CN103785289A - 处理富含二氧化碳的烟道气的方法和烟道气处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种处理富含二氧化碳的烟道气的方法。一种用于处理富含二氧化碳的烟道气的烟道气处理系统。包含锅炉(2)的锅炉系统(1)和烟道气处理系统，所述锅炉系统用于燃烧燃料和产生富含二氧化碳的烟道气。所述烟道气处理系统包含气体清洁系统(4)；氮氧化物还原单元(8)，其用于降低烟道气的氮氧化物含量的至少一部分；和压缩和冷却装置(16)，其用于加压和冷却通过气体清洁系统(4)和氮氧化物还原单元(8)处理的烟道气的至少一部分。

Description

处理富含二氧化碳的烟道气的方法和烟道气处理系统
技术领域
本申请涉及一种处理富含二氧化碳的烟道气的方法，所述富含二氧化碳的烟道气还包含污染物、氧气、水蒸气、一种或多种氮氧化物和任选的易燃物。
本申请还涉及一种用于处理富含二氧化碳的烟道气的烟道气处理系统和包含所述烟道气处理系统的锅炉系统。
背景技术
在燃烧设备(例如发电厂)中，在燃料(例如煤、油、泥煤、废料等)的燃烧中，产生热的过程气体，除了其它组分以外，这样的过程气体通常还含有二氧化碳CO2、氧气O2和氮氧化物NOx。随着环境要求的提高，已开发用于从过程气体中除去二氧化碳和处理被除去的二氧化碳的各种过程，以降低二氧化碳向大气的排放。目的为从富含二氧化碳的烟道气中回收具有高纯度的二氧化碳的一种这样的过程涉及烟道气的压缩、烟道气的干燥、存在于烟道气中的二氧化碳的液化和随后二氧化碳的气化和压缩。用于实施这样的过程的设备通常称为气体加工单元GPU。
气体加工单元的一个实例在EP 2 457 637 A1中公开。EP 2 457 637 A1的GPU将来自气体清洁系统的富含二氧化碳的烟道气压缩到至少70巴的绝对压力，使得二氧化碳适于处理，或者适于运走用于处理。这样的处理可例如包括将二氧化碳泵送至盐水层，将二氧化碳深入泵送至海洋，或者在工业过程中再利用二氧化碳。所公开的GPU包括作为其主要单元的低压压缩单元、中间脱水单元、中间非可冷凝的气体除去单元(例如CO2液化单元)和高压压缩单元。
在压缩单元中容易出现的问题是在待处理的气体中存在氮氧化物和水蒸气，导致在压缩单元中硝酸和亚硝酸的形成。形成的酸可腐蚀处理GPU中的烟道气的设备的表面，或者可以其他方式不利地影响处理GPU中的烟道气的设备的运转。
气体加工单元的能量要求对发电厂的净效率度具有负面影响。因此，有需要改进GPU的能量利用。
发明内容
根据本文说明的各方面，提供了一种处理富含二氧化碳的烟道气的方法，所述富含二氧化碳的烟道气还包含污染物、氧气、水蒸气、一种或多种氮氧化物和任选的易燃物，其中
存在于富含二氧化碳的烟道气中的污染物的至少一部分被除去，以得到清洁的富含二氧化碳的烟道气；
存在于富含二氧化碳的烟道气中的一种或多种氮氧化物的至少一部分被除去，以得到氮耗尽的富含二氧化碳的烟道气；和
在第一加压阶段中，清洁的和氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分被加压和冷却，使得存在于富含二氧化碳的烟道气中的水蒸气的至少一部分被冷凝。
该方法的一个优点在于，一种或多种氮氧化物的减少限制在存在于富含二氧化碳的烟道气中的水蒸气的冷凝期间酸的形成，或限制在存在于富含二氧化碳的烟道气中的二氧化碳的冷凝期间二氧化碳产物流的聚集。限制由一氧化氮形成氮氧化物，即，保持更多的氮氧化物为一氧化氮，通过存在于富含二氧化碳的烟道气中的二氧化碳的冷凝，进一步促进将富含二氧化碳的烟道气分离成为缺乏NOx的二氧化碳产物和富含NO的排出气。
在存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物被除去之前，在所谓的气体-气体热交换器中，热量可从富含二氧化碳的烟道气转移至清洁的富含二氧化碳的烟道气。换言之，在存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮气被除去之前，利用还未清洁的富含二氧化碳的烟道气的热量，可实施清洁的富含二氧化碳的烟道气的加热。这样的热传递的一个优点在于，清洁的富含二氧化碳的烟道气的温度可提高至氮氧化物除去反应的温度。因此，这样的热传递可有助于通过所述方法有效地利用能量。
氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分可通过吸附至水蒸气的干燥剂或通过水蒸气的干燥剂吸收进一步脱水，所述水蒸气存在于氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气中。在气体的这样的吸附或吸收干燥期间，所述气体(在这种情况下为氮耗尽的富含二氧化碳的烟道气)分别与吸附剂或吸收剂接触。术语干燥剂用作术语吸附剂和吸收剂的统称术语。由于如果与酸接触，干燥剂材料(例如分子筛或沸石)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。
在通过吸附干燥或吸收干燥被进一步脱水后，氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分可在第二加压阶段中进一步加压，并且在氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气在所述第二加压步骤中被加压之前，所述方法可缺少存在于富含二氧化碳的烟道气中的二氧化碳的冷凝。由于根据本发明的方法氮氧化物的除去，由所述方法可得到具有足够高纯度的二氧化碳，而无需除去非可冷凝的气体，例如氧气。常规地，非可冷凝的气体的除去涉及二氧化碳的冷凝和存在于富含二氧化碳的烟道气中的非可冷凝的气体的除去。因此，如果通过所述方法可满足对于低的残余的氮气含量的要求，则省略常规的气体加工单元的二氧化碳分离和再压缩阶段是可能的。因此，通过实行所述方法而不冷凝二氧化碳，得到关于简化的过程的一个优点。然而，本发明的方法可备选地包括存在于富含二氧化碳的烟道气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烟道气中的非可冷凝的气体可因此在排出气中被除去。
与污染物除去之后的清洁的富含二氧化碳的烟道气的温度相比，在氮氧化物的还原期间，富含二氧化碳的烟道气的温度通常提高至例如超过250℃的温度。
在包含氧气的气体存在下，在燃烧燃料的锅炉中可产生富含二氧化碳的烟道气。在包含超过约30%体积的二氧化碳和包含约10-50%体积的氧气的气体存在下，优选在包含超过约35%体积的二氧化碳和包含约21-32%体积的氧气的气体存在下，可燃烧燃料。因此，根据所谓的氧-燃料过程，锅炉可燃烧燃料。在氧-燃料过程中，在富含二氧化碳的气体(例如包含富含二氧化碳的烟道气的气体)存在下，燃料(例如下文提及的燃料之一)燃烧。将通过氧气源提供的氧气供应至锅炉，在所述锅炉中氧气氧化燃料。在氧-燃料过程中，产生富含二氧化碳的烟道气。
在除去存在于富含二氧化碳的烟道气中的污染物之后，清洁的富含二氧化碳的烟道气的一部分可返回至锅炉，以在燃料的燃烧期间存在，并且在氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气在第一加压阶段中被加压和冷却之前，存在于清洁的富含二氧化碳的烟道气的剩余部分中的一种或多种氮氧化物的至少一部分可被还原。氮氧化物的还原通常称为DeNOx过程。通过从富含二氧化碳的烟道气除去硝酸和亚硝酸的前体，存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物的还原有助于减轻与所述酸的形成相关的问题。在清洁的富含碳的烟道气的一部分返回至锅炉之后，实施存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物的所述还原的一个优点在于，仅需要为清洁的富含碳的烟道气的剩余部分确定设备和消耗品进料的尺寸。对清洁的富含二氧化碳的烟道气实施氮氧化物的还原的一个优点在于，另外存在的污染物(例如灰尘和硫氧化物)可削弱所述还原的实现。与在除去污染物之后清洁的富含二氧化碳的烟道气的温度相比，在氮氧化物的还原期间，富含二氧化碳的烟道气的温度通常提高至例如超过250℃的温度。
