專利名稱：燃燒和綜合污染移除的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及綜合氧燃料燃燒及污染控制系統(tǒng)。更特定來說，本發(fā)明涉及具有綜合污染控制以有效地將來自燃燒源的排放物降低到接近零的氧燃料燃燒系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知氧燃料燃燒系統(tǒng)。所述系統(tǒng)以接近化學(xué)計(jì)量的比例且以高火焰溫度使用大致上純氧與燃料進(jìn)行燃燒以用于高效能量產(chǎn)生。氧燃料系統(tǒng)用于鍋爐以產(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽且用于工業(yè)環(huán)境中，例如在鋁再生中將鋁熔化以進(jìn)行重鑄。還涵蓋氧燃料燃燒可用于廢物焚化以及其它工業(yè)及環(huán)境應(yīng)用。氧燃料技術(shù)及此技術(shù)的使用揭示于頒發(fā)給格羅斯(Gross)的第 6，436，337,6, 596，220,6, 797，228 及 6，818，176 號(hào)美國(guó)專利中，所有所述專利與本申請(qǐng)案共同擁有且以引用的方式并入本文中。有利地，由于氧燃料燃燒使用氧而非空氣來作為氧來源，因此所產(chǎn)生的煙氣也隨之減少。此外，實(shí)施燃燒使得NOx燃燒產(chǎn)物接近零且?guī)缀跬耆珰w因于燃料生成的氮。也就是說，由于將氧而非空氣用作氧來源，因此存在較小的質(zhì)量流且且無氮參與NOx的形成。雖然氧燃料燃燒提供燃料高效及減少的排放物的能量產(chǎn)生，但在所述燃燒工藝期間仍產(chǎn)生相當(dāng)大量的排放物。此外，由于氣體的體積較小(由于使用氧替代空氣)，因此其它污染物的濃度較高。舉例來說，SOx及微粒物質(zhì)的質(zhì)量將不改變，然而由于總體積減小因此所述濃度將上升。在所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知污染控制或移除系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可(舉例來說)使用煙氣與下游工藝裝備(例如，沉淀器及洗滌器)之間的緊密接觸來移除微粒物質(zhì)、包含化合物的硫及包含化合物的汞。其它系統(tǒng)使用對(duì)污染物的一系列壓縮脫吸來移除污染物并從煙氣流中回收能量。所述系統(tǒng)揭示于頒發(fā)給奧克斯(Ochs)的第6，898，936號(hào)美國(guó)專利中，所述專利以引用的方式并入本文中。相應(yīng)地，需要使用綜合污染移除來產(chǎn)生低煙氣體積的燃燒系統(tǒng)。期望所述系統(tǒng)利用已知燃燒及污染控制系統(tǒng)來結(jié)合污染物產(chǎn)生的減少及所產(chǎn)生的剩余污染物的捕獲來提供燃料高效的能量產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
一種綜合氧燃料燃燒系統(tǒng)及污染物移除系統(tǒng)減小煙氣體積、去除NOx并捕獲可冷凝氣體。所述系統(tǒng)包括具有爐的燃燒系統(tǒng)，所述爐具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以充分防止空氣的引入。氧供應(yīng)源以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧且碳基燃料供應(yīng)源供應(yīng)碳基燃料。以氧與燃料彼此之間的受控制比例將二者饋送到所述爐內(nèi)?？刂迫紵援a(chǎn)生超過3000 T的火焰溫度及包含CO2及其它氣體且大致上無由含非燃料生成氮的燃燒所產(chǎn)生的氣態(tài)化合物的煙氣流。所述污染物移除系統(tǒng)包括至少一個(gè)直接換熱器，其用于使煙氣與冷卻液體緊密接觸(優(yōu)選為水)，以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流。所述系統(tǒng)包括用于接收并壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流的至少一個(gè)壓縮機(jī)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括一系列換熱器及壓縮機(jī)以冷卻并壓縮所述煙氣?？