将加到燃烧产物中的硫吸附剂和辅助氧化剂从造渣燃烧器通入与其相连的热利用设备，在１６００～２３００°Ｆ生成反应气流，在该气流中硫与含有碱金属的硫吸附剂发生反应而被除去。调节造渣燃烧器燃烧条件，生成富燃料气体产物流，使ＮＯ－［ｘ］生成量减至最少。除去燃料中大部分不可燃矿物。在气体产物与硫吸附剂和附加氧化剂混合前，净化热气体。这样可在气体产物从热利用设备排入大气之前大大提高硫组分除去率。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
普通的烧煤锅炉及工业加热炉直接在炉内的一个燃烧区中燃烧煤。它们通常在总化学计量大于1的条件下操作。这样可避免冒烟，但结果会产生大量氮的氧化物和硫的氧化物以及相当多的颗粒物质，这就需要使用诸如集尘器等高效的颗粒收集装置。这类加热炉其每单位容积所释放的能量较低，因此需要大容积的“燃烧室”来燃烧燃料并从火焰中吸取能量。近年来，石油价格已上涨7倍左右。很多电力系统的锅炉及工业加热炉皆由于经费压缩而停止使用。利用一些改进的系统来改装这些锅炉及加热炉，使其烧煤而不烧油或煤气，这将节省大量的能量损耗。但是，试图在原先设计及制造的用于烧油或烧煤气的几千瓩的锅炉中烧煤会遇到难以克服的困难即在这类锅炉中烧煤所产生的熔渣及粉尘将使加热炉及传送管道结垢，从而会明显降低效率;联邦政府及拥有发电用锅炉设备的市区或近郊区的地方当局禁止自由排放硫氧化物(下文称SOx)和/或氮氧化物(下文称NOx);此外，适合于安装煤加工和燃烧设备的地点常常受到严格的限制;而且，原先设计的烧油或烧煤气的锅炉通常没有用于收集和清除粉尘的装置。我们已研究出一种方法和设备可用于改装现有锅炉及加热炉的装置，它能除去燃料(如煤)中大部分不可燃的矿物成分，同时能以迄今未达到的功率密度燃烧燃料并能避免产生大量能形成酸雨的物质，如SOx和NOx。本专利技术的目的和性能特征如下高的功率密度每一立方英尺容积的主燃烧室约为1.0百万英热单位/小时。低的NOx在排放到大气的废气中，NOx的含量通常低于450PPm(体积)，最好低于250PPm(体积)。不可燃物质的去除在将气体产物通入锅炉或其他利用热的设备以前，从燃烧形成的气体产物中收集并除去燃料中不可燃矿物量的80%至90%，这取决于具体采用的设备要求。碳的转化在气体产物通入锅炉或其他热利用设备以前，基本上将所有的碳转化为碳的氧化物。寿命保护燃烧器的器壁，使对器壁有害的腐蚀和/或磨损保持在工业上可允许的限度内。热效率通入所用设备中的气体产物流具有约85～90%的碳质燃料化学潜能。该能量最好一部分作为显热放出，而另一部分作为气体产物中所含的CO和H2的形式进行输送，这种气体在所用设备中很容易完全燃烧。硫的收集将废气从热利用设备排入大气之前，从气体产物中除去80-90%的燃料中含硫组分。本文列入参考文献的Burge等人的美国专利US4，217，132叙述了一种用于燃烧含有不可燃矿物组分的碳质燃料的设备，该设备可将不可燃矿物组分作为液态渣分离掉而将热的燃烧产物气流通到诸如锅炉一类的热能利用设备中。在Burge等人的设备中，将固体碳质燃料(例如煤粉)喷入一个燃烧室中，同时将氧化剂流(例如预热的空气)引入该燃烧室以产生适于离心分离的高速旋流条件，使大部分液态渣甩到燃烧室的内壁上。在本文列入参考文献的共同未决专利申请NO，788，929(1985年10月18日提交)中叙述了上面已部分提及的另一种体系。