用于减少来自流化床燃烧系统的NOX排放的系统和方法.pdf

本发明披露了一种NOx还原系统，所述NOx还原系统包括与反应剂源流体连通的第一内部导管；和第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述第一内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。本发明还披露了一种NOx还原系统，所述NOx还原系统包括导管，所述导管包括封闭端和与反应剂源流体连通的开口端；所述导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；所述端口位于所述第一外部导管的下游表面上。

1、  一种NO_x还原系统，所述NO_x还原系统包括：
与反应剂源流体连通的第一内部导管；和
第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述第一内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。

2、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述第一外部导管的所述开口端被固定地附接到所述第一内部导管的外表面上并与该外表面紧密接触。

3、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述第一外部导管40具有约2.5厘米至约15厘米的内径。

4、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述端口位于所述第一外部导管的下游表面上。

5、  根据权利要求1所述的还原系统，其中每个端口的中心轴线在与所述第一外部导管的垂直于所述排放气体物质流的半径成约40度至约50度的角度下产生倾斜。

6、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述端口具有约0.635厘米至约2.5厘米的内径。

7、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述端口从所述第一外部导管的外表面沿径向向外延伸的距离为约0.635厘米至约2.5厘米。

8、  根据权利要求1所述的还原系统，进一步包括被设置在所述第一内部导管与所述第一外部导管之间且与所述第一内部导管和所述第一外部导管形成物理接触的间隔件。

9、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述第一外部导管包括约3个至约12个端口。

10、  根据权利要求1所述的还原系统，其中端口密度为在其中设置有所述还原系统的管道的每平方米的剖面面积上设置约15个至约200个端口。

11、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述第一内部导管的开口端被设置在与所述第一外部导管的封闭端相距约0.5厘米至约10厘米的位置处。

12、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述第一内部导管具有约2.5厘米至约10厘米的内径。

13、  根据权利要求1所述的还原系统，其中所述反应剂是氨基。

14、  根据权利要求1所述的还原系统，进一步包括与所述反应剂源流体连通的第二内部导管；和第二外部导管，所述第二外部导管包括用于接收第二内部导管的开口端且包括封闭端；所述第二外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。

15、  根据权利要求14所述的还原系统，其中所述第一外部导管的所述封闭端与所述第二外部导管的所述封闭端存在物理连通。

16、  一种包括根据权利要求1所述的NO_x还原系统的制品。

17、  一种包括根据权利要求15所述的NO_x还原系统的制品。

18、  根据权利要求17所述的制品，其中所述制品是流化燃烧床系统。

19、  一种NO_x还原系统，所述NO_x还原系统包括：
导管，所述导管包括封闭端和开口端；所述开口端与反应剂源流体连通；所述导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。

20、  根据权利要求19所述的NO_x还原系统，其中所述端口位于所述外部导管的下游表面上。

21、  一种流化燃烧床系统，所述流化床燃烧系统包括：
炉；
与所述炉流体连通的固体分离器；所述炉包括旋涡溢流管；和
与所述旋涡溢流管流体连通的出口管道；所述出口管道具有位于所述旋涡溢流管下游的NO_x还原系统，所述NO_x还原系统包括：
与反应剂源流体连通的第一内部导管；和
第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。

22、  根据权利要求21所述的流化燃烧床系统，进一步包括与所述反应剂源流体连通的第二内部导管；和第二外部导管，所述第二外部导管包括用于接收第二内部导管的开口端且包括封闭端；所述第二外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；其中所述第二外部导管与所述第一外部导管相对地被设置。

23、  根据权利要求22所述的流化燃烧床系统，其中所述第一外部导管的所述封闭端与所述第二外部导管的所述封闭端存在物理连通。

24、  根据权利要求23所述的流化燃烧床系统，其中所述出口管道包括多个NO_x还原系统。

25、  根据权利要求23所述的流化燃烧床系统，其中在所述出口管道的每10英尺的线性高度上平均设置约1个至约5个NO_x还原系统。

26、  根据权利要求23所述的流化燃烧床系统，其中所述端口位于所述第一外部导管和所述第二外部导管的下游表面上。

27、  一种方法，所述方法包括：
将来自反应剂源的反应剂注入NO_x还原系统内，所述NO_x还原系统包括：
与所述反应剂源流体连通的第一内部导管；和
第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述第一内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；并且
将所述反应剂从所述端口排入所述排放气体物质流内。

