降低来自燃煤锅炉中的汞制造技术

公开了用于以最小成本实现电厂的汞排放降低的方法和系统。燃烧室和吸附剂注入器的参数被操纵以控制灰烬中残留碳和注入的吸附剂。这两个要素相组合以将废气中的汞降低至可接受水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃煤锅炉系统且更具体地涉及从这种系统降低汞排放。
技术介绍
汞(Hg)被认为是有害空气污染物且是空气中毒性最大的易挥发金属之一。元素 汞蒸汽可以从排放源广泛散布。其他形式的汞污染物包括在植物和动物中积累的有机和无 机化合物。汞是煤矿物质的组成部分。其从燃煤电厂的排放被怀疑是环境汞的主要来源。 各种"后燃烧"技术可用于降低来自燃煤电厂的汞排放。活性碳注入(ACI)是可 用于控制燃煤电厂的汞排放的很多"后燃烧"技术之一。ACI技术通过向烟气气流注入活性 碳实现。蒸发的汞被活性碳吸收，因为活性碳是颗粒状的，其然后通过下游的颗粒控制装置 被移除。已经在诸如WEPCO Pleasant Prairie电厂之类的各种燃煤电厂执行了一些小规 模或完全规模的ACI技术测试。这些测试显示，使用ACI技术可以成功地捕获汞。然而，作 为吸附剂的注入碳的使用是相当昂贵的，因为吸附材料的成本约占据了汞去除处理的总成 本的60%至70%。尽管ACI当前被认同为捕获汞的方法，在未来更有望开发其他"后燃烧" 技术。 已经进行了用于确定从灰烬中残留碳(RCA)降低汞的效率的其他研究，该RCA通 常源于燃烧过程。RCA被定义为来自燃烧室内没有充分与氧气反应的燃料源(煤)的碳的 部分。RCA有时被称为灰烬中的碳(CIA)或未燃尽碳(UBC)且典型地以百分比(％ )(碳质 量/全部灰烬质量二XCIA)来测量。依赖于包括煤类型、反应区域中的温度和局部扰动的 各种因素，RCA可以有效地离析(sequester) 1%至60%的汞。 因而，可用于汞去除的全部离析材料来自两个来源。RCA出现在燃烧室内，且在燃 烧之后添加各种后燃烧吸附剂(PCS)，其中ACI具有最高的当前市场接受度。来自后燃烧吸 附剂的最佳贡献依赖于飞灰(RCA)内的碳含量，因为RCA提供初始捕获，该初始捕获根据其 他处理条件而变化。其他处理条件包括影响PCS方法的最佳荥吸收的那些因素，特别包括 局部气体温度和反应区域中的扰动水平。因此，对于整体汞去除的最佳PCS贡献必须依赖 于来自燃烧RCA的汞吸收。 因此，希望自动实现PCS和RCA对于整体汞降低的最佳或平衡贡献，以由此最小化 吸附剂的使用且实现汞去除的成本降低。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于控制发电设施的系统，该发电设施包括燃4烧室和后燃烧吸附剂添加装置，该燃烧室排放废气。该系统包括处理器、用于存储信号的一个或多个存储单元以及存储在该一个或多个存储单元中且在被处理器执行时引起该系统执行一种方法的软件程序指令。接收指示废气中的灰烬中残留碳量的测量值。接收指示废气中的汞量的测量值。接收指示燃烧室效率的测量值。给锅炉效率分配经济有效值。给吸附剂分配经济有效值。给灰烬中残留碳分配经济有效值。针对废气设置预定目标汞水平。基于分配给锅炉效率的经济有效值、吸附剂的经济有效值以及灰烬中残留碳的经济有效值的平衡，确定待添加到废气中的吸附剂的目标量以及将在燃烧室中形成的灰烬中残留碳的目标量。吸附剂和灰烬中残留碳的目标量和吸附剂与灰烬中残留碳的最经济有效比相关。对燃烧室和后燃烧吸附剂添加装置的控制则根据目标吸附剂和灰烬中残留碳来操纵。 根据本专利技术的另一方面，提供一种控制发电设施的方法。该发电设施包括燃烧室和后燃烧吸附剂添加装置，其中该燃烧室排放废气。接收指示废气中的灰烬中残留碳量的测量值。接收指示废气中的汞量的测量值。接收指示燃烧室效率的测量值。给锅炉效率分配经济有效值。给吸附剂分配经济有效值。给灰烬中残留碳分配经济有效值。针对废气设置预定目标的汞水平。基于分配给锅炉效率的经济有效值、吸附剂的经济有效值以及灰烬中残留碳的经济有效值的平衡，确定待添加到废气中的吸附剂的目标量以及将在燃烧室中形成的灰烬中残留碳的目标量。吸附剂和灰烬中残留碳的目标量和吸附剂与灰烬中残留碳的最经济有效比相关。对燃烧室和后燃烧吸附剂添加装置的控制则根据目标吸附剂和灰烬中残留碳来操控。 根据本专利技术的又一方面，提供一种用于控制发电设施的系统。该系统包括燃烧室，该燃烧室排放废气。该系统包括位于燃烧室中的第一反应区域。