CN101428189A - 一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放方法，将燃煤烟气用袋式除尘器过滤脱除可吸入颗粒物；将烟气在第一流化床反应器中将二氧化碳与碳酸钾进行反应生成钾碳酸氢钾；将烟气经第一气旋分离器分离成净化后的烟气和碳酸氢钾，将净化后的烟气排出，将碳酸氢钾输入第二流化床反应器反应生成碳酸钾和二氧化碳，将碳酸钾送回第一流化床反应器；将二氧化碳经第二气旋分离器分离成净化气体和其它的分离物，将净化气体排出，将其它的分离物送回第二流化床反应器。本发明还提供了一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置。本发明减少了温室气体排放，降低了装置的运行成本。

Description

一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置和方法

技术领域

本发明涉及一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置和方法，用于对燃煤电站锅炉尾部烟气的除尘、净化处理，属于烟气净化技术领域。

背景技术

大气可吸入颗粒物已成为大气环境污染的突出问题，并且日益引起世界各国的高度重视。煤是中国目前及以后相当长一段时期内电站燃料的主体，煤粉燃烧在提供必需的热源和电力资源的同时，会带来严重的可吸入颗粒物污染。据统计：2005年我国燃煤电站排放的可吸入颗粒物的总量占发电用煤量的1.2—1.5％，约为6.34—7.92万吨。燃煤排放的可吸入颗粒物已成为大气可吸入颗粒物的主要来源。可吸入颗粒物由于其具有较大的比表面积，富集了大量的有毒重金属和有机物，并且能在空气中长时间停留，可引发大气能见度降低、城市空气质量下降、气温降低、植物生长缓慢等一系列环境问题，同时可对人体的呼吸系统、心血管系统、生殖系统和神经系统造成严重的损害，可吸入颗粒物已成为导致人类死亡率上升的主要原因。

大气温室效应已是人类所面临的最主要的环境问题之一。二氧化碳是主要的温室气体，而火电厂是二氧化碳的集中排放源，其二氧化碳排放量约占人类活动引起的二氧化碳总排放量的30％。一个600MW的火电厂每小时排放的二氧化碳量可达500吨。因此，为了减少大气中的二氧化碳含量，首要的是减少电站锅炉尾部烟气向大气排放的二氧化碳量，世界各国特别是发达国家都非常重视二氧化碳控制技术的研究和开发。我国是二氧化碳排放大国，尤其是燃煤电站二氧化碳的排放控制同样已经到了刻不容缓的地步。

鉴于燃煤可吸入颗粒物及二氧化碳的严重危害，找到一种同时脱除燃煤可吸入颗粒物和二氧化碳气体的零排放控制技术已迫在眉睫。

目前国内外袋式除尘器的应用越来越广泛，已经占所用除尘设备的80％，在大气污染的治理方面做出了巨大的贡献，袋式除尘器的除尘效率高，对亚微米级的粉尘也有很高的除尘效率，设备结构简单，投资少，适应性强，管理方便，占地面积小，不会造成二次污染，是一种很有前途的烟气净化方法。然而对高温含尘气体过滤是一个棘手的问题，高温及腐蚀等问题大大减少了滤袋的使用寿命。

至于燃煤二氧化碳排放控制技术主要可以分为三大类，一类是燃烧后控制技术，包括化学方法、物理方法等，物理方法主要包括溶剂吸收法、吸附分离法、薄膜渗透法以及低温蒸馏法等，化学方法主要指化学吸收法，其原理是使二氧化碳气体与化学溶剂发生化学反应而被吸收；一类是燃烧前控制技术，主要是煤气化技术；一类是富氧燃烧技术。一般认为化学吸附法具有更高的二氧化碳脱除效率，然而技术经济性也是选择二氧化碳减排方式的重要因素，大规模减排二氧化碳方式对于技术经济性提出了更高的要求。各种二氧化碳分离回收方法存在的主要问题是：能耗高，会大幅度降低电厂的发电效率；吸收速度慢，脱除二氧化碳的操作成本高；吸收容量小；二氧化碳脱除率低等。

发明内容

本发明的目的是提供一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置和方法，其能实现可吸入颗粒物及二氧化碳的零排放。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置，其特征是，包括袋式除尘器，袋式除尘器的净化气体出口通过连接管连接第一流化床反应器的烟气进口，第一流化床反应器的净化气体出口连接第一气旋分离器的烟气进口，第一气旋分离器的净化气体出口连接第二流化床反应器的烟气进口，第二流化床反应器的钾基吸收剂出口连接第一流化床反应器的钾基吸收剂进口，第二流化床反应器的净化气体出口连接第二气旋分离器的烟气进口，第二气旋分离器的颗粒物进口连接第二流化床反应器的分离物进口。

