CN116293762A - 高氢燃料烟气处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高氢燃料烟气处理系统及方法，所述系统包括：烟道，所述烟道上设置有烟气进口和排烟口；冷凝装置，布置于所述烟道内部，所述冷凝装置适于将流经至烟道的烟气进行冷凝，以将烟气中的水蒸气冷凝成水并进行分离；CO2捕捉装置，所述CO2捕捉装置布置于所述烟道内部并位于所述冷凝装置上方，所述CO2捕捉装置适于收集经分离后剩余烟气中的CO2。本发明通过冷凝装置将烟气中的水蒸气冷凝，将烟气中的水蒸气分离生成水，减少或消除了烟气中的白烟现象，减少了需要烟气进行消白的工序，并通过CO2捕捉装置提纯收集烟气中的CO2，提纯后的CO2可用于工业用途，使得少量CO2排放至大气，同时降低了烟道排出的烟气总量。

Description

高氢燃料烟气处理系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，具体涉及一种高氢燃料烟气处理系统及方法。
背景技术
平板玻璃在生产过程中CO2排放量巨大，其中化石燃料产生的排放占比高达60％，是CO2排放总量大户。从降低CO2的角度看，生产平板玻璃过程中降低CO2排放是未来发展的趋势之一，以绿色燃料替换化石燃料来有效降低碳排放势在必行。
氢气是绿色清洁能源，并且热值高、适合替代化石燃料的特性，但是也具有化学性质活跃、使用安全要求高、燃烧火焰辐射能力弱的特性。
在平板玻璃生产过程中，在燃料中掺混一定的氢气，高氢燃料燃烧后的产物，主要是水和CO2，烟气中水蒸气的含量可以达到50％以上，如果直接排烟将存在如下缺点：
一是烟气会对烟道材料进行侵蚀，会出现水化、水解脱片等现象；
二是会在烟囱排放过程中产生白烟现象，产生的白烟为高温气体在空气冷却后凝结的汽雾，影响排烟效果，并且过多的CO2排放到大气中，容易导致温室效应。以600t/d浮法玻璃生产线为例，其排放烟气总量约为11－14万立方米/小时，烟道底部温度范围为300－400℃，烟气排放时会产生大量白烟。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服在平板玻璃生产时会排放白烟以影响排烟效果的缺陷，以及CO2排放量过多的缺陷，从而提供一种高氢燃料烟气处理系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
高氢燃料烟气处理系统，包括：
烟道，所述烟道上设置有烟气进口和排烟口；
冷凝装置，所述冷凝装置布置于所述烟道内部，所述冷凝装置适于将流经至烟道的烟气进行冷凝，以将烟气中的水蒸气冷凝成水并进行分离；
CO2捕捉装置，所述CO2捕捉装置布置于所述烟道内部并位于所述冷凝装置上方，所述CO2捕捉装置适于收集经分离后剩余烟气中的CO2。
进一步优化技术方案，所述冷凝装置为冷凝管束；所述冷凝管束的一端设置有进水管，所述冷凝管束的另一端设置有出水管，所述进水管连接有供水装置，所述出水管将所述冷凝管束内部的水排出。
进一步优化技术方案，所述冷凝管束为塔状冷凝管；
和/或冷凝管束的材质为铜；
和/或所述冷凝管束的内部设置有液位计。
进一步优化技术方案，所述供水装置包括：
蓄水箱，所述蓄水箱与所述进水管相连通，所述蓄水箱适于向所述进水管内供水；
第一阀门组件，所述第一阀门组件设置在所述进水管上。
进一步优化技术方案，所述冷凝管束的进水管与所述冷凝管束的出水管之间连接设置有循环管路，所述循环管路上设置有热交换器。
进一步优化技术方案，所述热交换器包括换：
热器壳体；
第一管路，所述第一管路的一端与所述出水管相连通，所述第一管路的另一端与所述循环管路相连接；
第二管路，所述第二管路的一端为冷空气入口，所述第二管路的另一端为热空气出口；所述排烟口排出的烟气通过所述冷空气入口进入第二管路进行热交换，经热交换后的烟气从所述热空气出口排出并输入玻璃窑炉中进行燃烧。