吸附剂注入器位于该第一反应区域的下游。第二反应区域位于吸附剂注入器的下游。汞分析器位于该第二反应区域的下游。提供处理器以及用于存储信号的一个或多个存储单元。软件程序指令被存储在该一个或多个存储单元中且在被处理器执行时导致系统执行一种方法。灰烬中残留碳在第一反应区域中产生。吸附剂在第二反应区域注入。在汞分析器处测量废气中的汞量。确定吸附剂的成本。确定灰烬中残留碳的成本。在汞分析器处为废气设置预定目标汞水平。注入吸附剂的速度和将在第一反应区域中形成的灰烬中残留碳的目标量基于灰烬中残留碳的成本和吸附剂的成本的平衡确定。对燃烧室和吸附剂注入器的控制根据确定的吸附剂注入速度和目标灰烬中残留碳来操纵。附图说明 图1示出具有汞控制系统的燃煤蒸汽发电机的典型配置。 图2示出了从燃煤电厂排放的汞去除率的模型。 图3示出了一种基于图2的模型的、优化荥去除过程和锅炉效率的、基于闭环模型的控制器的方框图。 图4示出了可以使用本专利技术的汞排放降低过程的典型在线系统。具体实施例方式图1绘出了发电系统IO，其包括具有汞控制系统14的燃煤蒸汽发电机12。该系统包括下述一些组件以促进汞去除和优化。在蒸汽发电机12中示出的字母BE表示用于计算锅炉效率(BE)的实时方法。计算BE的最常见和最被接受的方法是通过使用ASME标准。本专利技术的计算的意义在于由干气损耗和未燃尽碳(UBC)限定的效率考虑。出于描述本专利技术的目的，UBC和RCA相同。 在蒸汽发电机12的燃烧气体出口 12b处示出的字母TE表示PCS附近的燃烧气体的温度的测量值。在PCS与燃煤蒸汽发电机12的废气中的汞进行反应的区域14a中，针对每种PCS方法，监控特定过程测量值，且这些过程测量值被优化以改善各种PCS方法其中每一个的吸收效率。这些过程测量值包括但不限于气体温度、流速以及扰动因素，且除了 TE测量之外，可以通过合适且公知的仪器来测量。 汞控制系统14位于蒸汽发电机12的燃烧气体出口 12b处。发电系统10包括第一和第二汞离析反应区域12a和14a。第一汞离析反应区域12a位于蒸汽发电机12内，其中形成RCA以离析汞。第二汞离析反应区域14a位于蒸汽发电机12的下游，处于汞控制系统14内。 在图1所示的实施方式中，汞控制系统14包括图1中的字母M指示的两个汞分析器16。分析器16可以是真实装置或是虚拟在线分析器(VOA)，在汞离析反应区域之前和之后测量汞的真实或预测水平，以判定各种汞吸收阶段的相对效率。因而，第一分析器16恰好就在第一反应区域12a之后，测量第一反应区域12a之后的汞的真实或预测水平，且第二分析器16恰好在第二反应区域14a之后，测量第二反应区域14a之后汞的真实或预测水平。 汞控制系统14还包括吸附剂注入器18和颗粒尺寸检测器19。吸附剂注入器18引入汞吸附材料到气流中。吸附材料例如可以包括ACI。 图1中示出的其他组件是构成典型的燃煤蒸汽发电机的组件。这些组件包括锅炉或者燃烧室12e，第一汞离析反应区域12a位于其中，且燃料和空气在其中混合且燃烧；各种热吸收装置12c和12d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制发电设施的系统，该发电设施包括燃烧室和后燃烧吸附剂添加装置，该燃烧室排放废气，该系统包括：　　　　处理器；　　　　用于存储信号的一个或多个存储单元；以及　　　　软件程序指令，存储在所述一个或多个存储单元中且在被该处理器执行时引起该系统执行以下方法，该方法包括：　　　　接收指示废气中的灰烬中残留碳量的测量值；　　　　接收指示废气中的汞量的测量值；　　　　接收指示燃烧室效率的测量值；　　　　给锅炉效率分配经济有效值；　　　　给吸附剂分配经济有效值；　　　　给灰烬中残留碳分配经济有效值；　　　　设置废气中的预定目标汞水平；　　　　基于分配给锅炉效率的经济有效值、吸附剂的经济有效值以及灰烬中残留碳的经济有效值的平衡，确定待添加到废气中的吸附剂的目标量以及待在燃烧室中形成的灰烬中残留碳的目标量，其中该吸附剂和灰烬中残留碳的目标量和吸附剂与灰烬中残留碳的最经济有效比相关；以及　　　　根据该目标吸附剂和灰烬中残留碳，操纵对该燃烧室和后燃烧吸附剂添加装置的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PC苏莱恩，汤青，张晖，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]