氧燃烧装置的废气处理系统的制作方法

本发明涉及氧燃烧装置的废气处理系统，特别是涉及通过简单的装置就可以去除源自氧燃烧装置的废气中所含有的杂质的氧燃烧装置的废气处理系统。

背景技术：
近年，作为降低被称为全球变暖的原因之一的二氧化碳(CO2)的排出量的技术之一，对氧燃烧装置进行了研究，例如将煤粉进行氧燃烧的燃煤锅炉受到关注。研究出该燃煤锅炉，通过使用氧气替代空气作为氧化剂，产生以CO2为主体的燃烧废气，将该高CO2浓度的废气压缩-冷却，由此以液化二氧化碳形式回收、处理的技术方案。另外也研究出将废气加压而储藏到地下的技术方案。作为这种氧燃烧用燃煤锅炉的废气处理装置，专利文献1中有记载。如上述专利文献1所述，在通过燃煤锅炉将煤氧燃烧时的废气中，除了CO2之外，还含有源自煤原料的氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、汞(Hg)、氯化氢(HCl)、煤尘等杂质。作为杂质的NOX中，二氧化氮(NO2)由于与水接触而溶解在水中形成硝酸。但是，在源自燃煤锅炉的废气中，氧气(O2)少，因此NOX大部分以一氧化氮(NO)形式存在，该NO不溶于水，因此即使进行喷雾等也不能去除。另外，前述SOX由于与水接触而溶解在水中形成硫酸，HCl溶解在水中形成盐酸。特别是已知，硫酸存在腐蚀废气处理装置的设备的问题，另外，前述Hg损伤热交换器的低温的铝部件，因此，优选在较早阶段去除这些杂质。进而，若混入上述杂质则CO2的纯度降低，存在难以通过压缩-冷却进行液化的问题。因此，在进行氧燃烧的燃煤锅炉等中，需要具备废气处理系统来去除杂质。因此，作为进行氧燃烧的燃煤锅炉等中的废气处理系统，研究出具备专利文献1的图2所示的以往的燃空气锅炉等中使用的包含喷雾塔方式或填充塔方式的被称为湿式的脱硫装置来去除SOX的技术方案。另外，在源自进行氧燃烧的燃煤锅炉等的废气中产生源自煤原料的NOX，因此虽然专利文献1中没有记载，但是需要具备用于去除NOX的脱硝装置。另外已知，若设置上述湿式的脱硫装置，则去除SOX的同时去除煤尘，进而也在一定程度上去除Hg和HCl。另外，进行上述废气处理而去除了杂质后的废气中的Hg浓度高时，设置Hg去除塔来通过吸附剂等去除Hg。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-172878号公报。

技术实现要素：
但是，在上述以往的废气处理系统中，由于分别独立地具备喷雾塔方式或填充塔方式的脱硫装置和脱硝装置，因而存在装置变得大型且复杂，设备成本增加的问题。本发明是鉴于上述以往的问题而进行的，其目的在于，提供通过简单的装置就可以去除源自氧燃烧装置的废气中含有的杂质的氧燃烧装置的废气处理系统。本发明的氧燃烧装置的废气处理系统，为用于去除源自氧燃烧装置的废气中含有的杂质的废气处理系统，其具备前部杂质去除装置和至少一段后部杂质去除装置，所述前部杂质去除装置包含将源自氧燃烧装置的废气压缩、使废气中的杂质为水溶性的压缩机，和将通过该压缩机压缩了的废气冷却、冷凝水分，并移出溶解有杂质的排水的冷却器，所述后部杂质去除装置，具有以比前述压缩机高的压力压缩废气的后部压缩机和后部冷却器，并移出排水。上述氧燃烧装置的废气处理系统中，后部杂质去除装置具备：后部压缩机、和使通过该后部压缩机加压了的废气与通过冷却器冷却了的水循环接触的脱硫-脱硝塔为宜。上述氧燃烧装置的废气处理系统中，在前述前部杂质去除装置的压缩机的前段具备前部冷却器为宜。上述氧燃烧装置的废气处理系统中，具备：将前述后部杂质去除装置下游的废气通过干燥器导入、并进行压缩-冷却，由此得到液化二氧化碳的液化装置为宜。