CN219399545U - 一种基于碳捕集的烟气深度处理系统 - Google Patents

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方朝君
姚燕
孔凡海
王凯
马云龙
雷嗣远
鲍强
陈宝康
王乐乐
杨晓宁
罗彦佩
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Abstract

本实用新型公开了一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，包括进口烟道、脱硫喷淋柱、冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器，进口烟道内设多排脱硫喷淋柱，脱硫喷淋柱上设雾化喷嘴，进口烟道内、位于脱硫喷淋柱下游顺序设置冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器。本实用新型根据固体吸附法捕集烟气中CO2的需要对石膏石灰法脱硫后的烟气进行深度处理，不但能够将烟气中SO2脱除以达到吸附反应装置进口烟气条件的要求，也能对烟气中的H2O和HCl等进行一定的脱除，利于固体吸附剂吸附容量的保持和降低吸附脱附再生能耗，具有节能、环保、运行可靠的特点，适于固体吸附法捕集电力、石化、焦化等行业烟气中的CO2。

Description

一种基于碳捕集的烟气深度处理系统
技术领域
本实用新型属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种基于碳捕集的烟气深度处理系统。
背景技术
二氧化碳捕集、利用和封存技术是现阶段实现减少二氧化碳排放不可或缺的可行技术。在世界范围内，已开展了不同规模的捕集燃煤、焦化烟气中CO2示范工程，以化学吸收工艺为主，但距离大规模应用尚存在一定距离，还需大幅度降低再生能耗、减少吸附剂损耗并解决含CO2的富液腐蚀问题。
固体吸附捕集烟气中的CO2工艺发展迅速，目前已进入中试实证阶段，负载胺如乙醇胺的多孔吸附材料是常用的固体吸附剂。
燃煤烟气成分与空气不同，比空气中含有更高浓度的NO、SO2、颗粒物等污染物，其中，烟气中的NO对负载胺吸附剂的性能影响不大，但是烟气中的SO2会与吸附剂上负载的有机胺形成化学键，产生热稳定性较高的盐，一般的热再生温度条件不足以将其分解，从而造成负载胺吸附剂吸附容量的下降，导致吸附剂脱附再生运行成本上升。因此，进入二氧化碳吸附器的烟气，宜达到如下条件：
a)SOx浓度应不大于10mg/m3(273K，101.325kPa标准状态下干烟气条件的数值，下同)；
b)烟尘或颗粒物浓度应不大于5mg/m3；
c)NOx浓度应不大于50mg/m3；
d)HCl浓度应不大于5mg/m3。
鉴于我国火力发电行业超低排放改造后，SO2浓度一般不大于35mg/m3，故仍需要进一步深度脱除。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于碳捕集的烟气深度处理系统。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，包括进口烟道、脱硫喷淋柱、冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器，所述进口烟道内设置有多排脱硫喷淋柱，每个脱硫喷淋柱上开设有若干个雾化喷嘴，进口烟道内、位于脱硫喷淋柱下游顺序设置有冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器。
进一步的，所述系统还包括溶液调节池，所述溶液调节池分别与脱硫喷淋柱、旋风分离器和除雾器组相连通。
进一步的，所述溶液调节池通过脱硫剂循环泵与脱硫喷淋柱相连通。
进一步的，位于所述冷却器盘管与旋风分离器之间的进口烟道的底部板面与水平面之间存在一定的夹角。
进一步的，位于所述冷却器盘管与旋风分离器之间的进口烟道的底部板面与水平面之间的夹角为2-8°。
进一步的，所述进口烟道底部且位于冷却器盘管与旋风分离器之间的低位处设置有集液槽，所述集液槽与溶液调节池相连通。
进一步的，所述脱硫喷淋柱中轴线方向与烟气流向垂直，不同脱硫喷淋柱上的雾化喷嘴错列设置，所述雾化喷嘴与烟气流向之间存在一定的夹角。
进一步的，所述脱硫喷淋柱上的雾化喷嘴与烟气流向之间的夹角为30-60°。
进一步的，所述除雾器组包括沿烟气流向顺序设置的若干个除雾器。