进一步优化技术方案，所述烟道的内部底端设置有水箱，所述水箱用于收集烟道中经冷凝分离后的水；所述水箱通过U型排水管与所述出水管相连通，所述U型排水管上设置有第二阀门组件。
进一步优化技术方案，所述CO2捕捉装置包括：
CO2捕捉器，所述CO2捕捉器位于所述冷凝装置上方，所述CO2捕捉器上设置有CO2排出管；
高压存储器，所述高压存储器连接设置在所述CO2排出管端部，所述高压存储器适于对所述CO2捕捉器捕捉的CO2进行收集存储。
高氢燃料烟气处理方法，所述方法基于所述的高氢燃料烟气处理系统进行，包括以下步骤：
烟气从烟气进口进入烟道，烟气在烟道内传输并在冷凝装置的冷凝作用下分离产生水；
经分离后的烟气中的CO2由CO2捕捉装置收集；
经去除CO2的剩余烟气从排烟口排出。
进一步优化技术方案，所述冷凝装置内部的水以及烟道内冷凝下来的水均能够单独或混合后加热助燃空气，且与助燃空气进行热交换后重新注入冷凝装置循环利用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高氢燃料烟气处理系统，通过冷凝装置将烟气中的水蒸气冷凝，将烟气中的水蒸气分离生成水，减少或消除了烟气中的白烟现象，减少了需要烟气进行消白的工序，并通过CO2捕捉装置提纯收集烟气中的CO2，提纯后的CO2可用于工业用途，使得少量CO2排放至大气，同时降低了烟道排出的烟气总量。
因本发明在烟道内部增加了冷凝装置，这样烟气通过烟道时，其中的水蒸气进行了凝结，进而可以降低烟囱的有效高度，减少了投资成本。
并且本发明对烟气进行分离之后，烟气中CO2浓度大幅度增加，主要是CO2，还有少部分NOx、SOx、H2O、O2等气体介质，有利于进行CO2的捕集提纯。
2.本发明提供的高氢燃料烟气处理系统，冷凝管束的材质为铜，能够防止烟气以及水对于冷凝管束的侵蚀，同时铜质地软可以弯曲，能增加冷凝管束接触面积，冷凝效果更好。
3.本发明提供的高氢燃料烟气处理系统，冷凝管束的进水管与冷凝管束的出水管之间连接设置有循环管路，循环管路上设置有热交换器。出水管排出的水通过循环管路进入到热交换器进行换热，有效利用热焓，加热助燃空气，经换热后的水回流至冷凝管束的进水管，实现水的循环利用。
4.本发明提供的高氢燃料烟气处理系统，水箱连通设置的U型排水管对水箱进行液封，防止烟气进入U型排水管。
5.本发明提供的高氢燃料烟气处理方法，用以水为介质的冷凝管束对烟气进行冷凝，分离水和CO2，并通过CO2捕捉装置提纯CO2浓度至90％以上，经烟气加热过的介质以及冷凝下来的水具有一定热焓可用于加热空气，与空气做完热交换的水又可作为介质重新注入冷凝管束循环利用，实现全过程零排放和热能充分利用。并且经加热后的空气可通入至玻璃窑炉，实现余热的梯级利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高氢燃料烟气处理系统的结构示意图。
附图标记：
1、出水管；2、第一阀门；3、第一止回阀；4、U型排水管；5、水箱；6、烟气进口；7、进水管；71、蓄水箱；8、冷凝管束；81、液位计；9、CO2排出管；91、高压存储器；10、CO2捕捉器；11、排烟口；12、循环管路；13、冷空气入口；14、热空气出口；15、热交换器；16、第二阀门；17、第二止回阀；18、第三阀门；19、第三止回阀；20、第四阀门；21、第四止回阀；22、第五止回阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，本实施例公开了一种高氢燃料烟气处理系统，包括：烟道、冷凝装置和CO2捕捉装置。
烟道上设置有烟气进口6和排烟口11，烟气进口6设置在烟道的侧壁底部，排烟口11设置在烟道的顶端。
冷凝装置布置于烟道内部，冷凝装置适于将流经至烟道的烟气进行冷凝，以将烟气中的水蒸气冷凝成水并进行分离。