进一步地，所述的袋式除尘器的滤袋采用芳砜纶耐高温纤维制作。

本发明还提供了一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放方法，其特征是，采用上述装置，具体步骤为：

第一步：将燃煤烟气经袋式除尘器的烟气进口输入袋式除尘器过滤，脱除可吸入颗粒物；

第二步：将第一步得到的烟气输入第一流化床反应器，在第一流化床反应器中烟气中的二氧化碳与钾基吸收剂碳酸钾进行碳酸化反应生成钾基再生剂碳酸氢钾，其化学反应方程式为：

K₂CO₃+CO₂+H₂O→2KHCO₃+heat；

第三步：将第二步得到的烟气输入第一气旋分离器，经第一气旋分离器分离成净化后的烟气和钾基再生剂碳酸氢钾，将净化后的烟气排出，将钾基再生剂碳酸氢钾输入第二流化床反应器，在第二流化床反应器中，钾基再生剂碳酸氢钾反应生成钾基吸收剂碳酸钾和二氧化碳，其化学反应方程式为：

2KHCO₃→K₂CO₃+CO₂+H₂O—heat；

将钾基吸收剂碳酸钾送回第一流化床反应器；

第四步：将第三步得到的二氧化碳输入第二气旋分离器，经第二气旋分离器分离成净化气体和其它的分离物，将净化气体排出，将其它的分离物送回第二流化床反应器。

由于芳砜纶耐高温纤维不仅具有良好的耐温性，而且还具有良好的抗热氧老化的稳定性，并在270℃以内，能保持良好的尺寸稳定性，以及良好的抗酸性能等，尤其适应于耐高温材料。袋式除尘器过滤材料采用芳砜纶耐高温纤维制作，使滤袋不易损坏，延长了滤袋的使用寿命，可以有效地脱除烟气中的可吸入颗粒物。本发明中利用干式钾基吸收剂吸收燃煤烟气中的二氧化碳，用于脱除二氧化碳的钾基吸收剂发生碳酸化反应后，可以进行再生，以达到钾基吸收剂循环使用目的，有效地减少了系统的运行成本；此外用钾基吸收剂脱除烟气中的二氧化碳，效率高，可以实现二氧化碳的零排放。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极成果：

(1)袋式除尘器过滤材料是采用芳砜纶耐高温纤维制作，这种纤维不仅具有良好的耐温性，而且还具有良好的抗热氧老化的稳定性，并在270℃以内，能保持良好的尺寸稳定性，以及良好的抗酸性能等，尤其适应于耐高温材料，使滤袋不易损坏，延长了滤袋的使用寿命；

(2)用于脱除燃煤烟气中二氧化碳的钾基吸收剂可以进行吸收再生反应，钾基吸收剂可以循环使用，极大地减少了系统的运行成本；

(3)利用袋式除尘器进行气固分离和除尘两方面的工作，充分利用了袋式除尘器的结构及除尘特点，同时也为吸收再生剂与烟气中二氧化碳气体提供了必要条件；

(4)本发明的方法使用两级流化床反应器对燃煤烟气二氧化碳进行脱除，脱除效率高，并且能够实现二氧化碳的零排放；

(5)本发明的方法使用气固分离器对钾基吸收剂和再生剂进行气固分离，保证了钾基吸收和再生剂的循环利用；

(6)本发明的方法工艺简单，操作方便，极易推广使用并可对现有装置进行改造。

附图说明

图1为一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明的一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置由袋式除尘器3、第一流化床反应器8、第二流化床反应器16、第一气旋分离器12和第二气旋分离器20组成。

其中袋式除尘器3的净化气体出口4通过连接管5连接第一流化床反应器8的烟气进口6，第一流化床反应器8的净化气体出口9连接第一气旋分离器12的烟气进口10，第一气旋分离器12的净化气体出口13连接第二流化床反应器16的烟气进口14，第二流化床反应器16的钾基吸收剂出口15连接第一流化床反应器8的钾基吸收剂进口7，第二流化床反应器16的净化气体出口18连接第二气旋分离器20的烟气进口19，第二气旋分离器20的颗粒物进口21连接第二流化床反应器16的分离物进口17。所述的袋式除尘器3的滤袋采用芳砜纶耐高温纤维制作，这种纤维不仅具有良好的耐温性，而且还具有良好的抗热氧老化的稳定性，并在270℃以内，能保持良好的尺寸稳定性，以及良好的抗酸性能等，尤其适应于耐高温材料，所述袋式除尘器3下端设有灰斗2，所述第一气旋分离器12和第二气旋分离器20上端分别设有净化气体出口11和净化气体出口22。