蓪⑺鰺煔饫鋮s并壓縮為不可冷凝氣體及可冷凝氣體且可將所述經(jīng)脫吸的煙氣流分離為不可冷凝氣體及可冷凝氣體。將所述可冷凝氣體(大部分為CO2)冷凝為大致液體狀態(tài)且可將其分隔(sequestered)。所述CO2部分可經(jīng)再循環(huán)以將固態(tài)燃料(例如，煤)攜載到所述爐內(nèi)。一種與污染物移除綜合的氧燃料燃燒方法包括:提供爐，其具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以充分防止空氣的引入；提供氧供應(yīng)源，其以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧；及提供碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料。將氧或碳基燃料中的任一者或其兩者限定為小于所述化學(xué)計(jì)量比例的5%且控制燃燒以產(chǎn)生超過3000 T的火焰溫度及包含CO2及其它氣體且大致上無由含非燃料生成氮的燃燒所產(chǎn)生的氣態(tài)化合物的煙氣流。提供包括與壓縮機(jī)成串聯(lián)布置的直接接觸式換熱器的污染物移除系統(tǒng)。使所述煙氣在所述換熱器中與冷卻液體(優(yōu)選為水)緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流。將所述經(jīng)脫吸的煙氣流饋送到所述壓縮機(jī)內(nèi)以壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流。在一種優(yōu)選方法中，實(shí)施冷卻所述經(jīng)脫吸的煙氣流及壓縮所述經(jīng)冷卻經(jīng)脫吸的煙氣流的步驟以及分隔所述經(jīng)壓縮經(jīng)冷卻經(jīng)脫吸的煙氣流的步驟。本發(fā)明的目的在于提供一種氧燃料綜合污染物移除及燃燒系統(tǒng)。該氧燃料綜合污染物移除及燃燒系統(tǒng)包含:燃燒系統(tǒng)，其包括:爐，其具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以大致防止空氣的引入；氧供應(yīng)源，其用于以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧；碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料；饋送構(gòu)件，其用于以所述氧與所述碳基燃料彼此之間的受控制比例將二者饋送到所述爐內(nèi)；控制構(gòu)件，其用于控制所述碳基燃料的燃燒以產(chǎn)生超過3000 °F的火焰溫度及包含CO2及其它氣體且大致上無由含非燃料生成氮的燃燒所產(chǎn)生的氣態(tài)化合物的煙氣流；及污染物移除系統(tǒng)，其用于從所述燃燒系統(tǒng)接收煙氣，并且將多種污染物的移除合并為單個(gè)工藝，所述污染物移除系統(tǒng)包括:至少一個(gè)直接接觸式換熱器，其用于使所述煙氣與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，所述載有污染物的液體流包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)，所述經(jīng)脫吸的煙氣流包含可冷凝和不可冷凝氣體；第一排出口，其用于排放所述載有污染物的液體流；至少一壓縮階段，其用于接收并壓縮來自所述直接接觸式換熱器的所述經(jīng)脫吸的煙氣流；冷凝器，其用于接收來自最后壓縮階段的經(jīng)壓縮煙氣流，且冷凝所述煙氣流中任何包括CO2的可冷凝氣體，以使液化的CO2和任何其他可冷凝氣體能從所述經(jīng)壓縮煙氣流中移除；第二排出口，其用于排放主要是液化的CO2 ;和汞過濾器，其用于在剩余煙氣被釋放到大氣中之前，自所述冷凝器中接收不可冷凝氣體。本發(fā)明的另一目的在于提供一種氧燃料燃燒系統(tǒng)。