專利名稱：燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煙氣凈化以及溫室氣體減排領域，具體涉及一種燃煤電 廠煙氣中二氧化碳捕集裝置
背景技術：
燃煤電廠二氧化碳氣體排放是我國溫室氣體的最主要排放源，約占我國 二氧化碳氣體排放總量的一半。近年來，隨著火電裝機容量的迅速擴展，燃 煤電廠二氧化碳氣體排放的絕對數量和相對比例還將進一步增加。因此，二 氧化碳氣體的減排將是我國燃煤發電未來可持續發展的瓶頸之一。由于我國 以煤發電為主的能源結構以及今后對燃煤發電的長期投入，從燃煤煙氣中有 效的脫除二氧化碳氣體將刻不容緩。
目前，我國還沒有針對燃煤電廠煙氣中二氧化碳氣體捕集的具體的工藝 技術，還停留在概念設計、理論研究等階段。在化工行業，如天然氣凈化、 合成氨生產以及氬氣制造過程中，二氧化碳的脫除已經部分工業化，在這些
工藝過程中，二氧化碳氣體的分壓相當高，常超過0.5大氣壓，對處理過后 氣體中二氧化碳的濃度也要求很高，例如氬氣制造中二氧化碳含量要求低于 0.1%，合成氨中二氧化碳更要求降到16ppm以下。基于待處理氣體中二氧化 碳濃度不同，脫除的方法也不一樣，主要集中在吸收法、吸附法、冷凝、膜 分離等方法。例如在合成氨生產過程中，處理氣體中二氧化碳含量高達50% 以上，而且二氧化碳去除成本可算入最終產品中，因此與回收燃煤煙氣中的 二氧化碳情形完全不同，后者所回收(捕集)的二氧化碳最主要是從減少溫 室氣體排放量著眼，此外在燃煤發電廠鍋爐排放的煙氣量相當大，所需要的操作費用也相對較大，尤其是再生過程中的能量消耗，因此如何降低二氧化 碳捕集的能量消耗是燃煤電廠關心的最主要問題之一。另外由于電廠承擔著 供應電網電力的任務，調峰調負荷是電廠運行的一個特點，由此帶來的就是 煙氣量的變化，因此二氧化碳捕集的裝置也需要具備相應的負荷調整能力。
燃煤電廠二氧化碳處理過程中還需要考慮氮氧化物(nox)、硫氧化物(sa)、
粉塵等的影響，而這些成分在天然氣及合成氨等二氧化碳捕集工藝中是可以 忽略的，也就是說目前化工領域的二氧化碳捕集工藝至今無法應用于燃煤電 廠煙氣中二氧化碳捕集。由于燃煤電廠鍋爐是溫室氣體二氧化碳主要來源之 一，因此從減少溫室氣體排放的觀點來看，必須針對性地建立適用的二氧化 碳捕集工藝。 發明內容
本實用新型的目的在于提供一種使燃煤鍋爐排放的大量二氧化碳氣體得 到捕集，減少溫室氣體的排放的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置。
為達到上述目的，本實用新型的裝置包括包括與燃煤鍋爐來流煙氣依 次相連的脫硝裝置、除塵裝置、脫硫裝置和旋流器，其特點是，旋流器的出 口通過風機加壓后與吸收塔的底部相連，煙氣自下向上流動，與從吸收塔上 部入塔的能夠吸收二氧化碳的乙醇胺溶液形成逆流接觸，脫除二氧化碳的煙 氣經尾氣排空口排出，吸收了二氧化碳的富液通過富液泵加壓由再生塔上部 進入，在再生塔底部設置有內置式煮沸器，再生塔的頂部出氣口還依次與產 品氣富液換熱器、產品氣冷凝器、氣液分離器和二氧化碳壓縮機相連，分離 后的二氧化碳經二氧化碳壓縮機壓縮后排出，解吸二氧化碳后的貧液由再生 塔底流出。
本實用新型的吸收塔由兩個串聯或并聯的單塔構成；吸收塔頂的頂部還