可通过选择性催化还原SCR实施氮氧化物的还原，在所述选择性催化还原中借助催化剂使氮氧化物与气态还原剂(通常为氨或尿素)发生反应，以形成氮气N2和水。
在存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮气被除去之后，可将热量从氧气耗尽的富含二氧化碳的烟道气转移至锅炉的水蒸汽循环的工作流体，例如以预热节热器的冷凝物。热量可转移，以产生蒸汽或预热冷凝物或锅炉给水。由于催化氧化反应在高温下发生，将氧气耗尽的富含二氧化碳的烟道气的热量用于锅炉的水蒸汽循环的一个优点在于，总能量要求降低。所述热量的另一个可能的应用是预热燃烧所需的氧气。在当前的氧-燃烧方法中，将氧气进料至气体-气体热交换器(在单元108后的流30和流40)之前的清洁的富含二氧化碳的烟道。在该热交换器中的内部泄漏将氧气从较冷的压力较高的清洁的富含二氧化碳的烟道气夹带至来自锅炉的较温暖的、氧气含量和压力较低的富含二氧化碳的烟道气。该夹带提高至GPU的氧气浓度，因此提高CO2分离的能量要求。如果没有预热氧气，氧锅炉系统的能效将下降。一些设计预见用于氧气预热的蒸汽的使用，这显示较好的性能。在烟道气热交换器之后可能的注入则将会具有优良的能效和由于在气体-气体热交换器中的泄漏流造成的较少氧气损失的益处。
根据本文说明的其它方面，提供了一种用于处理富含二氧化碳的烟道气的烟道气处理系统，所述烟道气处理系统包含
气体清洁系统，其用于除去烟道气的污染物含量的至少一部分；
氮氧化物还原单元，其用于还原烟道气的一种或多种氮氧化物含量的至少一部分；和
第一压缩和冷却装置，其用于加压和冷却通过气体清洁系统和催化氧化单元处理的烟道气的至少一部分，使得存在于烟道气中的水蒸气含量的至少一部分被冷凝。
氮氧化物还原单元通常称为DeNOx单元。氮氧化物单元的存在提供存在于烟道气中的氮氧化物的还原，通过从烟道气中除去硝酸和亚硝酸的前体，所述还原有助于减轻与所述酸形成相关的问题。用于降低烟道气的剩余部分的氮氧化物含量的所述氮氧化物还原单元的一个优点在于，仅需要为烟道气的剩余部分确定设备和消耗品进料的尺寸。优选氮氧化物还原单元在催化氧化单元的上游。在氮氧化物还原单元中的处理期间，与在所述处理之前烟道气的温度相比，烟道气的温度通常提高至例如超过250℃的温度。
该烟道气处理系统的一个优点在于，氮氧化物还原单元防止在第一压缩和冷却装置中水蒸气的冷凝期间酸的形成，或防止在存在于富含二氧化碳的烟道气中的二氧化碳的冷凝期间二氧化碳产物流的聚集。此外，通过存在于富含二氧化碳的烟道气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为一氧化氮)促进将富含二氧化碳的烟道气分离成为缺乏NOx的二氧化碳产物和富含NO的排出气。在氮氧化物还原单元中的处理期间，与在所述处理之前烟道气的温度相比，烟道气的温度通常提高至例如超过250℃的温度。
在烟道气的流动方向，在氮气除去单元的上游，烟道气处理系统还可包含热交换器，其用于将热量从气体清洁系统上游的烟道气转移至气体清洁系统下游的烟道气。换言之，利用在气体清洁系统上游的烟道气的热量，可在烟道气的流动方向的上游实施气体清洁系统下游的烟道气的加热。这样的热交换器的一个优点在于，气体清洁系统下游的烟道气的温度可提高至随后的氮氧化物还原单元的作业温度。因此通过所述处理系统，这样的热交换器可有助于能量的高效利用。
烟道气处理系统还可包括含有干燥剂的脱水单元，所述脱水单元用于除去烟道气的水蒸气含量的至少一部分。存在于烟道气中的水蒸气分别被吸附到干燥剂或被干燥剂吸收。由于如果与酸接触，干燥剂材料(例如分子筛或沸石)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统中利用包含干燥剂的脱水单元是有利的。
