處理富含二氧化碳的煙道氣的方法和煙道氣處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種處理富含二氧化碳的煙道氣的方法。一種用于處理富含二氧化碳的煙道氣的煙道氣處理系統(tǒng)。包含鍋爐(2)的鍋爐系統(tǒng)(1)和煙道氣處理系統(tǒng)，所述鍋爐系統(tǒng)用于燃燒燃料和產(chǎn)生富含二氧化碳的煙道氣。所述煙道氣處理系統(tǒng)包含氣體清潔系統(tǒng)(4)；氮氧化物還原單元(8)，其用于降低煙道氣的氮氧化物含量的至少一部分；和壓縮和冷卻裝置(16)，其用于加壓和冷卻通過(guò)氣體清潔系統(tǒng)(4)和氮氧化物還原單元(8)處理的煙道氣的至少一部分。
【專利說(shuō)明】處理富含二氧化碳的煙道氣的方法和煙道氣處理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種處理富含二氧化碳的煙道氣的方法，所述富含二氧化碳的煙道氣還包含污染物、氧氣、水蒸氣、一種或多種氮氧化物和任選的易燃物。
[0002]本申請(qǐng)還涉及一種用于處理富含二氧化碳的煙道氣的煙道氣處理系統(tǒng)和包含所述煙道氣處理系統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在燃燒設(shè)備(例如發(fā)電廠)中，在燃料(例如煤、油、泥煤、廢料等)的燃燒中，產(chǎn)生熱的過(guò)程氣體，除了其它組分以外，這樣的過(guò)程氣體通常還含有二氧化碳CO2、氧氣O2和氮氧化物N0X。隨著環(huán)境要求的提高，已開發(fā)用于從過(guò)程氣體中除去二氧化碳和處理被除去的二氧化碳的各種過(guò)程，以降低二氧化碳向大氣的排放。目的為從富含二氧化碳的煙道氣中回收具有高純度的二氧化碳的一種這樣的過(guò)程涉及煙道氣的壓縮、煙道氣的干燥、存在于煙道氣中的二氧化碳的液化和隨后二氧化碳的氣化和壓縮。用于實(shí)施這樣的過(guò)程的設(shè)備通常稱為氣體加工單元GPU。
[0004]氣體加工單元的一個(gè)實(shí)例在EP 2 457 637 Al中公開。EP 2 457 637 Al的GPU將來(lái)自氣體清潔系統(tǒng)的富含二氧化碳的煙道氣壓縮到至少70巴的絕對(duì)壓力，使得二氧化碳適于處理，或者適于運(yùn)走用于處理。這樣的處理可例如包括將二氧化碳泵送至鹽水層，將二氧化碳深入泵送至海洋，或者在工業(yè)過(guò)程中再利用二氧化碳。所公開的GPU包括作為其主要單元的低壓壓縮單元、中間脫水單元、中間非可冷凝的氣體除去單元(例如CO2液化單元)和高壓壓縮單元。
[0005]在壓縮單元中容易出現(xiàn)的問(wèn)題是在待處理的氣體中存在氮氧化物和水蒸氣，導(dǎo)致在壓縮單元中硝酸和亞硝酸的形成。形成的酸可腐蝕處理GPU中的煙道氣的設(shè)備的表面，或者可以其他方式不利地影響處理GPU中的煙道氣的設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0006]氣體加工單元的能量要求對(duì)發(fā)電廠的凈效率度具有負(fù)面影響。因此，有需要改進(jìn)GPU的能量利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本文說(shuō)明的各方面，提供了一種處理富含二氧化碳的煙道氣的方法，所述富含二氧化碳的煙道氣還包含污染物、氧氣、水蒸氣、一種或多種氮氧化物和任選的易燃物，其中
存在于富含二氧化碳的煙道氣中的污染物的至少一部分被除去，以得到清潔的富含二氧化碳的煙道氣；
存在于富含二氧化碳的煙道氣中的一種或多種氮氧化物的至少一部分被除去，以得到氮耗盡的富含二氧化碳的煙道氣；和
在第一加壓階段中，清潔的和氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分被加壓和冷卻，使得存在于富含二氧化碳的煙道氣中的水蒸氣的至少一部分被冷凝。[0008]該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，一種或多種氮氧化物的減少限制在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的水蒸氣的冷凝期間酸的形成，或限制在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝期間二氧化碳產(chǎn)物流的聚集。限制由一氧化氮形成氮氧化物，即，保持更多的氮氧化物為一氧化氮，通過(guò)存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝，進(jìn)一步促進(jìn)將富含二氧化碳的煙道氣分離成為缺乏NOx的二氧化碳產(chǎn)物和富含NO的排出氣。
[0009]在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物被除去之前，在所謂的氣體-氣體熱交換器中，熱量可從富含二氧化碳的煙道氣轉(zhuǎn)移至清潔的富含二氧化碳的煙道氣。換言之，在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮?dú)獗怀ブ埃眠€未清潔的富含二氧化碳的煙道氣的熱量，可實(shí)施清潔的富含二氧化碳的煙道氣的加熱。這樣的熱傳遞的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，清潔的富含二氧化碳的煙道氣的溫度可提高至氮氧化物除去反應(yīng)的溫度。因此，這樣的熱傳遞可有助于通過(guò)所述方法有效地利用能量。
