CN104053487A

CN104053487A - 燃烧***排放的控制

Info

Publication number: CN104053487A
Application number: CN201280042916.2A
Authority: CN
Inventors: 杰罗尔德·E·拉德威
Original assignee: Robert Collier Kai Mu Development Co Ltd
Current assignee: Robert Collier Kai Mu Development Co Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-09-17
Also published as: US20120090517A1; CA2878538A1; WO2013006694A3; EP2729736A2; US8807055B2; WO2013006694A2; IN2014DN00201A; EP2729736A4

Abstract

提供了一种用于捕获在使用含碳燃料的高温燃烧***中产生的不希望的燃烧产物的方法。在添加或不添加研磨的灰分的情况下，碱土金属的碳酸盐或氢氧化物的极细尺寸颗粒以浆料形式提供并被注入到熔炉的高温区。所述颗粒快速煅烧以提供颗粒尺寸小于大约0.5微米的基本上未聚结的颗粒，以便捕获和中和存在于燃烧产物中的SO_x、NO_x和有毒金属。

Description

燃烧***排放的控制

技术领域

本发明涉及用于改进燃煤和其它含碳燃料燃烧工业及电力设施的锅炉、焚烧炉和高温燃烧反应器的运行的方法。更具体地，本发明涉及成本低廉的方法，其用于减少来自燃煤和其它燃烧含碳燃料的燃烧***的不希望的和有害的烟囱排放物，用于减少燃烧***组分的结垢，用于减少酸和温室气体（GHG）CO₂和H₂O的排放，以及用于减少在该燃烧***中的腐蚀。

背景技术

在燃煤发电厂，以及在包括含碳燃料燃烧的其它工业过程中，燃烧过程的大量产物包括对锅炉运行有不利影响的化合物，或者该化合物是不符合环保要求的并且将其排放到环境中受限于环境法规。此类化合物包括硫氧化物（SO_x）、氮氧化物（NO_x）、氯化氢，以及重金属例如汞、砷、铅、硒和镉。另外，相当数量的国家，包括欧盟和日本，已经采取措施来进一步限制二氧化碳（CO₂）的排放。美国已经提出了类似的措施，但目前50个州几乎没有实施。水蒸汽也被认为是一种GHG，但至今尚未建议调节其排放水平。

为了满足影响最普遍的最广泛限制的化合物二氧化硫（SO₂）排入大气的环境限度，来自这类工厂和过程的燃烧产物通常通过成本高昂的烟气脱硫（FGD）***，该***在熔炉的下游并且往往仅在较新、较大的燃烧***上在经济上可行。处理烟气以捕获SO₂经常在基于石灰或石灰石的湿式洗涤器中进行，其中石灰或石灰石浆料被引入到烟气流中以接触烟气，然后排入大气中。SO₂在洗涤器中以化学方式转化成亚硫酸钙或硫酸钙形式的不溶性钙化合物。在这类燃烧产物中含有的SO₂因此被转化成对环境危害较小的化合物，该化合物或者在填埋场处理，或者，当适当地修饰或处理后，由于它们转化成可销售的石膏，而将其作为可销售的化学物质进行销售。研究“干式洗涤器”的兴趣日益增加，因为湿式***产生在排放之前需要处理的液体副产物流。干式***具有比湿式方法略低的资本投入，并且处理在集尘器上游的烟气。

虽然可用于转化一些硫氧化物，但广泛使用的湿式石灰/石灰石洗涤器类型不能很有效地捕获燃料中1%～1.5%的硫，这些硫在燃烧过程中转化成气态三氧化硫（SO₃），其中大部分能够从洗涤器中逸出。所排出的SO₃造成环境问题，因为除非其被捕获或转化，该SO₃会以腐蚀性和潜在危害性的硫酸雾形式导致持久的、可见的烟羽。在历史上对于SO₃处理问题的解决方案曾经是通过在高于300°F到340°F范围内的酸露点的温度下排放烟气将其最小化，这涉及到不能利用燃料中多达5%的能量。

主要安装在较大、较新的工厂中以符合氮氧化物排放法规的选择性催化反应器（SCR）基本上导致产生的SO₃量加倍，从而使SO₃捕获问题进一步复杂化。因此，由SO₃的存在引起的已经很严重的运行和环境问题得到放大。进一步，以粘性硫酸氢铵沉积物的形式在SCR内产生了新的结垢问题。在这一点上，在SCR内用来消除NO_x的稍微过量的NH₃与SO₃反应以形成粘性硫酸氢铵。在历史上应用的、通过在酸的露点以上排放烟气用于最小化SO₃的解决方案，也导致额外的温室气体CO₂排放，其排放在一些国家和地区受到管制。用于最小化SO₃问题的这种解决方案燃烧多达5%的更多燃料以产生有用的能量。

SO₃排放问题已经使用多种碱性化学物质以化学方法进行解决（湿法和干法），该碱性化学物质包括熟石灰、石灰石、MgO、Mg(OH)₂和天然碱（Trona），该碱性化学物质在烟气流路径中的不同的中间点和下游点注入到***中。例如，在辐射炉的出口附近注入以供捕获SO₂的石灰或石灰石能够有效地捕获基本上所有的SO₃，因为需要这样大量过量的石灰或石灰石来清除SO₂，并且因为SO₃更容易被这些化学物质捕获。MgO和Mg(OH)₂在捕获SO₃方面有效，但在清除SO₂方面无效。为了避免有助于结渣的问题，钠基添加剂仅在下游应用。然而，通常使用的商业-325目粉末（其具有大约20微米的颗粒尺寸中值），当注入到熔炉上部时，常常放大锅炉管灰分沉积问题，并且它们还增加从锅炉排出的并且可通过静电沉积器（ESP）逸出的颗粒的量。沉积问题是20微米大小的颗粒撞击锅炉管和其它工业炉内表面的结果，而较细的颗粒，大约5微米大小或更细，其作用类似于气体分子，并且易于围绕锅炉管流动，从而避免撞击并绕过锅炉管道。

当-325目石灰或石灰石被注入到锅炉出口时静电沉积器中不利的颗粒收集效率是未被收集的未反应CaO的较差电特性的结果。未反应的CaO的存在是由于当使用相对较粗的-325大小的粉末时所需的处理化学物质的高化学计量比。当石灰或熟石灰以粉末形式注入到熔炉下游的烟气路径的较低温度区域时，也会遇到相同的颗粒收集和排放问题。在包括用于捕获颗粒的洗涤器的***上，沉积器问题可以通过将石灰注入沉积器的下游而得到避免。然而，相对较粗的-325目粉末的下游分布导致相对低效的SO₃捕获，需要数倍于化学计量的剂量。进一步，包括微米尺寸的颗粒的浆料注入ESP的下游由于不充分的干燥条件和随后烟气管道中沉积物的聚集而造成严重的问题，因为该处的低温不提供快速闪蒸出水所需的蒸发驱动力。

钠化合物，例如亚硫酸氢盐、碳酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐/碳酸氢盐（天然碱）化合物，也已经注入***的较冷区域以捕获SO₂，并且对于捕获SO₃也是有效的。然而，它们造成材料处理、灰分处理和潜在沉积的问题。它们还倾向于具有差的利用效率，当它们被研磨成较细（-400目）的颗粒尺寸时其在一定程度上得到改善。该相对较粗的颗粒易于形成外部硫酸盐壳，从而抑制壳内的未反应化学物质的利用。另外，这些材料的研磨是昂贵的，并且其由于颗粒的细度和吸湿性而产生存储和处理问题。由于钠化合物的溶解性还引起灰分处理问题，并且在一些情况下可能需要用来确保封堵于处置池内的措施。

可商购但较昂贵的油基镁添加剂可以有效地捕获SO₃。就此而言，用于同时控制锅炉中灰分相关的结垢以及与固体燃料锅炉内产生的SO₃相关的腐蚀和排放问题的最有效的化学技术之一，是向锅炉的上部区域注入MgO或Mg(OH)₂的油基浆料。该技术最初被开发用于燃油锅炉，其中镁基油悬浮液通常计量加入燃料中。其后来用于燃煤锅炉。如今这类添加剂最广泛接受的应用模式是将MgO或Mg(OH)₂的浆料注入到锅炉中发生从辐射传热到对流传热的转变的区域的正下方。尽管当注入熔炉中时对SO₃捕获非常有效，但镁化合物对SO₂不具有亲和性，并且它们因此对清除熔炉内的SO₂不是非常有用的。

虽然镁化合物对于SO₂捕获无效，但钙化合物能作为有效的SO₂和SO₃清除剂。因为这两种碱土金属可有助于处理结垢，所得硫酸镁沉积物比其钙对应物更加可溶，并且因此更易除去。因此，镁化合物更广泛用于解决结渣和结垢。当清除SO_x更有效的钙试剂是极细形式时，镁化合物丧失其沉积物清除优势，因为在烟气流中比在锅炉管表面发生更多的炉渣减轻反应。

已经用于捕获SO₃的另一种方法涉及使用所谓的“高碱性（overbased）”有机酸中和化合物类型，这些化合物包含于机油中作为添加剂并且作为燃料油燃烧添加剂。这些添加剂实际上是金属（通常是镁或钙）碳酸盐的胶体分散体。当用燃料油燃烧时，它们在接近化学计量的剂量下有效捕获SO₃和减轻由油中的钒和/或钠引起的灰分沉积。所述胶体分散体用羧酸或磺酸化合物稳定化，并且已知提供主要为埃级范围的颗粒。尽管非常昂贵，但“高碱性”化合物以低剂量广泛用于捕获重油燃烧式燃气轮机中的钒。它们已经应用于捕获SO₃的努力中，但似乎还没有关于它们用于捕获SO₂或有毒金属的用途的在先报道。尽管通过使用所谓的“高碱性”化合物可以获得排放益处，但是它们相当高的成本和其可燃性使得它们成为对于大多数应用而言不太有吸引力的选择。另外，高碱性材料的可燃性需要硬质管道以及额外的安全装置，其中每一项都涉及增加的成本。

