество соединений ртути.
Установленные на горячей стороне ЭСО использовались во многих областях применения, в которых удельное сопротивление золы уноса или пыли затрудняет их сбор ЭСО, установленными на холодной стороне. Примерно 10% коммунальных бойлеров в США относятся к типу устройств, устанавливаемых на горячей стороне. Установленные на горячей стороне ЭСО работают при температурах обычно от 230°C до 455°C (от 450°F до 850°F), по сравнению с обычной рабочей температурой установленных на холодной стороне ЭСО, составляющей от 120°C до 205°C (от 250°F до 400°F). Установленный на горячей стороне ЭСО получил свое название по тому факту, что предназначенное для борьбы с выбросами устройство установлено перед воздухоподогревателем, т.е. с горячей стороны воздухоподогревателя. Работа ЭСО при повышенной температуре имеет тенденцию снижать удельное сопротивление золы и облегчать ее улавливание.
Невыгоревший углерод в золе уноса теряет свою способность к удалению ртути при температуре выше 230°C (450°F). Таким образом, установленные на горячей стороне ЭСО обеспечивают очень низкое собственное удаление ртути невыгоревшим углеродом. Аналогично, простой порошкообразный активированный уголь (РАС) не обладает или обладает незначительной способностью к связыванию ртути выше этой температуры и, поэтому, не имеет практического значения для борьбы с выбросами ртути в этих областях применения.
Таким образом, существует потребность в новых средствах для эффективной и экономичной борьбы с выбросами ртути, особенно для использования в установленных на горячей стороне ЭСО.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение удовлетворяет вышеописанные потребности путем обеспечения способов, включающих: (a) вдувание множества частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания таким образом, чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений в газовом потоке адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути; (б) сбор части частиц углеродистого сорбента ртути из потока газообразных продуктов сгорания на по меньшей мере одной сборной пластине электростатического осадителя, установленного на горячей стороне, когда поток газообразных продуктов сгорания проходит через электростатический осадитель, установленный на горячей стороне, при по меньшей мере примерно 230°C; (в) периодическое обстукивание по меньшей мере одной сборной пластины для высвобождения значительной части собранных частиц углеродистого сорбента ртути в по меньшей мере один бункер и (г) периодическое опорожнение по меньшей мере одного бункера; причем обстукивание и опорожнение выполняются с такой интенсивностью, чтобы менее примерно 70% ртути, адсорбированной на собранных частицах углеродистого сорбента ртути, десорбировалось и возвращалось в поток газообразных продуктов сгорания. Также предусматриваются способы, в которых частицы углеродистого сорбента ртути содержат углеродистые носители; и в которых углеродистые носители включают активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, древесины или древесных отходов; и в которых по меньшей мере часть указанных частиц углеродистого сорбента ртути были получены путем обработки углеродистого носителя химическим веществом; и в которых химическое вещество содержит галоген или галогенсодержащее соединение; и в которых химическое вещество содержит серу или серосодержащее соединение; и в которых галоген содержит элементарный газообразный бром; и в которых галогенсодержащее соединение содержит бромсодержащую соль. Также предусматриваются такие способы, в которых (a) заменяется на: (a) вдувание множества частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания, образующихся из сжигаемого топлива и воздуха горения, и добавление химического вещества в поток газообразных продуктов сгорания и/или в сжигаемое топливо и/или в воздух горения, так чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений в газовом потоке адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути, причем указанное химическое вещество способно увеличивать адсорбционную способность углеродистого носителя по отношению к ртути.