設置洗滌段，吸收塔還與尾氣洗滌液貯槽相連，脫除二氧化碳后的煙氣由于攜帶部分吸收溶質的蒸汽，由吸收塔頂部的洗滌段水洗，洗滌水存入尾氣洗 滌液貯槽，尾氣洗滌液貯槽的出口還與再生塔的底部相連通，尾氣洗滌液IC 槽的入口通過管路與氣液分離器相連；解吸二氧化碳后的貧液由再生塔底流 出，經貧富液換熱器換熱后，用泵送至貧液冷卻器，然后部分溶液旁路通過 活性炭過濾器過濾溶液中的雜質，冷卻過濾后的吸收溶液(貧液)進入吸收 塔吸收段上部噴淋；吸收塔與再生塔相連接的管路上還依次設置有產品氣富 液換熱器和貧富液換熱器；再生塔貧液出口管路上還設置有溶液貯槽；再生 塔15的底部還連接有再生回收器。
由于本實用新型集成了常規燃煤電廠煙氣凈化裝置、增設的高效旋流器 以及化學吸收系統，使燃煤鍋爐排放的大量二氧化碳氣體得到捕集，減少溫 室氣體的排放；獨特的雙吸收塔布置使捕集系統運行更加靈活，提高了運行 可靠性；吸收溶液回收工藝降低了溶液消耗；貧富液換熱器、產品氣富液換 熱器的布置降低了捕集系統的能量消耗；采用內置式溶液煮沸器，有效降低 蒸汽消耗。
圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
參見圖1，本實用新型的裝置包括與燃煤鍋爐來流煙氣1依次相連的脫 硝裝置2、除塵裝置3、脫硫裝置4和旋流器5，旋流器5的出口通過風機加 壓后與兩個串聯或并聯的吸收塔6、 7的底部相連，煙氣自下向上流動，與從 吸收塔6、 7上部入塔的能夠吸收二氧化碳的吸收溶液形成逆流接觸，脫除二 氧化碳的煙氣經尾氣排空口 9排出，吸收了二氧化碳的富液通過富液泵加壓 由再生塔15上部進入，吸收塔6、 7與再生塔15相連接的管路上還依次設置有產品氣富液換熱器14和貧富液換熱器13，在再生塔15底部設置有煮沸器 16，再生塔15的頂部出氣口還依次與產品氣富液換熱器14、產品氣冷凝器 19、氣流分離器20和二氧化碳壓縮機22相連，分離后的二氧化碳經二氧化 碳壓縮機22壓縮后排出，解吸二氧化碳后的貧液由再生塔15底流出，吸收 塔頂6、 7的頂部還設置洗滌段，吸收塔6、 7還與尾氣洗滌液]T:槽8相連， 脫除二氧化碳后的煙氣由于攜帶部分吸收溶質的蒸汽，由吸收塔頂部的洗滌 段水洗，洗滌水存入尾氣洗滌液貯槽8，尾氣洗滌液ti槽8的出口還與再生 塔15的底部相連通，且在再生塔15的貧液出口管路上還設置有溶液貯槽17， 尾氣洗滌液貯槽8的入口通過管路21與氣液分離器20相連，解吸二氧化碳 后的貧液由再生塔15底流出，經貧富液換熱器13換熱后，用泵送至貧液冷 卻器10，然后部分溶液旁路通過活性炭過濾器12過濾溶液中的雜質，冷卻 過濾后的吸收溶液(貧液)進入吸收塔6、 7吸收段上部噴淋，再生塔15的 底部還連接有再生回收器18。
兩吸收塔串聯運行時，貧液首先經過吸收塔7吸收煙氣中的二氧化碳， 從塔底出來的為半富液，經過半富液冷卻器11冷卻后再進入吸收塔6，進一 步吸收煙氣中的二氧化碳；串聯運行時煙氣的走向是先通過吸收塔6，從塔 頂排放后再進入吸收塔7，最后從吸收塔7塔頂排放到大氣中。
由于燃煤鍋爐煙氣含有會污染化學吸收溶液的成分，如S0X、 N0x及粉塵， 一般來說，S0x含量在300-3000ppm之間，N0x在100-1000ppm之間，固體成分 粉塵顆粒在1000-10000mg/m3之間。不論從常規污染物排放還是從二氧化碳捕 集的角度，都需要在工藝流程上設置脫硝、除塵、脫硫裝置，此外，為了防 止脫硫后的煙氣中帶出部分粉塵與水分，因此在煙氣進入填料吸收塔前增設 高效旋流器。
