CN102179126A - 烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟道气二氧化碳捕集系统的烟道气旋流洗涤脱水方法，它包括：对烟道气的循环洗涤水进行旋流脱尘净化，对循环洗涤水中的污泥进行多级旋流浓缩，以脱除烟道气中夹带的粉尘并将粉尘富集起来，洗净的循环洗涤水再通入水洗塔中用于对烟气洗涤；对洗尘后的烟道气进行超低压力降的气-液微旋流分离，以脱除洗尘后的烟道气中夹带的气溶胶微粒——液体微粒和液-固复合微粒，延缓烟道气的杂质对复合胺液的稀释速度，抑制二氧化碳吸收过程中复合胺液的发泡现象。本方法工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，提高了烟道气的纯度，并使洗涤水的跑损量降低了80%左右。本发明还提供了实施该方法所用的装置，所述装置操作简单。

Description

烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法与装置

技术领域

本发明涉及能源环境领域，特别是涉及一种烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法，本发明还涉及一种烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水装置。

背景技术

近年来，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点。美国等国家提出了一种二氧化碳的减排方法——二氧化碳捕集技术，目前这种技术主要是针对电站排放出的二氧化碳进行捕集。

当前全球发电行业所排放的二氧化碳占全球二氧化碳总排放量的40%，预计到2030年时，全球发电量将比现在增加一倍，如不采取有效措施，二氧化碳排放量也将随之增长2/3。而在火力发电占绝对主导地位的中国，由于在发电过程中排放的二氧化碳大部分来自燃煤，因此在火电站中实现二氧化碳的捕集和储存，对于实现温室气体减排更为重要。

目前，正在大力开发的碳捕集技术主要有3种，即燃烧后脱碳、燃烧前脱碳和富氧燃烧技术。其中燃烧前捕捉技术只能用于新建发电厂，而另两种技术则可同时应用于新建和既有发电厂。

燃烧后脱碳是从烟气中分离二氧化碳。二氧化碳的收集法主要有化学溶剂吸收法、吸附法和膜分离等方法。当前最好的收集法为化学溶剂胺吸收法。胺与二氧化碳发生化学反应后形成一种盐类化合物。然后对溶剂加温，化合物分解，分离出溶剂和高纯度的二氧化碳。由于燃烧产生的烟气中含有很多杂质，而存在的杂质会增加捕集的成本，因此烟气进行吸收处理前要进行预处理(水洗冷却、除水、静电除尘、脱硫与脱硝等)，去除其中的活性杂质(硫、氮氧化物和颗粒物等)，否则这些杂质会优先与溶剂发生化学反应，消耗大量的溶剂并腐蚀设备。

烟道气夹带水等气溶胶微粒，一方面将逐步稀释吸收塔中胺液的浓度，增大了胺液的消耗量，并使富含二氧化碳的胺液外排，造成高浓度难降解有机污染物的外排；另一方面，这些气溶胶微粒容易诱发胺液在吸收塔中发泡，引起胺液的跑损，使吸收塔顶外排气体夹带胺液，又进一步引起胺液消耗量的增加，并造成大气污染。为了控制烟道气夹带的粉尘量和液滴量，可以采用旋风分离方法和装置，但是现有的旋风分离技术的压力降为500Pa ~600Pa，甚至高达1000Pa以上，不能够再增设于水洗塔之后、烟道气吸收塔前的系统中，这样会造成烟道气压力不够，需要增设烟道气的增压系统，很不经济。