除了其在油基浆料中的用途外，Mg(OH)₂粉末和水基浆料也用作锅炉的炉旁添加剂，但由于其颗粒尺寸通常较粗，它们在捕获SO₃方面不太有效。MgO的水浆料也通过安装在燃油和燃烧卡夫液（kraftliquor）的锅炉上的特殊改进的吹灰器注入，其中它们减轻高温沉积物，但由于不能连续应用化学物质，故对SO_x相关的排放仅具有名义上的影响。

除了限制SO_x排放的法规外，监管机构还已经颁布了旨在限制燃煤锅炉的汞排放的法规，而适用于捕获其他有毒金属的试行条例悬而未决。大量旨在寻找用于捕获此类有毒金属的实用技术的研究表明，如果汞是氧化形式而不是单质形式，则具有高表面积的固体通过吸附可捕获相当大部分的汞。Ghorishi等人（“Preparation and Evaluation ofModified Lime and Silica-Lime Sorbents for Mercury Vapor EmissionsControl”，EPA Energy Citations Database，文献号698008，1999年11月1日）报道了关于利用硅酸钙和熟石灰（Ca(OH)₂）捕获汞的研究。该研究强调了大表面积对于反应的必要性，这种大表面积由吸附剂中的细孔提供，但该研究集中在通过加入适当的添加剂以避免或最小化吸附剂的孔封闭。其还指出，必须使SO₂的存在最小化，因为SO₂与Hg竞争吸附剂的有效捕获表面，并且当其存在时，SO₂降低了Hg捕获的有效性。

加入于或者天然存在于燃料中的氧化剂，例如氯化物，可促进汞的氧化。虽然高表面积的石灰可以有效地捕获汞，但市售粉末可能难以稳定地输送到锅炉中。它们在锅炉中以灰分沉积物的形式导致运行问题，且由于任何未反应的石灰的不利的电性质，其可导致烟囱排放增加。迄今为止，最广泛接受的实现汞捕获的方式是将昂贵的活性炭注入锅炉气体路径的较冷区域。

需要额外的排放控制的燃烧***通常分为两个宽范围的、基于尺寸的组。第一组包括大型***，其足够新并且能够在经济上证明SO₂洗涤器和NO_x选择性催化反应器（SCR）所需的大量资本投资的合理性。该第一组常常遇到SO₃烟羽形式的问题，因为洗涤器不能有效地捕获该污染物。熔炉吸附剂注入（FSI）是一种特别有用的选择，因为其不仅处理SO₃烟羽问题，还捕获会损害SCR催化剂的砷；其增强汞的捕获，这将另外受到SO₂对可用的反应性表面积的竞争的抑制；其使烟气出口温度降低，这可以提高能量效率；并且其使洗涤器捕获更大量的SO₂，以便符合日益严格的排放标准。

第二组燃烧***包括较旧和较小的***，其中洗涤器和/或SCR难以在物理上改进，并且其涉及在经济上通常难以证明其合理性的大的资本投资。在该第二组***中，通过转换为更昂贵的、更低硫含量的燃料，以及近来通过利用基于市场的排放信用，已满足SO₂排放规定。燃烧方法的改进也已成功用于减少NO_x排放，但这种减少通常不足以使***完全符合最新的法规。

作为旨在减少NO_x形成的燃烧***改进的结果，那些较旧、较小的***还可以产生较高含量的未燃烧碳的副产物灰分。效率的损失是由于未燃烧碳的增加很小，一般小于燃料碳的大约0.5%，但如果灰分中未燃烧碳的量太高（>灰分的5%），则这种灰分变得没有市场，从而使来自灰分销售的潜在收入流转变成用于灰分处理的支出。已经投入相当大的工作努力来优化这类***的燃烧器，但仅获得有限的成功。本发明人已经公开的数据显示，当通过向熔炉上部的过热器区域中注入亚微米氧化镁而产生大量的细氧化镁颗粒时，未燃烧的碳明显减少，存在以及不存在灰分回注（“Effectiveness of Fireside Additives inCoal-Fired Boilers”，Power Engineering，第72-76页，1978年4月）。处理速率足以仅处理SO₃，而类似大小的钙或铝化合物预期将有类似的结果。

一些较小、较旧的燃烧***往往使用选择性非催化还原（SNCR），其利用的反应类似于通过使用氨或胺的SCR反应，但不使用催化剂。这两种控制技术导致在SNCR或SCR***的下游烟气中含有少量的氨，并且所述氨可与由燃烧过程或由SCR本身的催化作用产生的SO₃反应以形成低熔点的硫酸氢铵，这可能会堵塞烟气流路径更下游的空气预热器。硫酸氢铵问题可以通过向空气加热器上游注入细的钙化合物而减轻。

两组燃烧***都可能需要符合要求捕获痕量有毒金属的附加规定。尽管进行了气体洗涤，但利用较高含硫量燃料的、配备有洗涤器/SCR的***也面临新的烟道不透明性问题，该问题是由SCR引起的SO₂加倍造成的，该SO₂被催化为SO₃并作为可见的硫酸雾羽排放。烟气中的酸雾还通过堵塞和腐蚀***的低温部件而导致***运行问题。

由于从配备SCR的湿式洗涤器中排放酸雾的问题，硫酸烟羽问题导致了设施的主要的环境公共关系问题，正如美国电力公司（American Electric Power Company）在俄亥俄州柴郡镇的收购所证实的那样。美国能源部在测试各种SO₃控制技术方面已花费数百万美元，并正在安装多种酸中和***。

SO₃缓解***利用多种碱性化合物，这些化合物被注入烟气路径中不同的点，通常在熔炉出口和ESP入口之间，以实现在熔炉外的酸中和。包括Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、天然碱和SBS（亚硫酸氢钠）在内的大多数此类化学物质具有相对较粗的颗粒尺寸。已报道的经测试的最细尺寸的颗粒具有大约3微米的颗粒尺寸中值。然而，这些化学产品难以部署，其以3～12倍于化学计量的高比例使用，并且其使用导致巨额成本。虽然使用熔炉注入那些较粗的颗粒作为排放控制工具已经得到广泛评估，但目前的大多数设施在SCR下游点以粉末浆料或者溶液形式进料用于在***的较冷部分中控制SO₂和SO₃的化学物质。

如果没有可用的实用的、低投资成本、中等运行成本的污染控制***，则没有洗涤器的其余锅炉***和燃烧***有可能很快需要满足更严格的SO₂规定或面临提前停运。这些相同的工厂将很快也被要求捕获汞和其他有毒金属，以及应对更严格的SO_x和全年NO_x排放限制。

已经对用于在有毒金属污染物可从燃烧***中逸出和/或损害SCR催化剂之前捕获有毒金属污染物的技术进行了重要的研究。这种研究表明，在锅炉中的各点，包括在煤上、在熔炉出口和在省煤器出口，注入较大尺寸的矿物质（-3/4’’至-325目）、高表面积高孔隙率颗粒材料，例如特别改进的CaO、硅酸盐、MgO或活性炭，可有助于捕获大多数金属。已经证明，当在熔炉出口处（2000°F至2200°F温度区域）以两倍于硫的化学计量比注入石灰时，重金属（Hg、Se和As）的捕获是显著的，即使注入物质的表面积相对适中，为大约1-4m²/gm或更高的量级，并且即使存在形成酸的气体对同一试剂/反应物表面积的竞争。目前的监管重点是汞的捕获，而目前用户关注的重点是向锅炉的冷却区域注入昂贵的、高表面积的活性炭。然而，其他有毒金属的不利的运行和环境影响可能会导致排放法规影响其排放，和更多的对合适的清除试剂的研究。

关于有毒金属和SO₃的捕获，北达科他大学能源与环境研究中心（University of North Dakota Energy and Environmental ResearchCenter）报道，已发现存在于灰分中的极小部分（低于大约1.5%）的亚微米尺寸的灰分颗粒吸附SO₃（“Formation and Chemical Speciationof Arsenic-,Chromium-,and Nickle-bearing Coal Combustion”，FuelProcessing Technology，第85卷，第6-7期，第701-726页，2004年6月15日）。这表明这部分颗粒对于控制SO₃问题至关重要。也提到了添加细小的碱性材料（5微米以下）。其他研究者已报道，灰分将吸附有毒金属，但其低的表面积导致不良的捕获效率。

自二十世纪七十年代以来已经广泛研究了利用将粉状石灰石注入靠近鼻部的熔炉上部区域（2000°F到2200°F炉温区域）的SO₂控制，该技术被称为LIMB（石灰石注入多级燃烧器）。由Paul S.Nolan概括在一篇论文（“Flue Gas Desulfurization Technologies for Coal-FiredPower Plants”，论文发表于Coal-Tech2000国际会议，雅加达，印度尼西亚，2000年11月13-14日）中的这项研究也报道了关注于向靠近熔炉出口的熔炉上部区域（大约2000°F到2200°F）注入SO₂捕获试剂，以较昂贵的熟石灰代替石灰石。以前的实验室研究和初步研究已经得出以下结论，熔炉上部区域将是“其中硫酸盐化反应达到最大”的位置，并且注意到该位置涉及牺牲额外的试剂-烟气接触时间，以避免石灰颗粒烧结。然而，LIMB方法尚未广泛实施，因为两倍于-325目石灰石粉末（典型的平均颗粒尺寸为大约20微米）化学计量的处理速率捕获不超过大约40%的SO₂。熟石灰（大约12微米的中值）更为有效，实现大约65%的SO₂捕获，如Nolan论文中的图7所示，但该性能水平需要增湿***的大量投资，在蒸发大量H₂O需要的能量方面提高了资金和运行成本。这也显著地增加灰分负担多达两倍，并且造成锅炉对流通道中的沉积问题，这需要几乎连续运行吹灰器。由于未反应的石灰的电性质较差，也使静电颗粒控制装置负担过重。

许多先前的研究工作集中于通过在熔炉上部区域中快速煅烧石灰石产生高孔隙率、高表面积CaO颗粒。在不引入增湿的情况下不能实现化学利用效率方面所需的改善已经被EPA研究人员归结为CaO颗粒的烧结，但是用扫描电子显微镜观察时，本发明人的测试结果表明低利用效率最有可能是由于高孔隙率颗粒的孔被CaSO₄堵塞，从而减少可及的反应表面积并留下未反应的CaO核心。已经报道了对5微米范围内的颗粒尺寸的一些研究，但由于也可能出现堵孔问题，这种方法还没有商用。

