燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法

燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法
【專利摘要】本發明提供燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法，具有：換熱器（A），其用于將從燃燒裝置排出的氣體所保有的熱量回收到熱介質；吸收塔，其用于使所述排出氣體與吸收液接觸來使吸收液吸收該排出氣體中的CO2，從而得到除去了CO2的氣體；換熱器（B），其用于將熱介質所回收的熱量施加到吸收了CO2的吸收液；再生塔，其用于從吸收了CO2的吸收液釋出CO2而使吸收液再生；閃蒸罐，其用于將再生的吸收液閃蒸；換熱器（E），其用于使熱量從再生的吸收液向吸收了CO2的吸收液移動，并能夠將吸收了CO2的吸收液從吸收塔經由換熱器（E）及換熱器（B）以該順序供給到再生塔，并且能夠將再生的吸收液從再生塔經由閃蒸罐及換熱器（E）以該順序供給到吸收塔。
【專利說明】燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于吸收分離化石燃料等的燃燒排出氣體中的二氧化碳(CO2)的燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法。更詳細來說，本發明涉及工廠設計上的自由度高且熱效率及CO2除去能力高的燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法。
【背景技術】
[0002]在火力發電設備或鍋爐設備中，由于燃燒大量的煤炭及重油等的燃料，大量地生成二氧化碳。近年來，從大氣污染及地球變暖的角度出發，在世界范圍內研究二氧化碳(CO2)的排出抑制。作為CO2的分離回收技術之一，公知利用胺化合物等的吸收液吸收CO2的方法，即化學吸收法。在該化學吸收法中，需要大量的熱能。化學吸收法減少了通過燃燒產生的熱能中的本來用于發電等的能量，使發電效率降低。在使用了化學吸收法的裝置中，從經濟性的觀點出發，有效地利用該熱能并抑制發電效率的降低是重要的。
[0003]作為提高熱效率的方法，例如，專利文獻I公開了一種燃燒排出氣體凈化方法:在CO2吸收塔內使燃燒排出氣體與由醇胺水溶液構成的吸收液接觸而使吸收液吸收所述燃燒排出氣體中的CO2，在換熱器中對吸收了該CO2的吸收液施加燃燒排出氣體的具有的熱量及該燃燒氣體中的液體蒸氣的冷凝熱，在再生塔內對吸收了所述CO2的吸收液進行加熱并釋出CO2而使吸收液再生，然后，使再生的吸收液向CO2吸收塔循環。
[0004]另外，專利文獻I的現有技術欄及圖7公開了一種燃燒排出氣體凈化裝置:在由鍋爐、電集塵器、送風機、脫硫裝置、CO2吸收塔、CO2釋出再生塔等構成的裝置中，在送風機和脫硫裝置之間的配管以及吸收塔和煙?之間的配管之間設置有氣體/氣體加熱器。
[0005]而且，專利文獻2公開了一種排煙處理裝置:從排出氣體流路的上游側開始按順序配置有對于鍋爐的排出氣體中所含有的煙塵和硫氧化物進行處理的集塵器和脫硫裝置，其特征在于，在集塵器和脫硫裝置之間的排出氣體流路中設置有熱回收器，并且設置用于向鍋爐供水的供水管路，在該供水管路上設置有供水加熱器，并設置有連接所述熱回收器和所述供水加熱器的熱介質循環用連接配管。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開平7-241440號公報
[0009]專利文獻2:日本特開2001-239129號公報

【發明內容】

[0010]發明要解決的課題
[0011]專利文獻I記載的裝置具有高的熱效率和高的除去能力，但需要在從CO2吸收塔向再生塔移送吸收液的管的中間設置多個換熱器，因此對各裝置的配置產生制約。必須選擇對于燃燒排出氣體和吸收液雙方都具有抗性的材料用于換熱器。由此，工廠設計上的自由度低。另外，從發電效率提高的觀點出發，要求熱效率的進一步改善。[0012]本發明的課題是提供一種工廠設計上的自由度高且熱效率及除去能力高的燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法。另外，本發明的課題是提供一種燃燒排出氣體處理系統及燃燒排出氣體處理方法，能夠防止向再生塔供給的CO2吸收液的溫度降低，并減少從渦輪系統抽氣的水蒸氣的消耗量，抑制發電效率的降低。