CO2捕捉装置布置于烟道内部并位于冷凝装置上方，CO2捕捉装置适于收集经分离后剩余烟气中的CO2。
上述高氢燃料烟气处理系统，该系统通过冷凝装置将烟气中的水蒸气冷凝，将烟气中的水蒸气分离生成水，防止出现白烟现象，使得玻璃生产线减少或消除了白烟现象(水蒸气)，减少了目前烟气消白过程；并通过CO2捕捉装置提纯收集烟气中的CO2，提纯后的CO2可用于工业用途，使得少量CO2排放至大气，同时降低了烟道排出的烟气总量。
因本发明在烟道内部增加了冷凝装置，这样烟气通过烟道时，其中的水蒸气进行了凝结，进而可以降低烟囱的有效高度，减少了投资成本。
并且本发明对烟气进行分离之后，烟气中CO2浓度大幅度增加，主要是CO2，还有少部分NOx、SOx、H2O、O2等气体介质，有利于进行CO2的捕集提纯。
具体地，冷凝装置为冷凝管束8，通过冷凝装置对烟气的冷凝作用，可消除烟气中的白烟现象。冷凝管束8的一端设置有进水管7，冷凝管束8的另一端设置有出水管1。进水管7连接有供水装置，供水装置用于向进水管7供给冷却水。出水管1将冷凝管束8内部的水排出。
冷凝管束8为塔状冷凝管，即冷凝管束8为多层叠片状，每层叠片的内部中空且相互连通，每层叠片的外表面能够与烟道中的烟气相接触，有效地增加了与烟气的接触面积，进一步提升对烟气的冷凝效果。
冷凝管束8由底部至中部的各叠片的直径依次增大，由中部至顶部的叠片的直径依次减小，进而有效地增加了烟气与冷凝管束8的接触面积。
冷凝管束8的材质为铜，能够防止烟气以及水对于冷凝管束的侵蚀，同时铜质地软可以弯曲，能增加冷凝管束接触面积，冷凝效果更好。
冷凝管束8的内部设置有液位计81，通过液位计81来监测冷凝管束8内部的水位高度，当冷凝管束8内部的水位低于设定水位时，通过供水装置向冷凝管束8内部注水。
供水装置包括：蓄水箱71和第一阀门组件。蓄水箱71与进水管7相连通，蓄水箱71适于向进水管7内供水，蓄水箱71内设置有供水泵。第一阀门组件设置在进水管7上。第一阀门组件包括第一阀门2和第一止回阀3，第一阀门2用于控制进水管7的通断，还可进行流量的调节。第一止回阀3用于防止冷凝管束8中经过换热后的水回流至蓄水箱71，避免影响蓄水箱71中的冷却水的温度。
冷凝管束8的进水管7与冷凝管束8的出水管1之间连接设置有循环管路12，循环管路12上设置有热交换器15。本实施例中冷凝管束8的出水管1排出的水为具有一定温度的水。出水管1排出的水通过循环管路12进入到热交换器15进行换热以进一步降低其温度，然后回流至冷凝管束8的进水管7，实现水的循环利用。
当进水管7与出水管1之间连接设置循环管路12时，为了防止供水装置供给的介质进入到循环管路12内，本实施例在循环管路上设置有第五止回阀22，设置的第五止回阀22使得循环管路内的介质仅能够单向输送。
并且本实施例将第一阀门2设置有两个，分别位于进水管7上，且分别位于循环管路12与进水管7交接处的前后两端。进而可单独地由循环管路12或供水装置向冷凝管束8供给介质，也可由循环管路12和供水装置同时向冷凝管束8供给介质。
热交换器15包括换：热器壳体、第一管路和第二管路。第一管路和第二管路均穿设在换热器壳体内部，第一管路和第二管路的形状均为弯折管状，且相互紧邻。第一管路的一端与出水管1相连通，第一管路的另一端与循环管路12相连接。第二管路的一端为冷空气入口13，第二管路的另一端为热空气出口14，冷空气入口13通入冷空气，进而使得第二管路内的冷空气与第一管路内的水进行热交换，经换热后的空气从热空气出口14排出。
为了进一步利用烟道排出的烟气，本实施例将排烟口11排出的烟气通过冷空气入口13进入第二管路进行热交换，提高了烟气的温度，经热交换后的烟气从热空气出口14排出并输入玻璃窑炉中进行燃烧，实现热量的充分利用，降低玻璃燃烧时能耗。作为另一种可替换的实施方式，排烟口11排出的烟气与空气混合后通过冷空气入口13进入第二管路进行热交换。
