CN112221278A - 一种电厂尾气co2捕集前烟气预净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于除尘净化领域，具体涉及一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统。泡沫碳化硅壁流式过滤器位于火电厂脱硫塔的出口处，泡沫碳化硅壁流式过滤器的上部设置气体进口，泡沫碳化硅壁流式过滤器的下部设置泡沫碳化硅壁流式过滤器出口，气体进口通过管路连接火电厂脱硫塔的烟气出口，泡沫碳化硅壁流式过滤器出口与气体出口之间通过管路并联A、B两套碳化硅微滤膜过滤器；脉冲反吹罐通过并联的两个管路分别连至A、B两套碳化硅微滤膜过滤器，控制装置分别通过线路连接脉冲反吹罐、泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器。本发明对烟气中粘性颗粒物及非粘性微纳米级颗粒物进行双步处理，使排出的烟气能够达到CO2捕集膜进气要求。

Description

一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统
技术领域
本发明属于除尘净化领域，具体涉及一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统。
背景技术
碳捕集，利用和封存(CCUS)是指将大型发电厂等是一种能够显着减少发电和工业应用中使用化石燃料排放的解决方案。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。其中，从化石燃料燃烧后排放的烟气中捕集CO2是工业减排的主要方案，常用的方法除传统的化学吸收法、物理吸收法外，还有正处于发展阶段的膜分离法，在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力，是未来的发展方向。
膜分离法多采用有机聚合物(如：醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等)制成的薄膜，利用其对不同气体的不同渗透率来分离，其驱动力是压差，但无论是电厂烟气还是气体工业烟气，其成分十分复杂，即使经过经脱硝、脱硫、除尘等超净处理后，其中颗粒物含量仍在10mg/Nm3左右，其中包含脱硫产物硫酸盐、铵盐等粘性颗粒物及微纳米级粉尘，因此采用聚合物膜捕集CO2过程中，这些颗粒物就会截留在聚合物膜表面，影响膜渗透率及膜面pH值，长时间积累后膜状态变差甚至失效，影响膜寿命和分离效果。因此，开发有效地电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，进而解决捕集膜污染问题，保障其工作性能，提高其服役寿命，降低捕集CO2中粉尘含量并提高捕集CO2品质，是目前膜法CO2捕集技术迫切解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，解决现有膜法CO2捕集技术中存在的电厂尾气污染物对膜的污染问题，减小烟尘对压缩机、管路、膜组件等的影响，使预处理后的燃煤烟道气达到膜组件的进气要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，包括泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器及脉冲反吹罐、控制装置；其中，泡沫碳化硅壁流式过滤器位于火电厂脱硫塔的出口处，泡沫碳化硅壁流式过滤器的上部设置气体进口，泡沫碳化硅壁流式过滤器的下部设置泡沫碳化硅壁流式过滤器出口，气体进口通过管路连接火电厂脱硫塔的烟气出口，泡沫碳化硅壁流式过滤器出口与气体出口之间通过管路并联A、B两套碳化硅微滤膜过滤器；脉冲反吹罐通过并联的两个管路分别连至A、B两套碳化硅微滤膜过滤器，其中一个管路上设置阀门，另一个管路上设置阀门；控制装置分别通过线路连接脉冲反吹罐、泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器，用于监测净化系统中压力、流量并控制过滤器的工作。
所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，泡沫碳化硅壁流式过滤器为中空结构，泡沫碳化硅壁流式过滤器内竖向设置泡沫碳化硅滤板，泡沫碳化硅滤板为两个以上平行排布。
所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，泡沫碳化硅为三梯度孔径结构，三层梯度平均孔径分别为2～2.5mm、0.2～0.5mm、0.1～0.05mm，三层厚度分别为5～10mm、3～5mm、1～1.5mm。
