一种包括使用分离膜的水分回收装置的燃烧废气处理系统的制作方法
【专利摘要】一种包括使用分离膜的水分捕获装置的燃烧废气处理系统，所述系统能够通过使用分离膜回收燃烧废气中残留的水分来有效地处理废气。根据本发明，能够除去废气处理过程中的水分，因此，避免产生可见烟雾，并且即使在使用低功率再加热加热器时，也可以得到加快废气扩散的再加热作用。
【专利说明】一种包括使用分离膜的水分回收装置的燃烧废气处理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括使用分离膜的水分捕获装置的燃烧废气处理系统，并且更具体地涉及一种包括使用分离膜的水分捕获装置的燃烧废气处理系统，所述系统能够通过使用分离膜回收燃烧废气中残留的水分来有效地进行废气处理过程。
【背景技术】
[0002]二氧化碳是导致全球变暖的主要温室气体之一，用于减少二氧化碳排放的二氧化碳(CO2)捕获和存储(在下文中称为“CCS”)技术得以发展，由此二氧化碳捕获技术已经发展到了商业可用的水平。同时，为了保持二氧化碳捕获工艺的效果，并确保所述工艺的可靠性，应该处理燃烧废气中包含的有害组分，但用于处理有害组分的技术的发展仍不能完全令人满意。
[0003]煤是一种最活跃地使用的化石燃料，由于高碳(C)/氢(H)比，煤排放大量的二氧化碳，并且含有相对大量的诸如硫组分的有害组分。因此，在煤燃烧过程中排放出高浓度的有害组分，因此在二氧化碳捕获工艺之前的阶段中处理有害气体对于减少有害组分是必要的。
[0004]图1是示出了传统的燃煤电厂中的包括二氧化碳捕获工艺的燃烧废气处理系统的示意图。
[0005]参照图1，在传统的燃煤电厂的燃烧废气处理系统中，从锅炉110排出的燃烧废气通过烟气脱氮装置120、集尘装置130和烟气脱硫装置140以从其中去除污染物，之后进入CO2捕获装置150以将二氧化碳压缩并存储在其中。此时，通过再加热加热器160将燃烧废气再加热，然后通过烟囱170排出到大气中。
[0006]废气的温度在经过上述废气处理工艺时必然降低，并且燃烧废气中的蒸气变得饱和。因此，为了防止由于饱和状态的水蒸气凝结而腐蚀烟囱以及由于废气从烟囱排出后的水气凝结而导致的可见的烟雾，并促进废气的扩散，需要在废气流入烟囱前再加热废气。
[0007]然而，为了再加热燃烧废气，不仅消耗大量的能量，还大大增加了用于安装再加热加热器的成本和空间。
【发明内容】
[0008][本发明将解决的问题]
[0009]考虑了上述情况，本发明的一个目的是提供一种包括使用分离膜的水分捕获装置的燃烧废气处理系统，所述燃烧废气处理系统能够使用分离膜捕获燃烧废气中残留的水分，从而将废气处理工艺下游处的用于再加热废气的加热器最小化或省去。
[0010][解决问题的手段]
[0011]为了达到上述目的，根据本发明，提供一种包括使用分离膜组件的燃烧废气处理系统，其被构造为用于捕获来自锅炉的废气的氮的氧化物、硫的氧化物和二氧化碳，并通过烟囱排出废气，所述系统包括:设置在烟囱之前的阶段中以捕获燃烧废气中包含的水分的水分捕获装置。另外，可以将用于再加热燃烧废气的再加热加热器设置在所述水分捕获装置和所述烟囱之间。
[0012]所述水分捕获装置可以包括:壳体，所述壳体内部具有用于所述燃烧废气流动的空间，并设有连接至所述壳体的相对两侧的废气入口管和废气出口管；真空室，所述真空室连接至所述壳体以与所述壳体内部的空间隔离，并具有安装于其一侧以与真空装置相连的分离管道；以及分离膜组件，所述分离膜组件设置在所述壳体的内部并且通过其一端或相对的各端与所述真空室的内部连通。
[0013]此外，所述分离膜组件的一端通过连接器可以固定到所述壳体的上部，所述连接器安装于所述真空室上从而与其连接；并且所述分离膜组件的另一端可以通过连接器固定到所述壳体的下部，所述连接器安装于所述壳体的底部上。
[0014]此外，所述分离膜组件的相对各端可以通过连接器固定到所述壳体的上部，所述连接器安装于所述真空室上从而与其连接。
[0015]此外，所述分离膜组件可以包括中空纤维膜，所述中空纤维膜具有形成于其上的涂覆层，以改善水分渗透性和选择性。
[0016][有益效果]
[0017]根据本发明，在废气处理工艺中除去燃烧废气中残留的水分，因此，即使当使用低功率再加热加热器或省略再加热加热器时，也可以得到防止产生可见的烟雾并促进废气扩散的再加热效果。
[0018]此外，本发明能够容易地除去诸如附着于膜表面的灰尘等物质，而不会影响燃烧废气的流动(例如压力或流速)，同时，有效地从其中除去水分，并通过简化的操作使除去水分的装置最小化。
[0019]此外，由于可以容易地改变所述系统的结构以通过聚合物膜的特性优化性能，并且对损坏或出现故障的组件容易地进行更换，也可以将所述系统容易地堆叠成组件单元，所以能够有助于放大整个系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是示出了现有的燃烧废气处理系统的示意图。
[0021]图2是示出了根据本发明的一个实施方案的包括水分捕获装置的燃烧废气处理系统的不意图。
[0022]图3是图2中示出的燃烧废气处理系统中所使用的水分捕获装置的立体图。