到目前为止，其他研究者已经集中于添加过量的具有大约20微米的颗粒尺寸中值的研磨碳酸钙（-325目）。其原因为石灰石便宜，而且即使人们希望更小的颗粒，用于提供细颗粒尺寸的正常机械尺寸缩减技术（例如研磨）都已经被面对排放问题的人员判断为太过昂贵且经济上不合理。

已经对被描述为多重污染物控制方法的方法进行了一些研究，其模拟氮化合物溶液中的钙和镁化合物浆料的熔炉注入。理论上，该组合将解决除CO₂外的所有排放问题。尽管为控制NO_x而注入氮溶液广泛用于电站锅炉上，但用于同时捕获SO₂的与钙浆料的组合还没有在商业上采用。据报道，不能这样做是浆料注入***中的沉降和堵塞问题的结果。为了达到有效，NO_x控制***将氨试剂注入熔炉出口的鼻部附近，其处于先前使用石灰/石灰石注入的研究所要求的相同温度区域。

在世界上许多国家，减少CO₂排放至今也不是监管的目标。重点在于提高燃料使用的效率。并且关于隔离CO₂的研究正在进行，捕获部分CO₂，液化，并用于增强油回收。用于化石燃料燃烧***的大多数商用SO_x排放控制方法采用石灰石（直接使用或者作为石灰），其净结果是明显的CO₂二次排放。在较大、较新的单元上使用石灰石的洗涤器是最低的排放器（捕获大约0.7吨CO₂/吨SO₂），而使用石灰的洗涤器由于煅烧炉的热损失而具有至少高两倍的净排放。因为传统的熔炉吸附剂注入（FSI）的石灰石利用非常差，捕获每吨SO₂释放的CO₂接近于14吨/吨。

因此，本发明的一个目的是提供改进的多重污染物控制方法，同时改善锅炉运行条件和效率。

发明公开内容

简要地说，根据本发明的一个方面，提供用于减少高温和低温沉积物，适度增加能量效率，提高现有洗涤器的捕获效率，以及减少不希望的燃烧***排放物（主要是SO_x和有毒金属，还有CO₂和未燃烧的碳）的方法。这些结果通过以下方法产生：（1）使用可溶性Ca化合物例如氯化钙、乙酸钙或甲酸钙；或者（2）制备基本上无聚结物的、高固体含量的、含有颗粒尺寸大约为1到3微米或者更小的CaCO₃或者Ca(OH)₂颗粒的含水浆料，其中该含水浆料可使用钙盐溶液代替水来制备以逐渐增加活性化合物的浓度；或者（3）使用微米和亚微米或者纳米尺寸的固体钙化合物粉末；或者（4）配制和共注入分散体或者溶液以包括用于控制NO_x的尿素、用于氧化Hg的氯或者少量的碱型分散剂，以提高ESP性能。

如本文使用的术语“熔炉下部”意指温度为大约2500°F-3000°F的区域，术语“熔炉上部”意指温度为大约2000°F-2200°F的区域。也如本文所使用的，术语“亚微米”和“微米尺寸”包括粗达3微米和细达70纳米的颗粒。

本发明的方法包括将试剂注入到靠近燃烧器的锅炉熔炉内，其中的温度在2500°F到3000°F的范围内。这种较高的温度用于快速煅烧钙化合物以提供甚至更小尺寸的氧化钙颗粒。注入熔炉下部区域的另一个好处是导致多达三分之一的更多反应时间，以使试剂颗粒与烟气接触。因此，该更高温度的熔炉下部区域是用于提供改善的SO_x和一些有毒金属的捕获的优选位置。可以将微米或者纳米尺寸的粉末吹入到熔炉下部或者施加在磨煤机前面的输煤带上。另外，部分试剂可以同时注入熔炉的较冷区域，以更好地捕获其它污染物，例如HCl。

为了液态注入钙化合物，可以选择水与固体的比例、注入的点、注射器的类型和注入压力，以使液滴大小最小化，从而限制所得氧化物颗粒的聚结。其结果是使单独的细氧化钙颗粒的数目和氧化钙颗粒接触的概率最大化，并因此捕获各种污染物。使聚结最小化和使离散细粒的数目最大化的优选方法是按顺序干燥，以机械方式解聚聚结物，并注入亚微米分散体。

结渣、结垢以及排放控制的好处通过将必需量的低和亚微米试剂简单注入熔炉下部以捕获酸生成气体而实现。基于对锅炉烟气流的计算机建模选择注入点，以致力于优化试剂接触和所述气流的覆盖。该方法使得能够改进锅炉和洗涤器效率，这是由烟气出口温度降低所致的。部分的锅炉热效率改进通常可用现有的硬件获得，并且通过增加热交换表面积和通过使燃料输送和燃烧空气适应于流和温度的改变来调节锅炉以应对回收的额外能量，甚至可以实现更高的效率。

洗涤器效率的改善是烟气出口温度降低的结果，因此是烟气体积减少的结果，所述烟气体积的减少增加了洗涤器内的液气比，并且也是洗涤器入口SO₂浓度显著降低的结果。水蒸气也减少，其像CO₂一样被认为是温室气体。

在熔炉内产生的极细尺寸的氧化钙颗粒足够小，使得它们被含有燃烧产物的烟气所携带并随其流线流动。由于它们具有非常小的尺寸和非常小的重量，大部分颗粒的行为类似于气体分子，并随烟气围绕熔炉内的热交换管表面流动而不撞击表面，其结果是在这些表面上极少发生灰分积聚。大量非常小的氧化物颗粒增加单个氧化钙颗粒与烟气流中的灰分颗粒碰撞的可能性，这通常提高灰分的熔点，并且由此减小较粗灰分颗粒的粘性足以粘附到热交换表面的机会。

本发明还涉及：

1.加入少量碱性型分散剂或者高熔点碱性化合物，以弥补用于捕获SO₂的任何未反应的清除剂对ESP的不利影响；

2.添加可溶的碱土金属卤化物（钙和镁）以冷冻调节分散，且在必要时氧化单质汞（Hg）以便于Hg捕获。就此而言，碱金属氯化物（钠和钾）是不合要求的，因为它们促成结渣和结垢；

3.当SCR和SNCR NO_x控制***存在过量的NH₃时，通过优先清除SO₃而减轻基于硫酸氢铵的空气加热器结垢；

4.提供一种通过清除损害性有毒金属砷来延长SCR催化剂的工作寿命的简单、低成本的方法；

5.提供一种使排放控制***的总CO₂排放量最小化的简单、低成本的方法；

6.提供一种用于重复利用可为能量来源的工业副产物和废物以及亚三微米CaCO₃的手段；

7.提供一种恢复高LOI灰分的可销售性的经济有效的方式；

8.提供一种升级较旧的湿式洗涤器以满足新的、更严格的SO₂和SO₃排放规定的低投资和低运行成本的方法；

9.提供一种减少湿式SO₂洗涤器中蒸发的水份量的简单的、低成本的方法；

10.提供一种使现有洗涤器做好碳捕获准备的简单的、低成本的方法；

11.提供一种使用单独的煤灰、单独的钙化合物或者它们的组合作为捕获介质来捕获SO₃和有毒金属，以及消除相关的可见SO₃烟羽的简单的、低成本的方法；

12.提供一种用于捕获燃烧化石燃料的燃烧***中的污染物的***，该***比目前可商购的***具有明显更低的投资成本，具有可用的硬件选项，并且通过节约能量和运行成本具有投资控制配置的费用的潜力；和

13.提供一种用于提高其现有的和新的投资在石灰和石灰石制备方面的利用和价值的低投资成本的手段。

在本发明的另一方面，将灰分或者其它热稳定的矿物尤其是具有显著的碱土金属含量的物质磨碎（干法或者湿法研磨碎），以提供具有大约1-2微米或者更小量级的尺寸的灰分颗粒。将磨细的灰分颗粒单独地或者与碱土金属浆料结合地以一定量注入烟气路径中适合于使污染物得到解决的位置，一般更接近燃烧器，因为该位置提供更多的时间供颗粒与燃烧产物反应。该注入位置对于有毒金属的捕获不是关键，并且如果注入发生在节约装置（economizer）后，其捕获应当是有效的。使用灰分是不太昂贵的减少不希望的排放的方式。进一步地，灰分可以是钙化合物或活性炭的部分替代物，并且它对整个过程的CO₂排放的贡献受限于与用于减小颗粒尺寸的能量有关的部分。

附图说明

在考虑以下描述的基础上，结合所附附图，本发明的结构、运行和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是一张显微照片，其显示现有技术方法采用的碳酸钙颗粒的尺寸；

图2是一张显微照片，其显示通过本文所述的用于生产极细尺寸颗粒的方法所生产的碳酸钙颗粒的尺寸；

图3是一张表格，其显示每单位重量的颗粒尺寸对颗粒数及其表面积的影响；

图4是一张表格，其显示大量可商购的熟石灰的颗粒尺寸和表面积；

图5显示颗粒尺寸对污染物捕获效率的影响；

图6是显示代表性的美国煤的典型灰分组成的表格；

图7是显示两种褐煤的灰分组成与木灰的比较的表格；

图8是一张表格，其显示当以不同温度注入到燃烧器时用各种钙吸收剂对SO₂的捕获，和所产生的石灰的物理特性；

图9是一幅曲线图，其比较了当注入到65MW燃煤锅炉时3微米CaCO₃粉末与不常见的细-325目商业研磨碳酸钙的SO₂捕获性能；

图10是一张表格，其概括了当将沉淀的偏三角面体（scalenhedral）型CaCO₃晶体的亚微米浆料、湿法研磨的亚微米CaCO₃和石灰乳通过20MW工业燃煤锅炉的熔炉烟气流的几个不同熔炉端口（基于计算机建模选择）注入时的SO₂捕获结果；和

图11是一幅曲线图，其显示对于在1MW燃烧研究设施中燃烧的含3%硫的煤，作为Ca/S比的函数的SO₂捕获。

实施本发明的最佳方式

本文公开的方法涉及提高发电厂热效率和捕获不希望的污染物，该污染物作为含碳燃料的燃烧过程的产物而产生，尤其是在燃煤燃烧***中，例如在工业运行或者电力发电站中使用的燃烧***中。

