烟气除水装置以及二氧化碳捕集系统的制作方法

本实用新型涉及除湿技术领域，具体地，涉及一种烟气除水装置以及二氧化碳捕集系统。

背景技术：

富氧燃烧技术是指用比通常空气(含氧21％)含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，是一项高效节能的燃烧技术，加之该技术具有实现近零排放的潜力优势，因此富氧燃烧技术已经毫无疑义地成为本世纪煤燃烧技术的重要发展方向。二氧化碳(CO₂)是加强温室效应的主要来源，而燃煤电站是产生CO₂的最大污染源，脱除燃煤电站的CO₂是一项长期而重要的任务。二氧化碳捕捉与封存技术(CCS技术)是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方，CCS技术是目前能够大幅降低利用化石燃料发电所产生的二氧化碳排放的有效解决方案。

烟气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。烟气如富氧燃烧产生的烟气的成分为氮气、二氧化碳、氧、水蒸气和硫化物等，其中水含量较高，另外，烟气还具有压力低温度高的特点。因烟气中含有大量的饱和水、CO₂、SO₂以及NO_x等酸性气体，因此在气体输送、冷却、升压过程中，对设备材质选型要求高，尤其饱和水易造成二氧化碳压缩机的气缸带液，使得压缩机实际吸气量增加，导致设备运行功率增大，能耗高。

目前，在二氧化碳的捕集工艺中主要对烟气采用冷却法除湿，也就是对烟气进行降温以除去水。然而由于烟气压力低温度高，因此体积流量大，常见的水冷却除湿法只能除去大部分饱和水，无法深度脱水。此外，其它除湿方法也不尽如人意，例如在液体吸收式除湿的过程中，容易引起飞沫损失，因此导致吸收剂消耗高，同时吸收剂再生需要大量高温热源，能耗较高；而常规固体吸附式除湿适用于除湿量小的介质，并且随着时间的推移，除湿量降低，需要再生，因此除湿过程不能稳定连续的进行。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种烟气除水装置，该烟气除水装置通过对烟气进行分级除水，以达到深度除水的目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种烟气除水装置，包括用于初步除水的冷却单元和用于进一步除水的除湿单元，其中，所述冷却单元位于所述除湿单元的上游。

优选地，所述冷却单元包括用于初步降温的烟气冷却器和用于进一步降温的表冷器，其中所述烟气冷却器位于所述表冷器的上游。

优选地，所述烟气冷却器中的冷却介质为空气，所述表冷器中的冷却介质为水。

优选地，所述除湿单元包括转轮除湿机，所述转轮除湿机包括分隔有除湿区和再生区的除湿转轮，所述除湿区用于烟气除湿，所述再生区用于通入干气以将所述烟气除湿过程中的产生水分带出所述除湿转轮。

优选地，所述除湿转轮为多个，多个所述除湿转轮同轴排列且同向转动。

优选地，该烟气除水装置包括用于除去所述烟气中颗粒物的过滤单元，所述过滤单元位于所述除湿单元和所述冷却单元之间。

优选地，该烟气除水装置包括用于提升所述烟气压力的升压单元，所述升压单元位于所述过滤单元和所述除湿单元之间。

优选地，所述升压单元包括风机，所述过滤单元包括除尘器。

在本实用新型提供的烟气除水装置中，通过在所述冷却单元的下游设置所述除湿单元，使得经过冷却后的所述烟气进入所述除湿单元进行进一步除水，从而大大降低了所述烟气中的含水量。

本实用新型的另一目的在于提供一种二氧化碳捕集系统，包括二氧化碳压缩装置、二氧化碳纯化液化装置、二氧化碳精馏装置和本实用新型提供的烟气除水装置，所述烟气依次经过所述烟气除水装置、二氧化碳压缩装置、二氧化碳纯化液化装置和二氧化碳精馏装置。

优选地，该二氧化碳捕集系统包括换热装置，所述换热装置位于所述二氧化碳精馏装置的下游，用于使得所述二氧化碳精馏装置放出的干气与部分所述烟气换热后，进入所述除湿单元以带出所述烟气除湿过程中产生的水分。

由于本实用新型提供的二氧化碳捕集系统中包括了本实用新型提供的烟气除水装置，在对进行深度除水后的烟气进行二氧化碳的捕集时，大大减小了烟气对压缩机的腐蚀以及能耗，同时实现了对烟气连续捕集二氧化碳。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型优选实施方式的二氧化碳捕集系统的整体结构示意图。

附图标记说明

10 冷却单元 12 过滤单元

100 烟气冷却器 13 升压单元

101 表冷器 2 二氧化碳压缩装置

11 除湿单元 3 二氧化碳纯化液化装置

110 除湿区 4 二氧化碳精馏装置

111 再生区 5 换热装置

112 除湿转轮 6 减压阀

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供了一种烟气除水装置，如图1中所示，包括用于初步除水的冷却单元10和用于进一步除水的除湿单元11，其中，冷却单元10位于除湿单元11的上游。所述烟气首先通过冷却单元10进行降温，在降温的过程中能够除去所述烟气中的部分水分，然后通过设置在冷却单元10下游的除湿单元11，对所述烟气进行进一步除水，经过分级除水，从而实现了对所述烟气的深度除水，例如烟气中的含水量可降低至0.5g/m³，由此当将该烟气除水装置应用到二氧化碳捕集系统中后，能够大大减小对压缩机的腐蚀以及能耗，同时也大大降低了烟气的露点，例如烟气的露点可减低到-40℃以下。另外，本实用新型的烟气除水装置还能够对烟气连续除水。