Настоящее изобретение также предусматривает способы, включающие: (a) вдувание множества частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания, так чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений в газовом потоке адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути, при этом по меньшей мере часть указанных частиц углеродистого сорбента ртути была получена путем обработки углеродистого носителя бромом или бромсодержащим соединением; (б) сбор части частиц углеродистого сорбента ртути из потока газообразных продуктов сгорания на по меньшей мере одной сборной пластине электростатического осадителя, установленного на горячей стороне, когда поток газообразных продуктов сгорания проходит через электростатический осадитель, установленный на горячей стороне, при по меньшей мере примерно 230°C; (в) периодическое обстукивание по меньшей мере одной сборной пластины для высвобождения значительной части собранных частиц углеродистого сорбента ртути в по меньшей мере один бункер и опорожнение по меньшей мере одного бункера с достаточной интенсивностью таким образом, чтобы менее примерно 70% ртути, адсорбированной на собранных частицах углеродистого сорбента ртути, десорбировалось и возвращалось в поток газообразных продуктов сгорания. Далее, предусмотрены способы удаления ртути и ртутьсодержащих соединений из газообразных продуктов сгорания в системе отведения газообразных продуктов сгорания с электростатическим осадителем, установленным на горячей стороне, включающие стадии обеспечения углеродистого носителя, полученного из антрацита или битуминозного угля; обработки углеродистого носителя эффективным количеством брома или бромодержащей соли в течение достаточного периода времени для увеличения способности углеродистого носителя адсорбировать ртуть и ртутьсодержащие соединения; вдувания сорбента ртути в поток ртутьсодержащих газообразных продуктов сгорания в течение достаточного периода времени для связывания эффективного количества ртути и ртутьсодержащих соединений из газообразных продуктов сгорания с сорбентом ртути; электростатического выделения сорбента ртути из потока газообразных продуктов сгорания на сборных пластинах электростатического осадителя, установленного на горячей стороне, при температуре 230°C (450 °F) или выше; периодического обстукивания сборных пластин для высвобождения ртутьсодержащих сорбентов в расположенные ниже бункера; и опорожнения бункеров с достаточной интенсивностью для предотвращения выделения большей части связанной ртути из сорбента ртути и возвращения в поток газообразных продуктов сгорания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным со ссылкой на чертежи, на которых:
Фигура 1 включает принципиальные схемы систем отведения газообразных продуктов сгорания с указанием различий между схемами с электростатическими осадителями, установленными на холодной стороне, и схемами с электростатическими осадителями, установленными на горячей стороне;
Фигура 2 представляет собой таблицу, содержащую усредненные данные по естественной собственной способности к удалению ртути для восьми разных установленных на горячей стороне ЭСО, работающих на угле электростанций;
Фигура 3 представляет собой график лабораторных данных для неподвижного слоя, изображающий температурную зависимость для обычного порошкообразного активированного угля (РАС);
Фигура 4 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу во времени от интенсивности вдувания бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 365°C (690°F) с нормальной последовательностью обстукивания и нормальной скоростью опорожнения бункера;
Фигура 5 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 365°C (690°F), при ускоренном обстукивании и непрерывном опорожнении бункера;
Фигура 6 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 280°C (530°F), демонстрирующий улучшение связывания ртути в соответствии с изобретением;
Фигура 7 представляет собой диаграмму, показывающую содержание ртути в золе уноса для базового уровня и за период испытаний при вдувании бромированного РАС;
Фигура 8 представляет собой петрологическую схему для углерода при его рафинировании от живой растительности в более упорядоченные формы углерода, такие как уголь;
Фигура 9 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 305°C (580°F) и 325°C (615°F);
Фигура 10 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 360°C (675°F);
Фигура 11 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 300°C (570°F) и 420°C (790°F);
Фигура 12 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного в газовой фазе РАС и импрегнированного солью РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 370°C (700°F); и
Фигура 13 представляет собой график зависимости выбросов ртути через дымовую трубу при вдувании бромированного в газовой фазе РАС из разных исходных углей и импрегнированного солью РАС в установленный на горячей стороне ЭСО, работающий при 370°C (700°F).
Углеродистый сорбент ртути
Пригодные частицы углеродистого сорбента ртути, используемого в способах в соответствии с настоящим изобретением, содержат один или несколько углеродистых носителей, способных адсорбировать ртуть и ртутьсодержащие соединения. Пригодные углеродистые носители могут содержать активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, древесины или древесных отходов и т.п.