該氧燃料燃燒系統(tǒng)包含:燃燒系統(tǒng)，其具有:爐，其具有大致上無來自外部環(huán)境的內(nèi)泄漏的受控制環(huán)境，且經(jīng)配置以大致防止空氣的引入；氧化劑供應(yīng)源，其用于供應(yīng)具有預(yù)定純度的氧；及碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料，且包括:饋送構(gòu)件，其用于將所述氧與所述碳基燃料以一比例饋送到所述爐內(nèi)，所述比例被限定為所述氧或所述碳基燃料任一者的超出量小于構(gòu)成彼此之間的化學(xué)計(jì)量比例的所述氧或所述碳基燃料的量的5% ;及控制構(gòu)件，其用于控制所述碳基燃料的燃燒以從所述爐中產(chǎn)生大致上不具有由含氮燃燒所產(chǎn)生的來自所述氧化劑的氣態(tài)化合物的煙氣流 '及污染物移除系統(tǒng)，其用于在單個(gè)工藝中移除多種污染物，所述污染物移除系統(tǒng)包括:至少一個(gè)直接接觸式換熱器，其用于使所述煙氣流與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，所述載有污染物的液體流包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)，且排放所述載有污染物的流并引導(dǎo)所述經(jīng)脫吸的煙氣流進(jìn)入至少一壓縮機(jī)以壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而自所述經(jīng)脫吸的煙氣流中移除包含CO2的可冷凝氣體，并在所有剩余煙氣被釋放到大氣中前通過汞過濾器過濾不可冷凝氣體。本發(fā)明的又一目的在于提供一種燃燒及綜合污染物移除方法。該方法包含以下步驟:提供具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以大致上防止空氣引入的爐；提供用于以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧的氧供應(yīng)源；提供用于供應(yīng)碳基燃料的碳基燃料供應(yīng)源；將所述氧與所述碳基燃料以一比例饋送到所述爐內(nèi)，所述比例被限定為所述氧或所述碳基燃料任一者的超出量小于構(gòu)成彼此之間的化學(xué)計(jì)量比例的所述氧或所述碳基燃料的量的5% ；控制所述碳基燃料的燃燒以產(chǎn)生超過3000 T的火焰溫度及包含CO2及其它氣體且大致上無由含非燃料生成氮的燃燒所產(chǎn)生的氣態(tài)化合物的煙氣流；在將所述煙氣排放到大氣中以前，在單個(gè)工藝中移除多種污染物，所述多種污染物包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)和可冷凝氣體和不可冷凝氣體，其包括以下步驟:在換熱器中使所述煙氣與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，所述載有污染物的液體流包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)；排出所述載有污染物的液體流；將所述經(jīng)脫吸的煙氣流饋送到一個(gè)或一個(gè)以上的壓縮機(jī)以壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而將包括CO2的可冷凝氣體與不可冷凝氣體分離；冷凝包括CO2的所述可冷凝氣體；排出由所述可冷凝氣體被冷凝后形成的冷凝液；和在向大氣中釋放所有剩余煙氣前通過汞過濾器過濾所述不可冷凝氣體。本發(fā)明的又一目的在于提供一種氧燃料綜合污染物移除及燃燒系統(tǒng)該氧燃料綜合污染物移除及燃燒系統(tǒng)包含:燃燒系統(tǒng)，其包括:爐，其具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以大致上防止空氣的引Λ ;氧供應(yīng)源，其用于以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧；碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料；饋送構(gòu)件，其用于以所述氧與所述碳基燃料彼此之間的受控制比例將二者饋送到所述爐內(nèi)；控制構(gòu)件，其用于控制所述碳基燃料的燃燒以產(chǎn)生所需的火焰溫度及包含CO2及其它氣體且大致上無由含非燃料生成氮的燃燒所產(chǎn)生的氣態(tài)化合物的煙氣流；及污染物移除系統(tǒng)，其用于在單個(gè)工藝中移除多種污染物，所述污染物移除系統(tǒng)包括:至少一個(gè)直接接觸式換熱器，其用于使所述煙氣與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，所述載有污染物的液體流包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)，且排放所述載有污染物的流并引導(dǎo)所述經(jīng)脫吸的煙氣流進(jìn)入至少一壓縮機(jī)以壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而自所述經(jīng)脫吸的煙氣流中移除包含CO2的可冷凝氣體，并在所有剩余煙氣被釋放到大氣中前通過汞過濾器過濾所述不可冷凝氣體。本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有綜合污染移除系統(tǒng)的氧-化石燃料燃燒系統(tǒng)。該具有綜合污染移除系統(tǒng)的氧-化石燃料燃燒系統(tǒng)包含:燃燒系統(tǒng)，其具有:爐，其具有大致上無來自外部環(huán)境的內(nèi)泄漏的受控制環(huán)境，且經(jīng)配置以大致上防止空氣的引入；氧化劑供應(yīng)源，其用于供應(yīng)具有預(yù)定純度的氧；碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料且包括:饋送構(gòu)件，其用于將所述氧與所述碳基燃料以一比例饋送到所述爐內(nèi)，所 述比例被限定為所述氧或所述碳基燃料任一者的超出量小于構(gòu)成彼此之間的化學(xué)計(jì)量比例的所述氧或所述碳基燃料的量的5%，燃燒產(chǎn)物的再循環(huán)有助于供應(yīng)碳基燃料并改善熱傳送性質(zhì)；及控制構(gòu)件，其用于控制所述碳基燃料的燃燒以從所述爐中產(chǎn)生具有由含低氮的燃燒所產(chǎn)生的來自所述氧化劑的氣態(tài)化合物的煙氣流；及綜合污染物移除系統(tǒng)，其用于在單個(gè)工藝中移除多種污染物，所述污染移除系統(tǒng)包括:至少一個(gè)直接接觸式換熱器，其用于使所述煙氣流與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，所述載有污染物的液體流包括可溶污染物和夾帶的微粒物質(zhì)且排放所述載有污染物的流并引導(dǎo)所述經(jīng)脫吸的煙氣流進(jìn)入至少一壓縮機(jī)以壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而自所述經(jīng)脫吸的煙氣流中移除包含CO2的可冷凝氣體，并在所有剩余煙氣被釋放到大氣中前通過汞過濾器過濾所述不可冷凝氣體。依據(jù)以下詳細(xì)說明并將明了本發(fā)明的這些及其它特征及優(yōu)點(diǎn)。


在閱讀以下詳細(xì)說明及附圖之后，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將更容易地明了本發(fā)明的益處及優(yōu)點(diǎn)，附圖中:圖1是經(jīng)裝配以測(cè)試本發(fā)明的原理的綜合氧燃料燃燒及污染物移除系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明容許各種形式的實(shí)施例，但圖式中顯示且將在下文中說明當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，其中應(yīng)了解，應(yīng)將本揭示內(nèi)容視為本發(fā)明的范例而非既定將本發(fā)明限定為所圖解說明的具體實(shí)施例。應(yīng)進(jìn)一步了解，本說明書的本部分的標(biāo)題(即，“本發(fā)明的詳細(xì)說明”)與美國(guó)專利辦公室的要求有關(guān)，而并非暗示也不應(yīng)推斷為限定本文所揭示的標(biāo)的物。
