包括温度摇摆吸附气体分离的燃烧系统技术方案

本发明专利技术提供了一种燃烧系统和操作燃烧系统的方法，该燃烧系统包括静电除尘器、可选的烟道气脱硫器和温度摇摆吸附气体分离器，用于燃烧后排放减少。极低压蒸汽流可以用作温度摇摆吸附气体分离器的第一再生流，其中极低压蒸汽流可以选择地从极低压蒸汽涡轮机或辅助锅炉中重获。在用于再生温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料的合适温度下的流体流可以用作第二再生流，其中，该流体流可以选择地从静电除尘器、氧化剂预热器或辅助加热器中重获。

Combustion System Including Temperature Swing Adsorption Gas Separation

The invention provides a combustion system and a method for operating the combustion system, which comprises an electrostatic precipitator, an optional flue gas desulfurizer and a temperature swing adsorption gas separator for reducing emissions after combustion. Extremely low pressure steam flow can be used as the first regeneration flow of a temperature swing adsorption gas separator, in which the very low pressure steam flow can be selectively recovered from an extremely low pressure steam turbine or auxiliary boiler. The fluid flow at a suitable temperature for at least one adsorbent material in a regeneration temperature swing adsorbent gas separator can be used as a second regeneration flow, in which the fluid flow can be selectively recovered from an electrostatic precipitator, an oxidant preheater or an auxiliary heater.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括温度摇摆吸附气体分离的燃烧系统
本专利技术通常涉及用于由化石燃料燃烧器产生的燃气的温度摇摆吸附气体分离的方法以及用于该方法的系统。更特别是，本专利技术涉及一种操作包括二氧化碳的温度摇摆吸附气体分离的燃煤锅炉的方法以及包括该方法的系统。
技术介绍
在本领域中已知温度摇摆吸附方法用于吸附分离多组分气体混合物。很多常规的温度摇摆吸附方法用于将供给气体混合物的一种组分优先吸附在吸附材料上，使得吸附的组分与剩余的供给气体组分分离，并随后通过解吸附吸附的组分来再生吸附材料，这可以循环地重新使用吸附材料。在一些方法中，成蒸汽形式的水流可以用作再生流来再生吸附材料。不过，在根据现有技术的其它方法中，在升高温度下的替代流体流(例如燃烧气流、热惰性气流或热空气流)也可以用作再生流来再生吸附材料。可能希望气体分离的一种工业处理包括燃烧处理，其中，氧化剂和通常含碳的燃料进行燃烧，以便产生例如热量、燃烧气流(也称为燃烧烟道气流)和机械动力，例如通过燃气和/或合适工作流体的膨胀。例如可能希望从燃烧气流中分离一种或多种气体组分，例如从燃烧气流中除去和/或截留二氧化碳气体。在包括温度摇摆吸附气体分离的燃烧方法和系统中，可能希望减少用于再生吸附材料所需的蒸汽量或高有效能的蒸汽的量(或蒸汽流的有用能量)，因为蒸汽的可用性可能有限和/或蒸汽可能有高价值，这可能导致根据现有技术的某些方面的、包括温度摇摆吸附气体分离处理的基于燃烧的系统的运行成本增加。在一些已知设计中为了减少用于再生的蒸汽消耗，可以尝试使用替代的再生流(例如燃烧气流)，以便至少部分地再生吸附材料和/或再生至少一部分吸附材料。不过，在一些这样的应用中，燃烧气流可能包括不希望的高水平污染物，例如颗粒，该污染物可能在用于再生时不希望地降低吸附材料的性能。而且，在采用一些燃烧后排放减少过程和装置的一些应用中(例如烟道气脱硫器)，在吸附材料再生所希望的温度下的燃烧气流的可用性可能有限或不存在。
技术实现思路