根据本发明的氧燃烧装置的废气处理系统，可以发挥下述优异的效果：通过压缩机和冷却器等简单的装置构成，就可以有效地去除废气中的杂质。附图说明[图1]为表示本发明中的氧燃烧装置的废气处理系统的一实施例的系统图。[图2]为表示本发明中的氧燃烧装置的废气处理系统的其它实施例的系统图。具体实施方式以下参照随附附图对本发明的实施例进行说明。图1为表示本发明中的氧燃烧装置的废气处理系统的一实施例的系统图。图1中，1为包含将煤粉氧燃烧的燃煤锅炉1a等的氧燃烧装置，该氧燃烧装置1中，通过热交换将经过氧燃烧的废气的热回收，热交换后的废气的一部分作为燃烧用气体再循环，未再循环而剩余的例如100℃的废气，通过废气流路2移出到外部。不进行上述废气的再循环时，移出比上述100℃更高温的废气。图1的废气流路2具备前部杂质去除装置6，该前部杂质去除装置6包含：用于将源自氧燃烧装置1的废气压缩、使废气中的杂质为水溶性的压缩机3，和用于将通过该压缩机3压缩了的废气冷却、冷凝水分，并移出溶解有杂质的排水4的冷却器5。另外，在前述压缩机3的前段具备用于通过将由氧燃烧装置1排出的废气冷却、而提高利用前述压缩机3实现的压缩效率的前部冷却器5’，通过该前部冷却器5’进行冷却，由此冷凝水分，移出溶解有杂质的排水4’。进而，在前述前部杂质去除装置6的下游具备后部杂质去除装置6a，该后部杂质去除装置6a包含：用于以比前述压缩机3高的压力压缩废气，使废气中的杂质为水溶性的后部压缩机3，和将通过该后部压缩机3a压缩了的废气冷却、冷凝水分，并移出溶解有杂质的排水4a的后部冷却器5a。图1中，例示了具备1段后部杂质去除装置6a的情况，但是为了以进一步高的压力进行压缩而去除杂质，也可以具备追加的后部杂质去除装置。另外，在前述排水4’、4、4a中混入了从废气中去除的煤尘、CO2、SOX、NOX、Hg、HCl等杂质，因此优选如图1所示具备排水处理装置12来将水无害化。另外，由前述氧燃烧装置1排出的废气中的水分少，排水4’、4、4a的产生少时，可以通过对废气喷雾水7进行加湿，来产生排水。进而，后部杂质去除装置6a的下游的废气，通过干燥器9导入到液化装置10，在液化装置10中进行废气的压缩-冷却，而得到液化二氧化碳。通过前述前部杂质去除装置6和后部杂质去除装置6a去除了杂质的废气中的Hg的浓度，高于所设定的目标值时，可以设置Hg去除塔11来通过吸附剂等去除Hg。接着对上述实施例的工作进行说明。在氧燃烧装置1中，通过热交换将经过氧燃烧的废气的热回收，热交换后的废气的一部分作为燃烧用气体再循环，未再循环而剩余的废气通过废气流路2移出到外部，由该废气流路2排出的例如1个大气压[0.1Pa]下100℃的废气，首先导入到前部冷却器5’，例如冷却到35℃，由此提高利用后段的前述压缩机3实现的压缩率。另外，通过前部冷却器5’冷却废气而将水分冷凝，由此形成溶解有煤尘、CO2、SOX、NOX、Hg、HCl等杂质的排水4’而移出。其中，NOX中二氧化氮NO2溶解在水中形成硝酸而被去除，但是在源自燃煤锅炉的废气中，氧气O2少，因此NOX大部分以一氧化氮(NO)形式存在，该NO不溶于水，因此通过前部冷却器5’，仅少量存在的NO2被去除。将经过前部冷却器5’的废气，导入到前部杂质去除装置6的压缩机3中，并加压到1.5MPa。此时的废气的温度例如为200℃。若如上所述将废气加压而升高压力，则废气中含有的杂质变成水溶性。即，平衡状态变化，从而在水中不溶的NO即使在氧气O2少的状况下也形成NO2，SO2形成SO3而溶解在水中。接着，若通过冷却器5将经过压缩的废气例如冷却至30℃，则废气中的水分冷凝，因此废气中含有的煤尘、水溶性的CO2、SOX、NOX、Hg、HCl被冷凝了的水捕捉，与排水4一起被排出。