一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统的制作方法

本发明涉及工业废气处理，具体涉及一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统。

背景技术：

1、较高的二氧化碳收集成本成为制约二氧化碳收集技术大规模应用的重要原因。因此，降低二氧化碳收集成本已成为低碳生产的重要研究方向。

2、富氧燃烧锅炉以氧气和二氧化碳的混合气体作为助燃剂，与传统锅炉相比，其尾气中的二氧化碳浓度很高，已有专利主要采用低温凝华/液化法收集二氧化碳，但少有将氧气冷量应用于二氧化碳收集过程的技术。专利1——“一种采用低温凝华法的富氧燃烧尾气处理系统”利用空分装置制备的低温氮气使二氧化碳凝华为干冰并置入密封室，干冰于密封室中升华使室内压力升高，从而获得液态二氧化碳，但密封板的开合将导致密封室泄漏，造成二氧化碳液化率下降；此外，空分装置通常利用压缩机压缩空气，然后制冷使空气液化，能耗较高。专利2——“一种基于干冰融化冷能回收的低温碳捕集系统及工作方法”针对专利1进行改进，分别利用低温高浓度盐水、低温制冷剂、不高于零下80℃的异戊烷对烟气进行干燥、预冷、凝华处理，获得干冰晶体，并在密封室内利用干冰升华获得液态二氧化碳，但该系统结构复杂，且高浓度盐水易导致设备结垢腐蚀。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对富氧燃烧锅炉，提供了一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，包括烟气处理装置、凝华器、再冷器、液化升压室、制冷器和换热器；

4、烟气处理装置的出口与烟气冷凝器的第一入口相接；烟气冷凝器的出口与烟气一级预冷器的第一入口相接；烟气一级预冷器的第一出口与烟气二级预冷器的第一入口相接；烟气二级预冷器的第一出口与气水分离器的第一入口相接，第二出口与烟气一级预冷器的第三入口相接；气水分离器的第一出口与凝华器的第一入口相接，第二出口与烟气冷凝器的第二入口相接；凝华器的第一出口与固液分离器的入口相接，第二出口经抽气设备与烟气一级预冷器的第二入口相接；再冷器的第一出口与凝华器的第二入口相接，第二出口与冷凝器的第二入口相接；固液分离器的第一出口经单向阀与液化升压室的第一入口相接，第二出口与再冷器的第二入口相接；液化升压室的第二出口汇入主管道，与制冷器的第一入口相接；换热器的第一出口经支路与液化升压室的第二入口相接，通过主管道与制冷器的第一入口相接，第二出口与级间冷却器的第二入口相接；制冷器的第一出口与空气液化器的入口相接，第二出口与再冷器的第一入口相接；空气液化器的出口与精馏塔的入口相接；精馏塔的第一出口与制冷器的第二入口相接；级间冷却器的第一入口与一级压缩器出口相接，第一出口与二级压缩器的入口相接，第二出口与给水加热器相接；冷凝器的第一出口与蒸发器的入口相接，第二出口与烟气二级预冷器的第二入口相接。