28、  根据权利要求27所述的方法，进一步包括将来自所述反应剂源的反应剂注入所述NO_x还原系统内，所述NO_x还原系统进一步包括与所述反应剂源流体连通的第二内部导管；和第二外部导管，所述第二外部导管包括用于接收第二内部导管的开口端且包括封闭端；所述第二外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；所述端口位于所述第二外部导管的下游表面上；其中所述第二外部导管与所述第一外部导管相对地被设置；并且将所述反应剂从所述端口排入所述排放气体物质流内。

29、  根据权利要求27所述的方法，进一步包括使所述反应剂与存在于所述排放气体物质流中的NO_x进行反应。

30、  根据权利要求27所述的方法，其中所述排入步骤是在位于旋涡溢流管下游的分离器的出口管道中实施的。

31、  根据权利要求27所述的方法，其中所述反应剂是氨基。

32、  根据权利要求31所述的方法，其中氨基与NO_x的标准摩尔化学计量比为约0.5至约3。

33、  一种使用根据权利要求27所述的方法的制品。

用于减少来自流化床燃烧系统的NOx排放的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于减少来自流化床燃烧系统的氮氧化物(“NO_x”)排放的方法。特别地，本发明涉及将反应剂选择性地注入所述燃烧系统内以便降低所述流化床燃烧系统中的气态燃烧产物中的NO_x水平。
背景技术
图1是现有技术的示意图且图中示出了一种流化床燃烧系统100。在循环流化床燃烧系统100中，在炉2中通过流化空气对燃料、床材料和可能的吸附剂材料进行流化处理，所述流化空气经由空气引导端口20被引导至炉2。通常情况下，空气通过位于炉2的不同高度水平处的多个引入端口被引导至炉2，但为清晰起见，图1中仅示出了单个用于将空气引入炉2内的器件。在炉2中产生的排放气体和被携带在排放气体中的其它颗粒物质通过处于炉2的高位部分中的固体分离器入口管道4被排至固体分离器8。在固体分离器8中，大多数的颗粒物质与排放气体分离开来并经由固体返回管道6返回炉2，该固体分离器通常是旋风分离器。
排放气体通过出口管道14从固体分离器8被导引至排放气体管道18，所述排放气体管道包括分别用于冷却排放气体的热传递表面(未示出)和用于产生蒸气的热传递表面(未示出)，所述蒸气可用于对流化空气进行加热。在炉2中产生的排放气体通常包含NO_x，该物质对于环境而言是不友好的。因此，在将排放气体中的任何部分排入大气内之前，希望对NO_x进行中和。通常用来中和NO_x的物质包括尿素、氨水或无水氨(在下文统称为氨)、或者具有氨基的其它试剂。
为了降低NO_x的排放水平，采用了选择性非催化还原(“SNCR”)方法和选择性催化还原方法(“SCR”)。在SNCR方法中，将反应剂如尿素或氨注入燃烧系统内以便与NO_x反应，从而形成氮气(“N₂”)和水(“H₂O”)。反应剂通常通过位于燃烧系统中的多个位置处的多个端口被注入，该多个位置包括炉、分离器和将炉与分离器连接起来的管道。
再次参见图1，(用于中和NO_x的)反应剂通常，或者经由端口22在入口管道4中被引入流化床燃烧系统100内，或者经由另一端口24被直接引导至固体分离器8，或者被引导在旋涡溢流管16的顶部12处，所述旋涡溢流管位于处在固体分离器8的上端处的穹顶中。这些引入点中的每个引入点都存在缺点。