Частицы углеродистого сорбента ртути, используемого в способах по настоящему изобретению, могут быть получены путем обработки углеродистого носителя по меньшей мере химическим веществом. Пригодные химические вещества включают галоген, такой как бром, хлор или йод и т.п.; галогенсодержащее соединение, такое как бромсодержащее соединение и т.п.; серу или серосодержащее соединение; или другие химические вещества, пригодные для увеличения адсорбционной способности углеродистого носителя по отношению к ртути. Пригодные бром или бромсодержащие соединения могут представлять собой элементарный бром, элементарный газообразный бром, бромистый водород, бромсодержащую соль, растворенную соль брома, нагретую соль брома и т.п. Средства для обработки углеродистого носителя химическим веществом, таким как галоген, или галогенсодержащее соединение, или сера, или серосодержащее соединение, хорошо известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Настоящее изобретение также предусматривает способы, в которых частицы углеродистого сорбента ртути вдуваются в поток газообразных продуктов сгорания, и химическое вещество, как описано тут, также добавляется в сжигаемое топливо для получения потока газообразных продуктов сгорания, и/или добавляется в воздух, поддерживающий горение топлива, и/или вдувается в поток газообразных продуктов сгорания.
Газовый поток
Газовый поток, обрабатываемый в соответствии с настоящим изобретением, может быть потоком газообразных продуктов сгорания, например, от работающей на угле электростанции. Пригодные потоки газообразных продуктов сгорания для обработки в соответствии с настоящим изобретением содержат ртуть или ртутьсодержащие соединения. Например, поток газообразных продуктов сгорания, обрабатываемых в соответствии с настоящим изобретением, может быть получен из сжигаемого топлива, такого как уголь или любое другое сжигаемое топливо, и воздуха горения.
Установленные на горячей стороне ЭСО/сборные пластины/бункер
Установленные на горячей стороне электростатические осадители (ЭСО), и их использование для борьбы с выбросами пыли из газового потока, такого как поток газообразных продуктов сгорания, известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Фигура 1 показывает, что установленный на горячей стороне ЭСО расположен с горячей стороны воздухоподогревателя в технологическом потоке. На Фигуре 1 не изображено, но квалифицированным специалистам в данной области техники известно, что ЭСО включает по меньшей мере один заряжающий электрод, обычно множество заряжающих электродов, по меньшей мере одну сборную пластину, обычно множество сборных пластин, и по меньшей мере один бункер. Сборная пластина ЭСО предназначена для, и осуществляет, сбор частиц из газового потока, которые были заряжены электродом, например, путем электростатического улавливания частиц. Бункер ЭСО предназначен для, и обеспечивает, содержание частиц, которые высвобождаются с по меньшей мере одной сборной пластины при ее обстукивании, так, чтобы собранные частицы высвобождались. Бункер ЭСО периодически опорожняется средствами, известными квалифицированным специалистам в данной области техники, так чтобы собранные в нем частицы имели пониженную вероятность возвращения в газовый поток, проходящий через ЭСО.
Аспектом настоящего изобретения является создание способов использования сорбирующего материала, например частиц углеродистого сорбента ртути, в которых сорбирующий материал вдувается в горячие ртутьсодержащие газообразные продукты сгорания, так чтобы часть ртути адсорбировалась на сорбенте и удалялась из газообразных продуктов сгорания с золой уноса в установленном на горячей стороне ЭСО. Способы по настоящему изобретению могут быть использованы для удаления значительной части ртути и ртутьсодержащих соединений из газообразных продуктов сгорания. Под значительной частью подразумевается по меньшей мере примерно 30%.
Аспектом настоящего изобретения является также обеспечение сорбирующего ртуть материала, который обеспечивает по существу постоянную изоляцию адсорбированной газофазовой ртути от последующих взаимодействий с окружающей средой.
Аспектом настоящего изобретения является также эксплуатация ЭСО и системы сбора золы уноса таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность удаления ртути.