其中，冷却单元10可包括用于初步降温的烟气冷却器100和用于进一步降温的表冷器101，烟气冷却器100位于表冷器101的上游。通过对进入冷却单元10的烟气进行分级降温，能够进一步提高烟气在冷却单元10中除水量。为了兼顾能耗最低化和除水量最大化，优选烟气冷却器100中的冷却介质为空气，表冷器101中的冷却介质为水，使得烟气在初步降温中与温度较低的空气进行热交换，例如可将烟气冷却至40～50℃，而在进一步降温中，选择常规的冷却水与烟气进行热交换，例如将烟气冷却至10～15℃，整个降温的过程选用常规的冷却介质即可对烟气进行有效降温，能耗低，利于环保。

除湿单元11可以采用各种适当的形式，只要能够对冷却单元10除湿后的烟气进一步除湿即可。具体地，除湿单元11可包括转轮除湿机，所述转轮除湿机包括分隔有除湿区110和再生区111的除湿转轮112，其中除湿区110用于对烟气除湿，再生区111用于通入干气以将所述烟气除湿过程中的产生水分带出除湿转轮112。其中，所述干气是指温度较高且干燥的气体，其作用在于将除湿区110中产生的水分带出除湿转轮112。由于转轮除湿机构造简单，运转和维护方便，并且转轮性能稳定以及使用寿命长，同时除湿转轮112单元体积内吸湿面积大，因此，不仅降低了成本，而且提高了除水量和生产效率。

为了进一步提高除水量，可设置多个除湿转轮112，则多个除湿转轮112同轴排列且同向转动，此外还便于同轴驱动。其中具体的设置数量可根据实际情况进行灵活选择，例如可设置2个、3个或4个除湿转轮112。

该烟气除水装置还可包括用于除去所述烟气中颗粒物的过滤单元12，其中过滤单元12位于除湿单元11和冷却单元10之间。过滤单元12将进入除湿单元11的烟气进行净化，除去例如粉尘和水雾等颗粒物，一方面提高了烟气进入除湿单元11中的除水效率，另一方面，有效保护除湿单元11，提高了除湿单元11的使用寿命。

为了进一步提高烟气除湿的效率，还可设置用于提升所述烟气压力的升压单元13，其中升压单元13位于过滤单元12和除湿单元11之间。由此，能够将净化后的烟气进行提升压力，然后进入除湿单元11进行深度除水，从而大大提高了除水效率，使得烟气中的水含量大大降低。

在实际应用中，为了兼顾便于安装和达到效果的目的，升压单元13可选用风机，风机可将烟气加压至1～2Kpa，过滤单元12可选用除尘器，除尘器可滤去烟气中95％以上的粉尘和水雾。当然，具体的形式并受到上述两种设备的限制，可根据实际需求进行选择。

本实用新型还提供了一种二氧化碳捕集系统，包括二氧化碳压缩装置2、二氧化碳纯化液化装置3、二氧化碳精馏装置4和上述烟气除水装置，所述烟气依次经过烟气除水装置、二氧化碳压缩装置2、二氧化碳纯化液化装置3和二氧化碳精馏装置4。其中，二氧化碳精馏装置4可选用二氧化碳提纯塔。由于二氧化碳捕集系统中包括了上述烟气除水装置，在对进行深度除水后的烟气进行二氧化碳的捕集时，大大减小了烟气对压缩机的腐蚀以及能耗，同时实现了对烟气连续捕集二氧化碳。

其中，还可设置换热装置5，将换热装置5安装在二氧化碳精馏装置4的下游，使得二氧化碳精馏装置4放出的干气与部分所述烟气(未进行处理的高温烟气)换热后，进入除湿单元11以带出所述烟气除湿过程中产生的水分，也就是说在转轮除湿中所用到的干气来自于该二氧化碳捕集系统中的二氧化碳精馏装置4的排放气，使得再生效果好。由于换热装置5的设置，不仅充分利用了烟气的热量，使得再生区111所需要的加热干气的热源来自于还未经处理的高温烟气，让废物得到充分利用，更重要的是大大降低了转轮除湿的运行成本以及二氧化碳捕集过程中的能耗，使得转轮除湿具有更大的实用价值，而且当烟气与二氧化碳精馏装置4放出的干气换热后温度降低，更利于烟气再次进入冷却单元10进行降温。

此外，还可在二氧化碳精馏装置4与换热装置5之间设置减压阀6以便于控制进入换热装置5的干气。

利用上述二氧化碳捕集系统捕集二氧化碳的过程如下：经过深度除水的烟气首先进入二氧化碳压缩装置2进行加压，例如可将烟气加压至2～3Kpa，然后进入二氧化碳纯化液化装置3进行液化以及初步纯化，之后，进入二氧化碳精馏装置4进行精馏提纯，在实际中，可在二氧化碳提纯塔的塔底得到99％以上的工业级液体二氧化碳，而从塔顶得到干气，干气进入换热装置5并与进入换热装置5中的烟气进行热交换，然后高温且干燥的干气进入再生区111将除湿区110产生的水分带出除湿转轮112，而热交换后的烟气则再次随同需要除湿的烟气一同进入冷却单元10。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。