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CN103561848A - 燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法 - Google Patents

燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法 Download PDF

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CN103561848A
CN103561848A CN201280025745.2A CN201280025745A CN103561848A CN 103561848 A CN103561848 A CN 103561848A CN 201280025745 A CN201280025745 A CN 201280025745A CN 103561848 A CN103561848 A CN 103561848A
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absorption
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胜部利夫
横山公一
木寺义宽
三岛信义
折田久幸
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Hitachi Ltd
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Abstract

本发明提供燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法，具有：换热器（A），其用于将从燃烧装置排出的气体所保有的热量回收到热介质；吸收塔，其用于使所述排出气体与吸收液接触来使吸收液吸收该排出气体中的CO2，从而得到除去了CO2的气体；换热器（B），其用于将热介质所回收的热量施加到吸收了CO2的吸收液；再生塔，其用于从吸收了CO2的吸收液释出CO2而使吸收液再生；闪蒸罐，其用于将再生的吸收液闪蒸；换热器（E），其用于使热量从再生的吸收液向吸收了CO2的吸收液移动，并能够将吸收了CO2的吸收液从吸收塔经由换热器（E）及换热器（B）以该顺序供给到再生塔，并且能够将再生的吸收液从再生塔经由闪蒸罐及换热器（E）以该顺序供给到吸收塔。

Description

燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法
技术领域
本发明涉及用于吸收分离化石燃料等的燃烧排出气体中的二氧化碳（CO2）的燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法。更详细来说，本发明涉及工厂设计上的自由度高且热效率及CO2除去能力高的燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法。
背景技术
在火力发电设备或锅炉设备中，由于燃烧大量的煤炭及重油等的燃料，大量地生成二氧化碳。近年来，从大气污染及地球变暖的角度出发，在世界范围内研究二氧化碳（CO2）的排出抑制。作为CO2的分离回收技术之一，公知利用胺化合物等的吸收液吸收CO2的方法，即化学吸收法。在该化学吸收法中，需要大量的热能。化学吸收法减少了通过燃烧产生的热能中的本来用于发电等的能量，使发电效率降低。在使用了化学吸收法的装置中，从经济性的观点出发，有效地利用该热能并抑制发电效率的降低是重要的。
作为提高热效率的方法，例如，专利文献1公开了一种燃烧排出气体净化方法：在CO2吸收塔内使燃烧排出气体与由醇胺水溶液构成的吸收液接触而使吸收液吸收所述燃烧排出气体中的CO2，在换热器中对吸收了该CO2的吸收液施加燃烧排出气体的具有的热量及该燃烧气体中的液体蒸气的冷凝热，在再生塔内对吸收了所述CO2的吸收液进行加热并释出CO2而使吸收液再生，然后，使再生的吸收液向CO2吸收塔循环。
另外，专利文献1的现有技术栏及图7公开了一种燃烧排出气体净化装置：在由锅炉、电集尘器、送风机、脱硫装置、CO2吸收塔、CO2释出再生塔等构成的装置中，在送风机和脱硫装置之间的配管以及吸收塔和烟囱之间的配管之间设置有气体/气体加热器。
而且，专利文献2公开了一种排烟处理装置：从排出气体流路的上游侧开始按顺序配置有对于锅炉的排出气体中所含有的烟尘和硫氧化物进行处理的集尘器和脱硫装置，其特征在于，在集尘器和脱硫装置之间的排出气体流路中设置有热回收器，并且设置用于向锅炉供水的供水管路，在该供水管路上设置有供水加热器，并设置有连接所述热回收器和所述供水加热器的热介质循环用连接配管。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-241440号公报
专利文献2:日本特开2001-239129号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1记载的装置具有高的热效率和高的除去能力，但需要在从CO2吸收塔向再生塔移送吸收液的管的中间设置多个换热器，因此对各装置的配置产生制约。必须选择对于燃烧排出气体和吸收液双方都具有抗性的材料用于换热器。由此，工厂设计上的自由度低。另外，从发电效率提高的观点出发，要求热效率的进一步改善。
本发明的课题是提供一种工厂设计上的自由度高且热效率及除去能力高的燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法。另外，本发明的课题是提供一种燃烧排出气体处理系统及燃烧排出气体处理方法，能够防止向再生塔供给的CO2吸收液的温度降低，并减少从涡轮系统抽气的水蒸气的消耗量，抑制发电效率的降低。
用于解决课题的技术手段
发明人为解决上述课题，尝试进行了专利文献1的图7所示的系统的改良。图4是表示该改良系统的图。在图4所示的系统中，在再生塔的下部附加设置了闪蒸罐和蒸气再压缩设备。积存在再生塔40底部的储液部中的CO2吸收液被供给到闪蒸罐91，并利用再生塔40为0.1MPa（g）左右的加压条件，通过压力调整阀67减压，在闪蒸罐91中减压蒸发，由此能够产生饱和蒸气。压缩机92发挥在闪蒸罐91中减压蒸发的蒸气的再压缩以及向再生塔40输送蒸气的作用。闪蒸罐91的液相侧经由闪蒸罐出口配管96通过泵93被升压，在通过换热器34及冷却器31被降温之后，被供给到CO2吸收塔20。由于能够通过闪蒸罐和蒸气再压缩设备向再生塔输送吸收液蒸气，所以能够实现向再沸器60供给的水蒸气62的减少。闪蒸罐91的压力在压力计68及压力调整阀67的控制下接近常压（0MPa（g））关系到最大限度地利用热量。然而，以该条件操作时，闪蒸罐91中的CO2吸收液的温度降低到例如100～105℃左右。因来自于闪蒸罐的吸收液的温度降低，仅以通常尺寸的换热器34中的热交换，不能使再生塔40入口的CO2吸收液的温度保持在规定温度（例如95～105℃）。流入再生塔的吸收液温度的降低使向再生塔40供给的热量降低，其结果，必须增加水蒸气62向再沸器60的流量。为使流入再生塔的吸收液保持在规定温度，需要扩大换热器34的传热面积，经济上成为大的负担。
因此，发明人进行了进一步研究，完成以下发明。
〔1〕一种燃烧排出气体处理系统，具有：
燃烧装置；
换热器（A），其用于将从燃烧装置排出的气体所具有的热量回收到热介质；
吸收塔，其用于使所述排出气体与吸收液接触来使吸收液吸收该排出气体中的CO2，从而得到除去了CO2的气体；
再生塔，其用于从所述吸收了CO2的吸收液释出CO2而使吸收液再生；以及
再沸器，其用于向再生塔供给热量而使吸收液蒸发；
闪蒸罐，其用于将所述再生的吸收液闪蒸；
换热器（E），其用于使热量从所述再生了的吸收液向所述吸收了CO2的吸收液移动，并且
所述燃烧排出气体处理系统能够将所述吸收了CO2的吸收液从吸收塔经由换热器（E）供给到再生塔，并且能够将所述再生的吸收液从再生塔经由闪蒸罐及换热器（E）以该顺序供给到吸收塔，
所述燃烧排出气体处理系统还具有：
换热器（B），其被设置在换热器（E）和再生塔之间，用于将所述热介质所回收的热量施加到所述吸收了CO2的吸收液；和/或
换热器（C），其被设置在闪蒸罐和换热器（E）之间，用于将所述热介质所回收的热量施加到所述再生了的吸收液。
〔2〕如〔1〕所述的燃烧排出气体处理系统，其还具有：换热器（D），其用于将所述热介质所回收的热量施加到被除去了CO2的气体。