烟道的内部底端设置有水箱5，水箱5用于收集烟道中经冷凝分离后的水，并且水箱可设置管路将水排出。
水箱5通过U型排水管4与出水管1相连通，水箱连通设置的U型排水管对水箱进行液封，防止烟气从U型排水管跑出。冷凝管束以及冷凝后落入水箱里的水可以通过热交换循环使用，避免资源浪费，冷凝后的水具有较高热焓，将其充分利用，可以用于加热助燃空气等其他用途，预热助燃空气后使得助燃空气进行燃烧。
U型排水管4上设置有第二阀门组件，第二阀门组件包括第二阀门16和第二止回阀17。第二阀门16用于控制U型排水管4的通断，第二止回阀17用于防止出水管1中的水回流至水箱5中，保证U型排水管4与出水管1相连通时，U型排水管4与出水管1中的水均能够流入到热交换器15的第一管路。
此外，为了保证水箱5内的水顺利排出，U型排水管4上还可设置有输送泵，通过输送泵将水箱5内的水泵送至出水管1。
当U型排水管4与出水管1相连通时，本实施例在出水管1上设置有第四阀门组件，第四阀门组件包括第四阀门20和第四止回阀21，第四阀门20用于控制出水管1的通断，第四止回阀21用于防止出水管1中的水回流至冷凝管束8。
CO2捕捉装置包括：CO2捕捉器10和高压存储器91。CO2捕捉器10位于冷凝装置上方，CO2捕捉器10用于对分离后的CO2进行提纯捕集，可以将CO2提纯至90％以上，CO2捕捉器10上设置有CO2排出管9。高压存储器91连接设置在CO2排出管9端部，高压存储器适于对CO2捕捉器10捕捉的CO2进行收集存储，高压存储器的工作压力≥10MPa，用于存储低温液态CO2。高压存储器的结构可采用现有常规结构，其具体结构此处不再进行赘述。
CO2排出管9上还设置有第三阀门组件，第三阀门组件包括第三阀门18和第三止回阀19，第三阀门18用于控制CO2排出管9的通断及流量大小，第三止回阀19用于防止高压存储器91内的CO2回流至CO2捕捉器10。
实施例2
本实施例公开了一种高氢燃料烟气处理方法，该方法基于实施例1中的高氢燃料烟气处理系统进行，包括以下步骤：
烟气从烟气进口6进入烟道，烟气在烟道内传输并在冷凝装置的冷凝作用下分离产生水。在冷凝装置的冷凝作用下产生的水滴落入水箱5中。水箱5中的水经过U型排水管4与出水管1中冷凝水汇合，水箱5中的水及冷凝管束8中的水均可通过热交换器15进行热交换，热交换后的水再从进水管7进入到冷凝管束8中。
经分离后剩余烟气中的CO2由CO2捕捉器10提纯，而后捕捉CO2至高压存储器91中存储，使其纯度在90％以上，能够用于工业用途。
经去除CO2的剩余烟气从排烟口11排出。
作为一种进一步改进的实施方式，本发明排烟口11排出的烟气从冷空气入口13进入到热交换器15的第二管路，即将原先经降温后排入至大气的烟气再次通入至热交换器15内进行换热，经过换热后，烟气的温度升高，再将高温烟气输入至玻璃窑炉，实现余热的梯级利用，降低玻璃燃烧时能耗。
上述高氢燃料烟气处理方法，用以水为介质的冷凝管束对烟气进行冷凝，分离水和CO2，并通过CO2捕捉装置提纯CO2浓度至90％以上，经烟气加热过的介质以及冷凝下来的水具有一定热焓可用于加热空气，与空气做完热交换的水又可作为介质重新注入冷凝管束循环利用，实现全过程零排放和热能充分利用。并且经加热后的空气可通入至玻璃窑炉，实现余热的梯级利用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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他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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，包括：