Эти и другие аспекты изобретения достигаются с помощью способов удаления ртути и ртутьсодержащих соединений из газообразных продуктов сгорания в системе отведения газообразных продуктов сгорания, использующей установленный на горячей стороне ЭСО по настоящему изобретению. Способы по настоящему изобретению могут включать аспекты обеспечения сорбента ртути, такого как частицы сорбента ртути, полученные из обработанных углеродистых носителей, таких как активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, или древесины или древесных отходов и т.п.; вдувания сорбента ртути в поток ртутьсодержащих газообразных продуктов сгорания в течение достаточного периода времени, позволяющего по меньшей мере эффективному количеству ртути и ртутьсодержащих соединений из газообразных продуктов сгорания адсорбироваться на сорбенте ртути, и сбора и удаления сорбента ртути из потока газообразных продуктов сгорания в установленном на горячей стороне ЭСО. Сорбент ртути может быть приготовлен путем обработки углеродистого носителя эффективным количеством брома или растворенной или испаренной соли брома в течение достаточного периода времени для увеличения способности углеродистого носителя адсорбировать ртуть и ртутьсодержащие соединения при более высокой температуре, чем в установленных на холодной стороне ЭСО. Сорбент выделяется из газового потока в установленном на горячей стороне ЭСО при температуре выше 230°C (450°F), и время пребывания в установленном на горячей стороне ЭСО и его бункерах собранной золы уноса минимизируется для предотвращения высвобождения и повторной эмиссии связанной ртути в поток топочных газов.
В примере процесса по настоящему изобретению, углеродистый сорбент, такой как порошкообразный активированный уголь (РАС), который был предварительно химически обработан, как описано тут, вдувается в горячий движущийся газовый поток продуктов сгорания для связывания и концентрирования парообразных соединений ртути из газового потока. Существуют такие условия, при которых адсорбирующий материал, который вдувается в поток газа, тщательно перемешивается с газом, и выделяется из газа в установленном на горячей стороне электростатическом осадителе (ЭСО). Установленный на горячей стороне ЭСО работает таким образом, чтобы собранная зола уноса быстро удалялась с пластин и из бункеров ЭСО, не давая связанной ртути времени на высвобождение и возвращение в газовый поток.
В работающих на угле электростанциях, установленные на горячей стороне ЭСО удаляют золу уноса и любые вдуваемые сорбенты ртути перед воздухоподогревателями, где температура обычно составляет примерно 370°C (700°F). Установленные на холодной стороне ЭСО, с другой стороны, работают после воздухоподогревателя, где температура газа обычно составляет примерно 150°C (300°F). См. Фигуру 1.
Неожиданно было обнаружено, что химически обработанные углеродистые материалы, например материалы галогенированного активированного угля, предпочтительно порошкообразные активированные угли, обработанные бромом, обладают способностью удалять значительную часть соединений ртути в электростатических осадителях, установленных на горячей стороне, при использовании пригодного исходного угля и работе установленного на горячей стороне ЭСО таким образом, чтобы быстро удалить связанную золу уноса из системы.
Установленные на горячей стороне ЭСО типично не удаляют ртуть сами по себе. См. на Фигуре 2 средние результаты измерения входной и выходной концентрации ртути для восьми установленных на горячей стороне ЭСО, отбор проб из которых осуществлялся в соответствии с утвержденными в 1999 г. требованиями к сбору информации (Information Collection Request, ICR) Агентства по охране окружающей среды США. Средние концентрации в топочных газах элементарной ртути (0), окисленной ртути (+2) и ассоциированной с дисперсными материалами ртути (p), на выходе из установленных на горячей стороне ЭСО на электростанциях, сжигающих как битуминозные, так и полубитуминозные угли, были по существу такими же, как и концентрации ртути на входе. Более того, вдувание обычных порошкообразных активированных углей не связывало или связывало незначительное количество паров ртути при температурах выше 230°C (450°F), где работают установленные на горячей стороне ЭСО. См. Фигуру 3, взятую из презентации Michael Durham, озаглавленной "Results from Four Full-Scale Field Tests of ACI for Control Mercury Emissions" (Результаты четырех полномасштабных эксплуатационных испытаний по использованию ACI для борьбы с выбросами ртути), представленной на заседании рабочей группы MACT Агентства по охране окружающей среды США (US Environmental Protection Agency's Utility MACT Working Group, Washington, D.C.), 4 марта 2003 г.