如頒發(fā)給格羅斯的上述專利所論述，氧燃料燃燒系統(tǒng)大致上使用純氧結(jié)合燃料源以高效、對(duì)環(huán)境無害的方式通過產(chǎn)生火焰(即，燃燒)來產(chǎn)生熱量?？墒褂脻舛葹榧s85%至約99%的氧(其由氧化劑供應(yīng))，然而,優(yōu)選地使氧的濃度(即，氧供應(yīng)純度)盡可能地高。在所述系統(tǒng)中，以化學(xué)計(jì)量比例將高純度的氧連同燃料源饋送到爐中的燃燒器內(nèi)。將所述氧及燃料點(diǎn)燃以釋放存儲(chǔ)在所述燃料中的能量。出于本揭示內(nèi)容的目的，提及爐應(yīng)在廣義上理解為包括燃燒化石(碳基)燃料的任何工業(yè)或商業(yè)熱產(chǎn)生器。舉例來說，用于發(fā)電的水冷壁式鍋爐以及用于工業(yè)應(yīng)用的直接加熱爐均涵蓋其中以使用所述氧燃料燃燒系統(tǒng)。在優(yōu)選系統(tǒng)中，氧濃度或純度與實(shí)際用于降低溫室氣體產(chǎn)生的氧濃度或純度一樣高。本發(fā)明涵蓋大致上可使用任何燃料源。舉例來說，可將氧連同天然氣饋送到爐中以進(jìn)行燃燒。所涵蓋的其它燃料源包括油(其包括精煉油以及廢油)、木材、煤、煤粉、廢物(垃圾廢料)、動(dòng)物糞便及產(chǎn)物及類似物。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可與本氧燃料系統(tǒng)一起使用的無數(shù)種燃料源。與使用空氣作為氧化劑來供應(yīng)氧而非使用大致上純氧來進(jìn)行燃燒的常規(guī)燃燒工藝相比，所述氧燃料系統(tǒng)具有大大降低的總流量生產(chǎn)量。在燃燒中使用空氣的氧成分(約21%)，而剩余成分(主要是氮)被加熱且從所述爐中排出。此外，本工藝使用與所述燃料成化學(xué)計(jì)量比例的氧。也就是說，饋送與所述燃料成比例的充足的氧以確保所述燃料的完全燃燒。因此，無“過量”的氧被饋送到所述燃燒系統(tǒng)內(nèi)。使用所述氧燃料燃燒系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)許多優(yōu)點(diǎn)及益處。除效率的提高(或相反，降低的燃料消耗產(chǎn)生相等量的能量)以外，由于氣體的輸入的減少，煙氣的體積存在顯著降低?；谑褂每諝?其是21%的氧)與使用純氧之間的差異，與常規(guī)饋送空氣的燃燒系統(tǒng)相比，使用氧燃料燃燒系統(tǒng)的體積流速約為五分之一(1/5)。此外，由于沒有能量被與未燃燒相關(guān)的材料(例如，過量的氧或氮)吸收，因此更多的能量可用于基礎(chǔ)工藝。有利地，氣體體積的降低(且因此煙氣體積降低)還延長(zhǎng)所述氣體在所述爐或鍋爐中的駐留時(shí)間以為熱傳送提供額外機(jī)會(huì)。由于總煙氣體積如此顯著地降低，因此現(xiàn)在可在大規(guī)模工業(yè)及發(fā)電環(huán)境中使用否則將不可用或?qū)⒉磺袑?shí)際的高效下游處理。相應(yīng)地，本發(fā)明結(jié)合多種污染物的移除(通過H2O及CO2與夾帶微粒的綜合冷凝及包括SO2的其它污染物的分解及冷凝)使用氧燃料燃燒。所述污染物移除系統(tǒng)及方法揭示于頒發(fā)給Ochs等人的上述專利中。將污染物的移除合并為一個(gè)工藝具有降低成本且降低用于操作所述系統(tǒng)的功率要求的潛力。包括氧及氬的不可冷凝燃燒產(chǎn)物可出現(xiàn)在燃燒產(chǎn)物中。雖然以化學(xué)計(jì)量或以非常接近的化學(xué)計(jì)量(優(yōu)選地在化學(xué)計(jì)量的5%以內(nèi))來操作所述氧燃料燃燒系統(tǒng)，但氧可出現(xiàn)在所述煙氣中。氬可來自空氣分離工藝(殘留在所產(chǎn)生的氧中)。某些相對(duì)少量的氮也可因燃料生成或因空氣內(nèi)泄漏而出現(xiàn)在基礎(chǔ)工藝裝備中。可冷凝蒸汽(例如，H2O, CO2, SOx及雖然極少量的NOx)在所述燃燒工藝中產(chǎn)生且是冷凝的目標(biāo)。當(dāng)在本發(fā)明中提及燃燒產(chǎn)物時(shí)，假設(shè)這些可冷凝蒸汽及不可冷凝氣體以及微粒及其它污染物出現(xiàn)。所述系統(tǒng)的污染物控制部分還可完成能量從來自具有化石燃料燃燒室(例如，鍋爐、爐、燃燒渦輪或類似物)、壓縮機(jī)、渦輪、換熱器及氧來源(其可以是空氣分離單元)的化石燃料電廠的燃燒產(chǎn)物的補(bǔ)救及回收。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解并理解提及(舉例來說)壓縮機(jī)包括一個(gè)以上壓縮機(jī)。