一種包括使用分離膜的水分回收裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種包括使用分離膜的水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠通過使用分離膜回收燃燒廢氣中殘留的水分來有效地處理廢氣。根據(jù)本發(fā)明，能夠除去廢氣處理過程中的水分，因此，避免產(chǎn)生可見煙霧，并且即使在使用低功率再加熱加熱器時，也可以得到加快廢氣擴散的再加熱作用。
【專利說明】一種包括使用分離膜的水分回收裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括使用分離膜的水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種包括使用分離膜的水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠通過使用分離膜回收燃燒廢氣中殘留的水分來有效地進行廢氣處理過程。

【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的主要溫室氣體之一，用于減少二氧化碳排放的二氧化碳(CO2)捕獲和存儲(在下文中稱為“CCS”)技術(shù)得以發(fā)展，由此二氧化碳捕獲技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)可用的水平。同時，為了保持二氧化碳捕獲工藝的效果，并確保所述工藝的可靠性，應(yīng)該處理燃燒廢氣中包含的有害組分，但用于處理有害組分的技術(shù)的發(fā)展仍不能完全令人滿意。
[0003]煤是一種最活躍地使用的化石燃料，由于高碳(C)/氫(H)比，煤排放大量的二氧化碳，并且含有相對大量的諸如硫組分的有害組分。因此，在煤燃燒過程中排放出高濃度的有害組分，因此在二氧化碳捕獲工藝之前的階段中處理有害氣體對于減少有害組分是必要的。
[0004]圖1是示出了傳統(tǒng)的燃煤電廠中的包括二氧化碳捕獲工藝的燃燒廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。
[0005]參照圖1，在傳統(tǒng)的燃煤電廠的燃燒廢氣處理系統(tǒng)中，從鍋爐110排出的燃燒廢氣通過煙氣脫氮裝置120、集塵裝置130和煙氣脫硫裝置140以從其中去除污染物，之后進入CO2捕獲裝置150以將二氧化碳壓縮并存儲在其中。此時，通過再加熱加熱器160將燃燒廢氣再加熱，然后通過煙囪170排出到大氣中。
[0006]廢氣的溫度在經(jīng)過上述廢氣處理工藝時必然降低，并且燃燒廢氣中的蒸氣變得飽和。因此，為了防止由于飽和狀態(tài)的水蒸氣凝結(jié)而腐蝕煙囪以及由于廢氣從煙囪排出后的水氣凝結(jié)而導(dǎo)致的可見的煙霧，并促進廢氣的擴散，需要在廢氣流入煙囪前再加熱廢氣。
[0007]然而，為了再加熱燃燒廢氣，不僅消耗大量的能量，還大大增加了用于安裝再加熱加熱器的成本和空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008][本發(fā)明將解決的問題]
[0009]考慮了上述情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種包括使用分離膜的水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，所述燃燒廢氣處理系統(tǒng)能夠使用分離膜捕獲燃燒廢氣中殘留的水分，從而將廢氣處理工藝下游處的用于再加熱廢氣的加熱器最小化或省去。
[0010][解決問題的手段]
[0011]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括使用分離膜組件的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，其被構(gòu)造為用于捕獲來自鍋爐的廢氣的氮的氧化物、硫的氧化物和二氧化碳，并通過煙囪排出廢氣，所述系統(tǒng)包括:設(shè)置在煙囪之前的階段中以捕獲燃燒廢氣中包含的水分的水分捕獲裝置。另外，可以將用于再加熱燃燒廢氣的再加熱加熱器設(shè)置在所述水分捕獲裝置和所述煙囪之間。
[0012]所述水分捕獲裝置可以包括:殼體，所述殼體內(nèi)部具有用于所述燃燒廢氣流動的空間，并設(shè)有連接至所述殼體的相對兩側(cè)的廢氣入口管和廢氣出口管；真空室，所述真空室連接至所述殼體以與所述殼體內(nèi)部的空間隔離，并具有安裝于其一側(cè)以與真空裝置相連的分離管道；以及分離膜組件，所述分離膜組件設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部并且通過其一端或相對的各端與所述真空室的內(nèi)部連通。