[0023]图4是图2中示出的燃烧废气处理系统中所使用的改进的水分捕获装置的立体图。
[0024][附图标记说明]
[0025]100、102:燃烧废气处理系统，110:锅炉
[0026]120:烟气脱氮装置，130:集尘装置
[0027]140:烟气脱硫装置，150 =CO2捕获装置
[0028]170:烟囱，350、390:水分捕获装置
[0029]3502,3902:壳体，3504、3904:废气入口管
[0030]3506,3906:废气出口管，3508、3、3510、3908、3910:真空室
[0031]3512、3516、3912、3916:分离管道，3514、3518、3914、3918:分离管道阀门
[0032]3520、3526、3920、3926:分离膜组件
[0033]3522、3524、3528、3530、3922、3924、3928、3930:连接器
【具体实施方式】
[0034]在下文中，将参照附图对本发明的示例性的实施方式进行详细描述。
[0035]图2示出了根据本发明的一个实施方案的包括水分捕获装置的燃烧废气处理系统 100。
[0036]所述燃烧废气处理系统100包括配置在再加热加热器160之前的阶段中的水分捕获装置350和390。通常，在500MW级燃煤电厂中，经由包括CCS设备的废气处理系统最终流入到烟囱的废气中含有的水分的量为每小时250吨或更多。其中，约60%通过湿式烟气脱硫(FGD)设备流入烟囱，以及约20%通过CO2捕获装置150流入。
[0037]在这方面，优选的是:水分捕获装置350和390布置在再加热加热器160之前的阶段中，在这一阶段的燃烧废气具有最高含量的水分。
[0038]通过使用如图3和图4所示的中空纤维膜制造水分捕获装置350和390。
[0039]根据水分捕获装置350和390的基本概念，当对分离膜组件3520、3526、3920和3926施加真空时，将穿过分离膜组件3520、3526、3920和3926的废气中的水分选择性地吸收于此，从而尽可能地减少燃烧废气中所含的水分。
[0040]所述水分捕获装置350包括:壳体3502，所述壳体3502内部具有用于所述燃烧废气流动的空间，并设有连接至所述壳体的相对两侧的废气入口管3504和废气出口管3506 ；真空室3508和3510，所述真空室3508和3510连接至所述壳体3502以与所述壳体3502的内部空间隔离，并具有安装于其一侧上以与真空装置(未示出)相连的分离管道3512和3516 ；以及分离膜组件3520和3526，所述分离膜组件3520和3526的相对端通过连接器3522、3524、3528和3530固定于所述壳体的上部与下部，所述连接器3522、3524、3528和3530分别安装于所述真空室3508和3510上以连接至所述真空室3508和3510的内部，以及所述壳体的底部。
[0041]对于所述壳体3502的形状没有特别的限制，在本发明的实施方式中，所述壳体3502的形状大致为六方体。由于所述壳体3502具有的空间的横截面面积比废气流入所经过的所述入口管3504的横截面面积更大，所以，废气的流速在所述空间内降低，从而增加了废气与分离膜组件3520和3526接触的时间。
[0042]分别具有与所述壳体3502的空间隔离的空间的所述真空室3508和3510布置于所述壳体3502上，从而彼此相互接触。在本发明的第一实施方式中，所述真空室3508和3510附着于所述壳体3502的顶部。与所述真空装置(未示出)连接的分离管道3512和3516安装于所述真空室3508和3510的一侧上，并且分离管道阀门3514和3518可以布置在分尚管道3512和3516之中用于打开和关闭所述分尚管道。
[0043]一个或多个连接器3524和3530安装于所述真空室3508和3510上。所述连接器3524和3530的上端连接至所述真空室3508和3510的内部空间，并且所述连接器3524和3530的下端暴露于所述壳体3502的内部空间中。另外，所述分离膜组件3520和3526的上端连接至所述连接器3524的下端。
[0044]因此，所述分离膜组件3520和3526的上端通过与所述真空室3508和3510连通的所述连接器3524和3530固定至所述壳体的上部，并且所述分离膜组件3520和3526的下端通过安装于所述壳体3502的底部上的所述连接器3522和3528固定至所述壳体的下部。所述连接器3522和3528仅仅用于将分离膜组件的下端固定到所述壳体的下部，因此其下端被所述壳体3502的底部封闭。此外，虽然未在附图中示出，真空室可以额外地设置在所述壳体3502之下，并且额外设置的真空室可以通过具有开放的相对端的连接器3522和3528连接至所述壳体的内部空间。
[0045]所述分离膜组件3520和3526包括由聚合物膜形成的管束，具有流体能在其中流动的空间。所述分离膜组件的中空纤维膜可以具有形成于其上的涂覆层，以改善水分的渗透性和选择性。可以通过用诸如聚二甲基硅氧烷溶液的公知的涂覆剂涂覆干燥的中空纤维的表面来形成所述涂覆层。