При проведении эксплуатационных испытаний бромированных сорбентов ртути было обнаружено существование непредвиденной переменной. Этой переменной была работа установленного на горячей стороне ЭСО. Пребывание сорбента ртути при высокой температуре и/или в больших объемах в установленном на горячей стороне ЭСО в течение продолжительных периодов времени приводило к повторной эмиссии значительных количеств связанной ртути. Эту проблему можно было решить путем эксплуатации ЭСО таким образом, чтобы минимизировать время пребывания золы при высокой температуре или в объемах, создающих возможность накопления тепла, выделяющегося при окислении углерода, приводящую к повторной эмиссии связанной ртути с возвращением в поток топочных газов из дымовой трубы.
ПРИМЕРЫ
Приведенные ниже примеры иллюстрируют принципы настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо одним конкретным вариантом исполнения, представленным тут, будь то в примерах или в остальной части данной патентной заявки. Пример 1 представляет собой сравнительный пример.
ПРИМЕР 1 - СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР
Эти первые полномасштабные испытания с вдуванием сорбента ртути проводились при температуре 365°C (690°F). В данных испытаниях, представленных на Фигуре 4, концентрации ртути в газообразных продуктах горения на выходе установленного на горячей стороне ЭСО были очень близки к концентрациям на входе, что свидетельствует об отсутствии или незначительном удалении ртути. Выбросы ртути резко снижались немедленно после вдувания бромированного РАС, полученного из битуминозного угля (10:00), но количество выбросов очень быстро восстанавливалось почти до начального уровня содержания ртути. Увеличение скорости вдувания сорбента (12:00) улучшало показатели удаления ртути на непродолжительное время, но количество выбросов снова быстро восстанавливалось до исходного уровня.
При прекращении подачи сорбента (17:00) концентрация ртути на выходе неожиданно резко возрастала, и в течение некоторого периода времени из ЭСО выходило значительно большее количество ртути, чем поступало в него. Затем уровни содержания на входе и выходе стабилизировались и снова совпадали. В общем, суммарные площади под кривыми на входе и на выходе были одинаковыми. Интересно, что по такому странному поведению можно предположить, что сорбенты действительно связывали некоторое количество ртути при таких очень высоких температурах, но затем десорбировали эту ртуть через непродолжительный период времени. Такая десорбция может быть вызвана, например, незначительной задержкой окисления (сгорания) поверхностного слоя углерода при температурах горячей стороны, или химическим замещением со временем ртути на другой компонент топочного газа. Такое поведение ранее не наблюдалось в данной области техники. Результаты показывают, что несмотря на использование сорбентов и начальное связывание ими некоторой части ртути, результирующего снижения уровней ртути не наблюдалось и все количество ртути в конечном счете выбрасывалось через дымовую трубу.
ПРИМЕР 2
Кроме того, изобретение было показано на том же установленном на горячей стороне ЭСО при, по существу, такой же высокой температуре и при использовании того же самого углеродистого сорбента ртути с аналогичными или более низкими скоростями вдувания. См. Фигуру 5. Благодаря снижению повторной эмиссии ртути было достигнуто суммарное снижение уровней ртути при использовании установленного на горячей стороне ЭСО.
Для решения заново возникшей проблемы повторной эмиссии ртути в установленных на горячей стороне ЭСО работу ЭСО модифицировали таким образом, чтобы минимизировать время пребывания сорбента при повышенной температуре и в контакте с топочными газами. Это производилось путем увеличения интенсивности обстукивания пластины до допустимого максимума, с целью более быстрого удаления уловленного сорбента со сборных пластин ЭСО, и путем непрерывной работы системы удаления золы уноса для как можно более быстрого выведения золы уноса, содержащей сорбент, из высокотемпературной среды в бункера ЭСО. Как показано на Фигуре 5, вдувание бромированного РАС было начато в 11:00 и прекращено в 12:00 и затем снова начато в 12:30 и снова прекращено в 13:30. На этот раз, на всем протяжении периодов вдувания сорбента наблюдалось суммарное снижение уровней ртути. Два изменения режима эксплуатации - увеличение частоты обстукивания и обеспечение минимального времени пребывания сорбента и объемов золы в бункерах позволили при использовании бромированного сорбента ртути контролируемо достичь примерно 30% суммарного снижения выбросов ртути при вдувании с по существу такими же температурой и скоростью вдувания, как в Сравнительном Примере 1, в котором ранее не наблюдалось никакого суммарного снижения выбросов ртути. Любая из или обе эти меры способствовали достижению суммарного снижения выбросов ртути. Такое суммарное снижение выбросов ртути на примерно 30% наблюдалось бы, если бы сорбент первоначально адсорбировал до 100% ртути из топочных газов, и уменьшение времени пребывания после адсорбции в установленном на горячей стороне ЭСО и его бункерах ограничивало повторную эмиссию связанной ртути до менее чем 70%.
