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CN110505909A - 用于改善烟道气脱硫性能的氧化控制 - Google Patents

用于改善烟道气脱硫性能的氧化控制 Download PDF

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CN110505909A
CN110505909A CN201880011924.8A CN201880011924A CN110505909A CN 110505909 A CN110505909 A CN 110505909A CN 201880011924 A CN201880011924 A CN 201880011924A CN 110505909 A CN110505909 A CN 110505909A
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雷蒙德·劳尔夫斯·甘斯利
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Alstom Technology AG
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Abstract

本发明公开了一种用于控制亚硫酸盐的氧化以降低浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量的系统和使用该系统的方法。该系统包括罐，该罐具有用于接收在湿法烟气脱硫过程中产生的浆液的入口。罐还包括用于接收气体的入口。用于接收气体的入口能够操作以将罐中接收的气体的至少一部分分散通过该罐中接收的浆液的至少一部分。传感器被构造成测量罐中接收的浆液的亚硫酸盐浓度以获得亚硫酸盐浓度测量值。在一些实施方案中，传感器为亚硫酸盐分析仪。在其他实施方案中，传感器为虚拟分析仪。该系统还包括控制器。在控制器上执行的软件生成电子信号，该电子信号至少部分地基于亚硫酸盐浓度/亚硫酸盐浓度测量值影响进入罐中的浆液中的气体流量的调节。

Description

用于改善烟道气脱硫性能的氧化控制
技术领域
本公开涉及用于控制湿法烟气脱硫过程的一部分的系统和方法。更具体地讲，本公开涉及用于在湿法烟气脱硫过程中通过亚硫酸盐控制来减少湿法烟气脱硫清除流中的硝酸盐和亚硝酸盐的系统和方法。
背景技术
气-液接触器(也称为吸收器)能够从由发电厂产生的烟道气中除去物质诸如污染物气体和颗粒物质。例如，二氧化硫(SO2)通过化石燃料的燃烧产生。二氧化硫排放是特别令人关注的问题，因为已知二氧化硫对环境有害。湿法烟气脱硫(WFGD)是其中通过烟道气与分散于喷雾塔内的碱性浆液接触来从烟道气中除去二氧化硫的方法。
WFGD系统通常将基于钙的浆液、基于钠的溶液或基于氨的溶液用于烟道气接触以从其中除去二氧化硫。浆液是固体和液体的混合物。基于钙的浆液的示例包括例如石灰石(碳酸钙；CaCO3)浆液和石灰(氧化钙；CaO)浆液。此类碱性浆液与烟道气酸性气体反应以形成沉淀，该沉淀可被收集以供处理或再循环。因此，在WFGD系统中，碱性浆液与烟道气酸性气体(诸如例如二氧化硫)之间的接触导致碱性浆液吸收烟道气酸性气体中的至少一部分以产生反应的浆液。
在烟道气的WFGD之后，通常在罐中收集或积聚反应的浆液，其中吸收的二氧化硫与水反应以产生亚硫酸盐(SO3 -2)。产生的亚硫酸盐与供应给反应浆液的氧气反应以产生硫酸盐(SO4 -2)。这种确保所有亚硫酸盐反应以形成硫酸盐的方法在本文中被称为强制氧化。反应浆液内的石灰或石灰石的解离提供钙离子，钙离子与硫酸盐反应以产生石膏(CaSO42H2O)。石膏可重新出售并用于例如家庭建筑行业的墙板中。在罐中收集的反应浆液的强制氧化确保所有亚硫酸盐反应以形成硫酸盐，从而使石膏生产最大化。
WFGD系统中的强制氧化的缺点在于测量或评估反应浆液中的亚硫酸盐浓度是困难的。因为测量或评估反应浆液中的亚硫酸盐浓度是困难的，所以控制反应浆液中的亚硫酸盐氧化同样是困难的。因此，WFGD系统通常向反应的浆液供应多于足量的氧气以确保大致所有亚硫酸盐氧化。提供超过足量的氧气降低了WFGD系统的效率，因为供应氧气需要能量。已知的WFGD系统的另一个缺点在于向反应浆液提供超过足量的氧气基本上氧化所有亚硫酸盐以形成硫酸盐，从而前述有益效果通过保持反应浆液内的亚硫酸盐来提供。
发明内容
在2015年，美国制定了一项法规，要求在排放前将湿法烟气脱硫(WFGD)清除流中的硝酸盐和亚硝酸盐的30天平均值降至4.4mg/l。意料不到的是，研究示出，与强制氧化或完全氧化情况下的总硝酸盐和亚硝酸盐相比，在反应浆液亚硫酸盐控制以保持反应浆液内约5ppm至约80ppm，或约20ppm至约40ppm的相对低亚硫酸盐浓度的情况下，总硝酸盐和亚硝酸盐减少超过50％。此类结果是意料不到的，因为与强制氧化/完全氧化相比，存在于反应浆液中的其他物质，诸如例如砷、铁、钡、镉和镍在亚硫酸盐控制的情况下不示出显著变化。此外，与强制氧化/完全氧化相比，锰和钴在亚硫酸盐控制的情况下示出显著增加。因此，基于上文所公开的意料不到的研究结果，本文公开了一种包括亚硫酸盐控制系统的WFGD系统，该亚硫酸盐控制系统能够操作用于减少湿法烟气脱硫清除流或至少部分反应的浆液中的硝酸盐和亚硝酸盐。因此，本主题的WFGD系统包括罐，罐具有用于接收来自烟道气的WFGD的至少部分反应的浆液的入口。该罐还包括用于接收含氧气体的入口。用于接收含氧气体的入口能够操作用于将供应给罐的含氧气体中的至少一部分分散通过容纳于该罐内的至少部分反应的浆液中的至少一部分。本主题的WFGD系统还包括传感器，该传感器能够操作以测量该罐中至少部分反应的浆液的亚硫酸盐浓度，以获得亚硫酸盐浓度测量值。在一些实施方案中，传感器为亚硫酸盐分析仪。在其他实施方案中，传感器为虚拟分析仪。此外，本主题的WFGD系统还包括控制器。软件在控制器上执行以产生电子信号，以至少部分地基于亚硫酸盐浓度测量值来影响进入罐中的含氧气体流量的调节，以获得有效的反应浆液的硝酸盐和亚硝酸盐减少。
另外，基于上文所公开的意料不到的研究结果，本文公开了一种用于减少湿法烟气脱硫清除流或至少部分反应的浆液中的硝酸盐和亚硝酸盐的方法，该方法包括使用亚硫酸盐控制系统。此外，本主题的方法还包括以下步骤：在罐中接收至少部分反应的浆液，其中该至少部分反应的浆液包含一种或多种亚硫酸盐。将含氧气体流供应至并分散通过罐中的至少部分反应的浆液。接着，测量至少部分反应的浆液的亚硫酸盐浓度以获得亚硫酸盐浓度测量值。至少部分地基于亚硫酸盐浓度测量值来调节供应至并分散通过罐中至少部分反应的浆液的含氧气体的流量。