[0046]在燃烧废气与放置在所述组件中的数千根聚合物中空纤维膜的表面接触时，根据水分和气态废气物质(包括CO2)之间的渗透性差异，通过操作真空装置在中空纤维膜中施加真空压力，选择性地分离通过所述分离膜组件3520的所述燃烧废气。此外，回收的水分可以被重新使用，并且由于再加热燃烧废气，所以，可以省略烟囱170中的冷却塔，从而降低了系统的建造成本。
[0047]图4示出了水分捕获装置390的一个改动后的实施方案。
[0048]水分捕获装置390基本上具有与根据本发明第一实施方式的水分捕获装置350相同的构造，除了分离膜组件3920和3926的安装形状与水分捕获装置350的分离膜组件不同。因此，不再对除不同形状外的其它部分进行描述。
[0049]上述分离膜组件3520和3526是以长直线形状垂直地安装的。另一方面，以大致U形安装所述改动后的实施方案的分离膜组件3920和3926，从而其相对端连接到真空室3908和3910。对于这一点，所述真空室3908和3910的相对端通过安装在所述真空室3908和3910上的多个连接器3922、3924、3928和3930固定到所述壳体的上部。因此，由于具有相同形状的所述连接器3922、3924、3928安装在所述真空室3908上，而没有连接器额外地设置在所述壳体3902的底部上，所以，与第一实施方式中的水分捕获装置350相比，改动后的实施方式的水分捕获装置390在易于安装方面是有利的。
[0050]根据本发明的实施方式的包括水分捕获装置350和390的燃烧废气处理系统基本上构造为如上所述的那样。图3和4中所示的水分捕获装置350和390仅是用于描述根据本发明的过程的示意性构造，并且根据诸如具体的工艺特性或操作空间等条件，所述分离膜组件的实际的布置和构造可以具有各种形状和结构。下文中，将参照图2对设有水分回收装置350的燃烧废气处理系统100进行描述。
[0051]燃烧废气处理系统100包括锅炉110、烟气脱氮装置120、集尘装置130、烟气脱硫装置140、CO2捕获装置150、水分捕获装置350和390、再加热加热器160和烟? 170。
[0052]这里，本发明的特征在于:还包括位于CO2捕获装置150和再加热加热器160 (它们也被用于相关技术之中)之间的水分捕获装置350和390。同时，烟气脱氮装置120、集尘装置130、烟气脱硫装置140和CO2捕获装置150具有与现有装置相同的构造，因此，不再对它们进行描述。
[0053]如上所述，除了废气流之外，水分也流入水分捕获装置350。废气以如下顺序依次流经废气入口管3504、所述壳体3502的内部空间和废气出口管3506。此外，分离自废气的水分以如下顺序依次流经所述壳体3502的内部空间、分离膜组件3520和3526、真空室3508和3510、分离管道3512和3516。也就是说，从在所述壳体3502中流动的废气中选择性地分离出的水分流入到真空室3508和3510中。
[0054]可以通过使废气通过水分捕获装置350来捕获燃烧废气中的水分，并由此使再加热燃烧废气过程中所消耗的能量最小化。
[0055]虽然已参照附图和实施方式描述了本发明的处理燃烧废气的系统和方法，但本发明并不限于上述实施方式，并且相关领域技术人员可以理解:可以在其中进行各种修改和变化，而不脱离所附的权利要求所限定本发明的范围。
【权利要求】
1.一种使用分离膜组件的燃烧废气处理系统，被构造为用于捕获来自锅炉的废气的氮的氧化物、硫的氧化物和二氧化碳，并通过烟?排出所述废气，所述系统包括: 设置在烟囱之前的阶段中以回收所述燃烧废气中包含的水分的水分捕获装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中再加热加热器布置在所述水分捕获装置和所述烟囱之间以再加热所述燃烧废气。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述水分捕获装置包括: 壳体，所述壳体内部具有用于所述燃烧废气流动的空间，并设有连接至所述壳体的相对两侧的废气入口管和废气出口管； 真空室，所述真空室连接至所述壳体以与所述壳体的内部空间隔离，并具有安装于其一侧以与真空装置相连的分离管道；以及 分离膜组件，所述分离膜组件设置在所述壳体的内部并且通过其一端或相对的各端连接至所述真空室的内部。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述分离膜组件的一端通过安装于所述真空室的连接器固定到所述壳体的上部，从而与其连接，并且 所述分离膜组件的另一端通过安装于所述壳体的底部的连接器固定到所述壳体的下部。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述分离膜组件包括中空纤维膜，所述中空纤维膜具有形成于其上的涂覆层，以改善水分渗透性和选择性。
【文档编号】B01D61/36GK104349832SQ201380030558
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2012年4月13日
【发明者】李亨根, 崔元吉, 赵恒大, 朴钟洙 申请人:韩国能源技术研究院