具有多个燃烧室的蒸汽产生系统及干燥废气净化技术方案

本发明专利技术揭示一种用于在减少排放物的同时产生蒸汽的方法。所述方法包括在具有多个燃烧室及热交换器的燃烧区内燃烧燃料及具有高浓度的氧的氧化剂流以产生废气。随后在干燥废气净化室内通过使所述废气接触干燥吸附剂而对其进行净化。在一个实施例中，所述方法有利地再生所述干燥吸附剂以使所述干燥吸附剂随后可被再循环回到所述干燥废气室内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个燃烧室的蒸汽产生系统及干燥废气净化
本专利技术涉及一种方法及系统，其用于来自具有集成干燥废气净化单元的蒸汽产生系统的改善排放。更具体而言，本专利技术提供一种用于蒸汽产生的方法及系统，其采用具有先进温度控制系统的多燃烧氧化锅炉室用以帮助减少NOx排放。
技术介绍
通过含氮和硫的燃料的燃烧而产生的蒸汽导致污染排放物(例如氧化氮(NOx)及氧化硫(SOx))排放到大气中。已知NOx及SOx排放到大气中会对环境造成负面影响。举例来说，NOx及SOx是导致酸雨及臭氧耗竭的原因，酸雨及臭氧耗竭通过降低空气质量并杀死植物而对环境产生影响。要是长期暴露于这些污染物，也可能会对人类健康产生严重的影响。由于以上所提到的负面影响，世界各地的政府都对污染排放物进行监测及控制，且基于燃烧设备的尺寸及类型而对大气排放物的最高水平施加了限制。若干工艺可有效用于对NOx及SOx进行处置而将其从废气移除。这些工艺包括用于移除尘上及炉灰的沉降器、用于移除NOx的催化或非催化反应器以及用于移除SOx的干式或湿式涤气器。为了移除污染物而进行的若干技术的此种联合在资金及操作成本方面通常极其昂贵，因为这些技术中的大多数会由于废气净化而产生副产物。降低污染物移除成本的一个方法是将废气净化集成到锅炉内且减少由废气处理单元所产生的副产物的量。气候变化是引起更多关注的另一个问题，特别集中在温室气体排放上，因为它们被认为是罪魁祸首。一般来说，化石燃料(例如石油、煤或天然气)的燃烧产生二氧化碳(CO2)，从而增加了温室气体效应。正在开发若干技术以减少CO2排放。在这些技术中，CCS(CO2捕获及封存)被预言将是减少CO2排放到大气中的一种最有效的解决方案。氧燃烧技术是CO2捕获技术的一部分且被认为是捕获CO2以用于封存或石油增进回收(EOR)的一种最经济的方法。氧燃烧技术使用氧气(通常为由75％以上的氧气组成的流)替代空气来燃烧燃料并产生高浓度的CO2流，其相比于常规的胺净化技术而言更易于捕获。通过从空气中移除氮气且随后产生比常规空气燃烧废气低四分之三到五分之四的废气流率可获得此技术。在氧燃烧中，由于废气流率极其缓慢，所以SOx的浓度很高，从而由于较高的SOx梯度而允许改善的移除。此可简化废气脱硫单元且极大地降低其成本。此外，将氮气从空气移除抑制了由空气燃烧系统中的氮气氧化所形成的热NOx。将氮气从空气移除还将增加燃烧室中废气的温度，这极大地影响热传递。举例来说，在常规空气锅炉中(其中在燃烧室中所释放的约35％的能量用于使在壁中循环的水蒸发)，废气温度约为1300℃，而在氧化锅炉中具有相同能量提取的废气温度约为3650℃。明显地，此温度与用于设计锅炉的常规材料并不兼容。为了避免此高温，通常建议将排出锅炉的部分废气再循环到燃烧室以便将废气温度降低到可接受的温度。此解决方案为有用的，但其具有的主要的缺点是由于被再循环的废气仅用作温度缓和剂从而降低了氧化锅炉的热效率。需要一种改善的工艺，其用于在最小化设备尺寸且减少SOx及NOx的排放的同时从含硫燃料与氧气的燃烧产生蒸汽。再生用于移除硫产物的吸附剂以便将所述吸附剂再循环到系统内将为有利的。
技术实现思路
本专利技术针对满足这些需求中的至少一者的方法及系统。本专利技术包括用于在减少排放物的同时产生蒸汽的方法及系统。在一个实施例中，用于蒸汽产生的方法包括：提供富氧化剂气体流，其具有按体积计21％到100％(优选是按体积计75％到100％)的氧含量；在燃烧区内存在富氧化剂气体流的情况下燃烧可能含硫和/或氮的燃料流的至少一部分，可能是重油残渣和/或燃料气体，以产生废气及热量，其中燃烧区包括至少两个燃烧室，其中每一燃烧室具有内部温度梯度；以及使用优选定位在燃烧室的壁内的一个或数个热交换器调节每一燃烧室的所述内部温度梯度，以使燃烧室出口处的废气温度在800℃到1400℃的预定温度范围内，其中所述热交换器采用了水(以液态水和/或蒸汽的形式)，其中通过与来自燃烧室的废气进行热交换而增加水的焓。可将废气导入到废气净化室内以产生包括废吸附剂及脱硫废气的第三产物流，其中相比于进入所述废气净化室的废气而言，脱硫废气具有量减少的氧化硫(“SOx”)，所述废气净化室中含有一定量的吸附剂，所述吸附剂可操作以将至少一部分SOx从进入所述废气净化室的废气移除。