专利申请NO.788，929中叙述的设备是有造渣燃烧器的改进设备，它是经过广泛研究而得到的，这些研究包括改装原先设计和制造的用油和/或天然气的工业加热炉和电力系统的锅炉以适合造渣燃烧器的特殊要求。本专利技术是对Burge等人及共同未决专利申请NO.788，929所公开的一类造渣燃烧系统的进一步改进，更具体地说，要降低SOx和NOx的排放量，同时要满足上述其他要求。根据本专利技术，将一股热的、富燃料的气体产物流(最好来自共同未决专利申请NO.788，929所述的体系)作为一种载热燃料气送入普通的锅炉或加热炉中。这些气体产物的温度等于或高于燃料不可燃组分的粉尘熔化温度，该温度最好约为在2600°F～3200°F。当该气体产物流进入加热炉时，使该气体流与下列两种物质混合(1)用来吸附硫的含碱土金属的吸附剂，例如粉状石灰石，(2)足量的附加氧化剂，以使该设备的总化学计量提高到约为1.1～1.3。由于硫吸附剂与高温气体产物密切接触同时迅速混合，硫的吸附剂在数毫秒的时间内突然煅烧，生成了多孔性的固体颗粒，这种固体颗粒可使吸附剂中的碱土金属与气体产物中的含的硫成分发生反应。结果，将气体产物从锅炉或加热炉排入大气之前，燃料中所含的大部分硫被转化为碱土金属的硫酸盐，并可从该气体产物中除去。用这种方法和设备我们已经获得了重复和一致的结果，即可使废气中的SOx浓度降低80～90%。据我们所知，适用于常规发电用的锅炉和工业加热炉的其它烧煤方法和设备都不能使SOx的排放量达到如此低的程度。在一个较佳实施例中，将诸如煤粉一类的粉状碳质燃料在靠近燃烧区一端的中心处送入燃烧区。将氧化剂流喷入燃烧区，喷入的方式和方向应使氧化剂与燃烧产物的混合物沿着燃烧室的器壁形成一股高速旋流。高功率密度的燃烧使燃料转变成含有CO、H2并夹带熔渣的气体燃烧产物，这种熔渣是由燃料中的不可燃矿物组分熔化而生成的。这种高速旋流会产生如下情况，使大部分熔渣被离心推向燃烧区器壁内表面。将氧化剂和粉末燃料的喷入速度和质量流速作为独立变化的参数加以调节，以便控制燃烧区内的条件。更准确地说，通过控制这些独立变化的参数我们使该体系调节为(a)保持燃烧区内的燃烧温度高于燃料中不可燃矿物组分的粉尘熔化温度，该燃烧温度通常约为2600～3200°F，这取决于所用燃料的性能，(b)使燃烧气体产物中夹带的挥发和/或液态熔渣滴的量减至最小，(c)保持燃烧区总化学计量约为0.7～0.9，(d)将燃料中所含的碳基本上全部转变成碳的氧化物(例如CO和CO2)，以及(e)从燃烧气体产物中分离大部分粉尘(呈熔渣形式)。将含有硫化合物的燃烧气体产物通入熔渣收集区，再通过一个合适的管道将其送到一个与之相连的热利用设备中，如一个普通的加热炉或锅炉。在燃烧产物通入热利用设备之前或基本上与之同时，立即使附加的氧化剂和硫吸附剂与燃烧产物混合，使化学计量达到1.1～1.3，最好约为1.2。快速混合结果会使温度至少降至约2300°F，而使硫的吸附达到最大。所加入的吸附剂量最好足以使碱土金属与硫的摩尔比约为2～5，这取决于煤的含硫量和所要降低的SOx程度;该摩尔比最好为2.5～3.5。SOx的降低率可达60～90%，这取决于所用煤的类型。从二次氧化产物中得到热量，并用诸如集尘器等合适装置收集含少量粉尘的废吸附剂。最好在气体产物离开熔渣收集区后才向其中加入附加的氧化剂;而且，要使熔渣收集室的化学计量为0.7～0.9，即保持富燃料状态，从而使生成的氮氧化物减至最少;还要保持熔渣收集室内的温度高于粉尘的熔化温度，这样有助于以熔渣的形式除去残余的不可燃物质。