进一步的，所述二氧化碳吸附器内置固体吸附剂，所述二氧化碳吸附器上设置有烟气侧进口、烟气侧出口、解吸气风道进口和解吸气风道出口，所述烟气侧出口与除雾器组出口相连通。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型公开了一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，对湿法脱硫后的烟道进行改造，根据固体吸附法捕集烟气中CO2的需要对石膏石灰法脱硫后的烟气进行深度处理，不但能够将烟气中SO2脱除以达到吸附反应装置进口烟气条件的要求，也能对烟气中的H2O和HCl等进行一定的脱除，有利于固体吸附剂吸附容量的保持和降低吸附脱附再生能耗，具有节能、环保、运行可靠的特点，适用于固体吸附法捕集电力、石化、焦化等行业烟气中的CO2。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
如图1所示，一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，适用于电力、石化、焦化等行业烟气中二氧化碳捕集的场合，该系统包括：进口烟道1、脱硫喷淋柱2、冷却器盘管4、旋风分离器5、除雾器组、二氧化碳吸附器8和溶液调节池13，进口烟道1内设置有多排脱硫喷淋柱2，烟气流向与脱硫喷淋柱2中轴线方向垂直，每个脱硫喷淋柱2上开设有若干个雾化喷嘴3，脱硫喷淋柱2与溶液调节池13相连通，溶液调节池13内的脱硫剂进入脱硫喷淋柱2并通过脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷出，进口烟道1内、位于脱硫喷淋柱2下游设置有冷却器盘管4，冷却器盘管4下游设置有旋风分离器5，冷却器盘管4用于对进口烟道1内的烟气进行降温冷却，增加了颗粒液滴的凝结，为下游的旋风分离器5进行液滴分离创造条件，旋风分离器5下游沿烟气流向顺序设置有除雾器组和二氧化碳吸附器8，除雾器组包括沿烟气流向顺序设置的若干个除雾器，二氧化碳吸附器8内置固体吸附剂，其再生采用热再生方式。
进口烟道1底部且位于冷却器盘管4与旋风分离器5之间的低位处设置有集液槽12，集液槽12与溶液调节池13相连通，用于汇集反应后的产物溶液。
位于冷却器盘管4与旋风分离器5之间的进口烟道1的底部板面与水平面之间存在一定的夹角(2-8°)，雾化喷嘴3与烟气流向之间存在一定的夹角(30-60°)，雾化喷嘴3的作用是使溶液粒径更小，与烟气中的SO2反应过程的传质稳定、气液接触充分，保证SO2的吸收去除效果。
冷却器盘管4左下端为循环冷却水入口，右下端为循环冷却水出口。
脱硫剂选用浓度30％的NaOH或氨水等碱性溶液。
二氧化碳吸附器8上设置有烟气侧进口、烟气侧出口9、解吸气风道进口21和解吸气风道出口22，烟气侧出口9与除雾器组出口相连通。
本实用新型的工作原理包括：
经石灰石膏法湿式脱硫后的烟气进入进口烟道1内，在流经多排脱硫喷淋柱2时，与脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷射出来的脱硫剂相互扰动混合，实现脱硫；烟气继续流动，进入冷却器盘管4并被冷却器盘管4降温冷却，再进入旋风分离器5，经旋风分离器5分离后的烟气进入除雾器组进行除雾；经过深度脱硫和脱水除雾后的烟气，从烟气侧进口进入旋转式的二氧化碳吸附器8内进行二氧化碳的吸附捕集；经脱碳后的烟气再从二氧化碳吸附器8的烟气侧出口9排入烟囱，最终升温后排向大气环境；解吸气从解吸气风道进口21进入，携带从固体吸附剂上解吸脱附下来的CO2从解吸气风道出口22排出，经过干燥后由压缩机送入CO2储罐储存。
经旋风分离器5分离出来的液体、进口烟道1底部的集液槽12收集的液体、除雾器组及其冲洗水均回收至溶液调节池13，经调理后，由脱硫剂循环泵11送至脱硫喷淋柱2回用。
实施例1