进入水洗塔的烟道气和循环洗涤水，如果固体含量高于100mg/kg，就会使水洗塔堵塞，造成连续运转周期短，并频繁反冲洗。现有的方法是，烟道气在进入水洗塔之前，采用旋风分离器去除烟道气中的粉尘，循环洗涤水的固体储存在水洗槽中。但是，火力发电厂的烟道气流量大，如某火力发电装置，烟道气的流量为630000Nm3/h，选择高精度的旋风分离器才能够将平均粒径约为4微米烟道气中的气溶胶微粒捕集出来，旋风分离器的外廓尺寸庞大，造价高；而且烟道气的总压才2000Pa，选用现有的旋风分离器就需要消耗600Pa~1000Pa，给后续工序造成供压紧张。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足而提出的一种烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法以及应用这种方法的装置。本发明的方法及装置采用超低压力降的旋转流分离器来高效脱除气溶胶微粒，使烟道气得到净化。在水洗塔的循环洗涤水出口和超低压力降的旋转流分离器的循环洗涤水出口处设置液-固微旋流分离器组，可有效减低洗涤水中固体微粒的浓度，这样浓缩后的洗涤水便可进入水洗系统循环利用，采用本方案可以提高烟道气的纯度，并使洗涤水的跑损量降低了80%左右。

本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法，所述方法为：

（1）在水洗塔内对烟道气用洗涤水洗涤，以脱除烟道气中夹带的粉尘；

（2）对对洗尘后的烟道气进行超低压力降的气-液旋转流分离，以脱除烟道气中夹带的气溶胶微粒——水微粒、尘微粒和液-固复合微粒，得到含水含尘很低的洗尘脱水后的烟道气；

（3）对循环洗涤水进行液-固微旋流分离处理，以脱除循环洗涤水中夹带的固体微粒，并浓缩富集循环洗涤水中的固体微粒。

所述经过处理的循环洗涤水继续输送到水洗塔内循环利用。

经所述步骤(3)的液-固微旋流分离处理的循环洗涤水，是全部循环洗涤水，或者是部分循环洗涤水。

经所述气-液旋转流分离处理后，洗尘脱水后的烟道气中气溶胶微粒的浓度小于50mg/m3。烟道气的额定压力降为20mmH2O，最大压力降不大于30mmH2O，保证在不增压的条件下烟道气的余压满足后续装置的需要。

经所述液-固微旋流分离，单级旋流分离的额定压力降0.1MPa，2微米及其以上微粒的分离精度达到90%。

一种应用于烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法的装置，包括位于装置最前端的水洗塔，与水洗塔的烟道气出口相连的超低压力降的旋转流分离器，与水洗塔的洗涤水出口和超低压力降的旋转流分离器的洗涤水出口相连的液-固微旋流分离器组，与液-固微旋流分离器组的净化水出口相连的水洗槽，连接水洗槽及水洗塔的水洗循环水泵。

所述液-固微旋流分离器组由两级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成。

所述超低压力降的旋转流分离器通过串联多级布置。

由于采用了如上技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下特点：采用超低压力降的旋转流分离器来高效脱除气溶胶微粒，使烟道气得到净化。在水洗塔的循环洗涤水出口和超低压力降的旋转流分离器的循环洗涤水出口处设置液-固微旋流分离器组，可有效减低洗涤水中固体微粒的浓度，这样浓缩后的洗涤水便可进入水洗系统循环利用，采用本方案可以提高烟道气的纯度，并使洗涤水的跑损量降低了80%左右。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，位于装置最前端的水洗塔1，使用经过液-固微旋流分离器净化后的循环洗涤水脱除烟道气中夹带的粉尘。