[0010]氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分可通過(guò)吸附至水蒸氣的干燥劑或通過(guò)水蒸氣的干燥劑吸收進(jìn)一步脫水，所述水蒸氣存在于氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣中。在氣體的這樣的吸附或吸收干燥期間，所述氣體(在這種情況下為氮耗盡的富含二氧化碳的煙道氣)分別與吸附劑或吸收劑接觸。術(shù)語(yǔ)干燥劑用作術(shù)語(yǔ)吸附劑和吸收劑的統(tǒng)稱術(shù)語(yǔ)。由于如果與酸接觸，干燥劑材料(例如分子篩或沸石)分解或其功能以其他方式受到削弱，所以在其中酸形成受到限制的方法中利用吸附干燥或吸收干燥是有利的。
[0011]在通過(guò)吸附干燥或吸收干燥被進(jìn)一步脫水后，氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分可在第二加壓階段中進(jìn)一步加壓，并且在氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣在所述第二加壓步驟中被加壓之前，所述方法可缺少存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝。由于根據(jù)本發(fā)明的方法氮氧化物的除去，由所述方法可得到具有足夠高純度的二氧化碳，而無(wú)需除去非可冷凝的氣體，例如氧氣。常規(guī)地，非可冷凝的氣體的除去涉及二氧化碳的冷凝和存在于富含二氧化碳的煙道氣中的非可冷凝的氣體的除去。因此，如果通過(guò)所述方法可滿足對(duì)于低的殘余的氮?dú)夂康囊?，則省略常規(guī)的氣體加工單元的二氧化碳分離和再壓縮階段是可能的。因此，通過(guò)實(shí)行所述方法而不冷凝二氧化碳，得到關(guān)于簡(jiǎn)化的過(guò)程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明的方法可備選地包括存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的至少一部分的冷凝。存在于富含二氧化碳的煙道氣中的非可冷凝的氣體可因此在排出氣中被除去。
[0012]與污染物除去之后的清潔的富含二氧化碳的煙道氣的溫度相比，在氮氧化物的還原期間，富含二氧化碳的煙道氣的溫度通常提高至例如超過(guò)250°c的溫度。
[0013]在包含氧氣的氣體存在下，在燃燒燃料的鍋爐中可產(chǎn)生富含二氧化碳的煙道氣。在包含超過(guò)約30%體積的二氧化碳和包含約10-50%體積的氧氣的氣體存在下，優(yōu)選在包含超過(guò)約35%體積的二氧化碳和包含約21-32%體積的氧氣的氣體存在下，可燃燒燃料。因此，根據(jù)所謂的氧-燃料過(guò)程，鍋爐可燃燒燃料。在氧-燃料過(guò)程中，在富含二氧化碳的氣體(例如包含富含二氧化碳的煙道氣的氣體)存在下，燃料(例如下文提及的燃料之一)燃燒。將通過(guò)氧氣源提供的氧氣供應(yīng)至鍋爐，在所述鍋爐中氧氣氧化燃料。在氧-燃料過(guò)程中，產(chǎn)生富含二氧化碳的煙道氣。
[0014]在除去存在于富含二氧化碳的煙道氣中的污染物之后，清潔的富含二氧化碳的煙道氣的一部分可返回至鍋爐，以在燃料的燃燒期間存在，并且在氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣在第一加壓階段中被加壓和冷卻之前，存在于清潔的富含二氧化碳的煙道氣的剩余部分中的一種或多種氮氧化物的至少一部分可被還原。氮氧化物的還原通常稱為DeNOx過(guò)程。通過(guò)從富含二氧化碳的煙道氣除去硝酸和亞硝酸的前體，存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物的還原有助于減輕與所述酸的形成相關(guān)的問(wèn)題。在清潔的富含碳的煙道氣的一部分返回至鍋爐之后，實(shí)施存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物的所述還原的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，僅需要為清潔的富含碳的煙道氣的剩余部分確定設(shè)備和消耗品進(jìn)料的尺寸。對(duì)清潔的富含二氧化碳的煙道氣實(shí)施氮氧化物的還原的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，另外存在的污染物(例如灰塵和硫氧化物)可削弱所述還原的實(shí)現(xiàn)。與在除去污染物之后清潔的富含二氧化碳的煙道氣的溫度相比，在氮氧化物的還原期間，富含二氧化碳的煙道氣的溫度通常提高至例如超過(guò)250°C的溫度。
[0015]可通過(guò)選擇性催化還原SCR實(shí)施氮氧化物的還原，在所述選擇性催化還原中借助催化劑使氮氧化物與氣態(tài)還原劑(通常為氨或尿素)發(fā)生反應(yīng)，以形成氮?dú)釴2和水。