吸收部分的原理是采用液相溶液選擇性地自煙氣中脫除易溶于吸收液的氣體成分，也就是二氧化碳氣體。鍋爐煙氣先后通過脫硝、除塵、脫硫、旋 流后，由于鍋爐排氣壓力接近常壓，為了克服吸收程序內的壓降，煙氣通過 風機由填料吸收塔下方進料與由上而下的吸收液體在塔中作逆向接觸，操作
溫度控制在45"左右。氣體在處理過后即離開吸收塔，然后進入洗滌段，在 此塔中被氣體攜帶的水分和吸收溶劑會自氣體中移除并送回到吸收塔，離開 吸收塔的氣體則排放到大氣中。吸收了二氧化碳氣體的吸收溶液則進入填料 再生塔，脫除溶液其中的二氧化碳氣體而獲得再生，這樣溶液可以循環反復 使用。再生過程利用電廠低壓蒸汽進行再生，操作方式是離開吸收塔富二氧 化碳吸收溶液經由熱交換器與二氧化碳產品氣及再生后的貧二氧化碳吸收溶 液進行熱交換，由此使富二氧化碳吸收溶液溫度上升，而使二氧化碳產品氣 及貧二氧化碳溶液溫度下降。經加熱的富二氧化碳吸收溶液則進入再生塔中， 在再生塔底由低壓水蒸汽加熱的內置式煮沸器使部分溶液汽化上升，與富二 氧化碳吸收溶液接觸而使二氧化碳氣體進一步釋出。向上流動的蒸汽會因加 熱向下流動的富二氧化碳吸收溶液以及二氧化碳氣體的釋出而冷凝下來。釋 出的二氧化碳氣體和部分溶液蒸汽則進入再生塔的洗滌區，在此區域吸收溶 劑蒸汽被有效移除。離開再生塔的二氧化碳氣體和水蒸汽首先進入產品氣富 液換熱器，利用產品氣的熱量加熱富液，隨后進入冷凝器、氣液分離器，水 蒸汽被冷凝成液態水并分離送回再生塔，而二氧化碳氣體則再排出進入緩沖 罐、壓縮機等，二氧化碳氣體被壓縮至150bar，以備使用管道輸送或者其他 輸運方式運送至二氧化碳處理場所封存，如油田、煤礦、深海或者鹽水層等。 本實用新型的脫除二氧化碳的實質是利用堿性吸收劑溶液與煙氣中的二 氧化碳接觸并發生化學反應，形成不穩定的鹽類，而鹽類在一定的條件下(再 熱或閃蒸等)會逆向分解釋放出二氧化碳而再生，從而達到將二氧化碳從煙 氣中分離脫除。本實用新型的吸收塔是雙塔并置，通過管道配置與切換，兩塔單獨運行， 也可以形成兩塔串聯或者并聯運行。這種配置方式既可以根據需求(如捕集 效率、捕集氣量)變化調整運行方式，更可以實現設備在線檢修，不間斷運 行。
本實用新型通過三種方式回收降解或逸出的吸收溶液間歇啟動溶液再 生回收器，通過加入一定量回收反應媒介，使降解后的溶液中有效成分析出 回收再利用；定期將排氣洗滌系統的洗滌水溶液導入再生塔，回收排氣洗滌 液中的吸收溶質；氣液分離器回收的水再循環至再生塔頂噴淋，回收隨二氧 化碳氣體帶出的吸收溶液蒸汽。
布置貧富液換熱器、產品氣富液換熱器，分別利用貧液和二氧化碳產品 氣的余熱加熱富液，使富液進入再生塔后溶液煮沸器的加熱負荷降低，同時 也降低了貧液冷卻與二氧化碳產品氣冷卻用水的量。兩個換熱器的應用，提 高了系統能量利用率，大幅降低捕集系統能源消耗量，同時降低了公用工程 消耗。
再生塔內采用內置式煮沸器對溶液進行汽化，取消了化工生產中采用的 外置溶液再沸器，使系統設備更加減化，提高運行可靠性，有效降低再生蒸 汽消耗。