在烟道气的流动方向，在脱水单元的下游，烟道气处理系统还可包含第二压缩装置，其用于进一步加压烟道气的至少一部分，其中在烟道气的流动方向，在第二压缩装置的上游，所述烟道气处理系统缺乏二氧化碳冷凝单元。由于本发明的系统的氮氧化物还原单元的存在，由所述系统可得到具有足够高纯度的二氧化碳，而无需除去非可冷凝的气体。常规地，非可冷凝的气体的除去涉及使烟道气经过二氧化碳冷凝单元和除去存在于富含二氧化碳的烟道气中的非可冷凝的气体。因此，通过施行没有二氧化碳冷凝单元的方法，得到关于简化的过程的一个优点。然而，本发明的系统可备选地包括二氧化碳冷凝单元，例如二氧化碳液化单元。存在于富含二氧化碳的烟道气中的非可冷凝的气体可因此在排出气中被除去。
还提供了锅炉系统，包含
锅炉，其用于在含有氧气的气体存在下燃烧燃料和产生富含二氧化碳的烟道气；和
如上文展示的烟道气处理系统，其用于处理富含二氧化碳的烟道气。
因此，锅炉可用于根据所谓的氧-燃料过程燃烧燃料。在氧-燃料过程中，在富含二氧化碳的气体存在下，燃料(例如下文提及的燃料之一)被燃烧，如上文进一步所举例说明。将通过氧气源提供的氧气供应至锅炉，在锅炉中氧气氧化燃料。因此，锅炉系统可提供有氧气入口，其用于从氧气源向锅炉提供氧气。
锅炉系统还可包含
回输管路，其用于使通过气体清洁系统处理的烟道气的一部分返回至锅炉。
锅炉系统还可包含热交换器，其用于将热量从处理的烟道气转移至锅炉的水蒸汽循环的工作流体。热量可被转移，以产生蒸汽或预热冷凝物或锅炉给水。
由以下附图和详细说明，其它目的和特性将显而易见并且进行举例说明。
附图说明
现在参考附图，附图为示例性实施方案，并且其中相同的元件具有相同的编号。
图1为本发明的锅炉系统的示意图。
具体实施方式
图1为锅炉系统1的示意图。锅炉系统1包含作为主要组件的锅炉2(在该实施方案中为氧-燃料锅炉)、气体清洁系统4、氮氧化物还原单元8和气体加工单元10。气体清洁系统4包含灰尘除去装置12(其可为织物过滤器)和硫除去系统14(其可为湿式洗涤器)。气体加工单元10包含第一压缩和冷却装置16、脱水单元18和第二压缩装置20。
在燃料储器22中容纳燃料(例如煤、油或泥煤)，并且可经由供应管24供应至锅炉2。氧气源26用于以本身已知的方式提供氧气。氧气源26可为空气分离设备(其用于从空气分离氧气)、氧气分离膜、储存罐或用于向锅炉系统1提供氧气的任何其它来源。供应管28用于向锅炉2运送产生的氧气(通常包含90-99.9%体积的氧气O2)。管30用于向锅炉2运送含有二氧化碳的再循环的烟道气。如图1所示，在锅炉2的上游，供应管28连接锅炉2上游的管30，使得氧气和含有二氧化碳的再循环的烟道气可彼此混合，以在锅炉2的上游形成通常含有约20-50%体积的氧气的气体混合物，余量主要为二氧化碳和水蒸气。由于几乎没有空气进入锅炉2，所以几乎没有氮气供应至锅炉2。在实际运行中，供应至锅炉2的小于3%体积的气体体积为空气，其主要经由例如锅炉2和气体清洁系统4作为空气的泄漏进入锅炉系统1。锅炉2用于在与再循环的烟道气混合的氧气存在下，燃烧经由供应管24供应的燃料，所述再循环的烟道气含有经由管30供应的二氧化碳。作为燃烧的结果而在锅炉2中产生的蒸汽被运送至汽轮机发电系统(未显示)，其用于产生电力形式的动力。
管32用于向灰尘除去装置12运送在锅炉2中产生的富含二氧化碳的烟道气。“富含二氧化碳的烟道气”是指经由管32离开锅炉2的烟道气含有至少40%体积的二氧化碳CO2。通常超过50%体积的离开锅炉2的烟道气为二氧化碳。通常，离开锅炉2的烟道气含有50-80%体积的二氧化碳。“富含二氧化碳的烟道气”的余量为约15-40%体积的水蒸气(H2O)、由于在锅炉2中通常优选氧气稍过量造成的2-7%体积的氧气(O2)，和由于空气的一些泄漏很少能完全避免而造成的总共约0-10%体积的其它气体(主要包括氮气(N2)和氩气(Ar))。
在锅炉2中产生的富含二氧化碳的烟道气通常可包含例如以下形式的污染物：灰尘颗粒、盐酸HCl、硫氧化物SOX和有时为重金属(例如汞Hg)，它们应在处理二氧化碳之前至少部分地从富含二氧化碳的烟道气中除去。
灰尘除去装置12(其可为例如从US 4,336,035中本身已知类型的织物过滤器)从富含二氧化碳的烟道气中除去大多数灰尘颗粒。管34用于从灰尘除去装置12向气体清洁系统4的硫除去系统14运送富含二氧化碳的烟道气。