概括地说，用于控制一种或多种亚硫酸盐的氧化以减少至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量的本主题的WFGD系统包括：罐，该罐具有用于接收至少部分反应的浆液的入口和用于接收含氧气体的入口，用于接收含氧气体的入口能够操作用于将该罐中接收的含氧气体中的至少一部分分散通过该罐中至少部分反应的浆液中的至少一部分；传感器，该传感器能够操作以测量该罐中至少部分反应的浆液的亚硫酸盐浓度以获得亚硫酸盐浓度测量值；控制器；在该控制器上执行的软件，该软件用于生成电子信号以至少部分地基于亚硫酸盐浓度测量值影响进入该罐中的至少部分反应的浆液中的含氧气体的流量的调节，从而将至少部分反应的浆液中包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化调节至小于100％的程度，以便在反应的浆液内保持相对低的亚硫酸盐浓度，从而有效降低至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量。影响进入至少部分反应的浆液RS中的含氧气体的流量的调节的电子信号至少部分地基于该至少部分反应的浆液的预定亚硫酸盐浓度。罐中的至少部分反应的浆液在本主题的WFGD系统的喷雾塔中产生，该喷雾塔能够操作用于湿法烟气脱硫。本主题的WFGD系统的传感器可包括亚硫酸盐分析仪。本主题的WFGD系统的传感器可包括虚拟分析仪。本主题的WFGD系统的罐可布置在与喷雾塔结构分离的结构中，其中至少部分反应的浆液在与喷雾塔共用的结构中产生或布置，在该喷雾塔中产生部分反应的浆液。
概括地说，控制一种或多种亚硫酸盐氧化以减少至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量的本主题的方法包括以下步骤：在罐中接收至少部分反应的浆液，其中该至少部分反应的浆液包含一种或多种亚硫酸盐，以一定流量将含氧气体流供应到罐中的至少部分反应的浆液中，测量罐中的至少部分反应的浆液的亚硫酸盐浓度以获得亚硫酸盐浓度测量值，至少部分地基于亚硫酸盐浓度测量值调节进入至少部分反应的浆液中的含氧气体的流量，以将至少部分反应的浆液中包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，以有效降低至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量。此外，根据该方法，含氧气体的流量的调节还至少部分地基于至少部分反应的浆液的预定亚硫酸盐浓度。根据该方法，可将亚硫酸盐分析仪或虚拟分析仪用于测量亚硫酸盐浓度。另外，根据该方法，调节进入至少部分反应的浆液中的含氧气体的流量还实现小于100％的亚硫酸盐氧化，这将至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量有效减小约50％或更大。该至少部分反应的浆液包含约5ppm至约80ppm，或约20ppm至约40ppm的一种或多种亚硫酸盐。本主题的方法还可包括基于亚硫酸盐浓度测量值调节碱性浆液供应，以将至少部分反应的浆液中包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化调节至小于100％，从而有效降低该至少部分反应的浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量。
附图说明
图1为根据本公开的湿法烟气脱硫系统的第一实施方案的示意性剖视图。
图2为图1的亚硫酸盐控制系统的放大示意性剖视图。
图3为根据本公开的湿法烟气脱硫系统和亚硫酸盐控制系统的第二实施方案的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的湿法烟气脱硫(WFGD)系统10的第一实施方案，其包括喷雾塔12。喷雾塔12(本文中也称为吸收器)是气-液接触器的示例。然而，本公开不限于喷雾塔12，因为可采用其他类型的气-液接触器。本公开涉及洗涤结构和操作，该操作用于从本文被称为烟道气FG的气体流中除去不可取的气体、雾、粉尘、烟雾、烟和/或颗粒物质。尽管本文关于喷雾塔12的具体实施方案描述了本发明所公开的WFGD系统10及其使用方法，但就这一点而言本发明所公开的WFGD系统10及其使用方法不受限制。例如，本发明所公开的WFGD系统10及其使用方法可适于考虑喷雾塔12中的设计变化、喷雾塔12的操作条件以及用于喷雾塔12中的碱性浆液AS的特性等等变量。另外，本发明所公开的WFGD系统10可与其他类型的吸收器一起使用，所述其他类型的吸收器包括但不限于盘式塔和喷泉式喷雾塔。提供本说明书中包括的任何具体尺寸、值或具体操作条件，以广义地说明本主题的WFGD系统10及其使用方法，并且不旨在限制本公开的范围。
喷雾塔12一般为限定内部塔腔14的直立结构。内部塔腔14与入口16流体连通，以供来自燃烧过程的烟道气FG流进入内部塔腔14。由燃烧过程诸如例如在燃烧单元18中的一种或多种化石燃料F的燃烧期间产生的烟道气FG经由管道18A流入入口16中。化石燃料F经由管道20A从化石燃料供应部20供应给燃烧单元18。由化石燃料F燃烧产生的烟道气FG经由管道18A从燃烧单元18流入入口16和内部塔腔14中。内部塔腔14包括第一喷雾杆装置22，其配备有在烟道气入口16上方的多个喷嘴26。第一喷雾杆装置22将碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的喷雾28从多个喷嘴26提供到内部塔腔14中。喷雾塔12包括第二喷雾杆装置24，其配备有布置在第一喷雾杆装置22上方的多个喷嘴26。第二喷雾杆装置24将碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的喷雾30从多个喷嘴26提供到内部塔腔14中。尽管图1所示的实施方案被公开为具有第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24，但就这一点而言本公开不受限制，并且喷雾塔12内的喷雾杆装置的数量和布置可因给定应用而有差别。