[0013]此外，所述分離膜組件的一端通過連接器可以固定到所述殼體的上部，所述連接器安裝于所述真空室上從而與其連接；并且所述分離膜組件的另一端可以通過連接器固定到所述殼體的下部，所述連接器安裝于所述殼體的底部上。
[0014]此外，所述分離膜組件的相對各端可以通過連接器固定到所述殼體的上部，所述連接器安裝于所述真空室上從而與其連接。
[0015]此外，所述分離膜組件可以包括中空纖維膜，所述中空纖維膜具有形成于其上的涂覆層，以改善水分滲透性和選擇性。
[0016][有益效果]
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在廢氣處理工藝中除去燃燒廢氣中殘留的水分，因此，即使當(dāng)使用低功率再加熱加熱器或省略再加熱加熱器時，也可以得到防止產(chǎn)生可見的煙霧并促進廢氣擴散的再加熱效果。
[0018]此外，本發(fā)明能夠容易地除去諸如附著于膜表面的灰塵等物質(zhì)，而不會影響燃燒廢氣的流動(例如壓力或流速)，同時，有效地從其中除去水分，并通過簡化的操作使除去水分的裝置最小化。
[0019]此外，由于可以容易地改變所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以通過聚合物膜的特性優(yōu)化性能，并且對損壞或出現(xiàn)故障的組件容易地進行更換，也可以將所述系統(tǒng)容易地堆疊成組件單元，所以能夠有助于放大整個系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是示出了現(xiàn)有的燃燒廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。
[0021]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的包括水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng)的不意圖。
[0022]圖3是圖2中示出的燃燒廢氣處理系統(tǒng)中所使用的水分捕獲裝置的立體圖。
[0023]圖4是圖2中示出的燃燒廢氣處理系統(tǒng)中所使用的改進的水分捕獲裝置的立體圖。
[0024][附圖標(biāo)記說明]
[0025]100、102:燃燒廢氣處理系統(tǒng)，110:鍋爐
[0026]120:煙氣脫氮裝置，130:集塵裝置
[0027]140:煙氣脫硫裝置，150 =CO2捕獲裝置
[0028]170:煙囪，350、390:水分捕獲裝置
[0029]3502,3902:殼體，3504、3904:廢氣入口管
[0030]3506,3906:廢氣出口管，3508、3、3510、3908、3910:真空室
[0031]3512、3516、3912、3916:分離管道，3514、3518、3914、3918:分離管道閥門
[0032]3520、3526、3920、3926:分離膜組件
[0033]3522、3524、3528、3530、3922、3924、3928、3930:連接器

【具體實施方式】
[0034]在下文中，將參照附圖對本發(fā)明的示例性的實施方式進行詳細(xì)描述。
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的包括水分捕獲裝置的燃燒廢氣處理系統(tǒng) 100。
[0036]所述燃燒廢氣處理系統(tǒng)100包括配置在再加熱加熱器160之前的階段中的水分捕獲裝置350和390。通常，在500MW級燃煤電廠中，經(jīng)由包括CCS設(shè)備的廢氣處理系統(tǒng)最終流入到煙囪的廢氣中含有的水分的量為每小時250噸或更多。其中，約60%通過濕式煙氣脫硫(FGD)設(shè)備流入煙囪，以及約20%通過CO2捕獲裝置150流入。
[0037]在這方面，優(yōu)選的是:水分捕獲裝置350和390布置在再加熱加熱器160之前的階段中，在這一階段的燃燒廢氣具有最高含量的水分。
[0038]通過使用如圖3和圖4所示的中空纖維膜制造水分捕獲裝置350和390。
[0039]根據(jù)水分捕獲裝置350和390的基本概念，當(dāng)對分離膜組件3520、3526、3920和3926施加真空時，將穿過分離膜組件3520、3526、3920和3926的廢氣中的水分選擇性地吸收于此，從而盡可能地減少燃燒廢氣中所含的水分。