硫除去系统14可为塔洗涤器类型的湿式洗涤器，其为从例如EP 0 162 536中本身已知的洗涤器类型。硫除去系统14用于除去来自锅炉2并经过灰尘除去装置12的富含二氧化碳的烟道气的二氧化硫含量的至少一部分(优选至少80%)。作为湿式洗涤器的备选，可利用其它装置来从富含二氧化碳的烟道气中除去二氧化硫。一个这样的备选装置为沸腾床洗涤器，其一个实例公开于WO 2005/007274。
至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气经由管36离开硫除去系统14，所述管36运送烟道气至第一气体分流点38，在这里所述至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气被分成至少两个流，即第一流和第二流，所述第一流经由管30再循环返回至锅炉2，所述第二流经由管40运送至第二气体分流点42。经由管30再循环返回至锅炉2的第一流通常包含离开气体清洁系统4的部分清洁的富含二氧化碳的烟道气总流的50-75%体积。通常包含离开气体清洁系统4的部分清洁的富含二氧化碳的烟道气总流的25-50%体积的第二流因此经由管40运送至第二气体分流点42。任选地，至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气可分成第三流，其经由管43提供烟道气至烟囱45。
在气体分流点42，富含二氧化碳的烟道气再次分成两个流，即第四流和第五流，所述第四流经由管44主要用作运输和密封气体并且本身再循环返回至锅炉2，所述第五流经由管46运送至催化氧化单元6。
如所提及的，富含二氧化碳的烟道气经由管46运送至氮氧化物还原单元8。存在于富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物的至少一部分在氮氧化物还原单元8中被还原。通过选择性催化还原SCR实施氮氧化物的还原。在氮氧化物还原单元8中，借助催化剂，氮氧化物与气态还原剂反应，以形成氮气N2和水。SCR通常在约180-350℃的温度下发生。可为氨或尿素的气态还原剂经由管道56自还原剂储器54供应至氮氧化物还原单元8，以与富含二氧化碳的烟道气混合，并且在氮氧化物还原单元8中与氮氧化物反应，以还原氮氧化物的至少一部分。
在进入气体加工单元GPU 10之前，自氮氧化物还原单元8得到的富含二氧化碳的烟道气经由管58运送至冷凝器60。在冷凝器60中，循环冷却液和富含二氧化碳的烟道气之间的接触引起富含二氧化碳的烟道气的水蒸气含量的至少一部分冷凝。因此，进入GPU 10的至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气的水蒸气含量降低。通常，冷凝器60将会引起至少部分清洁的富含二氧化碳的烟道气的水蒸气含量从通常约15-40%体积降低至通常约0.5-10%体积。离开冷凝器60的烟道气低于约30℃。因此借助冷凝器60，需要在GPU 10中从二氧化碳中除去的水蒸气的量显著降低。
富含二氧化碳的烟道气经由管62从冷凝器60运送至GPU 10的第一压缩和冷却装置16。GPU 10可包含多个本身已知的部件，它们集成到GPU 10中，GPU 10提供富含二氧化碳的烟道气的最终精制，并压缩富含二氧化碳的烟道气至合适的压力用于处理。第一压缩和冷却装置16通常包含2-6个串联排列的低压压缩排列(arrangement)，每一个这样的排列包含以至少一个压缩机、冷却器和气-液分离器形式的压缩装置(device)。相应的压缩机压缩气体，随后气体被运送至相应的冷却器。相应的冷却器供应有在冷却器中循环的冷却介质，用于冷却压缩的气体。作为所述冷却的结果，水蒸气冷凝。这样的冷凝的水蒸气在相应的气-液分离器中与余下的富含二氧化碳的烟道气分离。水经由管道系统被除去。然后气体被运送至随后的压缩排列。通常每一个低压压缩排列的压缩比为1.5-2.5。因此，进入第一压缩和冷却装置16的富含二氧化碳的烟道气的压力可接近大气压，即，约1巴(a)，在例如四个连续的低压压缩排列中处理之后，离开第一压缩和冷却装置16的富含二氧化碳的烟道气的压力通常可为20-50巴(a)，更通常为20-40巴(a)，最通常为30-40巴(a)。同时当压力随每一个压缩排列提高时，气体的水含量降低，这是由于冷凝的水蒸气从每一个气-液分离器中除去。通常，经由管62进入第一压缩和冷却装置16的气体的水含量可为0.5-10%体积。离开第一压缩和冷却装置16的气体的水蒸气含量通常可为百万分之400-1500 (400-1500 ppm)。