在喷雾塔12的操作期间，根据通过控制器46以电子方式影响的流量阀23的调节，从第一喷雾杆装置22和/或第二喷雾杆装置24的喷嘴26喷洒碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS，如下文更详细地描述。喷洒的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS中的至少一部分在内部塔腔14内向下流动，并作为反应的浆液RS在罐32内接收。如本文所用，术语“流动”及其派生词还可指喷雾塔12内雾化的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的流动、漂移或沉降活动中的任一种。当喷洒的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS在内部塔腔14中向下流动时，碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS接触从内部塔腔14内的入口16向上流动的烟道气FG。在与烟道气FG接触时，碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的任何未反应部分与烟道气FG污染物(诸如但不限于烟道气FG二氧化硫)反应。因此，二氧化硫被碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的任何未反应部分吸收，从而产生至少部分反应的浆液RS。接触的烟道气FG至少部分地脱硫，从而产生清洁烟道气CG。在与烟道气FG接触之后，在通常布置在喷雾塔12的基部34中的罐32中收集产生的至少部分反应的浆液RS。罐32通过出口35、一个或多个导管36、阀48和流量阀23与第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24流体连通。试剂供应部38和水供应部40分别经由管道38A和40A流体连接至浆液供应部42。因此，试剂供应部38经由管道38A供应试剂R诸如石灰石和/或石灰，并且水供应部40经由管道40A供应水W到浆液供应部42。浆液供应部42经由管道42A流体连接至阀48、导管36、流量阀23、第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24，从而向其中供应碱性浆液AS。同样，罐32经由导管36流体连接泵44、阀48、流量阀23、第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24，从而从罐32将至少部分反应的浆液RS供应于其中。因此，根据阀48的控制器46调节，与导管36和第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24流体连通的泵44经由管道42A从浆液供应部42泵送碱性浆液AS，和/或从罐32泵送至少部分反应的浆液RS，如下文更详细地描述的。本公开不限于图1所示的具体布置，因为导管36、泵44、阀48、管道42A、流量阀23、以及第一喷雾杆装置22和第二喷雾杆装置24的各种不同布置是可能的。
如上所述，在WFGD系统10中的烟道气FG脱硫期间，烟道气FG中的二氧化硫在与从罐32循环的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS中的任何未反应部分中的碳酸钙接触时反应以形成亚硫酸钙。在形成亚硫酸钙时，从烟道气FG中除去二氧化硫或其至少一部分，从而产生包含亚硫酸钙的至少部分反应的浆液RS。与燃烧单元18中产生的烟道气FG相比，还产生了二氧化硫含量减小的清洁烟道气CG。所产生的清洁烟道气CG通过出口50从喷雾塔12排出。所产生的至少部分反应的浆液RS在罐32中接收。罐32和喷雾塔12通常位于单个结构52中，如图1所示，两者间没有物理分离。然而，就这一点而言，本公开不受限制。如图3所示，罐132和喷雾塔112可位于由导管154流体连接的单独的不同结构152，152A中。
图3示出了根据本公开的湿法烟气脱硫(WFGD)系统110的第二实施方案，其包括喷雾塔112。喷雾塔112(本文中也称为吸收器)是气-液接触器的示例。然而，本公开不限于喷雾塔112，因为可采用其他类型的气-液接触器。本公开涉及洗涤结构和操作，该操作用于从本文被称为烟道气FG的气体流中除去不可取的气体、雾、粉尘、烟雾、烟和/或颗粒物质。尽管本文关于喷雾塔112的具体实施方案描述了本发明所公开的WFGD系统110及其使用方法，但就这一点而言，本发明所公开的WFGD系统110及其使用方法不受限制。例如，本发明所公开的WFGD系统110及其使用方法可适于考虑喷雾塔112中的设计变化、喷雾塔112的操作条件以及用于喷雾塔112中的碱性浆液AS的特性等等变量。另外，本发明所公开的WFGD系统110可与其他类型的吸收器一起使用，所述其他类型的吸收器包括但不限于盘式塔和喷泉式喷雾塔。提供本说明书中包括的任何具体尺寸、值或具体操作条件，以广义地说明本主题的WFGD系统110及其使用方法，并且不旨在限制本公开的范围。
喷雾塔112一般为限定内部塔腔114的直立结构。内部塔腔114与入口116流体连通，以供来自燃烧过程的烟道气FG流进入内部塔腔114。由燃烧过程诸如例如在燃烧单元118中的一种或多种化石燃料F的燃烧期间产生的烟道气FG经由管道118A流入入口116中。化石燃料F经由管道120A从化石燃料供应部120供应至燃烧单元118。由化石燃料F燃烧产生的烟道气FG经由管道118A从燃烧单元118流入入口116和内部塔腔114中。内部塔腔114包括第一喷雾杆装置122，其配备有在烟道气入口116上方的多个喷嘴126。第一喷雾杆装置122将碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的喷雾128从多个喷嘴126提供到内部塔腔114中。喷雾塔112包括第二喷雾杆装置124，其配备有布置在第一喷雾杆装置122上方的多个喷嘴126。第二喷雾杆装置124将碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的喷雾130从多个喷嘴126提供到内部塔腔114中。尽管图3所示的实施方案被公开为具有第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124，但本公开在这方面不受限制，并且喷雾塔112内的喷雾杆装置的数量和布置可因给定应用而有差别。