ПРИМЕР 3
Были также проведены испытания с уменьшенным временем пребывания сорбента при несколько более низкой рабочей температуре ЭСО. Как показано на Фигуре 6, в установленном на горячей стороне ЭСО при 280°C (530°F) был достигнут показатель удаления ртути, равный 80% Hg на выходе дымовой трубы. Доказательством успешного связывания ртути является определение ртути в золе уноса. Содержание ртути в золе уноса в начальный момент времени перед вдуванием сорбента было близко к нулю. Содержание ртути в золе уноса при проведении испытаний с вдуванием сорбента в количестве 6 фунтов на миллион фактических кубических футов газообразных продуктов горения (lb/MMacf) составляло несколько сот частей на миллиард, что подтверждают измеренные показатели удаления ртути. См. Фигуру 7.
ПРИМЕР 4
Были осуществлены усовершенствования в производстве бромированного сорбента ртути и снова проведены испытания на той же электростанции. Углеродные формы более высокой категории, такие как битуминозный уголь и антрацит (Фигура 8), давали РАС, которые, по-видимому, в меньшей степени испытывали влияние температуры. Во время этих испытаний диапазон рабочих температур бромированного сорбента был расширен и эксплуатационные показатели улучшились. См. Фигуру 9. В данном случае вдувание сорбента было начато в 12:30 и прекращено в 15:30, затем снова начато в 17:00 и снова прекращено в 18:30.
ПРИМЕР 5
Такие показатели удаления ртути были подтверждены при проведении испытаний в установленном на горячей стороне ЭСО второй электростанции при более высокой температуре (360°C (675°F)), что было продемонстрировано ранее. См. Фигуру 10. На графике HgT обозначает общую концентрацию ртути на выходе; Hg(0) обозначает концентрацию элементарной ртути. Вдувание бромированного РАС с расходом, составляющим примерно 4 фунта на миллион фактических кубических футов газообразных продуктов горения (lb/MMacf), снижало общую концентрацию ртути от примерно 6000 нг/нм3 до примерно 2000 нг/нм3. Концентрация ртути постепенно возвращалась на уровень выше 6000 нг/нм3 после прекращения вдувания сорбента.
ПРИМЕР 6
Различия в исходных углях сорбентов и их способе изготовления были продемонстрированы при проведении испытаний на третьей электростанции. В этих испытаниях испытывался бромированный в газовой фазе сорбент при двух температурах - 300°C (570°F) и 420°C (790°F). См. Фигуру 11. Бромированный в газовой фазе сорбент, который был изготовлен из угля высшей категории (битуминозного) и вдувался при расходе 10 фунтов на миллион фактических кубических футов газообразных продуктов горения (lb/MMacf), имел показатель суммарного удаления ртути более 70% при более низкой температуре и примерно 60% при более высокой температуре.
На данной установке также проводились испытания импрегнированного солью сорбента на основе низкосортного лигнита (Norit's DARCO Hg-LH). Эксплуатационные показатели данного сорбента обеспечивали степень удаления ртути ниже 40% при такой же скорости вдувания, как и для бромированного в газовой фазе сорбента.