在一个实施例中，在不将任意部分的废气或脱硫废气再循环到燃烧区内的情况下调节内部温度梯度。在另一实施例中，燃烧室可串联或并联配置，其中每一燃烧室与另一燃烧室由至少一个热交换器分开。在另一实施例中，用于蒸汽产生的方法包括提供具有按体积计21％到100％的氧含量的富氧化剂气体流，以及在第一燃烧室内存在富氧化剂气体流的情况下燃烧一部分燃料流以产生第一产物流，所述第一产物流包括废气及非燃烧燃料，所述燃料流包括具有硫的燃料源。一个或数个热交换器可用于将热量从第一产物流移除，以便当第一产物流被导入第二燃烧室时使第一产物流的温度维持在800℃到1400℃的范围内，且进一步燃烧非燃烧燃料以产生第二产物流，所述第二产物流相比于第一产物流具有较大量的废气。类似地，一个或数个热交换器可用于将热量从第二产物流移除，以使当第二产物流被导入到废气净化室内以产生包括废吸附剂及脱硫废气的第三产物流时使第二产物流的温度维持在800℃到1400℃的范围内，其中脱硫废气相比于第二产物流内的废气具有量减少的SOx，所述废气净化室中含有一定量的吸附剂，所述吸附剂可操作以将至少一部分SOx从第二产物流移除。第三产物流接着被导入到第一沉降器内且第三产物流可被分为废吸附剂流及被净化的废气流，其中优选将被净化的废气流送往CO2回收单元。在另一实施例中，被净化的废气流可释放到大气中。同时，水经加热以增加水的焓。优选地，当水变成蒸汽或过热蒸汽时，水吸收从燃烧室产生的热量，这取决于水的初始条件(例如，液态或气态)。在本专利技术的一个实施例中，吸附剂为具有在50到500微米的范围内的颗粒大小的固体。优选的固体吸附剂包括氧化钙(“CaO”)和/或氧化镁(“MgO”)。在一个实施例中，第一及第二燃烧室具有在每一室的壁内循环用以调节每一燃烧室内的温度的水。优选地，壁包括膜管及将各膜管连接的焊接鳍片。在一个实施例中，每一室内的温度处于约800℃到约2500℃的范围内；优选为1000℃到约1400℃。在一个实施例中，可将还原剂导入到废气净化室内以便使第三产物流的NOx浓度相对于第二产物流减少。优选的还原剂包括氨、尿素及其组合。此外，优选的是，将还原剂均匀分散在整个废气净化室内。在另一实施例中，被净化的废气流可被导入到第二沉降器内以在将被净化的废气流送往CO2回收单元或大气之前移除额外量的吸附剂。在优选实施例中，第一沉降器可为旋风器，且第二沉降器可从由静电沉降器类型、织物过滤袋类型及其组合所组成的群组中进行选择。在另一实施例中，方法可包括包括在将被净化的废气流送往CO2回收单元或大气之前将被净化的废气流导入到热交换器内，以将热能从废气流传递到目标流体，其中所述目标流体从由饱和蒸汽及水所组成的群组中进行选择。在本专利技术的又一实施例中，所述方法可进一步包括将废吸附剂流导入到再生单元内；使废吸附剂流与还原气体接触以产生再生的吸附剂及废还原气体；将废本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有减少的排放物的用于产生蒸汽的方法，所述方法包括：(a)提供具有按体积计21％到100％的氧含量的富氧化剂气体流；(b)在存在所述富氧化剂气体流的情况下在燃烧区内燃烧至少一部分燃料流以产生废气及热量，其中所述燃料流包括从由氮、硫及其组合所组成的群组中所选择的杂质，其中所述燃烧区包括至少两个燃烧室，其中每一燃烧室具有内部温度梯度；(c)使用多个热交换器调节每一燃烧室的所述内部温度梯度，以使所述燃烧室的所述温度梯度处于800℃到1400℃的预定温度范围内，其中所述热交换器采用了水，其中所述水的焓增加，所述水具有某相，所述相从由气相、液相或其组合所组成的群组进行选择；以及(d)将所述废气导入到废气净化室内以产生包括废吸附剂及脱硫废气的第三产物流，其中所述脱硫废气相比于所述废气具有量减少的SOx，所述废气净化室中含有一定量的吸附剂，所述吸附剂可操作以将至少一部分SOx从所述废气移除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.23 US 12/861,3281.一种具有减少的排放物的用于产生蒸汽的方法，所述方法包括：(a)提供具有按体积计21％到100％的氧含量的富氧化剂气体流；(b)在存在所述富氧化剂气体流的情况下在燃烧区内燃烧至少一部分燃料流以产生废气及热量，其中所述燃料流包括从由氮、硫及其组合所组成的群组中所选择的杂质，其中所述燃烧区包括至少两个燃烧室，其中每一燃烧室具有内部温度梯度；(c)使用多个热交换器调节每一燃烧室的所述内部温度梯度，以使所述燃烧室的所述温度梯度处于800℃到1400℃的预定温度范围内，其中所述热交换器采用了水，其中所述水的焓增加，所述水具有某相，所述相从由气相、液相或其组合所组成的群组进行选择；(d)将所述废气导入到废气净化室内以产生包括废吸附剂及脱硫废气的产物流，其中所述脱硫废气相比于所述废气具有量减少的SOx，所述废气净化室中含有一定量的吸附剂，所述吸附剂可操作以将至少一部分SOx从所述废气移除；以及(e)将所述废吸附剂再循环回到所述废气净化室，将所述废吸附剂再循环的步骤包括：(1)将所述废吸附剂的第一部分直接再循环到所述废气净化室，(2)将所述废吸附剂的第二部分送往吸附剂再生器以产生再生吸附剂，以及(3)在所述废气净化室的入口之前将再循环的所述废吸附剂的第一部分与所述再生吸附剂相结合。