在喷雾塔112的操作期间，根据受控制器146电子方式影响的流量阀123的调节，从第一喷雾杆装置122和/或第二喷雾杆装置124的喷嘴126喷洒碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS，如下文更详细地描述。喷洒的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS中的至少一部分在内部塔腔114内向下流动，并经由导管154和入口156接收在结构152A中的罐132内，作为反应的浆液RS。如本文所用，术语“流动”及其派生词还可指喷雾塔112内雾化的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的流动、漂移或沉降活动中的任一种。当喷洒的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS在内部塔腔114中向下流动时，碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS接触从内部塔腔114内的入口116向上流动的烟道气FG。在与烟道气FG接触时，碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的任何未反应部分与烟道气FG污染物(诸如但不限于烟道气FG二氧化硫)反应。因此，二氧化硫被碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的任何未反应部分吸收，从而产生至少部分反应的浆液RS。接触的烟道气FG至少部分地脱硫，从而产生清洁烟道气CG。在与烟道气FG接触之后，在通常布置在结构152A的基部134中的罐132中收集产生的至少部分反应的浆液RS，所述结构经由导管154流体连接至容纳喷雾塔112的结构152。罐132通过出口135、一个或多个导管136、阀148和流量阀123与第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124流体连通。试剂供应部138和水供应部140分别经由管道138A和140A流体连接至浆液供应部142。因此，试剂供应部138经由管道138A供应试剂R诸如石灰石和/或石灰，并且水供应部140经由管道140A供应水W至浆液供应部142。浆液供应部142经由管道142A流体连接至阀148、导管136、流量阀123、第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124，从而向其供应碱性浆液AS。同样，罐132经由导管136流体连接泵144、阀148、流量阀123、第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124，从而从罐132将至少部分反应的浆液RS供应于其中。因此，根据阀148的控制器146调节，与导管136和第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124流体连通的泵144经由管道142A从浆液供应部142泵送碱性浆液AS，和/或从罐132泵送至少部分反应的浆液RS，如下文更详细地描述的。本公开不限于图3所示的具体布置方式，因为导管136、泵144、阀148、管道142A、流量阀123、以及第一喷雾杆装置122和第二喷雾杆装置124的各种不同布置是可能的。
如上所述，在WFGD系统110中的烟道气FG脱硫期间，烟道气FG中的二氧化硫在与从罐132循环的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS中的任何未反应部分中的碳酸钙接触时反应以形成亚硫酸钙。在形成亚硫酸钙时，从烟道气FG中除去二氧化硫或它们中的至少一部分，从而产生包含亚硫酸钙的至少部分反应的浆液RS。与燃烧单元118中产生的烟道气FG相比，还产生了二氧化硫含量降低的清洁烟道气CG。所产生的清洁烟道气CG通过出口150从喷雾塔112排出。所产生的至少部分反应的浆液RS在罐132中接收。罐132和喷雾塔112位于由导管154流体连接的单独的不同结构152，152A中。
图2为图1的亚硫酸盐控制系统78的放大示意图。当至少部分反应的浆液RS向下流动时，罐32接收来自喷雾塔12的至少部分反应的浆液RS。因此，罐32包括用于接收至少部分反应的浆液RS的入口56。在图2所示的实施方案中，入口56由内部塔腔14的横截面限定。然而，就这一点而言，本公开不受限制。如图3所示，入口156可包括与独立的不同结构152，152A流体连通的导管154，所述独立的不同结构分别包括喷雾塔112内部塔腔114和罐132。
如图1至图3所示，罐32，132包括气体入口58，158，其用于经由管道60A，160A从流体连接的气体供应部60，160接收含氧气体O。在图1至图3所示的实施方案中，气体入口58，158位于罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的静态流体线FL-FL的下方。该构型允许供应到罐32，132的含氧气体O中的至少一部分分散通过罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的至少一部分。将加压含氧气体O供应给罐32，132的气体供应部60，160经由管道60A，160A与罐32，132流体连通。将含氧气体O供应给罐32，132的气体供应部60，160可以为，例如，能够在高于大气压的连续压力或可变压力下提供含氧气体O的鼓风机。含氧气体O为包含氧气的气体，其用于氧化至少部分反应的浆液RS中的一种或多种亚硫酸盐。罐32，132还包括搅拌器62，162，其能够操作用于将通过入口58，158供应的含氧气体O分布通过在罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS。虽然图1至图3所示的实施方案包括搅拌器62，162，但就这一点而言，本公开不受限制。具有亚硫酸盐控制系统78，178的本主题的WFGD系统10，110以及本主题的方法可在不具有搅拌器62，162的情况下实施。
如图1至图3所示，WFGD系统10，110包括控制器46，146。根据本公开的控制器46，146包括能够操作用于执行软件68，168的一个或多个设备。如本领域普通技术人员可以理解的，许多不同的设备可商购获得以用作控制器46，146。例如，一个或多个基于处理器的计算机可用作控制器46，146。控制器46，146包括界面64，164，其用于输入指示喷雾塔12，112的所需操作条件的信息。例如，在喷雾塔12，112的罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的预定亚硫酸盐浓度可经由界面64，164输入控制器46，146中。界面64，164与控制器46，146电子通信。尽管控制器46，146和界面64，164在图1至图3中作为单独的设备公开，但就这一点而言，本公开不受限制。如本领域普通技术人员可理解的，界面64，164可以为由控制器46，146构成的组件。在其他实施方案中，不必要包括界面64，164。在此类实施方案中，预定参数可被编程到控制器46，146中，或者可通过一些其他装置或相关联的设备以电子方式传输到控制器46，146。