由于实施本发明的方法而更有效地捕集的污染物有SO₂、SO₃和HCl，以及有毒金属如汞、硒、铅和砷。就此而言，本文提到的“有毒金属”包括监管部门所涉及的所有金属。

根据本发明的方法也涉及提高发电厂热效率；减少炉旁结渣、结垢、腐蚀和未燃烧的碳；如果它们被设置为熔炉燃烧***的一部分，增强洗涤器下游的污染物捕获性能；以及减小在捕获上述其它污染物过程中释放的CO₂总量，和充分提高SO₂的捕获效率，以使CO₂捕获更简单、资本投资更低和运行成本更低。

发电厂热效率的增加源自于高温和低温热交换表面的结渣和结垢的减少，从而提高了传热效率，源自于SCR催化剂寿命的延长，以及源自于对通过排出温度高于硫酸露点的烟气而被浪费的热量的利用。允许降低烟气出口温度减小了烟气体积并减少了移动烟气所需的风扇马力需求，并且通过提高液气比和通过减少洗涤器入口处的SO₂浓度大小而增加了洗涤器的效率。

根据本发明的方法主要包括向熔炉高温燃烧区注入钙化合物的颗粒浆料或者水溶液，该燃烧区的温度为大约2500°F至大约3000°F。注入的浆料或者溶液首先通过使所述浆料暴露于燃烧区的高温以闪蒸出液体而快速干燥，然后钙化合物在暴露于注入部位的高温后立即快速煅烧成非常小的氧化钙颗粒。向燃烧区内注入浆料的结果是提供了非常大量的极细尺寸的氧化钙颗粒，这些颗粒具有大约1-2微米或者甚至更细的颗粒尺寸。氧化钙颗粒主要以独特的、单独的、细颗粒存在，而不是聚结物，并且它们容易用于拦截和捕获不希望的污染物。类似地也可以注入细小尺寸的粉末，但它们由于其细度而造成严重的处理问题，并且它们需要投资更高的注入***和更昂贵的试剂。所述处理问题可通过表面涂覆有机润滑剂例如硬脂酸而减轻，这是商业上用于促进向塑料和橡胶中掺入的技术。如果环境条件有利于干法而不是湿法加工，则用于商业生产极细的微米尺寸粉末的两种方法之一涉及湿法研磨高固体含量的浆料的湿磨，其比干磨至该颗粒尺寸范围有更高的成本效率，然后喷雾干燥并机械研磨以破碎在喷雾干燥器中形成的聚结物。

在熔炉的高温燃烧区内产生的极细尺寸的氧化钙颗粒足够小，使得它们被包含燃烧产物的烟气所携带并随其流线流动。产生的大量极细尺寸的氧化钙颗粒增加了氧化钙颗粒与污染物颗粒和灰分颗粒碰撞的概率。由于它们具有非常小的尺寸并因此具有非常低的重量，大多数氧化钙颗粒的行为类似于气体分子，并且当烟气围绕熔炉内热交换管表面流动时，这些颗粒被烟气携带，而不撞击在管的表面上。由于氧化钙和灰分颗粒被流动的烟气所携带，管表面上极少发生灰分积聚。对于大多数但不是所有的煤灰而言，石灰的加入将提高灰分的熔点，这是颗粒粘附到熔炉表面的决定因素。因此，灰分颗粒的较高熔点减少了灰分颗粒的粘性足以粘附到热交换表面上的机会，并且因此穿过热交换管表面的热传递不会被灰分在管的外表面上随时间的积聚所妨碍。

用于提供细小尺寸的氧化钙颗粒的化合物的主要来源包括石灰、石灰石和在暴露于高温时产生氧化钙的其它钙化合物。为含水浆料的形式的钙化合物的适当悬浮液可以通过在水性介质中精细研磨固体钙化合物来制备。所述精细研磨可在介质研磨机或者在另一种类型的细研磨机中进行，以使固体经受剪切力，从而减小其尺寸，以提供含有颗粒尺寸为1-2微米或者更细的细磨的悬浮固体的所得含水浆料。这种浆料中的固体典型地可具有大约4m²/gm至大约20m²/gm的表面积。分散浓度的范围可以为大约20%至大约85%（重量）的固体，优选的浓度范围为大约50%至大约75%（重量）的固体。一般地，较高固体浓度是优选的，目的是使影响运输费用的浆料重量最小化，并且使随固体引入熔炉的水量最小化，由于水分的蒸发而会消耗热量，这种热消耗降低了***的热效率。举例来说，与室外存贮的煤的典型湿度10-15磅/磅相比，75%固体的浆料对于燃料中的每磅硫将增加大约1磅水。

处理性能和位置特异性运行考虑因素也可影响针对特定用途选择的固体浓度。浆料的重要特性包括极细的钙化合物的颗粒尺寸，颗粒基本均匀分散在水性介质中，和避免颗粒的尽可能多的较大尺寸聚结物。将浆料稀释至20%或30%的固体是使在浆料或者溶液注入熔炉内后生成的氧化钙颗粒的聚结最小化的一种手段。应用以5-10微米范围内的极细液滴递送浆料或者溶液的注入***是另一种手段。这样的注入设备由TurboSonic Technologies,Inc.,Parsippany,New Jersey和Spraying System Company,Wheaton,Illinois以雾化喷嘴的形式提供。

通过在分散剂的存在下在介质研磨机中研磨钙化合物，在大体积的商业应用中获得所需的钙化合物的极细颗粒尺寸和整个浆料中颗粒的基本上均匀的分散。一种类型的合适的介质研磨机可从UnionProcess Inc.,Akron,Ohio获得。在研磨过程中可使用的合适的分散剂包括阴离子表面活性剂和多元羧酸的钠盐，或者聚丙烯酸盐。可商购的合适的表面活性剂包括Acumer9300（购自Rohm and Haas Company,Philadelphia,Pa.），或者Darvan7或Darvan811（购自R.T.VanderbiltCompany,Inc.,Norwalk,Conn.）。浆料中分散剂的浓度可以为从大约0.20%至大约5%重量的量级。用大约0.25%至大约1.5%重量范围内的分散剂浓度可以获得可接受的结果。应当注意，许多配备有湿式洗涤器的设施具有过量的产生-325目石灰石浆料的湿式球磨容量。该产品可以是微米尺寸浆料的经济的原料，该浆料由具有特定的专门技术的承包商运行这种设施来现场制备。

获得所需的高固体浓度的、含有尺寸为1-2微米或者更细的钙化合物颗粒的浆料的另一种方式是通过沉淀法。这样的方法也用于大体积的商业应用中。其包括制备具有金属氢氧化物或者氧化物颗粒作为原料的悬浮液，然后将所述颗粒溶解为碳酸氢盐，并再沉淀为碳酸盐。原材料可以为Ca(OH)₂以及氧化钙。在阴离子表面活性剂或者羧酸的盐或磺酸的盐的存在下使所述悬浮液经受CO₂流。将CO₂鼓泡通过该浆料以与悬浮的材料反应以形成可溶性化合物碳酸氢盐，然后其分解形成超细碳酸盐颗粒。

商业上通过沉淀生产的浆料也可通过喷雾干燥，然后进行机械研磨以破碎在干燥过程中形成的聚结物，而转化成微米尺寸的粉末以用于某些用途。这些额外的步骤显著地增加了浆料制备的相对适中的成本，并且产生可能难以处理和进料的粉末。即便如此，可能存在以下情况：微米尺寸的粉末的较好性能可能证明较高成本的合理性，即，如果该应用是具有现有的低性能粉末注入***的设施的话。

那些相同颗粒尺寸的制备步骤，包括研磨或者溶解以及随后的再沉淀，也可以用于制备细至70-400纳米的纳米尺寸颗粒。这类颗粒可以单独地或者与微米尺寸的产品结合地用作清除试剂，以提高捕获性能。它们可以用于提供高石灰含量的灰分，其中石灰含量为灰分重量的至少大约5%的量级。它们还可用于处理工业废物，例如来自甜菜糖加工的石灰废料，或者用作燃烧***中的污染物清除剂的水软化污泥。这些材料中的一些通常具有一般低于大约10%（重量）的有机物含量，并且当将其注入熔炉中时提供一些额外的热值以弥补与经历煅烧的水性试剂中所含水分的蒸发相关的热量减少。

当将钙化合物注入到熔炉的燃烧器区域时得到的经煅烧的、尺寸减小的氧化钙颗粒可具有大约0.07微米至大约3微米的颗粒尺寸，优选大约0.5微米（500纳米）和更细。0.5微米颗粒的外表面积为可商购获得的-325目（20微米）石灰石颗粒的大约40倍。与可商购的-325目的材料相比，将这样的钙化合物煅烧成优选的颗粒尺寸导致每磅材料多大约61,000倍的氧化钙颗粒。以仅为大约1.5倍或者更少的燃料硫含量的Ca/S化学计量比，在燃烧***的燃烧器区域中存在如此大量的较小CaO颗粒的结果将是捕获高达84%或者更多的SO_x以及可达90+%的有毒金属。

图1和图2是各自代表宽度为0.44mm的区域的显微照片，其显示出取决于所使用的方法的CaCO₃颗粒尺寸的巨大差异。图1显示由生产处于市售品的范围细端的产品的现有技术方法得到的CaCO₃粉末颗粒的尺寸，其一般表示为-325目（通常为20微米的尺寸中值），其由商业上研磨的粉状石灰石得到。在这一点上，在图1中可看到的聚结物虽然由大量的较小颗粒构成，但其是有效单一的、大的、较重的颗粒。图1所示的颗粒具有比大多数可商购获得的研磨颗粒更细的尺寸（尺寸中值为9微米），其通常落在20微米的尺寸中值范围内。尽管先前已经认识到该商业可获得的颗粒聚结物的表面积和孔，但似乎没有意识到在实际应用中聚结物的孔被反应产物或者其它较小颗粒堵塞。因此，用于污染物捕获目的的聚结物的有效暴露和可用外表面积显著降低，留下未反应的石灰的核心。