5、本发明进一步的改进在于，换热器的第一出口与液化升压室的第二入口相接的支路上设置有阀门。

6、本发明进一步的改进在于，液化升压室用于存放干冰，获得液态二氧化碳。

7、本发明进一步的改进在于，单向阀用于干冰通过，并防止气体通过。

8、本发明进一步的改进在于，固液分离器用于分离干冰晶粒和冷却剂，实现二氧化碳的收集储存和冷却剂的循环再生。

9、本发明进一步的改进在于，再冷器用于实现低温氧气与冷却剂的换热，获得低温冷却剂。

10、本发明进一步的改进在于，凝华器用于实现烟气与低温冷却剂的混合换热。

11、本发明进一步的改进在于，烟气一级预冷器和烟气二级预冷器，用于实现氧气与烟气的换热。

12、本发明进一步的改进在于，制冷器用于冷却压缩空气，利用精馏过程获得的低温氮气和液氧进一步降低压缩空气温度。

13、本发明进一步的改进在于，级间冷却器利用冷凝水冷却压缩空气，使压缩过程接近等温压缩。

14、本发明至少具有如下有益的技术效果：

15、本发明以富氧燃烧锅炉为目标对象，结合锅炉运行特点，耦合空分设备，采用低温凝华法收集二氧化碳，其具有如下优点：

16、第一：利用冷凝水对压缩空气进行级间冷却，使压缩过程接近等温压缩，降低压缩机能耗，同时利用低温氮气和液氧冷量进一步冷却压缩空气，可降低空分设备的制冷能耗；

17、第二：充分干燥、预冷后的烟气与低温冷却剂在凝华器内混合换热，二氧化碳凝华成为干冰，形成带有干冰晶粒的浆液，不凝结气体由抽气设备送入烟气一级预冷器冷却烟气，实现冷能的充分利用；

18、第三：经固液分离器获得的干冰通过单向阀进入液化升压室，利用干冰升华自升压获得液态二氧化碳，单向阀可保证升压室良好的密封性，提高二氧化碳液化率，同时设有压缩空气支路，可利用压缩空气加热干冰，加快液化进程；

19、第四：低温氧气在再冷器中降低冷却剂的温度，随后经两级烟气预冷器吸收烟气余热，使烟气温度降低，实现氧气冷量的充分利用，同时回收烟气余热使氧气获得较大温升，便于后续燃烧利用。

20、综上，本发明提出了一种耦合空气分离设备的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统。本发明采用单向阀保证升压室的密封性，同时，利用冷凝水对压缩空气进行级间冷却，并使用干冰、精馏获得的液氧和低温氮气来降低压缩空气的温度，可降低空分设备的能耗，克服了专利1中密封室易泄漏和空分设备能耗高的问题。本发明采用冷却水和氧气剩余冷量对尾部烟气进行干燥处理，无需装配低温高浓度的盐水干燥系统，解决了专利2可能存在的结垢腐蚀问题，并使系统得到简化。此外，本发明利用氧气剩余冷量对外供冷，对烟气进行预冷，充分利用了氧气的冷量，回收了尾气余热，提高了能源利用率。

技术特征：

1.一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，包括烟气处理装置(1)、凝华器(6)、再冷器(7)、液化升压室(10)、制冷器(14)和换热器(13)；

2.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，换热器(13)的第一出口与液化升压室(10)的第二入口相接的支路上设置有阀门(22)。

3.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，液化升压室(10)用于存放干冰，获得液态二氧化碳。

4.根据权利要求3所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，单向阀(9)用于干冰通过，并防止气体通过。

5.根据权利要求3所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，固液分离器(8)用于分离干冰晶粒和冷却剂，实现二氧化碳的收集储存和冷却剂的循环再生。

6.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，再冷器(7)用于实现低温氧气与冷却剂的换热，获得低温冷却剂。

7.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，凝华器(6)用于实现烟气与低温冷却剂的混合换热。

8.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，烟气一级预冷器(3)和烟气二级预冷器(4)，用于实现氧气与烟气的换热。

9.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，制冷器(14)用于冷却压缩空气，利用精馏过程获得的低温氮气和液氧进一步降低压缩空气温度。

10.根据权利要求1所述的一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，其特征在于，级间冷却器(17)利用冷凝水冷却压缩空气，使压缩过程接近等温压缩。

技术总结本发明公开了一种耦合空气分离装置的富氧燃烧锅炉二氧化碳收集系统，包括烟气处理装置、凝华器、再冷器、液化升压室、换热器等设备。本发明利用空气分离装置制备的低温氧气使二氧化碳凝华为易储存的干冰，并利用干冰升华获得便于运输的液态二氧化碳；同时引入冷凝水对压缩空气进行级间冷却，并使用干冰、精馏获得的液氧和低温氮气来降低压缩空气的温度，实现锅炉与空气分离装置的耦合，降低空分设备的能耗；此外，将用于凝华二氧化碳的氧气通入制冷系统，利用其剩余冷量实现对外供冷。技术研发人员：袁斌彬,汤永杰,高荣泽,杨云,李玲忠,吕田,马山海,方顺利,张向宇,杜智华,王利民,车得福受保护的技术使用者：华能兰州热电有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17