压力为30-40巴(a)、水蒸气含量为400-1500 ppm并且温度通常为6-40℃的富含二氧化碳的烟道气离开第一压缩和冷却装置16，并且经由管64运送至脱水单元18，所述脱水单元包含一个运转的干燥剂床和一个备用的干燥剂床。干燥剂床包含干燥剂，例如分子筛或沸石，存在于富含二氧化碳的烟道气中的水蒸气被吸附到和/或吸收到所述干燥剂上。所得到的水露点通常小于-40℃。通过运转的干燥剂床的富含二氧化碳的烟道气的流动方向为从上到下，而在再生期间再生气体的流动方向为从下向上。通常，经由管66 离开脱水单元18的富含二氧化碳的烟道气的水蒸气含量低于10-100 ppm，通常远低于20 ppm。应认识到，其它装置可用作脱水单元，例如分子筛单元或乙二醇洗涤器，在乙二醇洗涤器中乙二醇循环用于捕集水蒸气。由于例如共同吸附，来自富含二氧化碳的烟道气的NOx可在干燥剂床中聚集。当干燥剂床再生时，所述聚集的NOx可释放到再生气体中。含有NOx的再生气体可经由管67从脱水单元18再循环至锅炉2。
在现有技术的气体加工单元中，在管66中经由CO2分离单元传递离开脱水单元18的富含二氧化碳的烟道气是常见的。所述CO2分离单元在锅炉系统1中为任选的。离开脱水单元18的富含二氧化碳的烟道气可因此通常具有高达90-97%体积的二氧化碳浓度。出于该原因，在图1中未显示CO2分离单元。
在管66中输送的富含二氧化碳的烟道气进入第二压缩装置20。第二压缩装置20通常包含1-3个串联排列的高压压缩排列，每一个这样的排列包含以至少一个压缩机和冷却器形式的压缩装置。相应的压缩机压缩气体，随后气体被运送至相应的冷却器。相应的冷却器供应有在冷却器中循环的冷却介质，用于冷却压缩的气体。每一个压缩机的压缩比为1.5-2.5，意味着经由管68离开第二压缩装置20的二氧化碳气体的压力通常为100-200巴(a)，更通常为110-140巴(a)，并且温度通常为20-60℃。管68中的二氧化碳离开GPU 10用于最终的处理，这有时称为CO2隔离。在必须施用CO2分离过程的情况下，残余的排出气可通过管69提供至烟囱45。
关于锅炉系统1的能量经济性，现在参考存在于锅炉系统1中的一些示例性热交换器。
经由管30和经由管40、44再循环至锅炉2的富含二氧化碳的烟道气以及经由管40、46运送至催化氧化单元6的富含二氧化碳的烟道气通过经由管32离开锅炉的烟道气在气体-气体加热器70中加热。与常规的系统相比(其中仅经由管30再循环至锅炉2的富含二氧化碳的烟道气通过离开锅炉的烟道气在气体-气体加热器中加热)，由于分别在气体-气体加热器70的热侧和冷侧上的总气体流速更相当，本发明的系统提供更好地利用离开锅炉的烟道气的热量。
气体分流点42的位置使得富含二氧化碳的烟道气46的任何辅助预热最小化，即，通常位于气体-气体加热器70的下游。
经由管58离开氮氧化物还原单元8的富含二氧化碳的烟道气的温度大于约250℃，并且在管58中穿过热交换器74，其可有助于预热冷凝物，用于锅炉2的水蒸汽循环。由于在前面的硫除去系统14和氮氧化物还原单元8中烟道气流的酸露点降低，促进经由热交换器74的热量集成。灰尘除去系统在超过酸露点的温度下运转。现代发电厂系统预见在通常称为烟道气热量回收系统的热交换器中回收热量，所述热量另外将会在硫除去系统(WFGD等)中消散。在该交换器中，使用一种热传递流体，将可感觉的热量直接或间接地转移至水蒸汽循环的水中。
在图1中还说明锅炉系统任选适合于在锅炉2中用于油引燃。在油引燃的情况下，在燃烧器尖端油的分散通常借助蒸汽注入来完成。因此，蒸汽可经由管106供应至锅炉2的燃烧器。或者，或另外，在燃烧器尖端油的分散可借助二氧化碳注入来完成。因此，经由管68离开气体加工单元10的富含二氧化碳的气体可经由管107供应至锅炉2的燃烧器。