图2显示实施本文所述的方法得到的粉末颗粒，该方法提供基本上是无聚结物的亚微米尺寸的颗粒，具有大约0.7微米的颗粒尺寸中值。极少部分的聚结颗粒通过在湿法制备亚微米和微米尺寸石材过程中施加剪切和化学分散剂，并且通过使用设计成使干燥/煅烧颗粒的聚结最小化的喷雾注射器来获得。

由煤燃烧产生的烟气中的SO₂浓度通常大约为2,000ppm的量级。但是大量其它气体分子的存在（每个SO₂分子大约有500个）往往会妨碍CaO颗粒与SO₂分子的接触。待捕获的有毒金属例如Hg、Se和As以十亿分之几的量级的极低浓度存在于烟气中。因此，颗粒尺寸从20微米减小到1微米使每磅的CaCO₃颗粒数增加了大约7800倍，这将显著增加所得到的CaO颗粒在充满其它分子的空间内遇到SO₂分子或SO₃分子或有毒金属分子并与之反应的概率。

图3的表格明显示出了减小颗粒直径对颗粒的外表面积的影响和对可用于反应的颗粒数目的影响。因为在本发明的实施中产生的大量极细尺寸的CaO颗粒，其行为类似于气体分子，它们与存在的其它气体分子一同被携带并在流动过程中经历与其相同的移动和随机运动，从而增加与污染物分子接触的概率。显然，增加接触的概率增大了更完全反应和更完全捕获的概率。而且，颗粒的细小尺寸减少了石灰的显著未反应的内核的机会。该表中所示的数据具有意义，因为其提供了关于以合理的化学计量的吸附剂量可实现高污染物捕获效率的观点。先前的研究人员尚未涉及以下事实，在处理和注入期间颗粒的聚结导致较大颗粒具有较低的用于污染物捕获的有效表面积。就此而言，污染物的捕获取决于试剂颗粒和污染物分子之间的接触，并且需要污染物分子和试剂颗粒存在于基本上相同的空间中。因为污染物以ppm和ppb的浓度存在于烟气中，通过使存在的用于反应的试剂颗粒的数目最大化将会增加试剂颗粒捕获污染物分子的概率，这不仅需要试剂颗粒具有细小的尺寸，而且它们必须以使细小尺寸的试剂颗粒的聚结减到最小的方式递送，以便获得本发明的好处。

提高化学试剂的总利用的另一种方法还进一步在于在研磨的分散物中掺入少量（少于大约5%）的高碱性钙化合物，其在0.005微米（50纳米）时每磅包含无数颗粒。加入量将取决于经济性和性能。由于高碱性产物可以作为油基和水基制剂获得，将需要表面活性剂来制备与较粗的水基产品相容的油基产品。

由颗粒尺寸减小导致的可用的试剂颗粒总表面积的增加仅增加了40倍，不像可利用的颗粒总数的增加那样显著，但它对于污染物捕获性能来说是重要的，因为基本上所有的外表面积都可用于反应。大多数现有研究中报告的问题出现在大部分可用的表面积为内表面，在聚结颗粒的表面连接的孔内时。然后这些孔被由CaO颗粒与SO₂反应形成的CaSO₄堵塞，从而阻止充分利用污染物捕获材料的其他可用的表面积。

图4的表格改编自《Chemistry and Technology of Lime andLimestone》（Robert S.Boynton，第2版，1980年，第340页）提供的表格，并且呈现了25种市售熟石灰以cm²/g而不是以m²/g为单位的比表面积（乘以1×10^-4进行转换）。该表显示了大量市售熟石灰的较大颗粒尺寸和较低比表面积值。这些水合物的浆料可以被减小到1-2微米范围内，并且通过采用颗粒研磨以及也可通过使用表面活性剂来解聚，如以上在本发明的上下文中所述。

根据本发明的方法与以前的方法之间的另一个显著的不同之处在于这样的事实，即在以前的方法中为了捕获污染物而存在的聚结CaO颗粒的较大有效颗粒尺寸可能导致相当比例的这些较大颗粒（具有大于4或5微米的尺寸）撞击到并且因此附着于热交换管的表面。结果是，这些颗粒被有效地从气流中除去，并且因此在煅烧颗粒存在于熔炉上部区域内的非常短的停留时间的相当一部分时间内，它们较少能够用于清除污染物分子。另外，附着于热交换管的外表面的煅烧颗粒导致在管的表面上涂覆，从而降低向热交换管内部的热传递的有效性，并因此降低传热***的总运行热效率。在先前的全尺寸试验中，操作人员发现，为了减少热交换管的沉积物，必须几乎连续地运行吹灰器，运行***所需的能量具有很高的成本，并且具有较高的设备磨损。

图5图示了CaO颗粒尺寸对有效捕获污染物的可用表面积的影响。先前方法特有的较大颗粒（图5中的上部颗粒所示）与燃烧气体反应，直到受到在CaO颗粒的表面上最终形成围绕内部CaO核心的CaSO₄外壳的限制的程度。该内部核心部分因此不再能够与燃烧气体中含有的污染物反应。另一方面，由本文公开的方法提供的较小的CaO颗粒（图5中的下部颗粒所示），由于较小颗粒的较大总表面积暴露于较大体积的燃烧气体，将会导致更完全的反应和因此更大的污染物捕获，因为在限制反应的CaSO₄外壳形成之前，较大数目的较小颗粒集体呈现出显著更大的可用于反应的总表面积。

图6和图7的两个表格改编自《Steam/Its Generation and Use》（第39版，第15-2节，由The Babcock&Wilcox Company出版，1978年），其显示一些美国煤和褐煤的典型灰分含量和化学。它们显示出，灰分的某些形式，尤其是来自西部州的煤中的灰分，可以含有相当高的CaO。因此，如果减小灰分颗粒尺寸，并如本文所公开的那样活化，这类材料可以潜在地成为有用的和经济的污染物控制试剂的来源，同时用于不具有洗涤器的***和具有洗涤器的***。显然，再注入经加工的高钙氧化物灰分将会更适合于注入不具有洗涤器的***中，而类似加工的低氧化钙灰分将可用于在具有洗涤器的***中捕获SO₃和有毒金属。

实施例I

图8概括了在以大约3.7MBTU/hr燃烧的燃烧天然气的中试燃烧器中进行的实验性吸附剂对比。向气体中掺入SO₂以使SO₂在燃烧产物中的浓度处于从低于425ppm到1155ppm的范围内。将石灰石和熟石灰粉末与醋酸钙和氯化钙溶液进行比较。将每种吸附剂在燃烧器位置和燃烧室出口处注入燃烧室，在燃烧器和燃烧室出口所对应的温度分别为大约2750F和2200F。投入所有吸附剂以达到Ca/S=2。两种溶液均使用双流体喷嘴注入，并且与粉末形式的固体相比，当在燃烧器位置注入时捕获显著更多的SO₂，液体醋酸钙超过石灰石的三倍，而液体氯化钙为石灰石的两倍。这些差异略微有些保守，因为当利用液体时SO₂浓度分别为400ppm和625ppm，与之相比，当利用粉末时分别为850ppm和1,000ppm。在锅炉炉膛中在短的反应时间内试剂颗粒遇到烟气中的SO₂分子的概率随污染物浓度而降低。石灰衍生的氯化钙的聚结阻止了对那些固体的表征。

使用粉末获得的较低的捕获结果倾向于支持其他人的现有研究，该研究涉及在存在于熔炉出口处的较低温度下注入试剂，尽管粉末之间的差异很小。然而，两种液体的数据证实了在燃烧器区域注入试剂对于捕获SO₂明显更有效。如果可以获得更好的注射器来最小化液滴尺寸和最小化聚结，则在燃烧器区域注入的液体醋酸钙和液体氯化钙的49.8%和30.7%的SO₂捕获值甚至可能会更高。固体石灰颗粒类似于或者大于液滴尺寸，并且怀疑石膏将孔堵塞，但并没有得到证实。

实施例II

图9显示在65MW切向燃煤锅炉测试中，3微米的碳酸钙粉末捕获两倍的SO₂，该SO₂被不常见的细-325目石灰石（9微米的中值对比于正常的20微米）以Ca/S比为2清除。在这些测试中，大约3/4的粉末通过大致在熔炉燃烧器与熔炉出口之间的中间位置的端口注入，其余的粉末更接近燃烧器进行递送。

图9显示当3微米中值的CaCO₃粉末注入到燃烧含1.65%硫的煤的65MW锅炉时，作为Ca/S比的函数的SO₂捕获结果。该锅炉配备有Mobotec气动粉末注入***。结果显示，与利用特别细小尺寸的市售-325目产品的结果相比，3微米尺寸的机械解聚的粉末具有明显更好的SO₂捕获性能。该性能差异超过曾经假定为足以超过以低于2的Ca/S之比捕获50%的SO₂的排放控制目标。因为当大约25%的粉末在邻近燃烧器的较高温度区域注入熔炉时获得最好的结果，这些结果与图8所示的结果一起清楚地支持了以下观点：将试剂接近燃烧器进料可以提供改善的SO₂捕获。

实施例III

图10的表格概括了在燃烧含1.8%硫的煤的20MW燃煤锅炉中进行的一系列试验的结果。结果是使用微米尺寸的研磨的碳酸钙（GCC）、石灰乳和沉淀碳酸钙（PCC）的浆料进行的一系列短试验的结果。后一试剂的晶体为偏三角面体形式（形状类似于儿童游戏的“抛接子（Jack）”），其对于给定尺寸的颗粒提供更多暴露的外表面积，并且是更能耐受由于在晶体开放区域形成石膏而导致的孔堵塞的形式。该锅炉针对这些测试进行建模，并选择存在的四个端口，其目的在于通过四个注入端口供给大致等量的钙分散体。两个蒸汽驱动的双流体注射器安装在“燃尽风”（OFA）端口，在前壁处的燃烧器附近，并且两个注射器在后壁处略高一些。后壁位置是折衷的，因为根据建模得到的在侧壁上的优选位置难以达到。