所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，A、B两套碳化硅微滤膜过滤器的结构相同，均为中空结构，碳化硅微滤膜过滤器内竖向设置碳化硅微滤膜管，碳化硅微滤膜管为两个以上平行排布，碳化硅微滤膜管的顶部开口；碳化硅微滤膜过滤器的下部为锥台形、中部为柱形、上部为球冠形，其中：锥台形部分的侧面分别与两个管路相连通，一个管路上设置阀门，另一个管路上设置阀门，该管路与泡沫碳化硅壁流式过滤器出口相连通；柱形部分的侧面上下设置压力传感器、压力传感器，压力传感器的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器内碳化硅微滤膜管的顶部开口上方，压力传感器的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器内碳化硅微滤膜管的下方；球冠形部分的顶部通过管路与气体出口相连通，球冠形部分的中部通过管路与脉冲反吹罐相连通。
所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，碳化硅微滤膜过滤器内置碳化硅微滤膜管，碳化硅微滤膜管尺寸为：外径Φ60～100mm、内径Φ40～80mm、长度500～1500mm，碳化硅微滤膜管的过滤精度0.05～0.3微米，过滤效率为>99％。
所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，火电厂脱硫塔出来的烟气由泡沫碳化硅壁流式过滤器的气体进口进入，泡沫碳化硅滤板用于净化脱硫后烟气中的粘性颗粒物硫酸盐或铵盐；而脱除粘性脱硫产物的烟气经泡沫碳化硅壁流式过滤器出口进入碳化硅微滤膜过滤器，碳化硅微滤膜管用于净化烟气中的非粘性微纳米级颗粒物，A、B两套碳化硅微滤膜过滤器用于脉冲反吹时轮换工作，保证净化系统的连续运行；脉冲反吹罐用于净化再生碳化硅微滤膜，脉冲反吹罐中压力为1～5MPa，当脉冲反吹时，高压气流快速进入碳化硅微滤膜管内部，从侧壁吹出，使得外壁上附着的颗粒物脱落，碳化硅微滤膜管压降回到合理水平；控制装置用于检测系统压降，控制阀门和脉冲反吹罐。
本发明的设计思想是：
采用两种多孔陶瓷过滤材料(碳化硅微滤膜及泡沫碳化硅)，利用装有泡沫碳化硅过滤元件的壁流式过滤器对中脱硫、脱硝后的电厂尾气粘性颗粒物进行去除，去除粘性颗粒物的烟气进入碳化硅微滤膜过滤器进行高效、高精度过滤，经泡沫碳化硅及碳化硅微滤膜过滤后，尾气可满足烟气CO2捕集有机膜的进气要求。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，包括泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器及脉冲反吹罐、控制装置；其中，泡沫碳化硅壁流式过滤器位于火电厂脱硫塔的出口处，用于净化脱硫后烟气中的硫酸盐或铵盐等粘性颗粒物；碳化硅微滤膜过滤器用于净化烟气中的非粘性微米级或纳米级颗粒物，脉冲反吹罐用于净化再生碳化硅微滤膜；控制装置用于监测净化系统中压力、流量并控制过滤系统的工作。
2、本发明有针对性的对烟气中粘性颗粒物及非粘性微米级或纳米级颗粒物进行双步处理，使得排出的烟气能够达到CO2捕集膜进气要求，减少CO2捕集膜污染，保障其工作性能，提高其服役寿命，同时可降低捕集CO2中粉尘含量，提高捕集CO2品质，利于后续利用。
附图说明
图1为电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统结构示意图。图中，1-1为脉冲反吹罐，1-2为泡沫碳化硅壁流式过滤器，1-3为碳化硅微滤膜过滤器，1-4为控制装置，KA-1、KA-2、KA-3、KA-4、KB-1、KB-2、KB-3、KB-4分别为不同的阀门，PA-1、PA-2、PB-1、PB-2为不同的压力传感器。
图2为泡沫碳化硅壁流式过滤器结构示意图。图中，1、泡沫碳化硅滤板，2、气体进口，3、泡沫碳化硅壁流式过滤器出口。
图3为碳化硅微滤膜过滤器结构示意图。图中，4、碳化硅微滤膜管，KA-1、阀门，KA-2、阀门，KA-4、阀门，PA-1、压力传感器，PA-2、压力传感器。
图4为梯度泡沫碳化硅结构图。
图5为碳化硅微滤膜实物图。
具体实施方式
下面，对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
如图1-图3所示，本发明电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，主要包括：脉冲反吹罐1-1、泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2、碳化硅微滤膜过滤器1-3(分为A、B双套)及控制装置1-4；其中，泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2位于火电厂脱硫塔的出口处，泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2的上部设置气体进口2，泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2的下部设置泡沫碳化硅壁流式过滤器出口3，气体进口2通过管路连接火电厂脱硫塔的烟气出口，泡沫碳化硅壁流式过滤器出口3与气体出口之间通过管路并联A、B两套碳化硅微滤膜过滤器1-3；脉冲反吹罐1-1通过并联的两个管路分别连至A、B两套碳化硅微滤膜过滤器1-3，其中一个管路上设置阀门KA3，另一个管路上设置阀门KB3。控制装置1-4分别通过线路连接脉冲反吹罐1-1、泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2、碳化硅微滤膜过滤器1-3以及阀门、压力传感器等，用于监测净化系统中压力、流量并控制过滤器的工作。