例如，较低的反应剂利用率通常使得SNCR方法无法将NO_x水平降至所需程度。为了更高效地利用反应剂，希望实现以下几个方面：反应剂在系统中滞留的时间较长、反应剂与含NO_x的排放气体的混合程度较高、且反应剂与在系统中循环的颗粒材料的混合程度较低。对于目前的系统而言，其通常存在反应剂利用率较低的缺点。例如，对于将反应剂注入炉2内的系统和将反应剂注入入口管道4上的多个位置处的系统而言，其缺点在于：反应剂与颗粒材料存在过度混合，而反应剂与含NO_x的排放气体的混合程度则不足。相似地，对于将反应剂注入固体分离器8内或者将反应剂注射在旋涡溢流管16的顶部12处的系统而言，其缺点在于：反应剂的分布时间和滞留时间不足，且反应剂与含NO_x的排放气体的混合程度不足。所有这些系统所具有的注射端口或矛状器具都无法充分地透入气体管道的主体内，原因在于所述端口的温度较高且会出现堵塞。较低的反应剂利用率导致反应剂的用量过多，这增加了SNCR方法的成本。此外，加入过量的反应剂会产生新的污染问题。
对于可被引入以便降低排放气体物质流中的NO_x含量的NO_x还原系统而言，在炉2和固体分离器8中出现的高温通常限制了这种系统的材料和类型(例如设计)。此外，排放气体物质流中较高的颗粒含量还导致NO_x还原系统出现了性能劣化，因此降低了这种装置的寿命周期且增加了将要在流化床燃烧系统100上实施的维护次数。
因此，希望提供一种这样的系统，该系统使得反应剂实现了充分的分布且使得反应剂与含NO_x的排放气体实现了充分的混合，从而降低了排放气体物质流中的NO_x含量。还希望提供一种NO_x还原系统，该系统的坚固设计能够耐受流化床燃烧系统100中的运行温度且可耐受存在于排放气体中的颗粒导致出现的劣化效应。
发明内容
本发明披露了一种NO_x还原系统，所述NO_x还原系统包括与反应剂源流体连通的第一内部导管；和第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述第一内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。
本发明还披露了一种NO_x还原系统，所述NO_x还原系统包括导管，所述导管包括封闭端和与反应剂源流体连通的开口端；所述导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；所述端口位于所述第一外部导管的下游表面上。
本发明还披露了一种流化燃烧床系统，所述流化床燃烧系统包括炉；与所述炉流体连通的固体分离器；所述炉包括旋涡溢流管；和与所述旋涡溢流管流体连通的出口管道，所述出口管道具有位于所述旋涡溢流管下游的NO_x还原系统，其中所述NO_x还原系统包括与反应剂源流体连通的第一内部导管；和第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；所述端口位于所述第一外部导管的下游表面上。
本发明还披露了一种方法，所述方法包括将来自反应剂源的反应剂注入NO_x还原系统内，所述NO_x还原系统包括与反应剂源流体连通的第一内部导管；和第一外部导管，所述第一外部导管包括用于接收所述第一内部导管的开口端且包括封闭端；所述第一外部导管包括用于将来自所述反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口；所述端口位于所述第一外部导管的下游表面上；并且将所述反应剂从所述端口排入所述排放气体物质流内。
附图说明
下面参见附图，在附图中使用相似的附图标记表示各个相似的部件，其中：
图1是现有技术的示意图且图中示出了一种流化床燃烧系统；
图2示出了NO_x还原系统200，所述NO_x还原系统包括位于出口管道14中的一条供应管线28或多条供应管线，所述出口管道位于分离器8的旋涡溢流管(vortex finder)出口16的下游；
图3是在图2的剖面XX′处截取的NO_x还原系统200的剖视图，所述NO_x还原系统包括单根供应管线28、30和32；
图4是在图2的剖面XX′处截取的NO_x还原系统200的剖视图，所述NO_x还原系统包括相对设置的供应管线28和29；30和31；以及32和33；