图10中所得的数据显示，以Ca/S比为2捕获50%的初始目标可用均匀分布20%固体PCC试剂来达到，但是为1.6的较低Ca/S比。其中从后壁注射器流入的大约一半的试剂转移到OFA注射器的实验导致性能增强。尽管事实上所测试的配置使得OFA注射器处理超过设计流量的200%仍然可达到该结果，其可能导致较粗的喷雾液滴，更多的石灰聚结，和小于最佳的利用。然而，当OFA挡板打开以使空气围绕注射器流动时，改善的捕获性能导致以下结论，即所述流动可能有助于该注射器传递更细微的液滴。尽管对于给定的化学计量比显示出宽范围的捕获，但大部分的变化可以归因于熔炉中试剂的残余存量，即使当注入暂停时其仍然继续发挥作用。使用研磨的CaCO₃（GCC）和石灰乳的试验过于受限而无法进行可靠的比较，但两者似乎都仅比PCC的效率略低。

图11的曲线图显示当注入1.4微米尺寸的研磨CaCO₃的75%固体浆料时，对于在1MW燃烧研究设施中燃烧的含3%硫的煤，作为Ca/S比的函数的SO₂捕获。将浆料在注射喷嘴处稀释至30%固体。通过稀释和通过产生尺寸中值在10微米以下、优选颗粒尺寸在5微米以下的喷雾液滴，使颗粒的聚结最小化。

此外，关于SO₂捕获的改善，已知在静电沉积器之前将烟气加湿，以使露点在饱和的大约11℃至大约17℃以内，能够显著提高SO₂捕获。在这些条件下，水分在细灰分和石灰颗粒上冷凝，得到液体薄膜，该液体薄膜激发了酸/碱反应。与从设法继续通过***到达锅炉的较冷区域的干燥粉末得到的相对较少的大聚结物相比，在实施本发明的方法过程中获得的许多细小尺寸的颗粒更加有效地行使所述功能。本发明提供了一种更经济的使SO₂捕获增强相似的量（大约15%）的方法，其中没有用于蒸发大量的水的能量损耗。通过捕获基本上所有的SO₃（其不需要在稳定地高于酸的露点的温度排出烟气），允许回收明显更多的否则将会损失的燃料能量，同时也提高了SO₂捕获。

根据本发明添加最小聚结的细颗粒试剂的其它益处包括捕获几乎所有的SO₃，其允许降低锅炉出口温度而不会遇到冷端设备被硫酸氢铵或者硫酸堵塞和腐蚀。进一步，除了***热效率的净增加和维护减少外，较低的温度和减少的气流将提高沉积器效率和风扇能力。

如先前所指出的，利用实施本发明所得到的解聚试剂产品降低了在锅炉的对流段中灰分沉积的潜力。极细CaO颗粒数目的显著增多因此也显著增加了防止半熔化灰分颗粒对高温管表面的腐蚀作用的机会。净效果是使这些灰分颗粒具有较低的粘性，并因此较不倾向于自身附着于并积聚在热交换管的表面上。

另外，利用根据本发明的方法将导致集尘器负担是利用-325目石灰或者石灰石的已知方法的大约一半。因为与游离CaO相比，CaSO₄对沉积器性能的损害较低，因此与利用较大颗粒尺寸的石灰石注入相比，本发明实现的CaO利用的显著增加用来使对沉积器性能的不利影响最小化。如上所述，空气加热器结垢和腐蚀也降到最小，从而使烟气出口温度降低，这提高了***热效率，并也降低了到达沉积器的气体体积，并且其也提高了沉积器效率和降低风扇功率需求。总固体负担（灰分+CaSO₃或者CaSO₂+CaO）和特定静电沉积器的操作规程将决定减小气体体积和降低灰分温度的优点是否足以弥补特定沉积器上的较高电阻率的缺点，并将影响是否需要补充粉尘处理或者收集容量。

已知提高灰尘负担的亚微米分数对ESP的运行可能具有正面和负面的影响。小的带电颗粒数目的中等程度增加会增强接近电极的电场，这将改善所有颗粒尺寸的颗粒收集。如果小于1微米的颗粒的数目过大，则ESP电流将被减小到进料和收集并不那样有效的程度。因此，对于任何给定的锅炉-ESP组合，将不得不在ESP中以最大效率用于捕获SO₂的细粒的量和大小之间找到平衡，同时将亚微米颗粒的数目限制到增强而不是抑制颗粒收集性能的量。备选地，为了实现对ESP的同样的正面影响，可以更优化的SO_x捕获为目标，这可利用亚化学计量的注入来实现。另一个备选方案是使用市售的可聚结细灰分颗粒的灰分调节***。又一个选择是补充ESP或者将其替换为袋滤器。袋滤器将提供额外的烟气试剂接触时间并提高污染物捕获效率。

注入到燃烧区中以捕获SO_x和有毒金属污染物的钙化学物质可能妨碍在某些静电沉积器中对颗粒排放物的收集。但是通过对注入的化学物质的组成稍作修改，可减轻钙基化学物质的负面影响，并且可以提高ESP的性能。就这点而言，在以前并没有认识到共注入少量的碱性化合物以抵消钙基试剂的不良影响可作为解决这个问题的选择方案。相反，先前的方法集中于提供附加***，例如加湿器，和氨加SO₃灰分调节设备，这提出了旧***的改装问题并增加了投资成本。

如早先所提到的，除了改善熔炉注入***的SO₂捕获效率外，包括向高温燃烧区域中注入颗粒尺寸显著更细的试剂的本发明还以更接近于化学计量的处理比产生比先前所获得的更有效的SO_x捕获。这允许发电厂操作人员降低熔炉出口气体温度，这降低了通过ESP的烟气体积和速度，并提高了ESP和/或者洗涤器（如果有的话）的颗粒捕获效率。较低的出口气体温度取决于中和任何存在的SO₃，以避免结垢和腐蚀。通过改装空气加热器，或者通过在改装形式中喷雾冷却，例如美国专利号4,559,211中所公开的，可以通过新设施中的热交换实现这种温度降低。这些改变将可能需要通过改变较热的燃烧空气在磨煤机与各种燃烧气流（初级的和次级的）之间的分布来重新调整锅炉。

如果***温度可以降低，例如通过关闭蒸汽供给的空气预热器线圈，和通过利用特大的ESP，这些因素与由本文公开的更有效的SO₂捕获技术提供的降低的灰分沉积负担一起，可足以确保符合颗粒排放要求。如果在特定发电厂中不存在这种温度降低能力，则喷雾冷却可通过引入加湿***和牺牲一些能量效率来实现。该方法在石灰石注入多级燃烧器（LIMB）示范中使用，该LIMB示范由美国能源部投资并在前面提到的Nolan论文中报告。但是该技术尚未实施，主要是因为试剂利用效率差。更好的选择包括提供额外的热交换能力以使温度接近于水的露点。后一种方法将进一步增强由在高温燃烧区的熔炉注入过程中产生的CaO对SO₂的捕获。

解决当注入钙基化学物质时遇到的ESP捕获效率问题的另一种方式包括将各种额外的化学物质注入到锅炉的较低温度区域，而不是注入到较高温度区域。该方法用来改变灰分的电学特性，并且公开在美国专利号4,306,885中。其包括注入气体，例如SO₃和NH₃，这些气体的组合，和各种铵和钠的磷化合物。然而，通常不提倡向燃料中添加钠化合物，因为大多数这类化合物具有相对较低的熔点，并且可在锅炉的高温区域引起严重的结渣或者结垢。因此，规定了将这些化合物在低于大约900℃的温度注入烟气流。然而，无论是气体、液体还是固体，这种添加都需要投资和维护和运行单独的进料设备。需要的各种化学物质的量相对于灰分或燃煤的量通常都非常小，即，对于含10%灰分的煤，分别在大约10磅/吨灰分和大约1磅/吨煤的范围内。

理想地，供给灰分调节试剂的最简单模式是在较高的燃烧区温度将其掺入石灰石分散体或者将其与石灰石分散体共注入。有许多能够改变灰分电学性质的碱性化合物，它们具有高熔点并且适于掺入石灰石分散体或者与之共注入。它们包括钠和钾的磷酸盐（三碱式）、硅酸锂和所有三种主要碱金属（Na、K和Li）的铝酸盐。磷酸盐被认为在下游提供聚结效果以抵消由引入钙化合物引起的电阻率改变。

提供所需碱来调节由石材来源的石灰捕获SO_x所产生的CaSO₄产物的另一种方式是在石浆的制备中采用含碱表面活性剂例如钠、钾或锂的聚丙烯酸盐作为分散剂。所用的分散剂的量随固体负荷和悬浮液的颗粒尺寸而变化，但其应在该产物的大约0.25%至大约2.0%（重量）的范围内。有助于CaSO₄调节的碱量随表面活性剂组成而变化。其可能足以具有调节效果，但如果需要更多的调节剂则可由其它材料进行补充。

CaSO₄调节剂的加入量在所注入石料的重量的大约0.005%至大约5%的范围内。因为作为实际结渣剂的碱占调节剂的不到30%至50%（重量），沉积形成剂的总供应量远低于3%或4%的锅炉的钠“经验法则”结渣阈值。处理速率将依赖于燃料中硫和灰分的相对量、石灰石的化学计量的效率（其为颗粒尺寸的函数）、注入后分布的有效性以及ESP的设计和条件。应当注意，从实际操作的观点出发，与灰分调节剂一起添加的碱量远低于它们实际上造成结渣问题的水平，并且，石材注入产生的CaO往往会减轻任何结渣问题。

利用本文公开的方法的另一个有益结果是由于产生细小的反射性CaO颗粒云而导致的更好的碳烧尽，这还允许适度降低过量空气，并且导致NO_x形成的降低和单位热耗率的增加。发明人先前的报告公开了一些从注入较粗的3微米Mg(OH)₂分散体获得的这类好处，但是没有设想使用更细尺寸的颗粒和更大的反射云来恢复高LOI灰分的可销售性。灰分中未燃烧的碳从多达16%降低到5%以下恢复了灰分的可销售性。

本发明的又一优点是显著地降低每单位捕获的SO₂的CO₂释放。当利用本发明的先进的和改进的熔炉吸附剂注入技术时，本发明的更高的石材利用使排放达到大约2.5吨CO₂/吨SO₂，接近于在湿石灰石洗涤器中达到的0.7吨CO₂/吨SO₂。该结果与先前熔炉注入方法的几乎14吨CO₂/吨SO₂形成对比。这些数值同时考虑了从石材释放的CO₂和从用于对其进行煅烧的燃料释放的CO₂。显然，在细磨灰分可取代石灰石的意义上，CO₂/SO₂比将更接近于石灰石洗涤器。通过降低烟气出口温度实现的CO₂排放的降低，以及前面讨论的其它效率提升，将不只是抵消由使用CaCO₃引起的CO₂增加。