如图1所示，一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，包括：进口烟道1、脱硫喷淋柱2、冷却器盘管4、旋风分离器5、除雾器组、二氧化碳吸附器8和溶液调节池13，进口烟道1的底部板面与水平面呈5°的夹角，进口烟道1内间隔设置有4排脱硫喷淋柱2，烟气流向与脱硫喷淋柱2中轴线方向垂直，每个脱硫喷淋柱2上开设有若干个雾化喷嘴3，雾化喷嘴3的作用是使溶液粒径更小，与烟气中的SO2反应过程的传质稳定、气液接触充分，保证SO2的吸收去除效果，脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3与烟气流向呈45°的夹角，不同脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3错列设置，以保证每一排脱硫喷淋柱2喷射出来的脱硫剂(浓度30％的NaOH)能够覆盖该烟道截面，提高SO2吸收效果，脱硫喷淋柱2与溶液调节池13相连通，溶液调节池13内的脱硫剂进入脱硫喷淋柱2并通过脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷出，进口烟道1内、位于脱硫喷淋柱2下游设置有冷却器盘管4，冷却器盘管4左下端为循环冷却水入口，右下端为循环冷却水出口，冷却器盘管4下游设置有旋风分离器5，冷却器盘管4用于对进口烟道1内的烟气进行降温冷却，加速颗粒液滴的凝结与长大，该液滴含有烟气中的颗粒物和HCl污染物，这可为下游旋风分离器5进行液滴分离创造条件，旋风分离器5的作用是既能分离较大颗粒的液滴，也起到了延长脱硫剂与烟气混合反应的时间，旋风分离器5下游沿烟气流向顺序设置有除雾器组和二氧化碳吸附器8，除雾器组包括沿烟气流向顺序设置的一级除雾器6和二级除雾器7，二氧化碳吸附器8内置固体吸附剂，包括MOFs材料或碳基多孔材料，其再生采用热再生方式。
进口烟道1底部且位于冷却器盘管4与旋风分离器5之间的低位处设置有集液槽12，集液槽12与溶液调节池13相连通，用于汇集反应后的产物溶液。
冷却器盘管4左下端为循环冷却水入口，右下端为循环冷却水出口。
二氧化碳吸附器8上设置有烟气侧进口、烟气侧出口9、解吸气风道进口21和解吸气风道出口22，烟气侧出口9与除雾器组出口相连通。
本实施例的工作原理为：
经石灰石膏法湿式脱硫后的烟气进入进口烟道1，进口烟道1的底部板面与水平面呈5°的夹角，在烟气流经脱硫喷淋柱2时，与脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷射出来的脱硫剂相互扰动混合；烟气继续流动，进入冷却器盘管4，冷却器盘管4采用轻质金属合金材料，有利于提高换热效率和减轻烟道整体的重量，冷却器盘管4的作用是降温冷却烟气，经过降温冷却后的烟气进入旋风分离器5，经旋风分离器5分离后的烟气依次流经一级除雾器6和二级除雾器7，一级除雾器6采用丝网型除雾器，其压力降在100Pa左右，二级除雾器7的压力降在50Pa左右，其出口的烟气进入内置固体吸附剂的旋转式二氧化碳吸附器8内，该烟气中颗粒物和SO2污染物及含湿量都得到了降低，颗粒物浓度和HCl浓度低于5mg/m3，SO2浓度低于7mg/m3，含湿量比进口烟气中的含湿量下降了10％～40％。经脱碳后的烟气从二氧化碳吸附器8的烟气侧出口9排入烟囱，最终升温后排向大气环境；解吸气从解吸气风道进口21进入，携带从固体吸附剂上解吸脱附下来的CO2从解吸气风道出口22排出，经过干燥后由压缩机送入CO2储罐储存。
经旋风分离器5分离出来的液体、进口烟道1底部集液槽收集的液体、两级除雾器及其冲洗水均回收至溶液调节池13，经调理后，由脱硫剂循环泵11送至脱硫喷淋柱2回用。
实施例2
一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，包括：进口烟道1、脱硫喷淋柱2、冷却器盘管4、旋风分离器5、除雾器组、二氧化碳吸附器8和溶液调节池13，进口烟道1的底部板面与水平面呈3°的夹角，进口烟道1内间隔设置有2排脱硫喷淋柱2，烟气流向与脱硫喷淋柱2中轴线方向垂直，每个脱硫喷淋柱2上开设有若干个雾化喷嘴3，脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3与烟气流向呈30°的夹角，不同脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3错列设置，以保证每一排脱硫喷淋柱2喷射出来的脱硫剂(浓度30％的NaOH)能够覆盖该烟道截面，提高SO2吸收效果，脱硫喷淋柱2与溶液调节池13相连通，溶液调节池13内的脱硫剂进入脱硫喷淋柱2并通过脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷出，进口烟道1内、位于脱硫喷淋柱2下游设置有冷却器盘管4，冷却器盘管4左下端为循环冷却水入口，右下端为循环冷却水出口，冷却器盘管4下游设置有旋风分离器5，冷却器盘管4用于对进口烟道1内的烟气进行降温冷却，加速颗粒液滴的凝结与长大，该液滴含有烟气中的颗粒物和HCl污染物，这可为下游旋风分离器5进行液滴分离创造条件，旋风分离器5下游沿烟气流向顺序设置有除雾器组和二氧化碳吸附器8，除雾器组包括沿烟气流向顺序设置的一级除雾器6和二级除雾器7，二氧化碳吸附器8内置固体吸附剂，包括MOFs材料或碳基多孔材料，其再生采用热再生方式。