〔3〕如〔1〕或〔2〕所述的燃烧排出气体处理系统，其还具有：蒸气再压缩设备，其用于压缩从闪蒸罐上部排出的蒸气并向再生塔供给。
〔4〕如〔1〕～〔3〕中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，其还具有：湿式排烟脱硫装置，其被设置在换热器（A）和吸收塔之间，用于除去所述排出气体中的硫氧化物。
〔5〕如〔1〕～〔4〕中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，其还具有：脱硝装置，其被设置在燃烧装置和换热器（A）之间，用于除去所述排出气体中的氮氧化物。
〔6〕如〔1〕～〔5〕中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，吸收液是将胺化合物作为主成分的吸收液。
〔7〕一种燃烧排出气体处理方法，具有：
在换热器（A）中将燃烧排出气体所具有的热量回收到热介质的工序；
使所述燃烧排出气体与吸收液接触并通过吸收液吸收所述燃烧排出气体中的CO2而得到除去了CO2的气体的工序；
从吸收了CO2的吸收液释出CO2而使吸收液再生的工序；
使再生的吸收液闪蒸的工序；
在闪蒸的吸收液和吸收了CO2的吸收液之间通过换热器（E）进行热交换的工序，
所述燃烧排出气体处理方法还具有：
在所述换热器（E）中进行了热交换之后，将所述热介质所回收的热量通过换热器（B）施加到吸收了CO2的吸收液的工序；和/或
在通过所述的换热器（E）进行热交换之前，将所述热介质所回收的热量通过换热器（C）施加到所述闪蒸了的吸收液的工序。
〔8〕如〔7〕所述的燃烧排出气体处理方法，其还具有：将所述热介质所回收的热量通过换热器（D）施加到除去了CO2的气体的工序。
发明的效果
本发明的燃烧排出气体处理系统或燃烧排出气体处理方法，在工厂设计上的自由度高，热效率及CO2除去能力高。另外，根据本发明，将在气体冷却器4中从排出气体中回收的显热借助热介质通过设置在再生塔40的入口或出口的CO2吸收液的配管上的加热器38a或38b来加热CO2吸收液，使向再生塔40供给的热量增加，由此能够抑制从涡轮系统的抽气即水蒸气62的消耗量，并能够实现发电效率减少的抑制。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的燃烧排出气体处理系统的图。
图2是表示本发明的实施方式2的燃烧排出气体处理系统的图。
图3是表示本发明的实施方式3的燃烧排出气体处理系统的图。
图4是表示发明人最初研究的燃烧排出气体处理系统的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，本发明不限于以下实施方式，在不违反本发明的课题或主旨的范围内能够进行变更、追加或省略。
（实施方式1）
图1是表示本发明的实施方式1的燃烧排出气体处理系统的图。该燃烧排出气体处理系统例如成为工厂的一部分。该燃烧排出气体处理系统由锅炉（燃烧装置）1、脱硝装置2、空气加热器3、气体冷却器（换热器（A））4、电集尘装置5、湿式脱硫装置6、预洗涤装置10、CO2吸收塔20、再生塔40、再沸器60、闪蒸罐91等构成。
从锅炉1排出的、煤炭等的化石燃料的燃烧排出气体在脱硝装置2中被除去氮氧化物，然后，在空气加热器3中与空气进行热交换，被冷却到例如130～220℃。在空气加热器3中被加热的空气被供给到锅炉1。通过了空气加热器3的排出气体在气体冷却器4中被冷却到例如85～100℃左右。在该冷却中，排出气体具有的热量被回收到热介质。排出气体中的硫氧化物（SO3）被吸收到烟尘中。利用电集尘器5将排出气体中的烟尘与SO3一起除去。接着，利用引风机升压，在湿式脱硫装置6中除去硫氧化物（SO2）。在湿式脱硫装置6出口气体中通常残留有几十ppm左右的SO2。该残留SO2会使CO2吸收塔20内的CO2吸收液劣化。为防止该情况，优选在吸收塔20的前段设置预洗涤装置10，极力地减少残留SO2（例如10ppm以下）。