本文公开的发明与先前公开的方法之间的另一差别是提供真正的多重污染物FSI方法的能力，该方法是通过在弱铵溶液如尿素中与表面活性剂如聚丙烯酸铵或磺酸铵一起研磨石材或者灰分，以促进高固体载量。细颗粒尺寸CaCO₃的固有稳定性以及高固体导致的沉降减少，克服了在先前尝试组合-325目石材和铵溶液中遇到的处理和堵塞问题。尿素的加入（即使以少量）可能需要用聚丙烯酸铵替代聚丙烯酸钠分散剂，以确保得到稳定的、可处理的分散体。

在配备FGD的***中（其中SO₃和有毒金属的捕获是主要目标，而不是SO₂），已经优选镁化学物质，因为它们不会竞争SO₂污染物，从而允许低得多的剂量。然而，极细的灰分颗粒可能是比镁化合物更好的选择，或者是其部分替代物。为了这些目标，低钙灰分可以减小尺寸并在节约装置后注入，而不是在接近通常称之为熔炉“鼻部”的部分的、从辐射传热到对流传热的炉内转变处注入。“鼻部”是与熔炉出口相邻的区域，在其中传热机理经历从辐射传热到对流传热的转变，以及构成对流通道的过热器和再热器，和节约装置，进水在其中被预热，然后进入熔炉热交换管以蒸发为蒸汽。出于本发明的目的，细尺寸灰分通过通常接近于熔炉出口的炉壁上部的端口被注入。

以上是包括洗涤器的***上的优选处理选择，因为所需的试剂总数明显较低。然而，这些化合物不能用来从烟气流中清除SO₂，而是在涤气器中进行。如果灰分具有可能天然存在的或者可能添加的显著的钙含量，则其可以任选地被引入到熔炉燃烧区以清除不包括洗涤器的***中的SO₂，或者引入需要进行升级来满足新的、更严格的排放控制要求的洗涤器中。

合适的细尺寸灰分颗粒的制备受到灰分化学、存在的排放物控制***和正在处理哪种污染物的影响。如果工厂已有FGD能力并且其目标主要是控制SO₃和有毒金属，则所述制备包括从收集漏斗中取出总灰分的小部分，少于大约5%，使其通过喷射研磨机或者其它类型的研磨机以将灰分的颗粒尺寸减小到微米尺寸或者更小，然后将该研磨机的输出物返回到锅炉或者管道内。溶解和再沉淀尺寸减缩技术也可应用于处理高钙含量灰分的高石灰部分，使用或者不用湿法研磨不可溶成分。

颗粒尺寸减小的灰分的量可以很小，因为烟气流中的SO₃和有毒金属的浓度在低ppm的范围内，并且还因为20微米的颗粒减小到0.5微米尺寸使颗粒数增加了超过61,000倍，且表面积系数也增加了40倍。因为灰分负担的增加较小，对颗粒控制装置的性能的影响通常是可以控制的。介质研磨机（湿式或者干式）是喷射研磨机的可行的替代物，其可以由蒸汽或者空气驱动。在许多情况下，蒸汽驱动的喷射研磨机优于压缩空气***，因为蒸汽在发电厂容易得到且比较便宜，并且还因为注入的水分将增强酸吸收且有助于ESP性能。湿式***略微笨重并且可能造成非常小的热效率损耗。

使用本发明提供的细尺寸颗粒的结果包括灰分颗粒显著增加，并因此灰分表面积显著增加，由此提供SO₃和有毒金属的增强吸附。该结果在低能量成本和相对低的资本投资下实现，同时消除或者显著减少了对购买化学品的需求。增加的灰分表面积不仅将增强SO₃吸附，而且由于灰分中存在碱性物质，其也刺激更多酸中和。在吸收的酸抑制灰分的建设性利用的几种情况下，向研磨机输入材料中加入适度的石灰石补充物将是足够的。成本可被抵消或者转化成净收益，因为SO₃的捕获将减少腐蚀和结垢，并且将使得降低空气加热器出口温度可行，从而提高燃料效率。

研磨来自节约装置漏斗的灰分，或者底灰，优于利用来自沉积器漏斗的灰分，因为节约装置的灰分不太可能具有累积的吸附的污染物，这避免了受到污染的灰分的再循环和烟气流中污染物浓度的潜在增加。对于无高效率FGD***的发电厂，如果灰分具有显著的CaO含量，可将研磨的灰分注入熔炉区域以清除SO₂。对于1%含硫量的煤，CaO含量约为12.5%的大约10%的灰分将会提供大约70%的所需要的化学计量量。因此，许多在灰分中具有低于化学计量的CaO水平的中西部煤仍然可能是有益的，而具有高CaO含量的西部煤可能更有用，如果它们容易获得的话。

以前对捕获不希望的污染物的努力都集中在添加所购买的具有或者产生吸附SO₃和有毒金属所需的高表面积的化学品。与此相反，本发明在灰分利用中利用发电厂通常的废物或者低价值的副产品以减少对购买补充试剂的需求。

燃烧含碳燃料的燃烧***（主要是燃煤设施）的污染控制的另一方面是保护选择性催化反应器（SCR）免受被称为“砷中毒”的影响的问题。经验表明，在燃烧宽范围的煤的***中典型的催化剂寿命仅为大约三年。不仅催化剂更换昂贵（达数百万美元），而且NO_x还原性能在此期间持续恶化。许多煤，尤其是美国东部煤，含有大量的砷。煤中的砷形成气态As₂O₃作为一种燃烧产物，As₂O₃导致用于减少NO_x排放的预期目的的催化剂活性降低。

因为SCR催化剂的更换是一项昂贵的工作，因此希望在砷基蒸气与催化剂接触之前，以及在其被排放至环境并污染环境之前，捕获尽可能多的作为固体颗粒的气态As₂O₃。催化剂供应商目前推荐在供煤带上添加充足的石灰石（作为岩石或者粉末），以使灰分的CaO含量达到至少3%。根据灰分的矿物学，其可能涉及相当大的石灰石添加速率，显著的进料***投资，和显著的灰分处理问题。

当CaCO₃以如上文所述的浆料形式被引入到熔炉内以提供超细CaO颗粒用于捕获SO₂时，这些颗粒也可用于捕获As₂O₃。其它化合物例如经热分解产生ZnO的化合物也可能是有效的，但可能成本较高。但当CaO用作捕获介质时，需要更大量的试剂，因为CaO还倾向于捕获SO₂。因此，通过与SO₂组合有效捕获燃烧产物中的SO₂的那部分CaO颗粒因此不可用于与As₂O₃反应，从而导致较低的As₂O₃捕获效率，并且与使用其它高表面积吸附剂的需要量相比，需要使用较高的试剂剂量以保护SCR催化剂。类似地，由于具有大得多的可用反应性颗粒数目/磅，在捕获通常在ppb范围内存在的有毒金属方面，试剂的“高碱性”形式可能比研磨或者沉淀类型更加有效。试剂类型或其组合的选择是一种经济的决策，其基于较低剂量的高碱是否足以抵消其每单位重量高4或5倍的成本。

然而与CaO不同，MgO不容易捕获SO₂。因此，当MgCO₃或者Mg(OH)₃以浆料形式引入以提供细MgO颗粒时，在有毒金属和SO₂之间几乎没有对MgO的竞争。其结果是，用镁化合物捕获砷所需的试剂量具有较低的量级。即使化学物质具有减少结垢和ESP问题的额外好处，也是如此。进一步，在SCR中形成的大部分SO₃也将被捕获，其从而用于使经常发生于装备有SCR/洗涤器的燃烧***的可见烟羽问题最小化。因此，用于捕获砷的Ca和Mg的选择取决于工厂的目的和现场条件。

除了期望捕获砷以使催化剂中毒最小化外，还希望捕获有毒金属汞。在这方面，在来自东部煤的燃烧产物中存在的汞处于更容易吸附的盐形式。另一方面，在西部煤中，汞倾向于以比较难以捕获的单质形式存在。捕获存在于西部煤中以及低氯化物含量的东部煤中的汞的一种方式是与煤一起引入适量的氯化物或者其他氧化性化合物，例如臭氧或者过氧化物，以促进汞的捕获。氯化物的添加使得单质汞转化为可被捕获在燃煤工厂的集尘器中的盐。

当使用美国西部煤时，氯化物或者其它氧化性化合物的引入尤其令人满意，因为它们具有较低的固有氯化物含量。到目前为止，大多数应用已经包括将氯化物添加到供煤带上。但是额外的氯化物可以通过将其添加到之前所讨论的碳酸盐分散体中、该分散体被注入到熔炉的燃烧区中而更有效地提供。可以引入氯化物以增加等价有效氯化物水平从而接近于东部煤，以煤重量计大约0.5%的氯化物，但与应用到供煤带需要的量相比，氯化物在燃烧区域的气流中更好的分布可以用更少的化学物质实现汞的氧化。该氯化物也可以在浆料注入点单独并以盐溶液形式添加。例如，在煤上500ppm的MgCl₂添加速率的等效情况下，MgCl₂仅为以1.5的Ca/S比捕获大量SO₂所需的CaCO₃重量的大约0.8%。如此小的用量可允许在分散体中掺入氯化物盐而不会不利地影响碳酸盐分散体的稳定性。在分散体中包括氯化物盐还可以提供适度的冷冻保护。

另一方面，分散体组合物的稳定性可受到向分散体中添加氯化物的不利影响。避免分散稳定性问题的一种方式是不直接向分散体中掺入氯化物，而是向注入端口提供双进料，一种进料是碳酸盐分散体而另一种进料是氯化物。另一种方法是将碳酸盐分散体与脲组合，以便能够在单一溶液中提供真正的多重污染物捕获产品。该组合需要重新配制浆料以针对钠基分散剂和尿素的不相容性进行调整，并且可能需要从聚丙烯酸钠分散剂改变成另一种分散剂，例如聚丙烯酸铵，以确保稳定的分散体。