与水洗塔1的烟道气出口相连的超低压力降的旋转流分离器2，用于脱除洗尘后的烟道气中夹带的气溶胶微粒，并回收这些气溶胶微粒。

与水洗塔1的洗涤水出口和超低压力降的旋转流分离器2的洗涤水出口相连的液-固微旋流分离器组3，用于对洗涤水中夹带的固体微粒进行旋转流分离与固体微粒的浓缩。

与液-固微旋流分离器组3的净化水出口相连的水洗槽4，用于收集和贮存洗涤水，并供水洗塔循环利用。

与水洗槽4及水洗塔1相连的水洗循环水泵5，用于向水洗塔1输送从水洗槽4抽出的洗涤水。

图1所示液-固微旋流分离器组3由第一级液-固微旋流分离器3-1，第二级液-固微旋流分离器3-2，第三级液-固微旋流分离器3-3三级液-固微旋流分离器串联而成。

烟道气先流经水洗塔1，对洗尘后的烟道气用超低压力降的旋转流分离器2进行超低压力降的气-液微旋流分离，以脱除洗尘后的烟道气中夹带的气溶胶微粒——液体微粒和液-固复合微粒，延缓烟道气的杂质对复合胺液的稀释速度，抑制二氧化碳吸收过程中复合胺液的发泡现象。对烟道气的循环洗涤水以及超低压力降的旋转流分离器2中排出的循环洗涤水用液-固微旋流分离器组3进行旋流脱尘净化，对循环洗涤水中的污泥进行多级旋流浓缩，以脱除循环洗涤水中夹带的粉尘并将粉尘富集起来，经浓缩的浓尘浆排出，经净化处理的循环洗涤水收集、贮存于水洗槽4中，用水洗循环水泵5将水洗槽4中的水输送到水洗塔1中，用于洗涤烟道气。

本方案选用华东理工大学独立自主研制的HL/G型超低压力降的旋转流分离器来脱除烟道气中夹带的气溶胶微粒，并采用HL/S型液-固微旋流分离器组来浓缩循环洗涤水。下表为HL/G型超低压力降的旋转流分离器进口物料的物性参数：

项目	名称	参数	备注
				1	处理气量	633220Nm3/h
2	操作温度	50℃
				3	操作压力	2kpa
4	N2含量	82.9%
				5	CO2含量	12.5%
6	O2含量	4.6%
				7	SO2含量	＜400mg/m3
8	NOX含量	721mg/m3
				9	水汽含量	饱和

HL/G型超低压力降的旋转流分离器在额定流量下，进口气溶胶微粒的浓度不大于1500 mg/Nm3时，气相出口气溶胶微粒的浓度不大于50 mg/Nm3，并且在标准状态下设备操作压力降不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高。HL/S型液-固微旋流分离器在额定流量下，进口固体微粒含量≤500mg/L～5000mg/L时，出口固体微粒含量≤100mg/L(按照GB260标准)，进液口和出液口压力降<0.1MPa，三级微旋流浓缩器的出口固体微粒含量≤50mg/L。

该套烟道气二氧化碳捕集系统烟道气预处理装置，用于100万吨/年烟道气回收二氧化碳的工艺流程中，操作方便，易于控制，能够满足工业生产和环境协调要求，提高了烟道气的纯度，并使洗涤水的跑损量降低了80%左右，为装置连续稳定运行和复合胺液消耗量降低60%均打下了坚实的基础。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法，其特征在于，所述方法为：

（1）在水洗塔内对烟道气用洗涤水洗涤，以脱除烟道气中夹带的粉尘；

（2）对洗尘后的烟道气进行超低压力降的气-液旋转流分离，以脱除烟道气中夹带的气溶胶微粒——水微粒、尘微粒和液-固复合微粒，得到含水含尘很低的烟道气；

（3）对循环洗涤水进行液-固微旋流分离处理，以脱除循环洗涤水中夹带的固体微粒，并浓缩富集循环洗涤水中的固体微粒。

2.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法，其特征在于，所述经过处理的循环洗涤水继续输送到水洗塔内循环利用。

3.如权利要求1所述的烟道气二氧化碳捕集系统烟道气旋流洗尘脱水方法，其特征在于，经所述步骤(3)的液-固微旋流分离处理的循环洗涤水，是全部循环洗涤水，或者是部分循环洗涤水。

4.一种应用于权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括位于装置最前端的水洗塔，与水洗塔的烟道气出口相连的超低压力降的旋转流分离器，与水洗塔的洗涤水出口和超低压力降的旋转流分离器的洗涤水出口相连的液-固微旋流分离器组，与液-固微旋流分离器组的净化水出口相连的水洗槽，连接水洗槽及水洗塔的水洗循环水泵。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述液-固微旋流分离器组由两级或两级以上液-固微旋流分离器串联而成。

6. 如权利要求4所述装置，其特征在于，所述超低压力降的旋转流分离器通过串联多级布置。

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