如图2、图4所示，泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2为中空结构，泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2内竖向设置泡沫碳化硅滤板1，泡沫碳化硅滤板1为两个以上平行排布。泡沫碳化硅为三梯度孔径结构，三层梯度平均孔径分别为2～2.5mm、0.2～0.5mm、0.1～0.05mm，三层厚度分别为5～10mm、3～5mm、1～1.5mm。
如图3所示，A套碳化硅微滤膜过滤器1-3为中空结构，碳化硅微滤膜过滤器1-3内竖向设置碳化硅微滤膜管4，碳化硅微滤膜管4为两个以上平行排布，碳化硅微滤膜管4的顶部开口。碳化硅微滤膜过滤器1-3的下部为锥台形、中部为柱形、上部为球冠形，其中：锥台形部分的侧面分别与两个管路相连通，一个管路上设置阀门KA-4，另一个管路上设置阀门KA-1，该管路与泡沫碳化硅壁流式过滤器出口3相连通；柱形部分的侧面上下设置压力传感器PA-2、压力传感器PA-1，压力传感器PA-2的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器1-3内碳化硅微滤膜管4的顶部开口上方，压力传感器PA-1的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器1-3内碳化硅微滤膜管4的下方；球冠形部分的顶部通过管路(该管路上设置阀门KA-2)与气体出口相连通，球冠形部分的中部通过管路(该管路上设置阀门KA-3)与脉冲反吹罐1-1相连通。
本发明中，B套碳化硅微滤膜过滤器1-3的结构相同。B套碳化硅微滤膜过滤器1-3为中空结构，碳化硅微滤膜过滤器1-3内竖向设置碳化硅微滤膜管4，碳化硅微滤膜管4为两个以上平行排布，碳化硅微滤膜管4的顶部开口。碳化硅微滤膜过滤器1-3的下部为锥台形、中部为柱形、上部为球冠形，其中：锥台形部分的侧面分别与两个管路相连通，一个管路上设置阀门，另一个管路上设置阀门KB-1，该管路与泡沫碳化硅壁流式过滤器出口3相连通；柱形部分的侧面上下设置压力传感器PB-2、压力传感器PB-1，压力传感器PB-2的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器1-3内碳化硅微滤膜管4的顶部开口上方，压力传感器PB-1的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器1-3内碳化硅微滤膜管4的下方；球冠形部分的顶部通过管路(该管路上设置阀门KB-2)与气体出口相连通，球冠形部分的中部通过管路(该管路上设置阀门KB-3)与脉冲反吹罐1-1相连通。
如图3、图5所示，碳化硅微滤膜过滤器1-3内置碳化硅微滤膜管4，碳化硅微滤膜管4尺寸为：外径Φ60～100mm、内径Φ40～80mm、长度500～1500mm，碳化硅微滤膜管4的过滤精度0.05～0.3微米，过滤效率为>99％。
火电厂脱硫塔出来的烟气由泡沫碳化硅壁流式过滤器1-2的气体进口2进入，泡沫碳化硅滤板1用于净化脱硫后烟气中的硫酸盐或铵盐等粘性颗粒物；而脱除粘性脱硫产物的烟气经泡沫碳化硅壁流式过滤器出口3进入碳化硅微滤膜过滤器1-3，碳化硅微滤膜管4用于净化烟气中的非粘性微纳米级颗粒物，碳化硅微滤膜过滤器1-3设置为A、B两套，用于脉冲反吹时轮换工作，保证净化系统的连续运行；脉冲反吹罐1-1用于净化再生碳化硅微滤膜，脉冲反吹罐1-1中压力为1～5MPa，当脉冲反吹时，高压气流快速进入碳化硅微滤膜管4内部，从侧壁吹出，使得外壁上附着的颗粒物脱落，碳化硅微滤膜管4压降回到合理水平；控制装置1-4用于检测系统压降，控制阀门和脉冲反吹罐。
下面，根据某电厂尾气具体情况对系统工作情况加以具体说明：
实施例1
脱硫后电厂尾气中灰分浓度～50mg/Nm3，其中硫酸钙为～22wt％，粒度为2.5～5微米；氧化硅为～50wt％、粒度～3微米、氧化铝为～22wt％；及其他一些亚硫酸盐、氢氧化钙等，气体流量为～2000Nm3/h，进口压力为～350000Pa。
工作中，尾气经管道进入泡沫碳化硅壁流式过滤器，泡沫碳化硅过滤面积为5m2，压降为1000Pa，过滤后灰分浓度为变化为～40mg/Nm3，经气体分析，其中硫酸钙、亚硫酸盐、氢氧化钙等粘性颗粒物比例约为～8wt％，余下为氧化硅、氧化铝等。