不管氯化物是存在于燃料中还是作为碱性氯化物添加，都需要氧化Hg以使其可以被捕获。然而，这导致HCl蒸汽副产物，其需要在排出烟气之前被捕获。由于有可能在HCl与SO₃、SO₂和Hg之间存在一定程度的对氧化钙的竞争，如果将钙注入到熔炉内用于SO_x控制，则建议将一部分注入向下游移动以促进HCl捕获，因为已报道CaCl₂在800℃以上的温度下不稳定。

因此明显的是，当用于燃烧含碳燃料的燃烧***时，本发明在不希望的SO_x、NO_x和酸的控制和捕获以及有毒金属排放方面提供了极大的灵活性和优点。

本发明的第一个优点是，所公开的发明的实施导致不希望的污染物的排放显著减少。该减少可以用相对简单、相对低成本的设备实现，并且在熔炉内通过污染物与颗粒材料的反应或者污染物在颗粒材料表面上的吸附来实现。实现控制不希望的排放物的公开的颗粒材料可以来源于石灰石、含钙废弃物或者副产物、煤灰，以及它们的组合。这些材料是相对廉价的，并且其以本发明所述的方式制备成细尺寸分散体避免了与石灰石的超细、干式研磨相关的高成本。而且，由大量未聚结的、极细尺寸的颗粒提供的污染物去除效率不依赖于具有孔隙的颗粒的存在，如在一些先前公开的方法中那样。并且如前所述，这类多孔颗粒的孔易于堵塞，从而通过限制气态或者汽化的污染物进入多孔颗粒的内部核心区域降低了所述颗粒用于反应的总有效表面积。由于多孔颗粒的可用总有效表面积最终减小，这些先前方法的污染物捕获效率显著降低。

所公开的发明的第二个优点是其导致燃烧效率提高，和来自缺乏环境控制的燃烧***的CO₂排放减少。因此，通过注入细磨的试剂分散体而释放的氧化物颗粒云的反射率减小了通常包含在灰分中的未燃烧碳的量。并且该燃烧方法需要较少过量的燃烧空气，因此减少了NO_x的排放。其还导致熔炉内灰分结垢最小化，同时降低了硫酸氢铵或硫酸在空气预热器中的沉积。

所公开的发明的第三个优点是其提供了一种允许经济地从燃烧气流中剥离SO_x和有毒金属污染物的低投资成本的方法。其还增强了与其它污染物一起的燃烧。此外，可实现所得燃烧气流的清洁而具有较少的不希望的副作用，例如难以处理的灰分沉积物、负担过重的集尘器、可见烟羽等等。因此当使用高碱性化合物（油基镁化合物）时所需的硬质管道和安全设备是不必要的。

总之，所公开的发明提供了新的、更有效的熔炉吸附剂注入方法，该方法可与其它污染控制技术结合作为方法改进。

尽管已经对本发明的特定实施方式进行了描述和说明，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下可以做出各种改变和改动。因此，打算将落入本发明范围的所有这些改变和改动包括在所附的权利要求书中。

工业实用性

本发明可应用于控制由于在燃烧含碳燃料的燃烧***如电力设施锅炉、焚烧炉和高温燃烧反应器中燃烧而产生的不期望的污染物材料。

Claims

1.一种用于控制来自含碳燃料在其中燃烧的燃烧***的燃烧***排放的方法，其特征在于，含碳燃料和空气被引入熔炉中以提供可燃烧的燃料/空气混合物，并且在熔炉燃烧区燃烧所述燃料/空气混合物以提供含有污染化合物的烟气形式的燃烧产物，所述污染化合物包括SO_x、Hg、As和CO₂，其中熔炉燃烧区内的温度为大约2500°F至大约3000°F；

向熔炉燃烧区引入含钙试剂以使该含钙试剂暴露于熔炉燃烧区的温度，从而在熔炉燃烧区内将该含钙试剂煅烧成多个氧化钙颗粒，以提供用于清除燃烧产物组分的颗粒形式的清除剂，其中所述氧化钙颗粒为多个不连续的、基本上未聚结的、颗粒尺寸小于大约3微米的氧化钙颗粒的形式；

将所述氧化钙颗粒与燃烧产物接触，以使氧化钙颗粒与燃烧产物中含有的污染物反应，以便捕获燃烧产物中存在的SO_x和有毒金属；和

将所述烟气和颗粒从燃烧区并经过熔炉转运到熔炉出口。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述含钙试剂通过提供含有可溶性含钙化合物的溶液而制备，该可溶性含钙化合物选自由碳酸氢钙、氯化钙、乙酸钙、甲酸钙及其混合物和组合组成的组。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述可溶性含钙化合物选自由碳酸氢钙、氯化钙、乙酸钙、甲酸钙及其混合物和组合组成的组。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述含钙试剂通过提供粉末形式的含钙化合物而制备，其中所述粉末是颗粒尺寸小于大约3微米的颗粒的形式。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述含钙试剂是通过提供含有含钙化合物悬浮液的含水浆料而制备的，该含钙化合物选自由碳酸钙、氢氧化钙、氧化钙、煤灰和含钙副产物或废料及其混合物和组合组成的组，其中所述浆料具有大约20%至大约85%重量的固体含量，并且所述浆料中的所述含钙化合物是颗粒尺寸中值小于大约2微米的独特的、单独的、基本上无聚结的颗粒。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，将所述浆料喷雾干燥以提供固体含钙颗粒；和研磨该固体含钙颗粒以减小喷雾干燥后存在的聚结体的颗粒尺寸。

7.根据权利要求5的方法，其特征在于，将所述含水浆料分成用于注入熔炉燃烧区的第一部分和用于注入熔炉上部较冷区域的第二部分，以捕获在熔炉的上部区域的烟气中存在的HCl。

8.根据权利要求5的方法，其特征在于，在所述含水浆料中包括在水性介质中研磨的磨细的含钙化合物，以提供表面积为大约4m²/gm到大约20m²/gm的颗粒。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述含钙化合物在选自阴离子表面活性剂、多元羧酸的钠盐和聚丙烯酸盐的分散剂的存在下在介质研磨机中研磨。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述分散剂以大约0.20%至大约5%重量的浓度存在。

11.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述浆料中的分散剂的浓度为大约0.25%至大约1.5%重量。

12.根据权利要求5的方法，特征在于，所述含水浆料含有大约20%到大约84%重量的含钙固体。

13.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述浆料以尺寸中值为大约10微米的液滴的形式注入。

14.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述含钙化合物颗粒的浆料如下制备：提供氢氧化钙和氧化钙颗粒中的至少一种；在阴离子表面活性剂、羧酸的盐和磺酸中至少一种的存在下通过将CO₂通过该浆液鼓泡来增溶所述颗粒，以形成可溶性碳酸氢钙；以及使所述可溶性碳酸氢钙再沉淀为颗粒尺寸为大约70纳米至大约400纳米的碳酸盐颗粒。

15.根据权利要求5的方法，其特征在于，基于燃料的硫含量，所述氧化钙颗粒以大约0.5至大约2.5的Ca/S化学计量比存在。

16.根据权利要求5的方法，其特征在于，为了改善下游沉积器的性能，将选自由SO₃和NH₃气体、铵化合物和钠磷化合物组成的组的灰分调节剂注入温度低于大约900℃的熔炉区域的烟气中。

17.根据权利要求5的方法，其特征在于，将选自由磷酸钠、磷酸钾、硅酸锂和碱金属铝酸盐化合物组成的组的灰分调节剂与含水浆料一起注入熔炉的燃烧区。

18.根据权利要求5的方法，其特征在于，为了改善下游沉积器的性能，将选自由聚丙烯酸的钠、钾或锂盐组成的组的灰分调节剂加入所述含水浆料中以用作分散剂，并且其量为以所述浆料的重量计大约0.25%至大约2.0%。

19.根据权利要求5的方法，其特征在于，在制备所述水性浆料之前，所述含钙化合物在弱尿素溶液中与选自由聚丙烯酸铵和磺酸铵组成的组的表面活性剂一起研磨。

20.根据权利要求5的方法，其特征在于，通过与熔炉出口相邻的熔炉上壁端口注入极细尺寸的灰分颗粒以捕获SO₃和有毒金属。

21.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述含水浆料以足以捕获燃烧产物中存在的SO₂和气态As₂O₃的量提供。

22.根据权利要求5的方法，其特征在于，向所述含水浆料中加入氧化性化合物，用于将存在于含碳燃料中的单质汞转化成汞盐，以便在熔炉的下游点捕获该汞盐。

23.根据权利要求22的方法，其特征在于，所述氧化性化合物选自由过氧化物和臭氧组成的组，用于将SO₂氧化成SO₃，以便随后捕获SO₃。

24.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述含碳燃料是煤。

25.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述含钙颗粒在水性介质中细磨以便包含于含水浆料中。

26.根据权利要求5的方法，其特征在于，向所述浆料中加入选自由碱性分散剂和高熔点碱性化合物组成的组的化合物，以抵消用于捕获SO₂的碱土金属清除剂对静电沉积器的影响。

27.根据权利要求5的方法，其特征在于，向所述水性浆料中加入可溶性氯化物，用于氧化单质汞以便能够捕获汞。

28.根据权利要求5的方法，其特征在于，向所述含水浆料中加入含碱表面活性剂作为分散剂，用于减轻游离氧化钙对静电沉积器的颗粒捕获性能的影响，其中所述表面活性剂选自由碱金属聚丙烯酸盐组成的组，并且以所述料浆中钙颗粒重量的大约0.005%至大约5%的量加入。

29.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述含钙化合物在弱铵溶液中与丙烯酸铵表面活性剂一起研磨以促进所述浆料中的高固体载量。

30.根据权利要求5的方法，其特征在于，以低于浆料重量的大约5%的量向浆料中加入选自由高碱性钙化合物和高碱性镁化合物组成的组的至少一种物质。

31.根据权利要求5的方法，其特征在于，从灰分收集漏斗中取出灰分；将灰分减小到小于大约1微米的颗粒尺寸；以及将尺寸减小的灰分颗粒以注入浆料重量的大约5%的量注入到燃烧区中，以捕获存在于烟气中的SO₃、砷和汞。