[0013]用于解決課題的技術手段
[0014]發明人為解決上述課題，嘗試進行了專利文獻I的圖7所示的系統的改良。圖4是表示該改良系統的圖。在圖4所示的系統中，在再生塔的下部附加設置了閃蒸罐和蒸氣再壓縮設備。積存在再生塔40底部的儲液部中的CO2吸收液被供給到閃蒸罐91，并利用再生塔40為0.lMPa(g)左右的加壓條件，通過壓力調整閥67減壓，在閃蒸罐91中減壓蒸發，由此能夠產生飽和蒸氣。壓縮機92發揮在閃蒸罐91中減壓蒸發的蒸氣的再壓縮以及向再生塔40輸送蒸氣的作用。閃蒸罐91的液相側經由閃蒸罐出口配管96通過泵93被升壓，在通過換熱器34及冷卻器31被降溫之后，被供給到CO2吸收塔20。由于能夠通過閃蒸罐和蒸氣再壓縮設備向再生塔輸送吸收液蒸氣，所以能夠實現向再沸器60供給的水蒸氣62的減少。閃蒸罐91的壓力在壓力計68及壓力調整閥67的控制下接近常壓(OMPa (g))關系到最大限度地利用熱量。然而，以該條件操作時，閃蒸罐91中的CO2吸收液的溫度降低到例如100?105°C左右。因來自于閃蒸罐的吸收液的溫度降低，僅以通常尺寸的換熱器34中的熱交換，不能使再生塔40入口的C02吸收液的溫度保持在規定溫度(例如95?105°C )。流入再生塔的吸收液溫度的降低使向再生塔40供給的熱量降低，其結果，必須增加水蒸氣62向再沸器60的流量。為使流入再生塔的吸收液保持在規定溫度，需要擴大換熱器34的傳熱面積，經濟上成為大的負擔。
[0015]因此，發明人進行了進一步研究，完成以下發明。
[0016]〔I〕一種燃燒排出氣體處理系統，具有:
[0017]燃燒裝置；
[0018]換熱器(A)，其用于將從燃燒裝置排出的氣體所具有的熱量回收到熱介質；
[0019]吸收塔，其用于使所述排出氣體與吸收液接觸來使吸收液吸收該排出氣體中的CO2，從而得到除去了 CO2的氣體；
[0020]再生塔，其用于從所述吸收了 CO2的吸收液釋出CO2而使吸收液再生；以及
[0021]再沸器，其用于向再生塔供給熱量而使吸收液蒸發；
[0022]閃蒸罐，其用于將所述再生的吸收液閃蒸；
[0023]換熱器(E)，其用于使熱量從所述再生了的吸收液向所述吸收了 CO2的吸收液移動，并且
[0024]所述燃燒排出氣體處理系統能夠將所述吸收了 CO2的吸收液從吸收塔經由換熱器(E)供給到再生塔，并且能夠將所述再生的吸收液從再生塔經由閃蒸罐及換熱器(E)以該順序供給到吸收塔，
[0025]所述燃燒排出氣體處理系統還具有:
[0026]換熱器(B)，其被設置在換熱器(E)和再生塔之間，用于將所述熱介質所回收的熱量施加到所述吸收了 CO2的吸收液；和/或
[0027]換熱器(C)，其被設置在閃蒸罐和換熱器(E)之間，用于將所述熱介質所回收的熱量施加到所述再生了的吸收液。[0028]〔2〕如〔I〕所述的燃燒排出氣體處理系統，其還具有:換熱器(D)，其用于將所述熱介質所回收的熱量施加到被除去了 CO2的氣體。
[0029]〔3〕如〔I〕或〔2〕所述的燃燒排出氣體處理系統，其還具有:蒸氣再壓縮設備，其用于壓縮從閃蒸罐上部排出的蒸氣并向再生塔供給。
[0030]〔4〕如〔I〕?〔3〕中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，其還具有:濕式排煙脫硫裝置，其被設置在換熱器(A)和吸收塔之間，用于除去所述排出氣體中的硫氧化物。
[0031]〔5〕如〔I〕?〔4〕中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，其還具有:脫硝裝置，其被設置在燃燒裝置和換熱器(A)之間，用于除去所述排出氣體中的氮氧化物。
[0032]〔6〕如〔I〕?〔5〕中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，吸收液是將胺化合物作為主成分的吸收液。
[0033]〔7〕一種燃燒排出氣體處理方法，具有:
[0034]在換熱器(A)中將燃燒排出氣體所具有的熱量回收到熱介質的工序；
[0035]使所述燃燒排出氣體與吸收液接觸并通過吸收液吸收所述燃燒排出氣體中的CO2而得到除去了 CO2的氣體的工序；