如图1和图2所示，WFGD系统10还包括至少一个亚硫酸盐传感器66，其能够操作用于测量罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。亚硫酸盐传感器66被定位成至少部分地浸没在罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的静态流体线FL-FL下方。亚硫酸盐传感器66测量罐32中接收的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1，以获得亚硫酸盐浓度测量值。亚硫酸盐传感器66向控制器46传输指示亚硫酸盐浓度测量值的电子信号。基于传输到控制器46并由该控制器接收的亚硫酸盐传感器66的电子信号，在控制器46上执行的软件68确定与预定的亚硫酸盐浓度相比，罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值。亚硫酸盐传感器66和控制器46的组合可统称为亚硫酸盐分析仪70。在一些实施方案中，亚硫酸盐分析仪70可提供罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的实时亚硫酸盐浓度测量值。在另外的实施方案中，亚硫酸盐分析仪70可提供罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的实时且连续的亚硫酸盐浓度测量值。根据本公开的亚硫酸盐分析仪70描述于名称为“Sulphite Sensor and Method for Measuring SulphiteConcentration in a Substance”的欧洲专利2579032中。欧洲专利2579032全文以引用方式并入本文。在一些实施方案中，虚拟亚硫酸盐分析仪70A用于获得罐32中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度测量值。此类虚拟分析仪70A的示例在授予Boyden等人的美国专利7113835中公开，该文献全文以引用方式并入本文。
尽管图1和图2公开了亚硫酸盐传感器66定位在罐32内部，但就这一点而言本公开不受限制。例如，参见图3，亚硫酸盐传感器166可定位在罐132的外部。当定位在罐132的外部时，亚硫酸盐传感器166通过第一导管172和第二导管174与罐132连通。因此，至少部分反应的浆液RS经由泵173泵送通过第一导管172，经亚硫酸盐传感器166，通过第二导管174，并且返回到罐132中。罐132可包括搅拌器162。图3所示的WFGD系统110还包括控制器146，在其上执行的软件168，入口158和管道160A，通过管道将加压含氧气体O从气体供应部160供应给罐132中收集的至少部分反应的浆液RS。阀176(其调节由控制器146以电子方式控制)布置在管道160A中并且能够操作用于控制含氧气体O向罐132的流动。亚硫酸盐传感器166和控制器146的组合可统称为亚硫酸盐分析仪170。在一些实施方案中，亚硫酸盐分析仪170可提供罐132中收集的至少部分反应的浆液RS的实时亚硫酸盐浓度测量值。在另外的实施方案中，亚硫酸盐分析仪170可提供罐132中收集的至少部分反应的浆液RS的实时且连续的亚硫酸盐浓度测量值。根据本公开的亚硫酸盐分析仪170描述于名称为“Sulphite Sensorand Method for Measuring Sulphite Concentration in a Substance”的欧洲专利2579032中。欧洲专利2579032全文以引用方式并入本文。在一些实施方案中，虚拟亚硫酸盐分析仪170A用于获得罐132中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度测量值。此类虚拟分析仪170A的示例在授予Boyden等人的美国专利7113835中公开，该文献全文以引用方式并入本文。本公开不限于图1至图3中所示的亚硫酸盐控制系统78，178的具体布置，因为根据本公开，具有亚硫酸盐控制系统78，178以实现氧化控制的WFGD系统10，110的各种不同布置对于本领域技术人员而言变得显而易见。
在图1至图3中所示的具有亚硫酸盐控制系统78，178的WFGD系统10，110的操作期间，WFGD系统10，110的控制器46，146可通过影响阀76，176从打开位置到关闭位置或两者间的位置的调节，以控制供应给罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的含氧气体O的流量，来控制罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的一种或多种亚硫酸盐的氧化水平。如上文所公开的，例如经由界面64，164在控制器46，164中接收预定的亚硫酸盐浓度。亚硫酸盐传感器66，166测量罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的亚硫酸盐浓度S1，以获得亚硫酸盐浓度测量值。在控制器46，146上执行的软件68，168产生影响阀76，176的调节的电子信号，从而至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值，调节供应到罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的含氧气体O的流量。例如，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值大于预定亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168生成电子信号以影响阀76，176到更多打开位置的调节，因此向至少部分反应的浆液RS提供更多含氧气体O，并且增加其氧化水平。相反，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值小于预定亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168生成电子信号以影响阀76，176到更多关闭位置的调节，因此向至少部分反应的浆液RS提供更少的含氧气体O，并且降低其氧化水平。在预定亚硫酸盐浓度等于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值的程度上，在控制器46，146上执行的软件68，168将不产生电子信号。因此，在不具有电子信号的情况下，不调节阀76，176，从而使到达至少部分反应的浆液RS中的含氧气体O的流量保持恒定，以便继续其当前氧化水平。如上所述，本发明所公开的WFGD系统10，110及其使用方法可精确地控制罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的一种或多种亚硫酸盐的氧化水平。