使用上述装置脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放方法具体步骤为：

燃煤烟气进入袋式除尘器3，袋式除尘器3的滤袋采用芳砜纶耐高温纤维制作，可以有效地脱除烟气中的可吸入颗粒物。经袋式除尘器3过滤后的烟气由袋式除尘器3的净化气体出口4通过连接管5进入第一流化床反应器8，与第一流化床反应器8中的钾基吸收剂碳酸钾进行充分地混合反应，吸收烟气中的二氧化碳，经过处理后的烟气通过第一流化床反应器8上端的净化气体出口9进入第一气旋分离器12，经第一气旋分离器12分离，净化后的烟气由第一气旋分离器12上端的净化气体出口11排出，其它分离物经第一气旋分离器12的下端净化气体出口13进入第二流化床反应器16，在第一流化床反应器8中生成的钾基再生剂碳酸氢钾在第二流化床反应器16中进行钾基再生剂的再生反应，反应生成的二氧化碳、水蒸汽等物质由第二流化床反应器16上端的净化气体出口18进入第二气旋分离器20并在其中进行分离，分离后的二氧化碳浓缩气由第二气旋分离器20的净化气体出口22排出并收集，其它分离物经第二气旋分离器20的下端分离物出口21进入第二流化床反应器16，在第二流化床反应器16中生成的钾基吸收剂经第二流化床反应器16的钾基吸收剂出口15进入第一流化床反应器8，进行循环利用，以提高钾基吸收和再生剂物料的有效利用效率，极大地节约了系统的运行成本。

本发明的联合脱除过程中，可以根据入口燃煤烟气检测的情况控制钾基吸收和再生剂的用量。

实践证明，本发明方法脱除可吸入颗粒物效率高，尤其是PM2.5级可吸入颗粒物，其脱除效率达到95％以上，对于燃煤烟气的二氧化碳实现了近零排放，运行成本极大降低，环境效益显著。

Claims (3)

1.一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置，其特征是，包括袋式除尘器(3)，袋式除尘器(3)的净化气体出口(4)通过连接管(5)连接第一流化床反应器(8)的烟气进口(6)，第一流化床反应器(8)的净化气体出口(9)连接第一气旋分离器(12)的烟气进口(10)，第一气旋分离器(12)的净化气体出口(13)连接第二流化床反应器(16)的烟气进口(14)，第二流化床反应器(16)的钾基吸收剂出口(15)连接第一流化床反应器(8)的钾基吸收剂进口(7)，第二流化床反应器(16)的净化气体出口(18)连接第二气旋分离器(20)的烟气进口(19)，第二气旋分离器(20)的颗粒物进口(21)连接第二流化床反应器(16)的分离物进口(17)。

2.如权利要求1所述的一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放装置，其特征是，所述的袋式除尘器(3)的滤袋采用芳砜纶耐高温纤维制作。

3.一种前躯体脱除燃煤可吸入颗粒物实现二氧化碳零排放方法，其特征是，采用如权利要求1或2所述的装置，具体步骤为：

第一步：将燃煤烟气经袋式除尘器(3)的烟气进口(1)输入袋式除尘器(3)过滤，脱除可吸入颗粒物；

第二步：将第一步得到的烟气输入第一流化床反应器(8)，在第一流化床反应器(8)中烟气中的二氧化碳与钾基吸收剂碳酸钾进行碳酸化反应生成钾基再生剂碳酸氢钾；

第三步：将第二步得到的烟气输入第一气旋分离器(12)，经第一气旋分离器(12)分离成净化后的烟气和钾基再生剂碳酸氢钾，将净化后的烟气排出，将钾基再生剂碳酸氢钾输入第二流化床反应器(16)，在第二流化床反应器(16)中，钾基再生剂碳酸氢钾反应生成钾基吸收剂碳酸钾和二氧化碳，将钾基吸收剂碳酸钾送回第一流化床反应器(8)；

第四步：将第三步得到的二氧化碳输入第二气旋分离器(20)，经第二气旋分离器(20)分离成净化气体和其它的分离物，将净化气体排出，将其它的分离物送回第二流化床反应器(16)。

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