[0016]在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮?dú)獗怀ブ?，可將熱量從氧氣耗盡的富含二氧化碳的煙道氣轉(zhuǎn)移至鍋爐的水蒸汽循環(huán)的工作流體，例如以預(yù)熱節(jié)熱器的冷凝物。熱量可轉(zhuǎn)移，以產(chǎn)生蒸汽或預(yù)熱冷凝物或鍋爐給水。由于催化氧化反應(yīng)在高溫下發(fā)生，將氧氣耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的熱量用于鍋爐的水蒸汽循環(huán)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，總能量要求降低。所述熱量的另一個(gè)可能的應(yīng)用是預(yù)熱燃燒所需的氧氣。在當(dāng)前的氧-燃燒方法中，將氧氣進(jìn)料至氣體-氣體熱交換器(在單元108后的流30和流40)之前的清潔的富含二氧化碳的煙道。在該熱交換器中的內(nèi)部泄漏將氧氣從較冷的壓力較高的清潔的富含二氧化碳的煙道氣夾帶至來(lái)自鍋爐的較溫暖的、氧氣含量和壓力較低的富含二氧化碳的煙道氣。該夾帶提高至GPU的氧氣濃度，因此提高CO2分離的能量要求。如果沒(méi)有預(yù)熱氧氣，氧鍋爐系統(tǒng)的能效將下降。一些設(shè)計(jì)預(yù)見(jiàn)用于氧氣預(yù)熱的蒸汽的使用，這顯示較好的性能。在煙道氣熱交換器之后可能的注入則將會(huì)具有優(yōu)良的能效和由于在氣體-氣體熱交換器中的泄漏流造成的較少氧氣損失的益處。
[0017]根據(jù)本文說(shuō)明的其它方面，提供了一種用于處理富含二氧化碳的煙道氣的煙道氣處理系統(tǒng)，所述煙道氣處理系統(tǒng)包含
氣體清潔系統(tǒng)，其用于除去煙道氣的污染物含量的至少一部分；
氮氧化物還原單元，其用于還原煙道氣的一種或多種氮氧化物含量的至少一部分；和第一壓縮和冷卻裝置，其用于加壓和冷卻通過(guò)氣體清潔系統(tǒng)和催化氧化單元處理的煙道氣的至少一部分，使得存在于煙道氣中的水蒸氣含量的至少一部分被冷凝。
[0018]氮氧化物還原單元通常稱為DeNOx單元。氮氧化物單元的存在提供存在于煙道氣中的氮氧化物的還原，通過(guò)從煙道氣中除去硝酸和亞硝酸的前體，所述還原有助于減輕與所述酸形成相關(guān)的問(wèn)題。用于降低煙道氣的剩余部分的氮氧化物含量的所述氮氧化物還原單元的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，僅需要為煙道氣的剩余部分確定設(shè)備和消耗品進(jìn)料的尺寸。優(yōu)選氮氧化物還原單元在催化氧化單元的上游。在氮氧化物還原單元中的處理期間，與在所述處理之前煙道氣的溫度相比，煙道氣的溫度通常提高至例如超過(guò)250 V的溫度。
[0019]該煙道氣處理系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，氮氧化物還原單元防止在第一壓縮和冷卻裝置中水蒸氣的冷凝期間酸的形成，或防止在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝期間二氧化碳產(chǎn)物流的聚集。此外，通過(guò)存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝，限制由一氧化氮形成二氧化氮(即，保持更多的氮氧化物為一氧化氮)促進(jìn)將富含二氧化碳的煙道氣分離成為缺乏NOx的二氧化碳產(chǎn)物和富含NO的排出氣。在氮氧化物還原單元中的處理期間，與在所述處理之前煙道氣的溫度相比，煙道氣的溫度通常提高至例如超過(guò)250°C的溫度。
[0020]在煙道氣的流動(dòng)方向，在氮?dú)獬卧纳嫌危瑹煹罋馓幚硐到y(tǒng)還可包含熱交換器，其用于將熱量從氣體清潔系統(tǒng)上游的煙道氣轉(zhuǎn)移至氣體清潔系統(tǒng)下游的煙道氣。換言之，利用在氣體清潔系統(tǒng)上游的煙道氣的熱量，可在煙道氣的流動(dòng)方向的上游實(shí)施氣體清潔系統(tǒng)下游的煙道氣的加熱。這樣的熱交換器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，氣體清潔系統(tǒng)下游的煙道氣的溫度可提高至隨后的氮氧化物還原單元的作業(yè)溫度。因此通過(guò)所述處理系統(tǒng)，這樣的熱交換器可有助于能量的高效利用。
[0021]煙道氣處理系統(tǒng)還可包括含有干燥劑的脫水單元，所述脫水單元用于除去煙道氣的水蒸氣含量的至少一部分。存在于煙道氣中的水蒸氣分別被吸附到干燥劑或被干燥劑吸收。由于如果與酸接觸，干燥劑材料(例如分子篩或沸石)分解或其功能以其他方式受到削弱，所以在其中酸形成受到限制的系統(tǒng)中利用包含干燥劑的脫水單元是有利的。
[0022]在煙道氣的流動(dòng)方向，在脫水單元的下游，煙道氣處理系統(tǒng)還可包含第二壓縮裝置，其用于進(jìn)一步加壓煙道氣的至少一部分，其中在煙道氣的流動(dòng)方向，在第二壓縮裝置的上游，所述煙道氣處理系統(tǒng)缺乏二氧化碳冷凝單元。由于本發(fā)明的系統(tǒng)的氮氧化物還原單元的存在，由所述系統(tǒng)可得到具有足夠高純度的二氧化碳，而無(wú)需除去非可冷凝的氣體。常規(guī)地，非可冷凝的氣體的除去涉及使煙道氣經(jīng)過(guò)二氧化碳冷凝單元和除去存在于富含二氧化碳的煙道氣中的非可冷凝的氣體。因此，通過(guò)施行沒(méi)有二氧化碳冷凝單元的方法，得到關(guān)于簡(jiǎn)化的過(guò)程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明的系統(tǒng)可備選地包括二氧化碳冷凝單元，例如二氧化碳液化單元。存在于富含二氧化碳的煙道氣中的非可冷凝的氣體可因此在排出氣中被除去。