图5示出了出口管道14的一个实施例，所述出口管道包含单根供应管线28；和
图6示意性地示出了第一供应管线28和第二供应管线29，所述第一供应管线和第二供应管线通过出口管道14的彼此相对的垂直壁部进入出口管道14。
具体实施方式
在描述本发明(尤其是描述所附权利要求)的过程中，所使用的术语“a”和“an”和“the”以及相似术语旨在被解释为既覆盖了单数形式又覆盖了多数形式，除非本文另有说明或者同描述的情况相抵触。与数量结合使用的修饰语“约(about)”包含所描述的数值在内且其意义取决于描述的语境(例如，其包括与特定数量的测量相关的误差程度)。本文披露的所有范围都包括端点在内，且端点可彼此独立地结合。
本发明披露了一种用于流化燃烧床系统的NO_x还原系统，所述流化燃烧床系统包括反应剂供应管线，所述反应剂供应管线被设置在分离器的出口管道中且位于分离器的旋涡溢流管出口的下游。在典型实施例中，NO_x还原系统包括多条供应管线，反应剂通过所述多条供应管线被排入分离器的出口管道内。每条供应管线包括同心设置的成组导管，反应剂通过所述导管被排出。内部导管在相对较低的温度下运行，这有利地为处于流化床燃烧系统的较高运行温度下的供应管线提供了刚性和稳定性。
使用同心设置的成组导管为NO_x还原系统提供了坚固的设计，这种设计能够耐受流化床燃烧系统较高的温度，而不会使供应管线的尺寸出现任何严重的不利的扭曲。此外，NO_x还原系统的这种设计有利地将性能劣化降至最低，这种性能劣化例如是颗粒物质导致产生的堵塞和磨损，所述颗粒物质通常是由排放气体输送的。该系统还有利地使得：当排放气体物质流传送通过出口管道时，该排放气体物质流中的反应剂实现了均匀或偏移的分布。
下面参见图2，NO_x还原系统200包括与供应管线28或与多条供应管线流体连通的反应剂注射管线26，所述供应管线28或多条供应管线位于出口管道14中，所述出口管道位于分离器8的旋涡溢流管出口16下游与其紧邻的位置处。
图3是在图2的剖面XX′处截取的NO_x还原系统200的剖视图。从图中可以看到，反应剂经由多条单根(a plurality of single)供应管线28、30和32被排入出口管道14内，所述多条单根供应管线经由反应剂注射管线26与反应剂源流体连通。尽管图3示出了多条供应管线28、30和32，但也可使用单根供应管线30。供应管线可水平地被设置、垂直地被设置或在其间存在任何角度的情况下被设置。尽管如图2所示，供应管线可被设置在单个平面中，但如果需要，它们也可被设置在多个平面中。例如，如果需要，供应管线可被设置在管道中而成交错构型。供应管线28、30、32可穿过出口管道14的两个壁部，如图2和图3所示，或可仅穿过出口管道的单个壁部。
尽管图3示出了多条单根供应管线28、30和32，但还可能将相对设置的供应管线28和29；30和31；以及32和33设置在出口管道14中，如图4所示。稍后将结合图6讨论被相对设置的供应管线。应该注意到：当流体床燃烧系统在低需求条件下运行时，可省去第一内部导管80，且将反应剂注射管线26直接连接至第一外部导管40。
如图3和图4所示，通常希望在出口管道14的每10英尺的线性高度上平均设置约1条至约5条供应管线，特别是在出口管道14的每10英尺的线性高度上设置约4条供应管线，且更特别是在出口管道14的每10英尺的线性高度上设置约3条供应管线。在如图3和图4所示的典型实施例中，对于高度为10英尺的管道而言，第一供应管线28(或相对设置的供应管线28和29)与出口管道的上表面之间的距离比第三供应管线32(或相对设置的供应管线32和33)与出口管道的下表面之间的距离更近。第二供应管线30位于出口管道14的高度的中点上方。