[0040]所述水分捕獲裝置350包括:殼體3502，所述殼體3502內(nèi)部具有用于所述燃燒廢氣流動的空間，并設(shè)有連接至所述殼體的相對兩側(cè)的廢氣入口管3504和廢氣出口管3506 ；真空室3508和3510，所述真空室3508和3510連接至所述殼體3502以與所述殼體3502的內(nèi)部空間隔離，并具有安裝于其一側(cè)上以與真空裝置(未示出)相連的分離管道3512和3516 ；以及分離膜組件3520和3526，所述分離膜組件3520和3526的相對端通過連接器3522、3524、3528和3530固定于所述殼體的上部與下部，所述連接器3522、3524、3528和3530分別安裝于所述真空室3508和3510上以連接至所述真空室3508和3510的內(nèi)部，以及所述殼體的底部。
[0041]對于所述殼體3502的形狀沒有特別的限制，在本發(fā)明的實施方式中，所述殼體3502的形狀大致為六方體。由于所述殼體3502具有的空間的橫截面面積比廢氣流入所經(jīng)過的所述入口管3504的橫截面面積更大，所以，廢氣的流速在所述空間內(nèi)降低，從而增加了廢氣與分離膜組件3520和3526接觸的時間。
[0042]分別具有與所述殼體3502的空間隔離的空間的所述真空室3508和3510布置于所述殼體3502上，從而彼此相互接觸。在本發(fā)明的第一實施方式中，所述真空室3508和3510附著于所述殼體3502的頂部。與所述真空裝置(未示出)連接的分離管道3512和3516安裝于所述真空室3508和3510的一側(cè)上，并且分離管道閥門3514和3518可以布置在分尚管道3512和3516之中用于打開和關(guān)閉所述分尚管道。
[0043]一個或多個連接器3524和3530安裝于所述真空室3508和3510上。所述連接器3524和3530的上端連接至所述真空室3508和3510的內(nèi)部空間，并且所述連接器3524和3530的下端暴露于所述殼體3502的內(nèi)部空間中。另外，所述分離膜組件3520和3526的上端連接至所述連接器3524的下端。
[0044]因此，所述分離膜組件3520和3526的上端通過與所述真空室3508和3510連通的所述連接器3524和3530固定至所述殼體的上部，并且所述分離膜組件3520和3526的下端通過安裝于所述殼體3502的底部上的所述連接器3522和3528固定至所述殼體的下部。所述連接器3522和3528僅僅用于將分離膜組件的下端固定到所述殼體的下部，因此其下端被所述殼體3502的底部封閉。此外，雖然未在附圖中示出，真空室可以額外地設(shè)置在所述殼體3502之下，并且額外設(shè)置的真空室可以通過具有開放的相對端的連接器3522和3528連接至所述殼體的內(nèi)部空間。
[0045]所述分離膜組件3520和3526包括由聚合物膜形成的管束，具有流體能在其中流動的空間。所述分離膜組件的中空纖維膜可以具有形成于其上的涂覆層，以改善水分的滲透性和選擇性?？梢酝ㄟ^用諸如聚二甲基硅氧烷溶液的公知的涂覆劑涂覆干燥的中空纖維的表面來形成所述涂覆層。
[0046]在燃燒廢氣與放置在所述組件中的數(shù)千根聚合物中空纖維膜的表面接觸時，根據(jù)水分和氣態(tài)廢氣物質(zhì)(包括CO2)之間的滲透性差異，通過操作真空裝置在中空纖維膜中施加真空壓力，選擇性地分離通過所述分離膜組件3520的所述燃燒廢氣。此外，回收的水分可以被重新使用，并且由于再加熱燃燒廢氣，所以，可以省略煙囪170中的冷卻塔，從而降低了系統(tǒng)的建造成本。
[0047]圖4示出了水分捕獲裝置390的一個改動后的實施方案。
[0048]水分捕獲裝置390基本上具有與根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的水分捕獲裝置350相同的構(gòu)造，除了分離膜組件3920和3926的安裝形狀與水分捕獲裝置350的分離膜組件不同。因此，不再對除不同形狀外的其它部分進行描述。