2.根据权利要求1所述的方法，其中在没有将任意部分的所述废气或所述脱硫废气再循环到所述燃烧区内的情况下完成步骤(c)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧区包括串联配置的所述燃烧室，其中每一燃烧室与另一燃烧室由至少一个所述热交换器分开。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述富氧化剂气体流具有按体积计75％到100％的氧含量。5.一种具有减少的排放物的用于产生蒸汽的方法，所述方法包括：(a)提供具有按体积计75％到100％的氧含量的富氧化剂气体流；(b)在存在所述富氧化剂气体流的情况下在第一燃烧室内燃烧一部分燃料流以产生第一产物流，所述第一产物流包括废气及未燃烧燃料，所述燃料流包括具有硫的燃料源；(c)将热量从所述第一产物流移除以使所述第一产物流的温度维持在800℃到1400℃的范围内；(d)将所述第一产物流导入到第二燃烧室且进一步燃烧所述未燃烧燃料以产生第二产物流，所述第二产物流相比于所述第一产物流具有较大量的废气；(e)将热量从所述第二产物流移除以使所述第二产物流的温度维持在800℃到1400℃的范围内；(f)将所述第二产物流导入到废气净化室内以产生包括废吸附剂及脱硫废气的第三产物流，其中所述脱硫废气相比于所述第二产物流内的所述废气具有量减少的SOx，所述废气净化室中含有一定量的吸附剂，所述吸附剂可操作以将至少一部分SOx从所述第二产物流移除；(g)将水与热量接触以增加所述水的焓，其中所述热量从由从步骤(c)、步骤(e)及其组合所移除的热量所组成的群组进行选择，所述水具有某相，所述相从由气相、液相或其组合所组成的群组进行选择；(h)将所述第三产物流导入到第一沉降器且将所述第三产物流分为废吸附剂流及被净化的废气流，且将所述被净化的废气流送往CO2回收单元或大气中；以及(i)将所述废吸附剂再循环回到所述废气净化室，将所述废吸附剂再循环的步骤包括：(1)将所述废吸附剂的第一部分直接再循环到所述废气净化室，(2)将所述废吸附剂的第二部分送往吸附剂再生器以产生再生吸附剂，以及(3)在所述废气净化室的入口之前将再循环的所述废吸附剂的第一部分与所述再生吸附剂相结合。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述燃料源从由重油残渣、燃料油、船用燃料及燃料气所组成的群组进行选择。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸附剂为具有在50到500微米的范围内的颗粒大小的固体。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸附剂从由MgO、CaO及其组合所组成的群组进行选择。9.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一燃烧室进一步包括在所述第一燃烧室的壁内循环用以调节所述第一燃烧室内的温度的水，其中所述第二燃烧室进一步包括在所述第二燃烧室的壁内循环用以调节所述第二燃烧室内的温度的水。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述壁包括膜管及将所述膜管连接的焊接鳍片。11.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一及第二燃烧室内的温度处于800℃到2500℃的范围内。12.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一及第二燃烧室内的温度处于800℃到1400℃的范围内。13.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤(f)中，在存在还原剂的情况下将所述第二产物流导入到所述废气净化室内，其中所述还原剂可操作以将至少一部...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂贾尼·尼亚斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：
国别省市：