[0036]從吸收了 CO2的吸收液釋出CO2而使吸收液再生的工序；
[0037]使再生的吸收液閃蒸的工序；
[0038]在閃蒸的吸收液和吸收了 CO2的吸收液之間通過換熱器(E)進行熱交換的工序，
[0039]所述燃燒排出氣體處理方法還具有:
[0040]在所述換熱器(E)中進行了熱交換之后，將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(B)施加到吸收了 CO2的吸收液的工序；和/或
[0041]在通過所述的換熱器(E)進行熱交換之前，將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(C)施加到所述閃蒸了的吸收液的工序。
[0042]〔8〕如〔7〕所述的燃燒排出氣體處理方法，其還具有:將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(D)施加到除去了 CO2的氣體的工序。
[0043]發明的效果
[0044]本發明的燃燒排出氣體處理系統或燃燒排出氣體處理方法，在工廠設計上的自由度高，熱效率及CO2除去能力高。另外，根據本發明，將在氣體冷卻器4中從排出氣體中回收的顯熱借助熱介質通過設置在再生塔40的入口或出口的CO2吸收液的配管上的加熱器38a或38b來加熱CO2吸收液，使向再生塔40供給的熱量增加，由此能夠抑制從渦輪系統的抽氣即水蒸氣62的消耗量，并能夠實現發電效率減少的抑制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是表示本發明的實施方式I的燃燒排出氣體處理系統的圖。
[0046]圖2是表示本發明的實施方式2的燃燒排出氣體處理系統的圖。
[0047]圖3是表示本發明的實施方式3的燃燒排出氣體處理系統的圖。
[0048]圖4是表示發明人最初研究的燃燒排出氣體處理系統的圖。
【具體實施方式】
[0049]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。此外，本發明不限于以下實施方式，在不違反本發明的課題或主旨的范圍內能夠進行變更、追加或省略。
[0050](實施方式I)
[0051]圖1是表示本發明的實施方式I的燃燒排出氣體處理系統的圖。該燃燒排出氣體處理系統例如成為工廠的一部分。該燃燒排出氣體處理系統由鍋爐(燃燒裝置)1、脫硝裝置2、空氣加熱器3、氣體冷卻器(換熱器(A))4、電集塵裝置5、濕式脫硫裝置6、預洗滌裝置
10、CO2吸收塔20、再生塔40、再沸器60、閃蒸罐91等構成。
[0052]從鍋爐I排出的、煤炭等的化石燃料的燃燒排出氣體在脫硝裝置2中被除去氮氧化物，然后，在空氣加熱器3中與空氣進行熱交換，被冷卻到例如130?220°C。在空氣加熱器3中被加熱的空氣被供給到鍋爐I。通過了空氣加熱器3的排出氣體在氣體冷卻器4中被冷卻到例如85?100°C左右。在該冷卻中，排出氣體具有的熱量被回收到熱介質。排出氣體中的硫氧化物(SO3)被吸收到煙塵中。利用電集塵器5將排出氣體中的煙塵與SO3 —起除去。接著，利用引風機升壓，在濕式脫硫裝置6中除去硫氧化物(S02)。在濕式脫硫裝置6出口氣體中通常殘留有幾十ppm左右的SO2。該殘留SO2會使CO2吸收塔20內的CO2吸收液劣化。為防止該情況，優選在吸收塔20的前段設置預洗滌裝置10，極力地減少殘留SO2 (例如IOppm以下)。
[0053]CO2吸收塔20由填充層21、吸收液噴射部22、水洗部24、水洗噴射部25、除霧器
26、水洗水積存部27、冷卻器28、水洗泵29等構成。排出氣體中所含有的CO2在填充層21中與從CO2吸收塔20上部的CO2吸收液噴射部被供給的CO2吸收液氣液接觸，被CO2吸收液吸收。在CO2吸收時，產生熱量。通過該熱量使被除去了 CO2的氣體(脫CO2氣體)的溫度上升。在水洗部24中，進行被除去了 CO2的氣體的冷卻及伴隨該氣體產生的霧的除去。另外，被冷卻器28冷卻的水洗水通過水洗泵29被循環使用。在水洗部24上部設置有除霧器26，由此,除去水洗部中未被完全除去的霧并作為處理氣體(脫CO2氣體)37排出。作為吸收液優選使用以胺化合物為主成分的吸收液。