[0049]上述分離膜組件3520和3526是以長直線形狀垂直地安裝的。另一方面，以大致U形安裝所述改動后的實施方案的分離膜組件3920和3926，從而其相對端連接到真空室3908和3910。對于這一點，所述真空室3908和3910的相對端通過安裝在所述真空室3908和3910上的多個連接器3922、3924、3928和3930固定到所述殼體的上部。因此，由于具有相同形狀的所述連接器3922、3924、3928安裝在所述真空室3908上，而沒有連接器額外地設(shè)置在所述殼體3902的底部上，所以，與第一實施方式中的水分捕獲裝置350相比，改動后的實施方式的水分捕獲裝置390在易于安裝方面是有利的。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的實施方式的包括水分捕獲裝置350和390的燃燒廢氣處理系統(tǒng)基本上構(gòu)造為如上所述的那樣。圖3和4中所示的水分捕獲裝置350和390僅是用于描述根據(jù)本發(fā)明的過程的示意性構(gòu)造，并且根據(jù)諸如具體的工藝特性或操作空間等條件，所述分離膜組件的實際的布置和構(gòu)造可以具有各種形狀和結(jié)構(gòu)。下文中，將參照圖2對設(shè)有水分回收裝置350的燃燒廢氣處理系統(tǒng)100進行描述。
[0051]燃燒廢氣處理系統(tǒng)100包括鍋爐110、煙氣脫氮裝置120、集塵裝置130、煙氣脫硫裝置140、CO2捕獲裝置150、水分捕獲裝置350和390、再加熱加熱器160和煙? 170。
[0052]這里，本發(fā)明的特征在于:還包括位于CO2捕獲裝置150和再加熱加熱器160 (它們也被用于相關(guān)技術(shù)之中)之間的水分捕獲裝置350和390。同時，煙氣脫氮裝置120、集塵裝置130、煙氣脫硫裝置140和CO2捕獲裝置150具有與現(xiàn)有裝置相同的構(gòu)造，因此，不再對它們進行描述。
[0053]如上所述，除了廢氣流之外，水分也流入水分捕獲裝置350。廢氣以如下順序依次流經(jīng)廢氣入口管3504、所述殼體3502的內(nèi)部空間和廢氣出口管3506。此外，分離自廢氣的水分以如下順序依次流經(jīng)所述殼體3502的內(nèi)部空間、分離膜組件3520和3526、真空室3508和3510、分離管道3512和3516。也就是說，從在所述殼體3502中流動的廢氣中選擇性地分離出的水分流入到真空室3508和3510中。
[0054]可以通過使廢氣通過水分捕獲裝置350來捕獲燃燒廢氣中的水分，并由此使再加熱燃燒廢氣過程中所消耗的能量最小化。
[0055]雖然已參照附圖和實施方式描述了本發(fā)明的處理燃燒廢氣的系統(tǒng)和方法，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，并且相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解:可以在其中進行各種修改和變化，而不脫離所附的權(quán)利要求所限定本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種使用分離膜組件的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，被構(gòu)造為用于捕獲來自鍋爐的廢氣的氮的氧化物、硫的氧化物和二氧化碳，并通過煙?排出所述廢氣，所述系統(tǒng)包括: 設(shè)置在煙囪之前的階段中以回收所述燃燒廢氣中包含的水分的水分捕獲裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中再加熱加熱器布置在所述水分捕獲裝置和所述煙囪之間以再加熱所述燃燒廢氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述水分捕獲裝置包括: 殼體，所述殼體內(nèi)部具有用于所述燃燒廢氣流動的空間，并設(shè)有連接至所述殼體的相對兩側(cè)的廢氣入口管和廢氣出口管； 真空室，所述真空室連接至所述殼體以與所述殼體的內(nèi)部空間隔離，并具有安裝于其一側(cè)以與真空裝置相連的分離管道；以及 分離膜組件，所述分離膜組件設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部并且通過其一端或相對的各端連接至所述真空室的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述分離膜組件的一端通過安裝于所述真空室的連接器固定到所述殼體的上部，從而與其連接，并且 所述分離膜組件的另一端通過安裝于所述殼體的底部的連接器固定到所述殼體的下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述分離膜組件包括中空纖維膜，所述中空纖維膜具有形成于其上的涂覆層，以改善水分滲透性和選擇性。
【文檔編號】B01D61/36GK104349832SQ201380030558
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】李亨根, 崔元吉, 趙恒大, 樸鐘洙 申請人:韓國能源技術(shù)研究院