同样，在图1至图3中所示的WFGD系统10，110的操作期间，WFGD系统10，110的控制器46，146可通过影响阀48，148从打开位置到关闭位置或两者间的位置的调节来控制罐32，132中收集的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS通过出口35，135到第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的供应，来控制罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值。如上文所公开的，例如经由界面64，164在控制器46，146中接收预定的亚硫酸盐浓度S1。亚硫酸盐传感器66，166测量罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的亚硫酸盐浓度S1，以获得亚硫酸盐浓度测量值。在控制器46，146上执行的软件68，168产生影响阀48，148的调节的电子信号，从而调节到第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应速率和/或供应比率。碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应速率和/或供应比率的这种调节至少部分地基于亚硫酸盐传感器66，166，该亚硫酸盐传感器获得罐32，132中的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1的亚硫酸盐浓度测量值。例如，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值大于预定的亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168产生电子信号以关于碱性浆液AS的供应、至少部分反应的浆液RS的供应或上述两者，影响阀48，148到更多关闭位置的调节，因此将较少的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS供应至第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124，从而降低其亚硫酸盐浓度S1。相反，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值小于预定的亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168产生电子信号以关于碱性浆液AS的供应、至少部分反应的浆液RS的供应或上述两者，影响阀48，148到更多打开位置的调节，因此将较多的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS供应至第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124，从而增加其亚硫酸盐浓度S1。在预定亚硫酸盐浓度S1等于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值的程度上，在控制器46，146上执行的软件68，168将不产生电子信号。因此，在不具有电子信号的情况下，不调节阀48，148，从而保持到第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应速率和供应比率，从而保持亚硫酸盐浓度S1恒定。如上所述，具有亚硫酸盐控制系统78，178的本发明所公开的WFGD系统10，110及其使用方法可精确地控制在罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。
同样，在图1至图3中所示的WFGD系统10，110的操作期间，向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124供应碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS取决于由控制器46，146以电子方式影响的流量阀23，123的调节。因此，控制器46，146可通过影响阀23，123的调节来控制罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值。影响阀23，123从打开位置到关闭位置或两者间位置的调节的WFGD系统10，110的控制器46，146，控制碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS对第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的供应。如上文所公开的，例如经由界面64，164在控制器46，146中接收预定的亚硫酸盐浓度S1。亚硫酸盐传感器66，166测量罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS中的亚硫酸盐浓度S1，以获得亚硫酸盐浓度测量值。在控制器46，146上执行的软件68，168产生影响阀23，123的调节的电子信号，从而调节碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的供应。阀23，123能够独立地操作每个第一喷雾杆装置22，122和第二喷雾杆装置24，124。控制器46，146对碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应的调节至少部分地基于亚硫酸盐传感器66，166，该亚硫酸盐传感器获得罐32，132中的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1的亚硫酸盐浓度测量值。例如，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值大于预定的亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168产生电子信号，以关于碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的供应，影响阀23，123到更多关闭位置的调节。关于碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应，将阀23，123调节至更多关闭位置减少向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的此类供应，和/或消除向第一喷雾杆装置22，122或第二喷雾杆装置24，124的供应，从而减小罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。