如上文所提及，富含二氧化碳的烟道气的第四流主要用作输送和密封气体并且经由管44本身再循环至锅炉2。输送和密封气体系统(未显示)的运转可需要在气体-气体加热器70中加热富含二氧化碳的烟道气之前，从所述烟道气中除去水蒸气，以避免燃料的团聚。出于该原因，在富含二氧化碳的烟道气的流动方向，在气体-气体加热器70的上游，锅炉系统1在管40中包含任选的冷凝器108。然而，所述任选的冷凝器也可存在于图1的锅炉系统1中。任选的冷凝器108与图1的锅炉系统1中的冷凝器60为相同种类，并且除了用于输送和密封气体系统的功能以外，还在富含二氧化碳的烟道气进入氮氧化物还原单元8之前提供所述烟道气的初始精制。
如上文所提及，离开脱水单元18并且之前已在催化氧化单元6中处理的富含二氧化碳的烟道气通常可具有高达90-97%体积的二氧化碳浓度。在离开脱水单元18的富含二氧化碳的烟道气的二氧化碳品质不满足所需的产品规格的情况下，锅炉系统在管66中包括任选的CO2分离单元(未显示)。
任选的CO2分离单元包含热交换器、闪蒸器和闪蒸阀。进入CO2分离单元的富含二氧化碳的烟道气首先通过非可冷凝的气体在热交换器中冷却并使CO2液化，其离开闪蒸器并且用作冷却介质。冷却的富含二氧化碳的烟道气随后进入闪蒸器。在闪蒸器中，将气体与形成的液体分离。将液体闪蒸至较低的压力，通常压力比进入CO2分离单元的富含二氧化碳的烟道气的压力低5-15巴。用于闪蒸液体的主要参数为设定所需的压力降低的CO2液体流的绝热膨胀温度，由于这在烟道气冷却过程中提供所需的驱动力。选择在烟道气冷凝期间的压力和温度对，使得主要的二氧化碳被液化，留下气态的其它气体，包括例如氮气N2、氧气O2和氩气Ar。可称为非可冷凝的气体的所述其它气体在顶部离开闪蒸容器。如上文所述，压力降低的液化的二氧化碳在热交换器中用作冷却介质。在热交换器中，液化的二氧化碳被再次加热，以重新形成二氧化碳气体，这样的气体离开CO2分离单元110用于在GPU 10中进一步处理。离开CO2分离单元110的二氧化碳气体的压力通常为5-30巴(a)，并且温度为-20至60℃。非可冷凝的气体离开 CO2分离单元并且可被处理。
在富含二氧化碳的烟道气的残余的NOx含量不满足所需的产品规格时，例如如果在氮氧化物还原单元8中氮氧化物的还原不充分，则CO2分离单元包括任选的再循环管。来自CO2分离单元110的同时包含冷凝的氮氧化物的冷凝的二氧化碳的初馏分，在所述冷凝物蒸发后，可经由再循环管112再循环至锅炉2。锅炉2中的热量输入将导致再循环的氮氧化物的部分分解。
概括地说，催化氧化单元6和氮氧化物还原单元8限制在GPU 10中(特别是在第一压缩和冷却装置16中)形成硝酸和亚硝酸。酸的受限形成有助于脱水单元18更有效地运转。通过在热交换器74中加热利用氮氧化物还原单元8之后的烟道气的热量，锅炉2的水蒸汽循环的工作流体降低锅炉系统1的总能量要求。
虽然本发明已描述了关于各种实例性实施方案，本领域技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围下，可进行各种变化，并且相等物可替代其要素。此外，在不偏离本发明的基本范围下，可进行许多修改，使得具体的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明旨在不局限于作为实施本发明预期的最佳方式而公开的具体实施方案，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (17)

1. 一种处理富含二氧化碳的烟道气的方法，所述富含二氧化碳的烟道气还包含污染物、氧气、水蒸气、一种或多种氮氧化物和任选的易燃物，其中
存在于富含二氧化碳的烟道气中的污染物的至少一部分被除去，以得到清洁的富含二氧化碳的烟道气；
存在于富含二氧化碳的烟道气中的一种或多种氮氧化物的至少一部分被还原；和
在第一加压阶段中，清洁的和氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分被加压和冷却，使得存在于富含二氧化碳的烟道气中的水蒸气的至少一部分被冷凝。