[0023]還提供了鍋爐系統(tǒng)，包含
鍋爐，其用于在含有氧氣的氣體存在下燃燒燃料和產(chǎn)生富含二氧化碳的煙道氣；和 如上文展示的煙道氣處理系統(tǒng)，其用于處理富含二氧化碳的煙道氣。
[0024]因此，鍋爐可用于根據(jù)所謂的氧-燃料過(guò)程燃燒燃料。在氧-燃料過(guò)程中，在富含二氧化碳的氣體存在下，燃料(例如下文提及的燃料之一)被燃燒，如上文進(jìn)一步所舉例說(shuō)明。將通過(guò)氧氣源提供的氧氣供應(yīng)至鍋爐，在鍋爐中氧氣氧化燃料。因此，鍋爐系統(tǒng)可提供有氧氣入口，其用于從氧氣源向鍋爐提供氧氣。
[0025]鍋爐系統(tǒng)還可包含
回輸管路，其用于使通過(guò)氣體清潔系統(tǒng)處理的煙道氣的一部分返回至鍋爐。
[0026]鍋爐系統(tǒng)還可包含熱交換器，其用于將熱量從處理的煙道氣轉(zhuǎn)移至鍋爐的水蒸汽循環(huán)的工作流體。熱量可被轉(zhuǎn)移，以產(chǎn)生蒸汽或預(yù)熱冷凝物或鍋爐給水。
[0027]由以下附圖和詳細(xì)說(shuō)明，其它目的和特性將顯而易見(jiàn)并且進(jìn)行舉例說(shuō)明。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]現(xiàn)在參考附圖，附圖為示例性實(shí)施方案，并且其中相同的元件具有相同的編號(hào)。[0029]圖1為本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1為鍋爐系統(tǒng)I的示意圖。鍋爐系統(tǒng)I包含作為主要組件的鍋爐2 (在該實(shí)施方案中為氧-燃料鍋爐)、氣體清潔系統(tǒng)4、氮氧化物還原單元8和氣體加工單元10。氣體清潔系統(tǒng)4包含灰塵除去裝置12 (其可為織物過(guò)濾器)和硫除去系統(tǒng)14 (其可為濕式洗滌器)。氣體加工單元10包含第一壓縮和冷卻裝置16、脫水單元18和第二壓縮裝置20。
[0031]在燃料儲(chǔ)器22中容納燃料(例如煤、油或泥煤)，并且可經(jīng)由供應(yīng)管24供應(yīng)至鍋爐2。氧氣源26用于以本身已知的方式提供氧氣。氧氣源26可為空氣分離設(shè)備(其用于從空氣分離氧氣)、氧氣分離膜、儲(chǔ)存罐或用于向鍋爐系統(tǒng)I提供氧氣的任何其它來(lái)源。供應(yīng)管28用于向鍋爐2運(yùn)送產(chǎn)生的氧氣(通常包含90-99.9%體積的氧氣O2)。管30用于向鍋爐2運(yùn)送含有二氧化碳的再循環(huán)的煙道氣。如圖1所示，在鍋爐2的上游，供應(yīng)管28連接鍋爐2上游的管30，使得氧氣和含有二氧化碳的再循環(huán)的煙道氣可彼此混合，以在鍋爐2的上游形成通常含有約20-50%體積的氧氣的氣體混合物，余量主要為二氧化碳和水蒸氣。由于幾乎沒(méi)有空氣進(jìn)入鍋爐2，所以幾乎沒(méi)有氮?dú)夤?yīng)至鍋爐2。在實(shí)際運(yùn)行中，供應(yīng)至鍋爐2的小于3%體積的氣體體積為空氣，其主要經(jīng)由例如鍋爐2和氣體清潔系統(tǒng)4作為空氣的泄漏進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)I。鍋爐2用于在與再循環(huán)的煙道氣混合的氧氣存在下，燃燒經(jīng)由供應(yīng)管24供應(yīng)的燃料，所述再循環(huán)的煙道氣含有經(jīng)由管30供應(yīng)的二氧化碳。作為燃燒的結(jié)果而在鍋爐2中產(chǎn)生的蒸汽被運(yùn)送至汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(未顯示)，其用于產(chǎn)生電力形式的動(dòng)力。
[0032]管32用于向灰塵除去裝置12運(yùn)送在鍋爐2中產(chǎn)生的富含二氧化碳的煙道氣?！案缓趸嫉臒煹罋狻笔侵附?jīng)由管32離開鍋爐2的煙道氣含有至少40%體積的二氧化碳C02。通常超過(guò)50%體積的離開鍋爐2的煙道氣為二氧化碳。通常，離開鍋爐2的煙道氣含有50-80%體積的二氧化碳。“富含二氧化碳的煙道氣”的余量為約15-40%體積的水蒸氣(H2O)、由于在鍋爐2中通常優(yōu)選氧氣稍過(guò)量造成的2-7%體積的氧氣(O2)，和由于空氣的一些泄漏很少能完全避免而造成的總共約0-10%體積的其它氣體(主要包括氮?dú)?N2)和氬氣(Ar))。
[0033]在鍋爐2中產(chǎn)生的富含二氧化碳的煙道氣通?？砂缫韵滦问降奈廴疚?灰塵顆粒、鹽酸HC1、硫氧化物SOx和有時(shí)為重金屬(例如汞Hg)，它們應(yīng)在處理二氧化碳之前至少部分地從富含二氧化碳的煙道氣中除去。
[0034]灰塵除去裝置12 (其可為例如從US 4，336，035中本身已知類型的織物過(guò)濾器)從富含二氧化碳的煙道氣中除去大多數(shù)灰塵顆粒。管34用于從灰塵除去裝置12向氣體清潔系統(tǒng)4的硫除去系統(tǒng)14運(yùn)送富含二氧化碳的煙道氣。