本實用新型的技術方案以如下方式實現首先燃燒鍋爐來流煙氣1經脫 硝裝置2、除塵裝置3、脫硫裝置4和旋流器5脫除來流煙氣中的硝、硫、粉 塵和水氣進入吸收塔；煙氣自下向上流動，與從吸收塔6、 7上部入塔的能夠 吸收二氧化碳的吸收溶液形成逆流接觸，脫除二氧化碳的煙氣經尾氣排空口 9排出，吸收了二氧化碳的富液通過富液泵加壓由再生塔15上部進入；再生 塔15底部的煮沸器16使溶液汽化上升，與富液接觸使二氧化碳氣體釋出， 釋出的二氧化碳氣體和部分溶液蒸汽進入再生塔的洗滌區蒸汽被移除，離開再生塔的二氧化碳氣體和水蒸汽首先進入產品氣富液換熱器，利用產品氣的 熱量加熱富液，隨后進入冷凝器、氣液分離器，水蒸汽被冷凝成液態水并分 離送回再生塔，而二氧化碳氣體則再排出進入壓縮機，二氧化碳氣體被壓縮
至150bar使用管道輸送或者其他輸運方式運送至二氧化碳處理場所封存。
其具體過程詳述如下:從燃煤鍋爐引來的煙氣1依次通過脫硝2、除塵3、 脫硫4、旋流器5裝置，通過鼓風機加壓后直接從底部進入吸收塔6 、 7，煙 氣自下向上流動，與從上部入塔的吸收溶液(貧液)形成逆流接觸，使二氧 化碳得到脫除，脫除二氧化碳后的煙氣由于攜帶部分吸收溶質的蒸汽，需要 進入吸收塔頂部的洗滌段通過水洗，洗滌水通過尾氣洗滌液忙槽8進行循環 利用，隨著洗滌水中吸收溶質的不斷富集，需要將一部分洗滌水送去再生塔 15進行再生，由此損失的洗滌水通過氣液分離器分離的冷凝水旁路21來補 充，同時保證了兩套回路的水平衡。從吸收塔頂凈化后的脫碳煙氣從塔頂排 入大氣。根據電廠的負荷變化、脫碳的效率要求以及設備的維修情況，可以 分別啟用吸收塔6或者吸收塔7，或者兩塔同時啟用，此時也有串聯和并聯 兩種運行方式，不同的運行方式通過管道切換實現。吸收了二氧化碳的吸收 液(富液)通過富液泵加壓送至再生塔。為減少富液再生時蒸汽的消耗量， 利用產品氣二氧化碳的余熱和再生后的吸收溶液(貧液)的余熱對富液進行 加熱，即通過產品氣富液換熱器14和貧富液換熱器13加熱富液，同時也達 到冷卻產品氣和再生溶液(貧液)的目的。富液從再生塔15上部進入，通過 汽提解吸部分二氧化碳，隨后溶液在再生塔底部通過內置式煮沸器16吸熱汽 化，使其中的二氧化碳進一步解吸，并產生汽提蒸汽。解吸二氧化碳后的貧 液由再生塔底流出，經貧富液換熱器13換熱后，用泵送至貧液冷卻器10, 然后部分溶液旁路通過活性炭過濾器12過濾溶液中的雜質，冷卻過濾后的吸 收溶液(貧液)進入吸收塔吸收段上部噴淋。溶劑在吸收塔和再生塔間往返循環構成連續吸收和解吸二氧化碳的工藝過程。從再生塔15頂出來的二氧化 碳氣體及水蒸汽混合物通過產品氣富液換熱器14和產品氣冷凝器冷卻冷凝， 經由氣液分離器20氣水分離，冷凝水通過回流補液返回再生塔15頂，分離 出二氧化碳氣體進入后續的壓縮機22，將二氧化碳壓縮至可用于運輸的 150bar壓力23。在吸收溶液長時間運行后，溶液會因為某些降解反應產生不 具備二氧化碳吸收能力的產物，需要對其進行再生回收，因此間歇啟動溶液 再生回收器18，將部分貧液導入該回收器內，通過加入一定量回收反應媒介， 使降解后的溶液中有效成分解析出，解析出的有效成分蒸汽進入再生塔底部， 與溶液煮沸器16產生的蒸汽匯合上升一同參與汽提。另外，系統還配置了溶 液貯槽17，用于系統啟動和暫停運行時貯備吸收溶液。