于是，将这种基本上已除去所有熔渣的气体产物以一种燃料气体的高速旋流形式从熔渣收集室通入与之相连的热利用设备，这种燃料气流具有呈显热形式的动能并具有呈高浓度CO和H2形式的潜能。当该气流离开熔渣收集室时，其温度高于燃料中不可燃组分的粉尘熔化温度，所说的温度约为2600～3200°F，这取决于所用燃料的性能。将气体产物通入热利用设备时我们加入附加的氧化剂，实质上有二个目的第一，可提供足量的附加氧化剂(例如空气)以使燃料气完全燃烧，并使加热炉或锅炉中的总化学计量约为1.1～1.3。第二，在硫吸附剂与气体产物混合之前或紧接其后，可将气体产物的温度降到足以避免吸附剂颗粒死烧的程度。在气体产物通入热利用设备后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃烧含硫粒状碳质燃料的设备，其中，氧化剂气体和粒状燃料被引入一个基本上为圆柱形的主燃烧室，调节该设备的进料速度和质量流及燃烧温度，以使排出的燃烧气体产物中挥发性的液态熔渣的浓度降至最低，并保持燃烧室器壁的温度为一定范围，使固化的熔渣层留在器壁的内表面上，该设备改进之处包括下列构件的组合：（ａ）用于预热所说氧化剂气体的装置并以一定的方式将预热了的氧化剂气体引入所说的燃烧室，其引入方式可使含有氧化剂和燃烧产物的混合物在该室内形成高速旋流；（ｂ）将粒状燃料喷入所说燃 烧室的装置，该装置靠近所说燃烧室一端６的中心，燃料的喷入方式可使所有的燃料颗粒与所说的旋流交叉接触，在燃料颗粒到达燃烧室的器壁之间，使颗粒中所含的大部分碳都变为碳的氧化物；（ｃ）调节氧化剂和燃料进料速度及质量流速的装置，以在所说的燃烧室 内的主燃烧区的纵向延伸的中心部分内保持一种相对富燃料的燃烧条件，在器壁附近形成一个相对富氧的环形区域，将燃料中所含的基本上所有的熔渣都甩到燃烧室的器壁上，使气体燃烧产物的温度实际上高于燃料中的不可燃组分的粉尘熔化温度；（ｄ）带有一个熔渣 回收室的熔渣回收装置，该装置可用来接受来自主燃烧室的燃烧产物，以便基本上收集所有的夹带在所说燃烧产物中的液态熔渣，可单独清除收集于该体系中的所有熔渣，并把载带热能的气体产物输送到与其相连的热利用设备；（ｅ）硫的收集装置，实质上在气体产物 进入热利用设备时该装置使硫吸附剂与所说的气体产物混合，（ｉ）该吸附剂的含钙量足以使（Ｃａ／Ｓ）的摩尔比约为２～５，（ｉｉ）附加氧化剂的量足以使气体产物的温度保持在１６００～２３００°Ｆ，在此温度下该吸附剂开始与气体产物中的硫组分接触 ；（ｆ）带有吸附剂喷射装置和氧化剂加入装置的硫收集装置，喷射装置可在气体产物进入热利用设备之前把含钙的吸附剂送入该气体产物中，氧化剂加入装置可在该气体产物中的不可燃矿物组分被基本上除去以后，把附加的氧化剂加入该气体产物中，操作该吸附剂喷 射装置和氧化剂加入装置时应保持一定的时间－－温度关系，即吸附剂颗粒转移及通过热利用设备时，使硫吸附剂在低于２３００°Ｆ的有效吸附温度下与绝大部分的硫组分发生反应并将其收集，同时保持热利用设备中的化学计量约为１．１～１．３。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚林弗劳尔斯埃金斯，约翰戴维库恩兹利，
申请(专利权)人：TRW公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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