在一个实施例中，供应管线可被均匀地分布在出口管道中。在另一实施例中，供应管线可被集中在出口管道的一个或多个部分中。供应管线可基于对排放气体流动情况进行的测量或计算机模拟或者基于对排放气体物质流中的NO_x分布进行的测量或计算机模拟而在任意间隔下被分布在任何平面中。在如图3和图4所示的典型实施例中，对于高度为10英尺的管道而言，第一供应管线28(或相对设置的供应管线28和29)与出口管道的上表面之间的距离比第三供应管线32(或相对设置的供应管线32和33)与出口管道的下表面之间的距离更近。第二供应管线30位于出口管道14的高度的中点上方。
如图3和图4所示，第一供应管线28(或相对设置的供应管线28和29)被设置在与出口管道14的上表面之间相距约1英尺至约2英尺的位置处，而第三供应管线32(或相对设置的供应管线32和33)被设置在与出口管道14的下表面之间相距约2英尺至约3英尺的位置处。在优选实施例中，第一供应管线28(或相对设置的供应管线28和29)被设置在与出口管道14的上表面之间相距约1英尺6英寸的位置处，而第三供应管线32(或相对设置的供应管线32和33)被设置在与出口管道14的下表面之间相距约2英尺6英寸的位置处。
图5示出了包含单根供应管线28的出口管道14的一个实施例。从图5中可以看到，该供应管线包括两条导管——第一外部导管40和第一内部导管80。第一外部导管40包括第一端62和第二端64且具有多个端口44、46、48、50，和被设置在第一端62与第二端64之间的多个间隔件52、54、56、58和60。第一外部导管40的第一端或封闭端62是封闭的且其作用在于将反应剂引入介于第一外部导管40与第一内部导管80之间的空间内，如图5所示。第一外部导管40的第二端或开口端64具有开口以便接收第一内部导管80。在一个实施例中，第一外部导管40的第二端64被固定地附接到第一内部导管80的外表面上并与该外表面紧密接触，从而形成不透空气的密封或不透流体的密封。在另一实施例中，第一外部导管40的第二端64被固定地附接到第一内部导管80的外表面上但并未形成不透空气的密封或不透流体的密封。
第一外部导管40优选具有圆柱形剖面区域且包括能够耐受流化燃烧床系统的高温以及侵蚀性和腐蚀性环境的材料。在一个实施例中，希望该材料能够耐受约500°F至约2,200°F的温度。典型的材料是不锈钢如SS309不锈钢。
所希望的是，第一外部导管40具有约2.5厘米至约15厘米的内径，特别是约5厘米至约12厘米的内径，且更特别是约8厘米至约10厘米的内径。优选的内径为约10厘米。所希望的是，第一外部导管40具有约2.5毫米至约15毫米的壁厚，特别是约5毫米至约12毫米的壁厚，且更特别是约8毫米至约10毫米的壁厚。优选的壁厚为约9毫米。
所述端口可被设置在第一外部导管40的表面的任何部分上。这些端口可被分布在供应管线28的上游侧上或者被分布在第一外部导管40的下游侧上。这些端口可被分布在第一外部导管40的外表面周围。在优选实施例中，该多个端口44、46、48和50被设置在第一外部导管40的外表面上且被设置在供应管线28的下游侧上，如在图5的剖面ZZ′处截取的剖视图所示。端口在供应管线28的下游侧上的这种安放方式和取向是有利的，原因在于这防止了被包含于排放气体物质流中的颗粒物质对端口形成堵塞。端口44、46、48和50可装配有喷嘴、接头、喷淋集管或类似装置，或者装配有包括上述部件中的至少一个部件的组合件。
如图5所示，每个端口的中心轴线被设置而与垂直半径成角度θ，所述垂直半径起始于供应管线28的中心处且终止于供应管线28的底表面处。角度θ可产生达360度的变化，尤其是产生约5度至约175度的变化。尽管相应的端口可以介于约5度至约175度之间的多种角度进行交错，但每个端口的中心轴线优选以约40度至约50度的角度θ产生倾斜，特别是以约45度的角度θ产生倾斜。
