[發(fā)明專利]控制煙道氣中水分濃度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710097132.0
• 申請日: 2007-04-13
• 公開（公告）號: CN101063527A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: W·唐斯;D·J·德瓦爾特;D·K·麥克唐納德;H·法贊
• 申請（專利權(quán)）人: 巴布考克及威爾考克斯公司
• 主分類號: F23J15/02
• 分類號: F23J15/02
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 范征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及除去煙道氣中的水分和污染物，具體涉及一種采用噴霧塔調(diào)節(jié)煙道氣水分含量的新型和獨特的方法。

背景技術(shù)

礦物燃料的燃燒被認(rèn)為是造成地球大氣中二氧化碳濃度增加的主要因素。二氧化碳濃度的持續(xù)增加已使得很多政府和工業(yè)行業(yè)檢查礦物燃料的大量使用，并試圖開發(fā)降低二氧化碳排放的新技術(shù)。礦物燃料利用中二氧化碳的主要來源包括燃煤發(fā)電廠、發(fā)電和家庭取暖所用的天然氣以及用于運(yùn)輸?shù)氖腿剂?。?jù)信這三個主要來源分別占從礦物燃料燃燒系統(tǒng)中排放的二氧化碳的36％、22％和42％。由于發(fā)電廠的用煤代表了二氧化碳的點源(point?source)，因此政府和發(fā)電廠集中精力開發(fā)控制這些來源中二氧化碳排放的可靠方法。

提議用于從發(fā)電廠捕獲、傳輸和處理二氧化碳的現(xiàn)有技術(shù)屬于能量密集型并且非常昂貴。用于捕獲和濃縮二氧化碳的大多數(shù)成熟的CO₂技術(shù)是用各種商業(yè)應(yīng)用的有機(jī)胺(例如乙醇胺)從原始天然氣中除去CO₂的吸收-除去(absorption-stripping)方法。然而，將這種技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠導(dǎo)致工廠輸出的電力損失超過30％。因此，政府和依靠燃煤來滿足其能量需求的行業(yè)需要開發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的二氧化碳捕獲技術(shù)用于燃煤發(fā)電廠。

可能能夠用于濃縮發(fā)電廠煙道氣中的二氧化碳并且比胺洗滌方法能量損失更小的另外一種技術(shù)是通常稱為氧燃燒(oxy-combustion)的技術(shù)。在正常的燃燒過程中，用含有約21體積％氧氣和約78體積％氮氣的大氣燃燒燃料。燃料中的碳與空氣中的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，燃料中的氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生水蒸汽。燃燒的氣體產(chǎn)物通常稱為煙道氣，它含有10-15％的CO₂和4-7％的H₂O，其余主要由氮氣組成。如果能夠在礦物燃料燃燒之前將空氣中的氧氣與氮氣分離，則燃燒過程產(chǎn)生的煙道氣將含有濃度高得多的CO₂和水蒸汽(通常高約3倍，可能高達(dá)5倍)。

用濃縮的氧氣替代大氣是氧燃燒法的主要特征之一。另一個特征是煙道氣的再循環(huán)。圖1顯示了氧燃燒鍋爐的示意圖。將煤和氧氣供應(yīng)到位于顆粒收集器和煙道氣脫硫裝置上游的鍋爐中。然后凈化的煙道氣被分成兩股氣流，一股再循環(huán)回到燃燒過程，另一股排到大氣中或處理后隔離。

假如用氧燃燒技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有的鍋爐(boiler)，則熔爐(furnace)被設(shè)計成在預(yù)定的溫度(一般約為2500-3000°F)范圍內(nèi)工作，向鍋爐各部分的熱傳遞不得被新的氧燃燒結(jié)構(gòu)改變。然而，用氧氣取代空氣可造成燃燒過程在顯著升高的溫度下進(jìn)行，在大多數(shù)情況下，該溫度高到足以對鍋爐造成不可修復(fù)性的損壞。此外，在改進(jìn)的應(yīng)用中，煙道氣的流量僅為鍋爐設(shè)計通過氣流的五分之一，造成向鍋爐各組件的熱傳遞分布發(fā)生改變，進(jìn)而對驅(qū)動渦輪的氣流的產(chǎn)生造成不良影響。然而，如果將鍋爐廢氣中的煙道氣循環(huán)回到鍋爐中，則引入到燃燒系統(tǒng)中的氧氣被煙道氣沖淡，從而富含氧氣的煙道氣中的整體氧氣濃度與大氣接近。

通過限制引入到再循環(huán)煙道氣中的氧氣的水平，鍋爐可在正常的設(shè)計條件下工作，通過其余的氣流產(chǎn)生部分的煙道氣流速和溫度特征可與設(shè)計條件相匹配。再循環(huán)的煙道氣主要含有CO₂和H₂O。將氧氣注入再循環(huán)的煙道氣產(chǎn)生氧氣濃度約為空氣中氧氣濃度的富含氧氣的煙道氣，產(chǎn)生所需的氧燃燒效果(即，產(chǎn)生用于發(fā)電的氣流，其中產(chǎn)生的煙道氣主要由二氧化碳組成)，并通過例如但不限于隔離來改善排放物的處理。

礦物燃料例如煤天然地含有一些雜質(zhì)例如硫、礦物質(zhì)以及汞，必須控制這些雜質(zhì)的排放以符合現(xiàn)有的和即將頒布的法規(guī)。因為從氧燃燒過程排出的煙道氣流速約為傳統(tǒng)燃燒過程排出的煙道氣的五分之一，因此灰塵收集器、脫硫處理和汞捕獲裝置的尺寸可能能夠小很多。然而，在回到鍋爐的再循環(huán)煙道氣中，所有這些污染物的濃度可比傳統(tǒng)燃燒過程的排出物高出達(dá)5倍。例如，如果傳統(tǒng)燃燒過程的煙道氣中SO₂的濃度是1500ppm，那么再循環(huán)煙道氣中SO₂的濃度可約為7500ppm。對于顆粒物和汞也有類似的對比。

再循環(huán)的煙道氣中SO₂濃度和水分濃度的同時增加可進(jìn)一步加劇空氣加熱器以及最終濕式洗滌器中硫酸的冷凝。如果在再循環(huán)回路中放置污染物去除裝置，則這些污染物的濃度都可被大大降低。如果這些污染物的濃度被大大降低，設(shè)備尺寸的減少所帶來的益處被最小化，然而在很多應(yīng)用(例如將氧燃燒加入現(xiàn)有燃煤鍋爐的改進(jìn)性應(yīng)用)中，這些污染物對熔爐和鍋爐組件的有害作用被顯著降低。