ПРИМЕР 7
Различия в эксплуатационных характеристиках бромированного в газовой фазе РАС и импрегнированного солью РАС снова были замечены при проведении испытаний в установленном на горячей стороне ЭСО четвертой электростанции. Ранее описанные электростанции сжигали битуминозные угли, дающие химический состав топочных газов с высоким содержанием диоксида серы и хлористых водородов. Важно отметить, что эта новая электростанция сжигала полубитуминозный уголь, дающий другой химический состав топочных газов. Тем не менее результаты были аналогичными, что указывает на общий характер применимости изобретения. См. Фигуру 12.
Бромированные в газовой фазе РАС (обозначенные как H-ПАУ и C-РАС) обеспечивали почти 70% удаления ртути при скорости вдувания, равной 5 lb/MMacf. Импрегнированный солью РАС на основе лигнита (обозначенный Norit Darco Hg-LH) позволял достичь удаления ртути лишь немного более 30% при такой же скорости вдувания.
Данные испытания предоставили возможность оценки влияния на показатели удаления ртути природы исходного угля по сравнению со способом бромирования. Импрегнированный солью РАС имел лигнитовую основу. РАС на такой же основе подвергали газофазовому бромированию газообразным бромом и испытывали на этой установке. См. Фигуру 13. Газофазовое бромирование лигнитового РАС действительно улучшало его показатели удаления ртути более чем на 40%, в относительных величинах. Однако при использовании РАС на основе антрацита достигалось дополнительное улучшение показателей удаления ртути.
Хотя настоящее изобретение было описано на примере одного или нескольких предпочтительных вариантов исполнения, следует понимать, что могут быть выполнены другие модификации, не выходящие за пределы объема изобретения, установленные приведенной ниже формулой изобретения.
1. Способ снижения выбросов ртути, включающий стадии, на которых:
(а) вдувают множество химически обработанных частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания таким образом, чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений из газового потока адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути, причем частицы углеродистого сорбента ртути содержат активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, древесины или древесных отходов;
(б) собирают часть частиц углеродистого сорбента ртути из потока газообразных продуктов сгорания на по меньшей мере одной сборной пластине электростатического осадителя, установленного на горячей стороне, когда поток газообразных продуктов сгорания проходит через электростатический осадитель, установленный на горячей стороне, при по меньшей мере 230°С;
(в) периодически обстукивают по меньшей мере одну сборную пластину для высвобождения значительной части собранных частиц углеродистого сорбента ртути в по меньшей мере один бункер; и
(г) периодически опорожняют по меньшей мере один бункер,
причем обстукивание и опорожнение выполняются с такой интенсивностью, чтобы менее 70% ртути, адсорбированной на собранных частицах углеродистого сорбента ртути, десорбировалось и возвращалось в поток газообразных продуктов сгорания.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы сорбента дополнительно содержат галоген или галогенсодержащее соединение.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы сорбента дополнительно содержат серу или серосодержащее соединение.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что галоген представляет собой элементарный газообразный бром.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что галогенсодержащее соединение представляет собой бромсодержащую соль.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что (а) заменяют на:
(а) вдувают множество частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания, образующихся из сжигаемого топлива и воздуха горения, и добавляют химическое вещество в поток газообразных продуктов сгорания, и/или в сжигаемое топливо, и/или в воздух горения, так чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений из газового потока адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути, причем частицы углеродистого сорбента ртути содержат активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, древесины или древесных отходов, и в котором указанное химическое вещество способно увеличивать адсорбционную способность частиц углеродистого сорбента ртути по отношению к ртути.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что (а) заменяют на:
(а) вдувают множество частиц углеродистого сорбента ртути в поток газообразных продуктов сгорания, образующихся из сжигаемого топлива и воздуха горения, и добавляют химическое вещество в поток газообразных продуктов сгорания, и/или в сжигаемое топливо, и/или в воздух горения, так чтобы по меньшей мере часть любых ртутных или ртутьсодержащих соединений из газового потока адсорбировалась на по меньшей мере части частиц углеродистого сорбента ртути, причем частицы углеродистого сорбента ртути содержат активированные угли, полученные из антрацита, битуминозного угля, лигнита, скорлупы кокосовых орехов, древесины или древесных отходов, и в котором указанное химическое вещество содержит галоген или галогенсодержащее соединение.