所希望的是，该端口具有约0.635厘米至约2.5厘米的内径，特别是具有约0.9厘米至约1.85厘米的内径，且更特别是具有约1.25厘米至约1.5厘米的内径。端口的优选直径为约1.27厘米。还希望的是，该端口从第一外部导管40的外表面沿径向向外延伸的距离为约0.635厘米至约2.5厘米。优选的径向延伸距离为约1.27厘米。还希望使所述端口彼此之间隔开的距离为约1.25厘米至约12厘米，特别是为约1.9厘米至约10厘米，且更特别是为约2.5厘米至约5厘米。端口的优选间隔为约2.5厘米。供应管线28可具有两个或更多个端口。在一个实施例中，供应管线28可在每根供应管线上具有约3个至约12个端口。每根供应管线上优选的端口数量为6个端口。
端口的密度为在出口管道14的每平方米的剖面面积上设置约15个至约200个端口(端口/m²)，特别是在出口管道14的每平方米的剖面面积上设置约25个至约190个端口(端口/m²)，且更特别是在出口管道14的每平方米的剖面面积上设置约30个至约185个端口(端口/m²)。端口面积与出口管道14的剖面面积之比为约30至600平方厘米/平方米(cm²/m²)。
间隔件与第一外部导管40的内表面和第一内部导管80的外表面存在物理连通，且为第一外部导管40提供了支承。该间隔件可用于保持第一外部导管40与第一内部导管80之间的同心性。在优选实施例中，如在图5的剖面YY′处截取的剖视图所示，可在给定平面中使用至少三个间隔件以便支承第一外部导管40。
现在再次参见图5，第一内部导管80具有第一端(或开口端)82和第二端84。第一端82是开口的且使得反应剂可从第一内部导管80被排至第一外部导管40。第二端84与包含反应剂的反应剂源(未示出)流体连通。可使用泵、风机或鼓风装置和阀(未示出)来调节进入供应管线28内的反应剂的流量。
第一内部导管80的第一端82被设置在与第一外部导管40的第一端62相距约0.5厘米至约10厘米的位置处。在一个实施例中，所希望的是将第一内部导管80的第一端82设置在与第一外部导管40的第一端62相距约1厘米至约8厘米的位置处，特别是相距约2厘米至约5厘米的位置处，且更特别是相距约2.5厘米至约3厘米的位置处。
第一内部导管80优选具有圆柱形剖面区域且包括能够耐受流化燃烧床系统的高温以及侵蚀性和腐蚀性环境的材料。在一个实施例中，希望该材料能够耐受约500°F至约2,200°F的温度。典型的材料是不锈钢如SS309不锈钢。
所希望的是，第一内部导管80具有约2.5厘米至约10厘米的内径，特别是约4厘米至约8厘米的内径，且更特别是约5厘米至约7厘米的内径。优选的内径为约6.4厘米。所希望的是，第一内部导管80具有约2毫米至约10毫米的壁厚，特别是约4毫米至约8毫米的壁厚，且更特别是约5毫米至约7毫米的壁厚。优选的壁厚为约5毫米。
在典型实施例中，出口管道14可具有被相对地设置的两根供应管线，且反应剂可通过所述供应管线被排出以便降低NO_x的水平。图6示意性地示出了通过出口管道14的相对的垂直壁部进入出口管道14的第一供应管线28和第二供应管线29。供应管线28和29包括如上所述的多个端口和多个间隔件。从图6中可以看到，供应管线28和供应管线29分别具有的相对的第一端62和第一端63彼此之间存在物理连通。第一供应管线28和第二供应管线29分别具有的第二端84和85则与包含反应剂的反应剂源流体连通。
第二供应管线包括与反应剂源流体连通的第二内部导管。其还包括第二外部导管，所述第二外部导管包括用于接收第二内部导管的第一端或开口端。第二外部导管的相对端具有封闭端63。第二外部导管与上述第一外部导管类似地包括用于将来自反应剂源的反应剂排入排放气体物质流内的端口。