2. 前述权利要求中任一项的方法，其中氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分通过吸附至水蒸气的干燥剂或通过水蒸气的干燥剂的吸收进一步脱水，所述水蒸气存在于氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气中。
3. 权利要求2的方法，其中在通过吸附干燥或吸收干燥被进一步脱水后，氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气的至少一部分在第二加压阶段进一步被加压，并且其中在氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气在所述第二加压步骤中被加压之前，所述方法缺乏存在于富含二氧化碳的烟道气中的二氧化碳的冷凝。
4. 前述权利要求中任一项的方法，其中在包含氧气的气体存在下，所述富含二氧化碳的烟道气在燃烧燃料的锅炉中产生。
5. 权利要求4的方法，其中在包含超过约30%体积的二氧化碳和包含约10-50%体积的氧气的气体存在下，优选在包含超过约35%体积的二氧化碳和包含约21-32%体积的氧气的气体存在下，燃烧所述燃料。
6. 权利要求2或5的方法，其中，在存在于富含二氧化碳的烟道气中的污染物被除去之后，将清洁的富含二氧化碳的烟道气的一部分返回至锅炉，以在燃料的燃烧期间存在，并且在氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气在第一加压阶段中加压和冷却之前，存在于清洁的富含二氧化碳的烟道气的剩余部分中的一种或多种氮氧化物的至少一部分被还原。
7. 权利要求4-6中任一项的方法，其中，在氮氧化物除去反应中除去富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物之后，将热量从氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气转移至锅炉的水蒸汽循环的工作流体。
8. 权利要求4-6中任一项的方法，其中，在氮氧化物除去反应中除去富含二氧化碳的烟道气中的氮氧化物之后，将热量从氮氧化物耗尽的富含二氧化碳的烟道气转移至富含氧气的流。
9. 一种用于处理富含二氧化碳的烟道气的烟道气处理系统，所述烟道气处理系统包含
气体清洁系统，其用于除去烟道气的污染物含量的至少一部分；
氮氧化物还原单元，其用于还原烟道气的氮氧化物含量的至少一部分；和
第一压缩和冷却装置，其用于加压和冷却通过气体清洁系统和氮氧化物还原单元处理的烟道气的至少一部分，使得存在于烟道气中的水蒸气含量的至少一部分被冷凝。
10. 权利要求9的烟道气处理系统，所述处理系统在烟道气的流动方向上氮氧化物还原单元的上游还包含热交换器，其用于将热量从气体清洁系统上游的烟道气转移至气体清洁系统下游的烟道气。
11. 权利要求9或10的烟道气处理系统，所述处理系统还包括含有干燥剂的脱水单元，所述脱水单元用于除去所述烟道气的水蒸气含量的至少一部分。
12. 权利要求9-11中任一项的烟道气处理系统，所述处理系统在烟道气的流动方向上脱水单元的下游还包含第二压缩装置，其用于进一步加压烟道气的至少一部分，其中在烟道气的流动方向上第二压缩装置的上游，所述烟道气处理系统缺乏二氧化碳冷凝单元。
13. 权利要求9-12中任一项的烟道气处理系统，所述处理系统还包含氮氧化物还原单元，其用于在烟道气的流动方向上第一压缩和冷却装置的上游，还原烟道气的氮氧化物含量的至少一部分。
14. 一种锅炉系统，包含
锅炉，其用于在含有氧气的气体存在下燃烧燃料和产生富含二氧化碳的烟道气；和
权利要求9-13中任一项的烟道气处理系统，其用于处理富含二氧化碳的烟道气。
15. 权利要求14的锅炉系统，还包含
回输管路，其用于使通过气体清洁系统处理的烟道气的一部分返回至锅炉。
16. 权利要求14或15的锅炉系统，还包含热交换器，其用于将热量从通过氮氧化物还原单元处理的烟道气转移至锅炉的水蒸汽循环的工作流体。
17. 权利要求14或15的锅炉系统，还包含热交换器，其用于将热量从通过氮氧化物还原单元处理的烟道气转移至富含氧气的流。
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