權利要求1、燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，包括與燃煤鍋爐來流煙氣(1)依次相連的脫硝裝置(2)、除塵裝置(3)、脫硫裝置(4)和旋流器(5)，其特征在于旋流器(5)的出口通過風機加壓后與吸收塔(6、7)的底部相連，煙氣自下向上流動，與從吸收塔(6、7)上部入塔的能夠吸收二氧化碳的乙醇胺溶液形成逆流接觸，脫除二氧化碳的煙氣經尾氣排空口(9)排出，吸收了二氧化碳的富液通過富液泵加壓由再生塔(15)上部進入，在再生塔(15)底部設置有內置式煮沸器(16)，再生塔(15)的頂部出氣口還依次與產品氣富液換熱器(14)、產品氣冷凝器(19)、氣液分離器(20)和二氧化碳壓縮機(22)相連，分離后的二氧化碳經二氧化碳壓縮機(22)壓縮后排出，解吸二氧化碳后的貧液由再生塔(15)底流出。
2、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說的吸收塔由兩個串聯或并聯的單塔構成。
3、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說的吸收塔頂(6、 7)的頂部還設置洗滌段，吸收塔(6、 7)還與尾 氣洗滌液貯槽(8)相連，脫除二氧化碳后的煙氣由于攜帶部分吸收溶質的蒸 汽，由吸收塔頂部的洗滌段水洗，洗滌水存入尾氣洗滌液貯槽(8)，尾氣洗 滌液貯槽(8)的出口還與再生塔(15)的底部相連通，尾氣洗滌液貯槽(8) 的入口通過管路(21)與氣液分離器(20)相連。
4、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說的解吸二氧化碳后的貧液由再生塔(15)底流出，經貧富液換熱器(13)換熱后，用泵送至貧液冷卻器(10)，然后部分溶液旁路通過活性炭過 濾器(12)過濾溶液中的雜質，冷卻過濾后的吸收溶液進入吸收塔(6、 7)吸收段上部噴淋。
5、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說的吸收塔(6、 7)與再生塔(15)相連接的管路上還依次設置有產 品氣富液換熱器(14)和貧富液換熱器(13)。
6、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說再生塔(15)貧液出口管路上還設置有溶液JJt:槽(17)。
7、 根據權利要求1所述的燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，其特征在 于所說的再生塔(15)的底部還連接有再生回收器(18)。
專利摘要燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集裝置，它由煙氣預處理系統、吸收塔、再生塔、排氣洗滌系統、溶液加熱回收器、產品氣處理系統(包括冷凝器、氣液分離器、壓縮機)組成。集成了常規燃煤電廠煙氣凈化裝置、增設的高效旋流器以及化學吸收系統，使燃煤鍋爐排放的大量二氧化碳氣體得到捕集，減少溫室氣體的排放；獨特的雙吸收塔布置使捕集系統運行更加靈活，提高了運行可靠性；吸收溶液回收工藝降低了溶液消耗；貧富液換熱器、產品氣富液換熱器的布置降低了捕集系統的能量消耗；采用內置式溶液煮沸器，有效降低蒸汽消耗。
文檔編號B01D53/18GK201244430SQ200820029249
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者劉練波, 牛紅偉, 許世森, 郜時旺, 陶繼業 申請人:西安熱工研究院有限公司