烟道，所述烟道上设置有烟气进口(6)和排烟口(11)；
冷凝装置，所述冷凝装置布置于所述烟道内部，所述冷凝装置适于将流经至烟道的烟气进行冷凝，以将烟气中的水蒸气冷凝成水并进行分离；
CO2捕捉装置，所述CO2捕捉装置布置于所述烟道内部并位于所述冷凝装置上方，所述CO2捕捉装置适于收集经分离后剩余烟气中的CO2。
2.根据权利要求1所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述冷凝装置为冷凝管束(8)；所述冷凝管束(8)的一端设置有进水管(7)，所述冷凝管束(8)的另一端设置有出水管(1)，所述进水管(7)连接有供水装置，所述出水管(1)将所述冷凝管束(8)内部的水排出。
3.根据权利要求2所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述冷凝管束(8)为塔状冷凝管；
和/或所述冷凝管束(8)的材质为铜；
和/或所述冷凝管束(8)的内部设置有液位计(81)。
4.根据权利要求2所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述供水装置包括：
蓄水箱(71)，所述蓄水箱(71)与所述进水管(7)相连通，所述蓄水箱(71)适于向所述进水管(7)内供水；
第一阀门组件，所述第一阀门组件设置在所述进水管(7)上。
5.根据权利要求2所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述冷凝管束(8)的进水管(7)与所述冷凝管束(8)的出水管(1)之间连接设置有循环管路(12)，所述循环管路(12)上设置有热交换器(15)。
6.根据权利要求5所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述热交换器(15)包括换：
热器壳体；
第一管路，所述第一管路的一端与所述出水管(1)相连通，所述第一管路的另一端与所述循环管路(12)相连接；
第二管路，所述第二管路的一端为冷空气入口(13)，所述第二管路的另一端为热空气出口(14)；所述排烟口(11)排出的烟气通过所述冷空气入口(13)进入第二管路进行热交换，经热交换后的烟气从所述热空气出口(14)排出并输入玻璃窑炉中进行燃烧。
7.根据权利要求2所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述烟道的内部底端设置有水箱(5)，所述水箱(5)用于收集烟道中经冷凝分离后的水；所述水箱(5)通过U型排水管(4)与所述出水管(1)相连通，所述U型排水管(4)上设置有第二阀门组件。
8.根据权利要求1所述的高氢燃料烟气处理系统，其特征在于，所述CO2捕捉装置包括：
CO2捕捉器(10)，所述CO2捕捉器(10)位于所述冷凝装置上方，所述CO2捕捉器(10)上设置有CO2排出管(9)；
高压存储器(91)，所述高压存储器(91)连接设置在所述CO2排出管(9)端部，所述高压存储器(91)适于对所述CO2捕捉器(10)捕捉的CO2进行收集存储。
9.高氢燃料烟气处理方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1至8任意一项所述的高氢燃料烟气处理系统进行，包括以下步骤：
烟气从烟气进口(6)进入烟道，烟气在烟道内传输并在冷凝装置的冷凝作用下分离产生水；
经分离后的烟气中的CO2由CO2捕捉装置收集；
经去除CO2的剩余烟气从排烟口(11)排出。
10.根据权利要求9所述的高氢燃料烟气处理方法，其特征在于，所述冷凝装置内部的水以及烟道内冷凝下来的水均能够单独或混合后加热助燃空气，且与助燃空气进行热交换后重新注入冷凝装置循环利用。
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