[0035]硫除去系統(tǒng)14可為塔洗滌器類型的濕式洗滌器，其為從例如EP O 162 536中本身已知的洗滌器類型。硫除去系統(tǒng)14用于除去來(lái)自鍋爐2并經(jīng)過(guò)灰塵除去裝置12的富含二氧化碳的煙道氣的二氧化硫含量的至少一部分(優(yōu)選至少80%)。作為濕式洗滌器的備選，可利用其它裝置來(lái)從富含二氧化碳的煙道氣中除去二氧化硫。一個(gè)這樣的備選裝置為沸騰床洗滌器，其一個(gè)實(shí)例公開于WO 2005/007274。
[0036]至少部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣經(jīng)由管36離開硫除去系統(tǒng)14，所述管36運(yùn)送煙道氣至第一氣體分流點(diǎn)38，在這里所述至少部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣被分成至少兩個(gè)流，即第一流和第二流，所述第一流經(jīng)由管30再循環(huán)返回至鍋爐2，所述第二流經(jīng)由管40運(yùn)送至第二氣體分流點(diǎn)42。經(jīng)由管30再循環(huán)返回至鍋爐2的第一流通常包含離開氣體清潔系統(tǒng)4的部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣總流的50-75%體積。通常包含離開氣體清潔系統(tǒng)4的部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣總流的25-50%體積的第二流因此經(jīng)由管40運(yùn)送至第二氣體分流點(diǎn)42。任選地，至少部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣可分成第三流，其經(jīng)由管43提供煙道氣至煙囪45。
[0037]在氣體分流點(diǎn)42，富含二氧化碳的煙道氣再次分成兩個(gè)流，即第四流和第五流，所述第四流經(jīng)由管44主要用作運(yùn)輸和密封氣體并且本身再循環(huán)返回至鍋爐2，所述第五流經(jīng)由管46運(yùn)送至催化氧化單元6。
[0038]如所提及的，富含二氧化碳的煙道氣經(jīng)由管46運(yùn)送至氮氧化物還原單元8。存在于富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物的至少一部分在氮氧化物還原單元8中被還原。通過(guò)選擇性催化還原SCR實(shí)施氮氧化物的還原。在氮氧化物還原單元8中，借助催化劑，氮氧化物與氣態(tài)還原劑反應(yīng)，以形成氮?dú)釴2和水。SCR通常在約180-350°C的溫度下發(fā)生?？蔀榘被蚰蛩氐臍鈶B(tài)還原劑經(jīng)由管道56自還原劑儲(chǔ)器54供應(yīng)至氮氧化物還原單元8，以與富含二氧化碳的煙道氣混合，并且在氮氧化物還原單元8中與氮氧化物反應(yīng)，以還原氮氧化物的至少一部分。
[0039]在進(jìn)入氣體加工單元GPU 10之前，自氮氧化物還原單元8得到的富含二氧化碳的煙道氣經(jīng)由管58運(yùn)送至冷凝器60。在冷凝器60中，循環(huán)冷卻液和富含二氧化碳的煙道氣之間的接觸引起富含二氧化碳的煙道氣的水蒸氣含量的至少一部分冷凝。因此，進(jìn)入GPU10的至少部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣的水蒸氣含量降低。通常，冷凝器60將會(huì)引起至少部分清潔的富含二氧化碳的煙道氣的水蒸氣含量從通常約15-40%體積降低至通常約
0.5-10%體積。離開冷凝器60的煙道氣低于約30°C。因此借助冷凝器60，需要在GPU 10中從二氧化碳中除去的水蒸氣的量顯著降低。
[0040]富含二氧化碳的煙道氣經(jīng)由管62從冷凝器60運(yùn)送至GPU 10的第一壓縮和冷卻裝置16。GPU 10可包含多個(gè)本身已知的部件，它們集成到GPU 10中，GPU 10提供富含二氧化碳的煙道氣的最終精制，并壓縮富含二氧化碳的煙道氣至合適的壓力用于處理。第一壓縮和冷卻裝置16通常包含2-6個(gè)串聯(lián)排列的低壓壓縮排列(arrangement),每一個(gè)這樣的排列包含以至少一個(gè)壓縮機(jī)、冷卻器和氣-液分離器形式的壓縮裝置(device)。相應(yīng)的壓縮機(jī)壓縮氣體，隨后氣體被運(yùn)送至相應(yīng)的冷卻器。相應(yīng)的冷卻器供應(yīng)有在冷卻器中循環(huán)的冷卻介質(zhì)，用于冷卻壓縮的氣體。作為所述冷卻的結(jié)果，水蒸氣冷凝。這樣的冷凝的水蒸氣在相應(yīng)的氣-液分離器中與余下的富含二氧化碳的煙道氣分離。水經(jīng)由管道系統(tǒng)被除去。然后氣體被運(yùn)送至隨后的壓縮排列。通常每一個(gè)低壓壓縮排列的壓縮比為1.5-2.5。因此，進(jìn)入第一壓縮和冷卻裝置16的富含二氧化碳的煙道氣的壓力可接近大氣壓，即，約I巴(a)，在例如四個(gè)連續(xù)的低壓壓縮排列中處理之后，離開第一壓縮和冷卻裝置16的富含二氧化碳的煙道氣的壓力通?？蔀?0-50巴(a)，更通常為20-40巴(a)，最通常為30-40巴(a)。同時(shí)當(dāng)壓力隨每一個(gè)壓縮排列提高時(shí)，氣體的水含量降低，這是由于冷凝的水蒸氣從每一個(gè)氣-液分離器中除去。通常，經(jīng)由管62進(jìn)入第一壓縮和冷卻裝置16的氣體的水含量可為0.5-10%體積。離開第一壓縮和冷卻裝置16的氣體的水蒸氣含量通?？蔀榘偃f(wàn)分之 400-1500 (400-1500 ppm)。