相反，如果亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值小于预定的亚硫酸盐浓度，则在控制器46，146上执行的软件68，168产生电子信号，以关于碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的供应，影响阀23，123到更多打开位置的调节。关于碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应，将阀23，123调节至更多打开位置增加向第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的此类供应，和/或开始向第一喷雾杆装置22，122或第二喷雾杆装置24，124的供应，从而增加罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。在预定亚硫酸盐浓度S1等于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值的程度上，在控制器46，146上执行的软件68，168将不产生电子信号。因此，在不具有电子信号的情况下，不调节阀23，123，从而保持到第一喷雾杆装置22，122和/或第二喷雾杆装置24，124的碱性浆液AS和/或至少部分反应的浆液RS的供应，从而保持亚硫酸盐浓度S1恒定。如上所述，具有亚硫酸盐控制系统78，178的本发明所公开的WFGD系统10，110及其使用方法可精确地控制在罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。
根据本公开，罐32，132中的至少部分反应的浆液RS的预定氧化小于其中包含的亚硫酸盐的100％。意料不到的是，研究示出，与亚硫酸盐的强制氧化或完全氧化情况下的总硝酸盐和亚硝酸盐相比，在反应浆液亚硫酸盐控制以保持反应浆液内约5ppm至约80ppm，或约20ppm至约40ppm的相对低亚硫酸盐浓度的情况下，总硝酸盐和亚硝酸盐减少超过50％。此类结果是意料不到的，因为与完全氧化相比，存在于反应浆液中的其他物质，诸如例如砷、铁、钡、镉和镍在亚硫酸盐控制的情况下不示出显著变化。此外，与完全氧化相比，锰和钴在亚硫酸盐控制的情况下示出显著增加。因此，基于上文所公开的意料不到的研究结果，本主题的WFGD系统10，110包括亚硫酸盐控制系统78，178，该亚硫酸盐控制系统能够操作用于还原湿法烟气脱硫清除流即至少部分反应的浆液RS中的硝酸盐和亚硝酸盐。在至少部分反应的浆液RS中保持一定含量的亚硫酸盐有利于控制至少部分反应的浆液RS中的硝酸盐和亚硝酸盐含量，以符合政府亚硝酸盐和硝酸盐排放条例。因此，在利用亚硫酸盐控制体系78，178操作的WFGD系统10，110将至少部分反应的浆液RS中的亚硫酸盐浓度S1控制成约5ppm至约80ppm，或约20ppm至约40ppm时，至少部分反应的浆液RS中的总硝酸盐和亚硝酸盐可减少约50％。通过将至少部分反应的浆液RS中的硝酸盐和亚硝酸盐减少约50％，可减少经由管道80A，180A流体连接到罐32，132的废水处理系统(WWTS)80，180的容量，从而降低与其相关的资本成本，同时实现亚硝酸盐/硝酸盐含量的法规符合性。此外，通过减少至少部分反应的浆液RS中的总硝酸盐和亚硝酸盐，减少或消除了用于减少至少部分反应的浆液RS中的硝酸盐和亚硝酸盐的昂贵的生物处理步骤或其他此类步骤，从而降低与其相关的操作成本，同时实现亚硝酸盐/硝酸盐含量的法规符合性。
在一些实施方案中，可通过经由流体连接的阳离子供应部82，182和阳离子供应管道82A/182A，添加阳离子C，诸如镁，增加罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1。通常，阳离子C以超过至少部分反应的浆液RS中的惰性阴离子(诸如氯离子)的量添加，所述惰性阴离子与阳离子C而不是亚硫酸盐一起积聚。可通过将氨、钠或镁的阳离子C加入到至少部分反应的浆液RS中允许至少部分反应的浆液RS内的亚硫酸盐浓度S1增加，但不导致石灰石结合。
本公开还涉及控制亚硫酸盐的氧化以降低至少部分反应的RS浆液中亚硝酸盐和硝酸盐含量的方法。该方法包括以下步骤：在罐32，132中接收至少部分反应的浆液RS，其中该至少部分反应的浆液RS包含一种或多种亚硫酸盐。将含氧气体O供应给罐32，132中收集的至少部分反应的浆液RS。接着，通过传感器66，166测量罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1，以获得亚硫酸盐浓度测量值。在一些实施方案中，该步骤使用亚硫酸盐分析仪70，170进行。在其他实施方案中，该步骤使用虚拟分析仪70A，170A来进行。接着，至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值来调节含氧气体O向罐32，132中的至少部分反应的浆液RS的供应。
概括地说，具有用于控制亚硫酸盐的氧化以减少至少部分反应的浆液RS中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量的亚硫酸盐控制系统78，178的本主题的WFGD系统10，110，包括：罐32，132，该罐具有用于接收至少部分反应的浆液RS的入口56，156和用于接收含氧气体O的入口58，158，用于接收含氧气体O的入口58，158能够操作用于将罐32，132中接收的含氧气体O中的至少一部分分散通过罐32，132中至少部分反应的浆液中的至少一部分；传感器66，166，该传感器能够操作以测量罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1以获得亚硫酸盐浓度测量值；控制器46，146；在控制器46，146上执行的软件68，168，该软件用于生成电子信号以至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值影响进入罐32，132中至少部分反应的浆液RS中的含氧气体O的流量的调节，从而将至少部分反应的浆液RS中包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化率调节至小于100％的程度，从而有效降低至少部分反应的浆液RS中的亚硝酸盐和硝酸盐含量。影响进入至少部分反应的浆液RS中的含氧气体O的流量的调节的电子信号至少部分地基于该至少部分反应的浆液RS的预定亚硫酸盐浓度。罐32，132中的至少部分反应的浆液RS在本主题的WFGD系统10，110的喷雾塔12，112中产生，该喷雾塔能够操作用于烟道气FG的湿法烟气脱硫。本主题的WFGD系统10，110的传感器66，166可包括亚硫酸盐分析仪70，170。本主题的WFGD系统10，110的传感器66，166可包括虚拟分析仪70A，170A。本主题的WFGD系统110的罐132被布置在与喷雾塔112结构152分离的结构152A中，其中产生至少部分反应的浆液RS。作为另外一种选择，罐32被布置在与喷雾塔12共同的结构52中，其中产生至少部分反应的浆液RS。