其中，前部杂质去除装置6中，SOX、NOX的去除率虽然取决于废气中的SOX、NOX的浓度，但是废气中的SOX被去除至约99％，废气中的NOX被去除至约90％。通过前部杂质去除装置6处理了的废气，通过后部杂质去除装置6a的后部压缩机3a，加压至比前述压缩机3高的压力3MPa。此时的废气的温度例如为150℃。若如上所述将废气加压而压力升高，则废气中含有的杂质的水溶性进一步提高。接着，若通过后部冷却器5a将经过压缩的废气冷却至例如30℃，则废气中的水分冷凝，因此，废气中含有的煤尘、水溶性的CO2、SOX、NOX、Hg、HCl以进一步高的去除率被冷凝的水捕捉，并与排水4a一起被排出。其中，在后部杂质去除装置6a中，废气中的SOX最终被去除至约100%，废气中的NOX被去除至约95～99%，后部杂质去除装置6a的下游的废气，通过干燥器9进行废气的水分去除(干燥)从而在液化装置10中不产生结露，然后导入到液化装置10中，进行废气的压缩-冷却，由此得到液化二氧化碳。上述压缩机3和后部压缩机3a，被置于因酸形成的腐蚀环境中，运转中温度高，因此认为不会成为问题，但是停止运转时，存在腐蚀的问题，因此优选例如采用通过清洗配管8供给氮气等而对废气流路2系统进行清洗等腐蚀对策。8’为清洗气体排出管。另外，图1的实施例中，具备利用前部杂质去除装置6和后部杂质去除装置6a形成的2段装置来去除杂质，这是基于，存在技术上难以将大量的废气用1段压缩机加压至3MPa，并且装置非常昂贵的问题，因此，欲提供通过具备每一段各加压1.5MPa的2段压缩机3、3a而可以加压至3MPa的实用上有益的装置。图2为表示本发明中的氧燃烧装置的废气处理系统的其它实施例的系统图，相对于图1的构成，仅后部杂质去除装置6a的构成不同，其它的构成相同。图2所示的后部杂质去除装置6a，通过可以以比前部杂质去除装置6的压缩机3高的压力加压的后部压缩机3a，和导入利用该后部压缩机3a加压了的废气、进行废气处理的脱硫-脱硝塔13构成。该脱硫-脱硝塔13，通过泵15吸上装置主体的内底部的水14，而循环供给到上部具备的喷嘴16，由此喷射到填充材料17上，从装置主体的筒体侧部导入的废气，在流动于前述填充材料17期间与水14接触，并从上部排出。通过前述后部压缩机3a加压至3MPa的废气的温度例如为150℃，将该废气导入到脱硫-脱硝塔13中。此时，设置用于将从前述泵15导入到喷嘴16的水14冷却的冷却器18，通过该冷却器18将供给到喷嘴16的水14的温度例如冷却到7℃，由此，废气中的水分冷凝，从而将废气中的杂质回收到水中。图2的装置也可以发挥与前述图1的装置同等的作用效果。进而，导入到脱硫-脱硝塔13中的废气通过后部压缩机3a加压至3MPa，因此源自氧燃烧装置1的0.1MPa的废气，其气体量减少到1/30，由此，可以使脱硫-脱硝塔13的构成为小型。如上所述，本发明中，通过将源自氧燃烧装置1的含有水分的废气加压-冷却而将水分冷凝，由此将废气中的杂质与排水一起去除，因此可以使装置构成显著简化或小型化，并达成与以往同等的杂质的去除率。需要说明的是，本发明的氧燃烧装置的废气处理系统，可以适用于使用各种燃料的氧燃烧装置，另外，更不用说在不脱离本发明的要旨的范围内可以附加各种变更。工业实用性本发明的氧燃烧装置的废气处理系统，可以在将用于氧燃烧装置的废气处理的装置构成简化时适用。符号说明1氧燃烧装置3压缩机3a后部压缩机4、4a排水5冷却器5’前部冷却器5a后部冷却器6前部杂质去除装置6a后部杂质去除装置9干燥器10液化装置13脱硫-脱硝塔18冷却器