[0041]壓力為30-40巴(a)、水蒸氣含量為400-1500 ppm并且溫度通常為6_40°C的富含二氧化碳的煙道氣離開第一壓縮和冷卻裝置16，并且經(jīng)由管64運(yùn)送至脫水單元18，所述脫水單元包含一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的干燥劑床和一個(gè)備用的干燥劑床。干燥劑床包含干燥劑，例如分子篩或沸石，存在于富含二氧化碳的煙道氣中的水蒸氣被吸附到和/或吸收到所述干燥劑上。所得到的水露點(diǎn)通常小于_40°C。通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)的干燥劑床的富含二氧化碳的煙道氣的流動(dòng)方向?yàn)閺纳系较拢谠偕陂g再生氣體的流動(dòng)方向?yàn)閺南孪蛏?。通常，?jīng)由管66離開脫水單兀18的富含二氧化碳的煙道氣的水蒸氣含量低于10-100 ppm,通常遠(yuǎn)低于20 ppm。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，其它裝置可用作脫水單元，例如分子篩單元或乙二醇洗滌器，在乙二醇洗滌器中乙二醇循環(huán)用于捕集水蒸氣。由于例如共同吸附，來(lái)自富含二氧化碳的煙道氣的NOx可在干燥劑床中聚集。當(dāng)干燥劑床再生時(shí)，所述聚集的NOx可釋放到再生氣體中。含有NOx的再生氣體可經(jīng)由管67從脫水單元18再循環(huán)至鍋爐2。
[0042]在現(xiàn)有技術(shù)的氣體加工單元中，在管66中經(jīng)由CO2分離單元傳遞離開脫水單元18的富含二氧化碳的煙道氣是常見(jiàn)的。所述CO2分離單元在鍋爐系統(tǒng)I中為任選的。離開脫水單元18的富含二氧化碳的煙道氣可因此通常具有高達(dá)90-97%體積的二氧化碳濃度。出于該原因，在圖1中未顯示CO2分離單元。
[0043]在管66中輸送的富含二氧化碳的煙道氣進(jìn)入第二壓縮裝置20。第二壓縮裝置20通常包含1-3個(gè)串聯(lián)排列的高壓壓縮排列，每一個(gè)這樣的排列包含以至少一個(gè)壓縮機(jī)和冷卻器形式的壓縮裝置。相應(yīng)的壓縮機(jī)壓縮氣體，隨后氣體被運(yùn)送至相應(yīng)的冷卻器。相應(yīng)的冷卻器供應(yīng)有在冷卻器中循環(huán)的冷卻介質(zhì)，用于冷卻壓縮的氣體。每一個(gè)壓縮機(jī)的壓縮比為1.5-2.5，意味著經(jīng)由管68離開第二壓縮裝置20的二氧化碳?xì)怏w的壓力通常為100-200巴(a)，更通常為110-140巴(a)，并且溫度通常為20-60°C。管68中的二氧化碳離開GPU10用于最終的處理，這有時(shí)稱為CO2隔離。在必須施用CO2分離過(guò)程的情況下，殘余的排出氣可通過(guò)管69提供至煙囪45。
[0044]關(guān)于鍋爐系統(tǒng)I的能量經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)在參考存在于鍋爐系統(tǒng)I中的一些示例性熱交換器。
[0045]經(jīng)由管30和經(jīng)由管40、44再循環(huán)至鍋爐2的富含二氧化碳的煙道氣以及經(jīng)由管40、46運(yùn)送至催化氧化單元6的富含二氧化碳的煙道氣通過(guò)經(jīng)由管32離開鍋爐的煙道氣在氣體-氣體加熱器70中加熱。與常規(guī)的系統(tǒng)相比(其中僅經(jīng)由管30再循環(huán)至鍋爐2的富含二氧化碳的煙道氣通過(guò)離開鍋爐的煙道氣在氣體-氣體加熱器中加熱)，由于分別在氣體-氣體加熱器70的熱側(cè)和冷側(cè)上的總氣體流速更相當(dāng)，本發(fā)明的系統(tǒng)提供更好地利用離開鍋爐的煙道氣的熱量。
[0046]氣體分流點(diǎn)42的位置使得富含二氧化碳的煙道氣46的任何輔助預(yù)熱最小化，即，通常位于氣體-氣體加熱器70的下游。
[0047]經(jīng)由管58離開氮氧化物還原單元8的富含二氧化碳的煙道氣的溫度大于約250°C，并且在管58中穿過(guò)熱交換器74，其可有助于預(yù)熱冷凝物，用于鍋爐2的水蒸汽循環(huán)。由于在前面的硫除去系統(tǒng)14和氮氧化物還原單元8中煙道氣流的酸露點(diǎn)降低，促進(jìn)經(jīng)由熱交換器74的熱量集成?；覊m除去系統(tǒng)在超過(guò)酸露點(diǎn)的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代發(fā)電廠系統(tǒng)預(yù)見(jiàn)在通常稱為煙道氣熱量回收系統(tǒng)的熱交換器中回收熱量，所述熱量另外將會(huì)在硫除去系統(tǒng)(WFGD等)中消散。在該交換器中，使用一種熱傳遞流體，將可感覺(jué)的熱量直接或間接地轉(zhuǎn)移至水蒸汽循環(huán)的水中。
[0048]在圖1中還說(shuō)明鍋爐系統(tǒng)任選適合于在鍋爐2中用于油引燃。在油引燃的情況下，在燃燒器尖端油的分散通常借助蒸汽注入來(lái)完成。因此，蒸汽可經(jīng)由管106供應(yīng)至鍋爐2的燃燒器?；蛘?，或另外，在燃燒器尖端油的分散可借助二氧化碳注入來(lái)完成。因此，經(jīng)由管68離開氣體加工單元10的富含二氧化碳的氣體可經(jīng)由管107供應(yīng)至鍋爐2的燃燒器。