概括地说，控制一种或多种亚硫酸盐的氧化以降低至少部分反应的浆液RS中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量的本主题的方法包括以下步骤：在罐32，132中接收至少部分反应的浆液RS，其中该至少部分反应的浆液RS包含一种或多种亚硫酸盐；以一定流量将含氧气体O供应到罐32，132中的至少部分反应的浆液RS中；测量罐32，132中至少部分反应的浆液RS的亚硫酸盐浓度S1以获得亚硫酸盐浓度测量值；至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值调节进入至少部分反应的浆液RS中的含氧气体O的流量，以将至少部分反应的浆液RS内包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，从而有效降低至少部分反应的浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量。另外根据该方法，含氧气体O的流量的调节还至少部分地基于至少部分反应的浆液RS的预定亚硫酸盐浓度。根据该方法，可将亚硫酸盐分析仪70，170或虚拟分析仪70A，170A用于测量亚硫酸盐浓度S1。另外，根据该方法，调节进入至少部分反应的浆液RS中的含氧气体O的流量还实现小于100％的氧化率，这将至少部分反应的浆液RS中的亚硝酸盐和硝酸盐含量有效降低约50％或更大。该至少部分反应的浆液RS包含约5ppm至约85ppm，或约20ppm至约40ppm的一种或多种亚硫酸盐。本主题的方法还可包括至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值调节碱性浆液AS供应，以将至少部分反应的浆液RS中包含的一种或多种亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，从而有效降低该至少部分反应的浆液RS中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量。
虽然本公开已参考其某些实施方案进行了描述，但应当注意，在本公开的真正范围内，可做出其他变型和修改。

Claims (15)

1.一种用于控制亚硫酸盐的氧化以降低浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量的系统，所述系统包括：
罐，所述罐具有用于接收浆液的入口和用于接收气体的入口，所述用于接收气体的入口能够操作用于使所述罐中接收的气体的至少一部分分散通过所述罐中的所述浆液的至少一部分；
传感器，所述传感器能够操作以测量所述罐中的所述浆液中的亚硫酸盐浓度S1以获得亚硫酸盐浓度测量值；
控制器；和
软件，所述软件在所述控制器上执行，用于生成电子信号以至少部分地基于亚硫酸盐浓度S1/亚硫酸盐浓度测量值影响进入所述罐中的所述浆液中的气体流量的调节，从而将所述浆液中包含的亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，从而有效降低所述浆液中的亚硝酸盐和硝酸盐含量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子信号还基于所述浆液的预定亚硫酸盐浓度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体为含氧气体。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述罐中的所述浆液在能够操作用于湿法烟气脱硫的喷雾塔中产生。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括亚硫酸盐分析仪。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括虚拟分析仪。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述罐处于与其中产生所述浆液的喷雾塔结构分离的结构中。
8.一种控制亚硫酸盐的氧化以降低浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量的方法，所述方法包括以下步骤：
在罐中接收浆液，所述浆液包含一种或多种亚硫酸盐；
以一定流量将气体流供应到所述罐中的浆液中；
用传感器测量所述罐中所述浆液的亚硫酸盐浓度以获得亚硫酸盐浓度测量值；以及
基于所述亚硫酸盐浓度/亚硫酸盐浓度测量值，调节进入所述浆液中的所述气体的流量，以将所述浆液中包含的所述亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，从而有效降低所述浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述气体的所述流量还基于所述浆液的预定亚硫酸盐浓度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述传感器包括用于测量亚硫酸盐浓度的亚硫酸盐分析仪。
11.根据权利要求8所述的方法，其中氧化小于100％，并且与以100％氧化的所述浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量相比，所述浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量减少50％或更大。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述浆液包含约5ppm至约80ppm的亚硫酸盐。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述亚硫酸盐浓度/亚硫酸盐浓度测量值来调节碱性浆液供应，以将所述浆液中包含的亚硫酸盐的氧化调节成小于100％，从而有效降低所述浆液中的总亚硝酸盐和硝酸盐含量。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述气体为含氧气体。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述传感器包括虚拟分析仪。
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