CO2吸收塔20由填充层21、吸收液喷射部22、水洗部24、水洗喷射部25、除雾器26、水洗水积存部27、冷却器28、水洗泵29等构成。排出气体中所含有的CO2在填充层21中与从CO2吸收塔20上部的CO2吸收液喷射部被供给的CO2吸收液气液接触，被CO2吸收液吸收。在CO2吸收时，产生热量。通过该热量使被除去了CO2的气体（脱CO2气体）的温度上升。在水洗部24中，进行被除去了CO2的气体的冷却及伴随该气体产生的雾的除去。另外，被冷却器28冷却的水洗水通过水洗泵29被循环使用。在水洗部24上部设置有除雾器26，由此，除去水洗部中未被完全除去的雾并作为处理气体（脱CO2气体）37排出。作为吸收液优选使用以胺化合物为主成分的吸收液。
吸收了CO2的吸收液从吸收塔20下部的储液部通过吸收塔排出泵33被排出，通过换热器34被升温至例如95～105℃。在图1所示的本发明的实施方式中，在通向再生塔40的CO2吸收液供给配管35上设置有加热器（换热器（B））38a。加热器38a的热源是通过气体冷却器4回收热量的热介质。通过加热器38a能够将被流入再生塔的吸收液的温度加热到规定值（例如95～105℃）。由此，能够抑制从涡轮系统的抽气即水蒸气62的消耗量，使发电效率减少的抑制成为可能。
在再生塔40内，从喷射部42喷射的富含CO2的吸收液被供给到填充层41。另一方面，在再生塔40底部设置有再沸器60，通过蒸气供给配管65被供给热量而使吸收液蒸发。在填充层41中，富含CO2的吸收液与从底部上升来的吸收液蒸气进行气液接触，由此，CO2从吸收液被脱气。在被脱气的CO2气体中伴有吸收液雾，从而在水洗部43中除去该雾。在水洗部43上部设置有除雾器45，除去在水洗部中未被完全除去的雾。作为CO2气体46从再生塔40上部被排出。该CO2气体通过冷却器47被冷却到约40℃，在CO2分离器48中分离成气体和冷凝水，CO2气体被导入CO2液化设备（省略图示），冷凝的水通过排泄泵50向水洗喷射部回流。
另一方面，将被脱去了CO2的CO2吸收液存储到再生塔储液部51。然后，通过再沸器液供给配管52向再沸器60送液。在再沸器60内部设置有传热管等，CO2吸收液被通过蒸气供给配管供给的水蒸气62间接加热，由此，在再沸器60内部产生吸收液蒸气，该蒸气通过蒸气供给配管65被供给到再生塔40。在再沸器60中使用了的水蒸气62在传热管中成为排泄水并被回收。
在实施方式1中，设置有由压缩机92和配管97等构成的蒸气再压缩设备及闪蒸罐91。积存在再生塔40底部的储液部中的CO2吸收液被供给到闪蒸罐91。利用再生塔40为0.1MPa（g）左右的加压条件，通过压力调整阀67减压，在闪蒸罐91中减压蒸发，由此产生饱和蒸气。压缩机92发挥将在闪蒸罐91中进行了减压蒸发的蒸气再压缩以及向再生塔40输送蒸气的作用。闪蒸罐91的液相侧经由闪蒸罐出口配管96通过泵93被升压，并通过换热器34及冷却器31被降温后，被供给到CO2吸收塔20。
在实施方式1中，通过闪蒸罐91中的吸收液的闪蒸及利用加热器（换热器（B））38a的吸收液的加热，能够减少向再沸器60供给的水蒸气62的消耗量，能够抑制发电效率的降低。
（实施方式2）
图2是表示本发明的实施方式2的燃烧排出气体处理系统的图。
在图2所示的系统中，将加热器（换热器（C））38b设置在闪蒸罐91的出口配管96上。加热器38b的热源是在气体冷却器4中回收了热量的热介质。在加热器38b中对再生的CO2吸收液进行加热，利用换热器34中的热交换达到能够对流入再生塔的吸收液进行加热的温度（例如130℃以上）。而且，在换热器34中能够容易地使流入再生塔的吸收液达到规定温度（例如95～105℃）。其结果，能够抑制从涡轮系统的抽气即水蒸气62的消耗量，并能够实现发电效率减少的抑制。
（实施方式3）
图3是表示本发明的实施方式3的燃烧排出气体处理系统的图。
在图3所示的系统中，设置了CO2吸收塔20的气体再加热器（换热器（D））8。另外，与图1所示的系统同样地设置有加热器（换热器（B））38a。加热器38a及气体再加热器8的热源是在气体冷却器4中回收了热量的热介质。通过加热器38a将吸收了CO2的吸收液加热到规定温度（例如95～105℃）。由此，能够抑制从涡轮系统的抽气即水蒸气62的消耗量，并能够实现发电效率减少的抑制。另外，通过设置在吸收塔20的塔顶的气体再加热器8，能够借助热介质将由气体冷却器4回收的显热用于被除去了CO2的气体37的再加热。
附图标记的说明：