[0054]吸收了 CO2的吸收液從吸收塔20下部的儲液部通過吸收塔排出泵33被排出，通過換熱器34被升溫至例如95?105°C。在圖1所示的本發明的實施方式中，在通向再生塔40的CO2吸收液供給配管35上設置有加熱器(換熱器(B))38a。加熱器38a的熱源是通過氣體冷卻器4回收熱量的熱介質。通過加熱器38a能夠將被流入再生塔的吸收液的溫度加熱到規定值(例如95?105°C)。由此，能夠抑制從渦輪系統的抽氣即水蒸氣62的消耗量，使發電效率減少的抑制成為可能。
[0055]在再生塔40內，從噴射部42噴射的富含CO2的吸收液被供給到填充層41。另一方面，在再生塔40底部設置有再沸器60，通過蒸氣供給配管65被供給熱量而使吸收液蒸發。在填充層41中，富含CO2的吸收液與從底部上升來的吸收液蒸氣進行氣液接觸，由此，CO2從吸收液被脫氣。在被脫氣的CO2氣體中伴有吸收液霧，從而在水洗部43中除去該霧。在水洗部43上部設置有除霧器45，除去在水洗部中未被完全除去的霧。作為CO2氣體46從再生塔40上部被排出。該CO2氣體通過冷卻器47被冷卻到約40°C，在CO2分離器48中分離成氣體和冷凝水，CO2氣體被導入CO2液化設備(省略圖示)，冷凝的水通過排泄泵50向水洗噴射部回流。
[0056]另一方面，將被脫去了 CO2的CO2吸收液存儲到再生塔儲液部51。然后，通過再沸器液供給配管52向再沸器60送液。在再沸器60內部設置有傳熱管等，CO2吸收液被通過蒸氣供給配管供給的水蒸氣62間接加熱，由此，在再沸器60內部產生吸收液蒸氣，該蒸氣通過蒸氣供給配管65被供給到再生塔40。在再沸器60中使用了的水蒸氣62在傳熱管中成為排泄水并被回收。
[0057]在實施方式I中，設置有由壓縮機92和配管97等構成的蒸氣再壓縮設備及閃蒸罐91。積存在再生塔40底部的儲液部中的CO2吸收液被供給到閃蒸罐91。利用再生塔40為0.1MPa (g)左右的加壓條件，通過壓力調整閥67減壓，在閃蒸罐91中減壓蒸發，由此產生飽和蒸氣。壓縮機92發揮將在閃蒸罐91中進行了減壓蒸發的蒸氣再壓縮以及向再生塔40輸送蒸氣的作用。閃蒸罐91的液相側經由閃蒸罐出口配管96通過泵93被升壓，并通過換熱器34及冷卻器31被降溫后，被供給到CO2吸收塔20。
[0058]在實施方式I中，通過閃蒸罐91中的吸收液的閃蒸及利用加熱器(換熱器(B))38a的吸收液的加熱，能夠減少向再沸器60供給的水蒸氣62的消耗量，能夠抑制發電效率的降低。
[0059](實施方式2)
[0060]圖2是表示本發明的實施方式2的燃燒排出氣體處理系統的圖。
[0061]在圖2所示的系統中，將加熱器(換熱器(C))38b設置在閃蒸罐91的出口配管96上。加熱器38b的熱源是在氣體冷卻器4中回收了熱量的熱介質。在加熱器38b中對再生的CO2吸收液進行加熱，利用換熱器34中的熱交換達到能夠對流入再生塔的吸收液進行加熱的溫度(例如130°C以上)。而且，在換熱器34中能夠容易地使流入再生塔的吸收液達到規定溫度(例如95?105°C)。其結果，能夠抑制從渦輪系統的抽氣即水蒸氣62的消耗量，并能夠實現發電效率減少的抑制。
[0062](實施方式3)
[0063]圖3是表示本發明的實施方式3的燃燒排出氣體處理系統的圖。
[0064]在圖3所示的系統中，設置了 CO2吸收塔20的氣體再加熱器(換熱器(D)) 8。另夕卜，與圖1所示的系統同樣地設置有加熱器(換熱器(B))38a。加熱器38a及氣體再加熱器8的熱源是在氣體冷卻器4中回收了熱量的熱介質。通過加熱器38a將吸收了 CO2的吸收液加熱到規定溫度(例如95?105°C )。由此，能夠抑制從渦輪系統的抽氣即水蒸氣62的消耗量，并能夠實現發電效率減少的抑制。另外，通過設置在吸收塔20的塔頂的氣體再加熱器8，能夠借助熱介質將由氣體冷卻器4回收的顯熱用于被除去了 CO2的氣體37的再加熱。
[0065]附圖標記的說明:
[0066]I鍋爐；2脫硝裝置；3空氣加熱器；4氣體冷卻器(換熱器(A));5干式電集塵裝置；6濕式脫硫裝置；7脫硫出口排出氣體；8氣體再加熱器(換熱器(D));10預洗滌裝置；11吸收劑；12儲液部；14循環泵；15冷卻器；16噴射部；17冷卻水；18預洗滌裝置出口氣體；20吸收塔；21填充層；22吸收液噴射部；23脫CO2氣體；24水洗部；25水洗噴射部；26除霧器；27吸收塔水洗水積存部；28冷卻器；29水洗泵；30冷卻水；31冷卻器；32鍋爐水；33吸收塔排出泵；34換熱器(E) ；35再生塔液供給配管；36水洗水排出配管；37處理氣體；38a胺加熱器(換熱器(B));38b胺加熱器(換熱器(C));40再生塔；41填充層；42噴射部；43水洗部；44水洗噴射部；45除霧器；460)2氣體；47冷卻器；48C02分離器；49排泄管；50排泄泵；51再生塔儲液部；52再沸器液供給配管；60再沸器；61水蒸氣供給配管；62水蒸氣；63再沸器儲液部；64再沸器液排出配管；65蒸氣供給配管；66再生塔液排出配管；67壓力調整 閥；68壓力計；91閃蒸罐；92壓縮機；93泵；96C02吸收液供給配管；97蒸氣配管。
【權利要求】
1.一種燃燒排出氣體處理系統，其具有: 燃燒裝置； 換熱器(A)，其用于將從燃燒裝置排出的氣體所保有的熱量回收到熱介質； 吸收塔，其用于使所述排出氣體與吸收液接觸來使吸收液吸收該排出氣體中的CO2，從而得到除去了 CO2的氣體； 再生塔，其用于從所述吸收了 CO2的吸收液釋出CO2而使吸收液再生；以及 再沸器，其用于向再生塔供給熱量而使吸收液蒸發； 閃蒸罐，其用于將所述再生的吸收液閃蒸； 換熱器(E)，其用于使熱量從所述再生了的吸收液向所述吸收了 CO2的吸收液移動，并且 所述燃燒排出氣體處理系統能夠將所述吸收了 CO2的吸收液從吸收塔經由換熱器(E)供給到再生塔，并且能夠將所述再生的吸收液從再生塔經由閃蒸罐及換熱器(E)以該順序供給到吸收塔， 其特征在于，所述燃燒排出氣體處理系統還具有: 換熱器(B)，其被設置在換熱器(E)和再生塔之間，用于將所述熱介質所回收的熱量施加到所述吸收了 CO2的吸收液；和/或 換熱器(C)，其被設置在閃蒸罐和換熱器(E)之間，用于將所述熱介質所回收的熱量施加到所述再生了的吸收液。
2.如權利要求1所述的燃燒排出氣體處理系統，其特征在于，還具有:換熱器(D)，其用于將所述熱介質所回收的熱量施加到被除去了 CO2的氣體。
3.如權利要求1或2所述的燃燒排出氣體處理系統，其特征在于，還具有:蒸氣再壓縮設備，其用于壓縮從閃蒸罐上部排出的蒸氣并向再生塔供給。
4.如權利要求1~3中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，其特征在于，還具有:濕式排煙脫硫裝置，其被設置在換熱器(A)和吸收塔之間，用于除去所述排出氣體中的硫氧化物。
5.如權利要求1~4中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，其特征在于，還具有:脫硝裝置，其被設置在燃燒裝置和換熱器(A)之間，用于除去所述排出氣體中的氮氧化物。
6.如權利要求1~5中任一項所述的燃燒排出氣體處理系統，其特征在于，吸收液是將胺化合物作為主成分的吸收液。
7.一種燃燒排出氣體處理方法，具有: 在換熱器(A)中將燃燒排出氣體所保有的熱量回收到熱介質的工序； 使所述燃燒排出氣體與吸收液接觸并使吸收液吸收所述燃燒排出氣體中的CO2而得到除去了 CO2的氣體的工序； 從吸收了 CO2的吸收液釋出CO2而使吸收液再生的工序； 使再生的吸收液閃蒸的工序； 在閃蒸的吸收液和吸收了 CO2的吸收液之間通過換熱器(E)進行熱交換的工序， 其特征在于，所述燃燒排出氣體處理方法還具有: 在所述換熱器(E)中進行了熱交換之后，將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(B)施加到吸收了 CO2的吸收液的工序；和/或在通過所述的換熱器(E)進行熱交換之前，將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(C)施加到所述閃蒸了的吸收液的工序。
8.如權利要求7所述的燃燒排出氣體處理方法，其特征在于，還具有:將所述熱介質所回收的熱量通過換熱器(D )施加到除去了 CO2的氣體的工序。
【文檔編號】B01D53/14GK103561848SQ201280025745
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年6月19日 優先權日:2011年6月20日
【發明者】島村潤, 勝部利夫, 橫山公一, 木寺義寬, 三島信義, 折田久幸 申請人:巴布考克日立株式會社, 株式會社日立制作所