本实施例的工作原理为：
经石灰石膏法湿式脱硫后的烟气进入进口烟道1，在烟气流经脱硫喷淋柱2时，与脱硫喷淋柱2上的雾化喷嘴3喷射出来的脱硫剂相互扰动混合；烟气继续流动，进入冷却器盘管4，冷却器盘管4采用轻质金属合金材料，有利于提高换热效率和减轻烟道整体的重量，冷却器盘管4的作用是降温冷却烟气，加速颗粒液滴的凝结与长大，该液滴含有烟气中的颗粒物和HCl污染物，这可为下游旋风分离器5液滴分离创造条件；经过降温冷却后的烟气进入旋风分离器5，旋风分离器5的作用是既能分离较大颗粒的液滴，也起到了延长脱硫剂与烟气混合反应的时间，经旋风分离器5分离后的烟气依次流经一级除雾器6和二级除雾器7，一级除雾器6采用丝网型除雾器，其压力降在100Pa左右，二级除雾器7的压力降在50Pa左右，其出口的烟气进入旋转式二氧化碳吸附器8，该烟气中颗粒物和SO2污染物及含湿量都得到了降低，颗粒物浓度和HCl浓度低于5mg/m3，SO2浓度低于15mg/m3，含湿量比进口烟气中的含湿量下降了10％～40％。经脱碳后的烟气从二氧化碳吸附器8的烟气侧出口9排入烟囱，最终升温后排向大气环境；解吸气从解吸气风道进口21进入，携带从固体吸附剂上解吸脱附下来的CO2从解吸气风道出口22排出，经过干燥后由压缩机送入CO2储罐储存。
经旋风分离器5分离出来的液体、进口烟道1底部集液槽收集的液体、两级除雾器及其冲洗水均回收至溶液调节池13，经调理后，由脱硫剂循环泵11送至脱硫喷淋柱2回用。
余同实施例1。
本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，包括进口烟道、脱硫喷淋柱、冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器，所述进口烟道内设置有多排脱硫喷淋柱，每个脱硫喷淋柱上开设有若干个雾化喷嘴，进口烟道内、位于脱硫喷淋柱下游顺序设置有冷却器盘管、旋风分离器、除雾器组和二氧化碳吸附器。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，还包括溶液调节池，所述溶液调节池分别与脱硫喷淋柱、旋风分离器和除雾器组相连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述溶液调节池通过脱硫剂循环泵与脱硫喷淋柱相连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，位于所述冷却器盘管与旋风分离器之间的进口烟道的底部板面与水平面之间存在一定的夹角。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，位于所述冷却器盘管与旋风分离器之间的进口烟道的底部板面与水平面之间的夹角为2-8°。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述进口烟道底部且位于冷却器盘管与旋风分离器之间的低位处设置有集液槽，所述集液槽与溶液调节池相连通。
7.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述脱硫喷淋柱中轴线方向与烟气流向垂直，不同脱硫喷淋柱上的雾化喷嘴错列设置，所述雾化喷嘴与烟气流向之间存在一定的夹角。
8.根据权利要求7所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述脱硫喷淋柱上的雾化喷嘴与烟气流向之间的夹角为30-60°。
9.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述除雾器组包括沿烟气流向顺序设置的若干个除雾器。
10.根据权利要求1所述的一种基于碳捕集的烟气深度处理系统，其特征在于，所述二氧化碳吸附器内置固体吸附剂，所述二氧化碳吸附器上设置有烟气侧进口、烟气侧出口、解吸气风道进口和解吸气风道出口，所述烟气侧出口与除雾器组出口相连通。
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