[0049]如上文所提及，富含二氧化碳的煙道氣的第四流主要用作輸送和密封氣體并且經(jīng)由管44本身再循環(huán)至鍋爐2。輸送和密封氣體系統(tǒng)(未顯示)的運(yùn)轉(zhuǎn)可需要在氣體-氣體加熱器70中加熱富含二氧化碳的煙道氣之前，從所述煙道氣中除去水蒸氣，以避免燃料的團(tuán)聚。出于該原因，在富含二氧化碳的煙道氣的流動(dòng)方向，在氣體-氣體加熱器70的上游，鍋爐系統(tǒng)I在管40中包含任選的冷凝器108。然而，所述任選的冷凝器也可存在于圖1的鍋爐系統(tǒng)I中。任選的冷凝器108與圖1的鍋爐系統(tǒng)I中的冷凝器60為相同種類，并且除了用于輸送和密封氣體系統(tǒng)的功能以外，還在富含二氧化碳的煙道氣進(jìn)入氮氧化物還原單元8之前提供所述煙道氣的初始精制。
[0050]如上文所提及，離開脫水單元18并且之前已在催化氧化單元6中處理的富含二氧化碳的煙道氣通?？删哂懈哌_(dá)90-97%體積的二氧化碳濃度。在離開脫水單元18的富含二氧化碳的煙道氣的二氧化碳品質(zhì)不滿足所需的產(chǎn)品規(guī)格的情況下，鍋爐系統(tǒng)在管66中包括任選的CO2分離單元(未顯示)。
[0051]任選的CO2分離單元包含熱交換器、閃蒸器和閃蒸閥。進(jìn)入CO2分離單元的富含二氧化碳的煙道氣首先通過(guò)非可冷凝的氣體在熱交換器中冷卻并使CO2液化，其離開閃蒸器并且用作冷卻介質(zhì)。冷卻的富含二氧化碳的煙道氣隨后進(jìn)入閃蒸器。在閃蒸器中，將氣體與形成的液體分離。將液體閃蒸至較低的壓力，通常壓力比進(jìn)入CO2分離單元的富含二氧化碳的煙道氣的壓力低5-15巴。用于閃蒸液體的主要參數(shù)為設(shè)定所需的壓力降低的CO2液體流的絕熱膨脹溫度，由于這在煙道氣冷卻過(guò)程中提供所需的驅(qū)動(dòng)力。選擇在煙道氣冷凝期間的壓力和溫度對(duì)，使得主要的二氧化碳被液化，留下氣態(tài)的其它氣體，包括例如氮?dú)釴2、氧氣O2和氬氣Ar。可稱為非可冷凝的氣體的所述其它氣體在頂部離開閃蒸容器。如上文所述，壓力降低的液化的二氧化碳在熱交換器中用作冷卻介質(zhì)。在熱交換器中，液化的二氧化碳被再次加熱，以重新形成二氧化碳?xì)怏w，這樣的氣體離開CO2分離單元110用于在GPU10中進(jìn)一步處理。離開CO2分離單元110的二氧化碳?xì)怏w的壓力通常為5-30巴(a)，并且溫度為-20至60°C。非可冷凝的氣體離開CO2分離單元并且可被處理。
[0052]在富含二氧化碳的煙道氣的殘余的NOx含量不滿足所需的產(chǎn)品規(guī)格時(shí)，例如如果在氮氧化物還原單元8中氮氧化物的還原不充分，則CO2分離單元包括任選的再循環(huán)管。來(lái)自CO2分離單元110的同時(shí)包含冷凝的氮氧化物的冷凝的二氧化碳的初餾分，在所述冷凝物蒸發(fā)后，可經(jīng)由再循環(huán)管112再循環(huán)至鍋爐2。鍋爐2中的熱量輸入將導(dǎo)致再循環(huán)的氮氧化物的部分分解。
[0053]概括地說(shuō)，催化氧化單元6和氮氧化物還原單元8限制在GPU 10中(特別是在第一壓縮和冷卻裝置16中)形成硝酸和亞硝酸。酸的受限形成有助于脫水單元18更有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)在熱交換器74中加熱利用氮氧化物還原單元8之后的煙道氣的熱量，鍋爐2的水蒸汽循環(huán)的工作流體降低鍋爐系統(tǒng)I的總能量要求。[0054]雖然本發(fā)明已描述了關(guān)于各種實(shí)例性實(shí)施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍下，可進(jìn)行各種變化，并且相等物可替代其要素。此外，在不偏離本發(fā)明的基本范圍下，可進(jìn)行許多修改，使得具體的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明旨在不局限于作為實(shí)施本發(fā)明預(yù)期的最佳方式而公開的具體實(shí)施方案，而是本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.一種處理富含二氧化碳的煙道氣的方法，所述富含二氧化碳的煙道氣還包含污染物、氧氣、水蒸氣、一種或多種氮氧化物和任選的易燃物，其中 存在于富含二氧化碳的煙道氣中的污染物的至少一部分被除去，以得到清潔的富含二氧化碳的煙道氣； 存在于富含二氧化碳的煙道氣中的一種或多種氮氧化物的至少一部分被還原；和 在第一加壓階段中，清潔的和氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分被加壓和冷卻，使得存在于富含二氧化碳的煙道氣中的水蒸氣的至少一部分被冷凝。
2.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分通過(guò)吸附至水蒸氣的干燥劑或通過(guò)水蒸氣的干燥劑的吸收進(jìn)一步脫水，所述水蒸氣存在于氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣中。