在一个实施例中，反应剂如氨或尿素以一种前进的方式从反应剂源被注入内部导管或各自的内部导管(在使用相对的供应管线的情况下)内。反应剂可以是含水的反应剂或者是无水反应剂或者是包括氨基的任何化学物。一旦从内部导管的第一外端中显现出来，则反应剂被分布进入介于外部导管和内部导管之间的空间内。在从端口或喷嘴中显现出来之后，反应剂被均匀地分布进入排放气体物质流内。如上所述，反应剂与NO_x反应以便形成氮气和水。
在一个实施例中，当氨或氨基被用作反应剂时，添加到排放气体物质流中的反应剂与空气的体积比达约11％。氨与空气的优选体积比为约5。
如上所述，如果需要，则可使用含水形式的反应剂。水中氨的浓度可达28wt％(重量百分比)。水中氨的浓度的优选值为1wt％。
在一个实施例中，当尿素被用作反应剂时，添加到排放气体物质流中的反应剂与水的重量比达约14。尿素与水的优选重量比为约1。水中尿素的浓度可达45wt％。水中尿素的浓度的优选值为1wt％。
在一个实施例中，氨基与NO_x的标准摩尔化学计量比(NSR)达约10；特别是为约0.5至约3，且更特别是为约1至约2。优选的NSR为约1.5。
前述过程的有利之处在于，其使得反应剂可被均匀地分布进入排放气体物质流内。NO_x还原系统的这种设计降低了其它因素的影响，所述其它因素例如包括颗粒物质的量、混合时间、反应剂在排放气体物质流中的总滞留时间、排放气体物质流的密度、排放气体物质流的速度等。前述设计降低了氨逃逸量，氨逃逸(ammonia slip)指的是留驻在排放气体物质流18中的未在NO_x的中和过程中消耗掉的未反应的氨所占的份数。
在一个实施例中，氨逃逸量被降低至小于或等于约百万分之10(10ppm)，特别是小于或等于约5ppm，且更特别是小于或等于约2ppm。
本发明的设计提供的另一优点在于：内部导管被用作为供应管线提供刚度和硬度的来源。由于较冷的反应剂气体通过内部导管，因此内部导管在50°F至650°F的低温范围下运行，这保持了内部导管的硬度且起到了为供应管线提供机械支承的作用。因此，当供应管线经受流化床燃烧系统的高温时，供应管线的扭曲被降至最小程度。此外，这使得不需要精心设计插入式的支承结构，这种结构易于出现腐蚀、侵蚀和高温的不利效应。
该设计提供的又一优点是减轻了端口和/或喷嘴的腐蚀。端口和/或喷嘴在供应管线28的下游侧上的这种安放方式和取向是有利的，原因在于这防止了被包含于排放气体物质流中的颗粒物质对端口和/或喷嘴形成堵塞。该设计延长了端口和/或喷嘴的寿命周期，因此有利于减少由于维护所致的停机时间且有利于降低零部件更换的成本。
下面的实例仅起到示例性的作用，而不是限制性的，该实例示出了本文所述的对实际发电设备中的NO_x进行还原的方法。
实例
该实例旨在证实这种系统的可行性。在East Kentucky发电站将一种系统改型为标称功率达300MW的循环流化床锅炉。出口管道的高度为10英尺且供应管线具有如图4所示的空间布置。外部导管具有4英寸的直径且由不锈钢(SS309)制成。内部导管具有2.5英寸的直径且同样由不锈钢(SS309)制成。该系统使用的是图4所示的相对设置的供应管线的构型，以便将无水氨引入排放气体物质流内。第一内部导管的第一端被设置在与第一外部导管的第一端相距约2.54厘米的位置处。外部导管的温度在780℃至950℃的范围内变化。每根供应管线上的端口数量为6个端口。端口位于外部导管表面的下游侧上且倾斜角度θ为45度。
来自反应剂源的氨与空气的体积比被设定为5。NSR为1.5。该系统将NO_x排放水平从0.1lbs/mm Btu降至0.08lbs/mm Btu，同时降低了氨的消耗量，且将氨逃逸量从大于25ppm降至小于5ppm。
尽管结合典型实施例对本发明进行了描述，但所属领域技术人员应该理解：可在不偏离本发明范围的情况下作出各种变化且可对其元件进行各种等效替代。此外，可根据本发明的教导做出多种变型以便适应特定的情况或材料，而不会偏离本发明的本质范围。因此，本发明旨在并不限于本文披露的作为用于实施本发明的最佳模式的特定实施例。