而后进入碳化硅微滤膜过滤器A(膜面积8m2，碳化硅膜过滤精度0.05微米，过滤效率为95％)，经出口流出后，压降为8000Pa，经检测再次过滤后灰分浓度为变化为～5mg/Nm3，经气体分析，主要为氧化硅、氧化铝，粒径～0.05微米。碳化硅微滤膜过滤器A中的阀门KA-1、KA-2开放，阀门KA-3、KA-4闭合，阀门KB-1、KB-2、KB-3、KB-4均闭合。
当碳化硅微滤膜过滤器A工作一段时间后，压差升高，根据压力传感器PA-1及PA-2压力数值，(PA-1)-(PA-2)≥10000Pa时，将阀门KA-1、KA-2、KB-3、KA-4、KB-4处于闭合状态，阀门KB-1、KB-2、KA-3打开，碳化硅微滤膜过滤器B开始工作，同时脉冲反吹罐1-1内高压气体，经阀门KA-3进入碳化硅微滤膜过滤器A中碳化硅微滤膜管4内侧，从外侧流出，将碳化硅微滤膜管4外壁附着的灰层清落进入清灰斗，以上过程由控制装置全自动操作。
从以上操作过程可以看出，本发明可很好的解决现有膜法CO2捕集技术中存在的电厂尾气污染物对膜的污染问题，减小烟尘对压缩机、管路、膜组件等的影响，使预处理后的燃煤烟道气达到膜组件的进气要求。
本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，包括泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器及脉冲反吹罐、控制装置；其中，泡沫碳化硅壁流式过滤器位于火电厂脱硫塔的出口处，泡沫碳化硅壁流式过滤器的上部设置气体进口，泡沫碳化硅壁流式过滤器的下部设置泡沫碳化硅壁流式过滤器出口，气体进口通过管路连接火电厂脱硫塔的烟气出口，泡沫碳化硅壁流式过滤器出口与气体出口之间通过管路并联A、B两套碳化硅微滤膜过滤器；脉冲反吹罐通过并联的两个管路分别连至A、B两套碳化硅微滤膜过滤器，其中一个管路上设置阀门，另一个管路上设置阀门；控制装置分别通过线路连接脉冲反吹罐、泡沫碳化硅壁流式过滤器、碳化硅微滤膜过滤器，用于监测净化系统中压力、流量并控制过滤器的工作。
2.根据权利要求1所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，泡沫碳化硅壁流式过滤器为中空结构，泡沫碳化硅壁流式过滤器内竖向设置泡沫碳化硅滤板，泡沫碳化硅滤板为两个以上平行排布。
3.根据权利要求1或2所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，泡沫碳化硅为三梯度孔径结构，三层梯度平均孔径分别为2～2.5mm、0.2～0.5mm、0.1～0.05mm，三层厚度分别为5～10mm、3～5mm、1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，A、B两套碳化硅微滤膜过滤器的结构相同，均为中空结构，碳化硅微滤膜过滤器内竖向设置碳化硅微滤膜管，碳化硅微滤膜管为两个以上平行排布，碳化硅微滤膜管的顶部开口；碳化硅微滤膜过滤器的下部为锥台形、中部为柱形、上部为球冠形，其中：锥台形部分的侧面分别与两个管路相连通，一个管路上设置阀门，另一个管路上设置阀门，该管路与泡沫碳化硅壁流式过滤器出口相连通；柱形部分的侧面上下设置压力传感器、压力传感器，压力传感器的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器内碳化硅微滤膜管的顶部开口上方，压力传感器的一端伸至碳化硅微滤膜过滤器内碳化硅微滤膜管的下方；球冠形部分的顶部通过管路与气体出口相连通，球冠形部分的中部通过管路与脉冲反吹罐相连通。
5.根据权利要求1所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，碳化硅微滤膜过滤器内置碳化硅微滤膜管，碳化硅微滤膜管尺寸为：外径Φ60～100mm、内径Φ40～80mm、长度500～1500mm，碳化硅微滤膜管的过滤精度0.05～0.3微米，过滤效率为>99％。
6.根据权利要求5所述的电厂尾气CO2捕集前烟气预净化系统，其特征在于，火电厂脱硫塔出来的烟气由泡沫碳化硅壁流式过滤器的气体进口进入，泡沫碳化硅滤板用于净化脱硫后烟气中的粘性颗粒物硫酸盐或铵盐；而脱除粘性脱硫产物的烟气经泡沫碳化硅壁流式过滤器出口进入碳化硅微滤膜过滤器，碳化硅微滤膜管用于净化烟气中的非粘性微纳米级颗粒物，A、B两套碳化硅微滤膜过滤器用于脉冲反吹时轮换工作，保证净化系统的连续运行；脉冲反吹罐用于净化再生碳化硅微滤膜，脉冲反吹罐中压力为1～5MPa，当脉冲反吹时，高压气流快速进入碳化硅微滤膜管内部，从侧壁吹出，使得外壁上附着的颗粒物脱落，碳化硅微滤膜管压降回到合理水平；控制装置用于检测系统压降，控制阀门和脉冲反吹罐。
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CN113413688A (zh) * 2021-06-18 2021-09-21 威斯坦(厦门)实业有限公司 一种应用于小型3d打印机的双滤芯除尘系统及其控制方法

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