3.權(quán)利要求2的方法，其中在通過(guò)吸附干燥或吸收干燥被進(jìn)一步脫水后，氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣的至少一部分在第二加壓階段進(jìn)一步被加壓，并且其中在氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣在所述第二加壓步驟中被加壓之前，所述方法缺乏存在于富含二氧化碳的煙道氣中的二氧化碳的冷凝。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在包含氧氣的氣體存在下，所述富含二氧化碳的煙道氣在燃燒燃料的鍋爐中產(chǎn)生。
5.權(quán)利要求4的方法，其中在包含超過(guò)約30%體積的二氧化碳和包含約10-50%體積的氧氣的氣體存在下，優(yōu)選在包含超過(guò)約35%體積的二氧化碳和包含約21-32%體積的氧氣的氣體存在下，燃燒所述燃料。
6.權(quán)利要求2或5的方法，其中，在存在于富含二氧化碳的煙道氣中的污染物被除去之后，將清潔的富含二氧化碳的煙道氣的一部分返回至鍋爐，以在燃料的燃燒期間存在，并且在氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣在第一加壓階段中加壓和冷卻之前，存在于清潔的富含二氧化碳的煙道氣的剩余部分中的一種或多種氮氧化物的至少一部分被還原。
7.權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)的方法，其中，在氮氧化物除去反應(yīng)中除去富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物之后，將熱量從氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣轉(zhuǎn)移至鍋爐的水蒸汽循環(huán)的工作流體。
8.權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)的方法，其中，在氮氧化物除去反應(yīng)中除去富含二氧化碳的煙道氣中的氮氧化物之后，將熱量從氮氧化物耗盡的富含二氧化碳的煙道氣轉(zhuǎn)移至富含氧氣的流。
9.一種用于處理富含二氧化碳的煙道氣的煙道氣處理系統(tǒng)，所述煙道氣處理系統(tǒng)包含 氣體清潔系統(tǒng)，其用于除去煙道氣的污染物含量的至少一部分； 氮氧化物還原單元，其用于還原煙道氣的氮氧化物含量的至少一部分；和 第一壓縮和冷卻裝置，其用于加壓和冷卻通過(guò)氣體清潔系統(tǒng)和氮氧化物還原單元處理的煙道氣的至少一部分，使得存在于煙道氣中的水蒸氣含量的至少一部分被冷凝。
10.權(quán)利要求9的煙道氣處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)在煙道氣的流動(dòng)方向上氮氧化物還原單元的上游還包含熱交換器，其用于將熱量從氣體清潔系統(tǒng)上游的煙道氣轉(zhuǎn)移至氣體清潔系統(tǒng)下游的煙道氣。
11.權(quán)利要求9或10的煙道氣處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)還包括含有干燥劑的脫水單元，所述脫水單元用于除去所述煙道氣的水蒸氣含量的至少一部分。
12.權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的煙道氣處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)在煙道氣的流動(dòng)方向上脫水單元的下游還包含第二壓縮裝置，其用于進(jìn)一步加壓煙道氣的至少一部分，其中在煙道氣的流動(dòng)方向上第二壓縮裝置的上游，所述煙道氣處理系統(tǒng)缺乏二氧化碳冷凝單元。
13.權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)的煙道氣處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)還包含氮氧化物還原單元，其用于在煙道氣的流動(dòng)方向上第一壓縮和冷卻裝置的上游，還原煙道氣的氮氧化物含量的至少一部分。
14.一種鍋爐系統(tǒng)，包含 鍋爐，其用于在含有氧氣的氣體存在下燃燒燃料和產(chǎn)生富含二氧化碳的煙道氣；和 權(quán)利要求9-13中任一項(xiàng)的煙道氣處理系統(tǒng)，其用于處理富含二氧化碳的煙道氣。
15.權(quán)利要求14的鍋爐系統(tǒng)，還包含 回輸管路，其用于使通過(guò)氣體清潔系統(tǒng)處理的煙道氣的一部分返回至鍋爐。
16.權(quán)利要求14或15的鍋爐系統(tǒng)，還包含熱交換器，其用于將熱量從通過(guò)氮氧化物還原單元處理的煙道氣轉(zhuǎn)移至鍋爐的水蒸汽循環(huán)的工作流體。
17.權(quán)利要求14或15的鍋爐系統(tǒng)，還包含熱交換器，其用于將熱量從通過(guò)氮氧化物還原單元處理的煙道氣轉(zhuǎn)移至富含氧氣的流。
【文檔編號(hào)】B01D53/56GK103785289SQ201310509497
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】O.斯塔爾曼恩 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司