所述化石燃料電廠燃燒產(chǎn)物可包括:不可冷凝氣體，例如氧及氬；可冷凝蒸汽，例如水蒸汽及酸性氣體，例如SOx (再次，雖然極少量NOx);及CO2及污染物，例如微粒及汞。所述污染物移除及分隔工藝包括通過將所述燃燒產(chǎn)物冷卻及/或壓縮到低于某些或所有所述可冷凝蒸汽的露點(diǎn)以下的溫度/壓力組合來改變所述燃燒產(chǎn)物的溫度及/或壓力。實(shí)施此工藝以冷凝液體，所述液體使某些酸性氣體溶解及/或夾帶其中及/或直接冷凝來自所述燃燒產(chǎn)物的酸性氣體(例如，CO2及SO2)。實(shí)施此工藝以進(jìn)一步溶解某些所述污染物，從而回收所述燃燒產(chǎn)物。在本揭示內(nèi)容的上下文中，溶解意指夾帶及/或溶解。以可冷凝蒸汽及酸性氣體的冷凝及分離，通過一個(gè)或一個(gè)以上冷凝及/或壓縮步驟重復(fù)此工藝。還可完成潛在及/或顯熱汽化形式的熱量的回收。所述冷凝通過降低質(zhì)量及溫度來減少連續(xù)壓縮所需要的能量，直到經(jīng)部分補(bǔ)救的煙氣含有極少的co2、SO2及h2o。其后將剩余煙氣發(fā)送到排出口。所述化石燃料可以是那些上述燃料中的任一者。在某些情況下，所述污染物將包括細(xì)小的微粒物質(zhì)及/或重金屬(例如，汞)及其它金屬(例如，釩)。本發(fā)明還涉及一種在煙氣再循環(huán)及污染物移除期間應(yīng)用能量節(jié)約技術(shù)的方法，使得發(fā)電系統(tǒng)的效率可得到充分改善。舉例來說，在不具有能量回收的亞臨界粉煤(PC)系統(tǒng)的情況下，所述性能可從38.3%的熱效率(對(duì)于不具有CO2移除的現(xiàn)代系統(tǒng))降到20.0%(對(duì)于具有CO2移除但無能量回收的系統(tǒng))。當(dāng)模型設(shè)計(jì)中包括能量回收時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)可以29.6%(具有CO2移除)運(yùn)行，預(yù)期將實(shí)現(xiàn)更高的效率。具有綜合污染控制的本氧燃料燃燒適用于新構(gòu)造、增容改造及改裝。在使用本氧燃料及IPR工藝的實(shí)例性系統(tǒng)中，預(yù)測(cè)如在下表中所說明的煙氣。所述煙氣將從所述燃燒區(qū)或爐區(qū)域排出，其中其將穿過用于大微粒移除的旋風(fēng)除塵器/布袋除塵器或靜電沉淀器。然后，所述燃燒氣體穿過直接接觸式換熱器(DCHX)。在此單元中，所述煙氣與冷卻器液體接觸。此冷卻步驟允許所述蒸汽冷凝。所述步驟還允許溶解所夾帶的可溶污染物及細(xì)小顆粒。從所述第一列排出的氣體現(xiàn)在更清潔且大致不含有污染物。這些氣體被壓縮且可繼續(xù)進(jìn)入連續(xù)的DCHX及壓縮步驟。使用最后壓縮及換熱步驟來將氧、氬及氮(極少量)從CO2分離出來。還使用汞捕集器來在釋放到大氣中之前移除氣態(tài)汞。下表顯示本氧燃料燃燒及IPR系統(tǒng)與常規(guī)以空氣為燃料的燃燒工藝的比較的所期望結(jié)果。如所述結(jié)果顯示，由于從所述輸入流中去除了氮，開始時(shí)所述氧燃料燃燒系統(tǒng)中的煙氣的體積較小。在本系統(tǒng)中，IPR用于通過連續(xù)壓縮及冷卻階段來進(jìn)一步減小體積及氣流。當(dāng)所述煙氣前進(jìn)穿過經(jīng)組合的工藝時(shí)，最終產(chǎn)物是所捕獲的用于分隔的C02。
權(quán)利要求
1.一種氧燃料綜合污染物移除及燃燒系統(tǒng)，其包含: 燃燒系統(tǒng)，其包括爐，所述爐具有至少一個(gè)燃燒器且經(jīng)配置以大致防止空氣的引入； 氧供應(yīng)源，其用于以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)氧； 碳基燃料供應(yīng)源，其用于供應(yīng)碳基燃料； 饋送構(gòu)件，其用于以所述氧與所述碳基燃料彼此之間的受控制比例將二者饋送到所述爐內(nèi)； 控制構(gòu)件，其用于控制所述碳基燃料的燃燒以產(chǎn)生超過1650°C的火焰溫度及包含CO2及燃燒產(chǎn)生的氣態(tài)化合物且大致上無非燃料生成的氮化合物的煙氣流；及 污染物移除系統(tǒng)，其用于接受所述煙氣流，所述污染物移除系統(tǒng)包括:至少一個(gè)直接接觸式換熱器，其用于使所述煙氣與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流，以及多個(gè)壓縮機(jī)，其用于接受并相繼壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而自其它燃燒產(chǎn)物中分離CO2。