1锅炉；2脱硝装置；3空气加热器；4气体冷却器（换热器（A））；5干式电集尘装置；6湿式脱硫装置；7脱硫出口排出气体；8气体再加热器（换热器（D））；10预洗涤装置；11吸收剂；12储液部；14循环泵；15冷却器；16喷射部；17冷却水；18预洗涤装置出口气体；20吸收塔；21填充层；22吸收液喷射部；23脱CO2气体；24水洗部；25水洗喷射部；26除雾器；27吸收塔水洗水积存部；28冷却器；29水洗泵；30冷却水；31冷却器；32锅炉水；33吸收塔排出泵；34换热器（E）；35再生塔液供给配管；36水洗水排出配管；37处理气体；38a胺加热器（换热器（B））；38b胺加热器（换热器（C））；40再生塔；41填充层；42喷射部；43水洗部；44水洗喷射部；45除雾器；46CO2气体；47冷却器；48CO2分离器；49排泄管；50排泄泵；51再生塔储液部；52再沸器液供给配管；60再沸器；61水蒸气供给配管；62水蒸气；63再沸器储液部；64再沸器液排出配管；65蒸气供给配管；66再生塔液排出配管；67压力调整阀；68压力计；91闪蒸罐；92压缩机；93泵；96CO2吸收液供给配管；97蒸气配管。

Claims (8)

1.一种燃烧排出气体处理系统，其具有：
燃烧装置；
换热器（A），其用于将从燃烧装置排出的气体所保有的热量回收到热介质；
吸收塔，其用于使所述排出气体与吸收液接触来使吸收液吸收该排出气体中的CO2，从而得到除去了CO2的气体；
再生塔，其用于从所述吸收了CO2的吸收液释出CO2而使吸收液再生；以及
再沸器，其用于向再生塔供给热量而使吸收液蒸发；
闪蒸罐，其用于将所述再生的吸收液闪蒸；
换热器（E），其用于使热量从所述再生了的吸收液向所述吸收了CO2的吸收液移动，并且
所述燃烧排出气体处理系统能够将所述吸收了CO2的吸收液从吸收塔经由换热器（E）供给到再生塔，并且能够将所述再生的吸收液从再生塔经由闪蒸罐及换热器（E）以该顺序供给到吸收塔，
其特征在于，所述燃烧排出气体处理系统还具有：
换热器（B），其被设置在换热器（E）和再生塔之间，用于将所述热介质所回收的热量施加到所述吸收了CO2的吸收液；和/或
换热器（C），其被设置在闪蒸罐和换热器（E）之间，用于将所述热介质所回收的热量施加到所述再生了的吸收液。
2.如权利要求1所述的燃烧排出气体处理系统，其特征在于，还具有：换热器（D），其用于将所述热介质所回收的热量施加到被除去了CO2的气体。
3.如权利要求1或2所述的燃烧排出气体处理系统，其特征在于，还具有：蒸气再压缩设备，其用于压缩从闪蒸罐上部排出的蒸气并向再生塔供给。
4.如权利要求1～3中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，其特征在于，还具有：湿式排烟脱硫装置，其被设置在换热器（A）和吸收塔之间，用于除去所述排出气体中的硫氧化物。
5.如权利要求1～4中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，其特征在于，还具有：脱硝装置，其被设置在燃烧装置和换热器（A）之间，用于除去所述排出气体中的氮氧化物。
6.如权利要求1～5中任一项所述的燃烧排出气体处理系统，其特征在于，吸收液是将胺化合物作为主成分的吸收液。
7.一种燃烧排出气体处理方法，具有：
在换热器（A）中将燃烧排出气体所保有的热量回收到热介质的工序；
使所述燃烧排出气体与吸收液接触并使吸收液吸收所述燃烧排出气体中的CO2而得到除去了CO2的气体的工序；
从吸收了CO2的吸收液释出CO2而使吸收液再生的工序；
使再生的吸收液闪蒸的工序；
在闪蒸的吸收液和吸收了CO2的吸收液之间通过换热器（E）进行热交换的工序，
其特征在于，所述燃烧排出气体处理方法还具有：
在所述换热器（E）中进行了热交换之后，将所述热介质所回收的热量通过换热器（B）施加到吸收了CO2的吸收液的工序；和/或
在通过所述的换热器（E）进行热交换之前，将所述热介质所回收的热量通过换热器（C）施加到所述闪蒸了的吸收液的工序。
8.如权利要求7所述的燃烧排出气体处理方法，其特征在于，还具有：将所述热介质所回收的热量通过换热器（D）施加到除去了CO2的气体的工序。
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