2.如權(quán)利要求1所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其中所述冷卻液體是水。
3.如權(quán)利要求1所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)壓縮機(jī)，以接受所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而將之分離成可冷凝和不可冷凝氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括冷凝器，以使得所述可冷凝氣體能被冷凝成大體液體狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其中所述冷凝器經(jīng)設(shè)置以接受所述可冷凝氣體并將所述可冷凝氣體冷凝成液體。
6.如權(quán)利要求5所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其中所述液體包含CO2以及冷凝器可連接至將液體CO2分隔并裝瓶的瓶。
7.如權(quán)利要求1所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括再循環(huán)構(gòu)件，其再循環(huán)一部分所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而將所述碳基燃料攜載到所述爐內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的綜合燃燒系統(tǒng)，其包括多個(gè)換熱器及壓縮機(jī)，其中所述換熱器中的至少兩者是用于使冷卻水與所述煙氣流緊密接觸的直接接觸式換熱器，且其中至少一個(gè)壓縮機(jī)設(shè)置于所述換熱器之間以壓縮所述換熱器之間的所述經(jīng)脫吸的煙氣流。
9.一種燃燒和綜合污染移除的方法，其包含如下步驟: 大致上防止空氣引入燃燒室； 往至少一個(gè)用于燃燒的燃燒器中以大于21%的預(yù)定純度供應(yīng)燃燒氧以及供應(yīng)碳基燃料； 限定所述氧或所述碳基燃料任一者的超出量小于化學(xué)計(jì)量比例的所述氧或所述碳基燃料的量的5% ； 控制所述碳基燃料的燃燒以產(chǎn)生超過1650°C的火焰溫度及包含CO2及燃燒產(chǎn)生的氣態(tài)化合物且大致上無非燃料生成的氮化合物的煙氣流； 將所述煙氣流引導(dǎo)至污染物移除系統(tǒng)； 使所述煙氣流與冷卻液體緊密接觸以產(chǎn)生載有污染物的液體流及經(jīng)脫吸的煙氣流； 壓縮所述經(jīng)脫吸的煙氣流； 冷凝所述經(jīng)脫吸的煙氣流從而自其它燃燒產(chǎn)物中分離C02。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其包括如下步驟:冷卻所述經(jīng)脫吸的煙氣流以及壓縮經(jīng)冷卻的經(jīng)脫吸的煙氣流。
11.如權(quán)利要求10所 述的方法，其包括如下步驟:分隔經(jīng)壓縮的經(jīng)冷卻的經(jīng)脫吸的煙氣流。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種燃燒和綜合污染移除的方法及裝置。該裝置包括燃燒系統(tǒng)、氧供應(yīng)源、碳基燃料供應(yīng)源、饋送構(gòu)件、控制構(gòu)件及污染物移除系統(tǒng)。采用本發(fā)明的裝置或方法可以獲得較高的燃燒效率。
文檔編號(hào)B01D53/00GK103216844SQ20131010398
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者布萊恩·R·帕特里克, 湯姆·L·奧克斯, 凱茜·A·薩默思, 達(dá)尼洛爾·B·奧賴欣, 保羅·特納 申請(qǐng)人:丘比特氧氣公司