在根据本专利技术的多种实施例中，包括温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统可以包括：氧化剂预热器，该氧化剂预热器通过主氧化剂风扇而与主氧化剂源流体地连接，以便重获(recover)主氧化剂流，并通过辅助氧化剂风扇而与辅助氧化剂源流体地连接，以便重获辅助氧化剂流，该氧化剂预热器用于形成预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流；燃料源，该燃料源包括燃料流；燃烧器，该燃烧器流体地连接成从氧化剂预热器中重获预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流中的至少一种，以便与来自燃料源的燃料流进行燃烧，用于产生燃烧气流，且该燃烧器流体地连接成使得燃烧气流进入氧化剂预热器；供给水源；集成换热器，该集成换热器有热侧和冷侧，该热侧与燃烧器和氧化剂预热器流体地连接，该冷侧流体地连接成从供给水源中重获水和/或冷凝液流中的至少一种，用于将冷侧中的水流和/或冷凝液流转变成高压蒸汽流；颗粒收集器，该颗粒收集器流体地连接成从集成换热器的热侧中重获燃烧气流，用于形成第一处理后燃烧气流；直接接触冷却器，该直接接触冷却器流体地连接成从颗粒收集器中重获第一处理后燃烧气流的一部分；以及温度摇摆吸附气体分离器，该温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从直接接触冷却器中重获第一处理后燃烧气流作为供给流，并从颗粒收集器中重获第一处理后燃烧气流的一部分作为再生流，用于从所述供给流中分离至少第一组分。在根据本专利技术的其它实施例中，包括温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统可以包括：氧化剂预热器，该氧化剂预热器通过主氧化剂风扇而与主氧化剂源流体地连接，以便重获主氧化剂流，并通过辅助氧化剂风扇而与辅助氧化剂源流体地连接，以便重获辅助氧化剂流，该氧化剂预热器用于形成预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流；燃料源；燃烧器，用于产生燃烧气流，该燃烧器流体地连接成从氧化剂预热器中重获预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流，从燃料源中重获燃料流，并使得燃烧气流进入氧化剂预热器；供给水源；集成换热器，该集成换热器有热侧和冷侧，该热侧与燃烧器和氧化剂预热器流体地连接，该冷侧流体地连接成从供给水源中重获水和/或冷凝液流中的至少一种，用于将冷侧中的水流和/或冷凝液流转变成高压蒸汽流；至少一个颗粒收集器，该颗粒收集器流体地连接成从集成换热器中重获燃烧气流，用于形成第一处理后燃烧气流；烟道气脱硫器，该烟道气脱硫器流体地连接成从颗粒收集器中重获第一处理后燃烧气流或者从氧化剂预热器中重获燃烧气流，用于形成第二处理后燃烧气流；直接接触冷却器，该直接接触冷却器流体地连接成从颗粒收集器和烟道气脱硫器中的至少一个中重获第二处理后燃烧气流的至少一部分；以及温度摇摆吸附气体分离器，该温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从直接接触冷却器重获第二处理后燃烧气流作为供给流，用于从该供给流中分离至少第一组分。在多种实施例中，提供了一种操作包括颗粒收集器和温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统的方法。在一个这样的实施例中，该方法包括以下步骤：使得燃料流进入燃烧器，使得氧化剂流进入燃烧器，并使燃料流与氧化剂流进行燃烧，以便产生燃烧气流；使得该燃烧气流进入颗粒收集器，从而形成相对于燃烧气流具有降低水平的颗粒的第一处理后燃烧气流；使得第一处理后燃烧气流的至少一部分进入直接接触冷却器，从而降低第一处理后燃烧气流的温度，形成供给流；使得供给流进入温度摇摆吸附气体分离器，以便使得供给流的至少第一组分吸附在温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料上，并从温度摇摆吸附气体分离器中重获第一产物流；使得低压蒸汽流进入温度摇摆吸附气体分离器，以便解吸附吸附在温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料上的第一组分的第一部分，并从温度摇摆吸附气体分离器中重获第二产物流；以及使得第一处理后燃烧气流的至少一部分进入温度摇摆吸附气体分离器，以便解吸附吸附在温度摇摆吸附气体分离器中的吸附材料上的第一组分的第二部分，并从温度摇摆吸附气体分离器中重获第三产物流。在多种实施例中，提供了一种操作包括颗粒收集器、烟道气脱硫器和温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统的方法。在一个这样的实施例中，该方法包括以下步骤：使得主氧化剂流进入氧化剂预热器，从而形成预热的主氧化剂流，使得辅助氧化剂流进入氧化剂预热器，从而形成预热的辅助氧化剂流，使得燃料流与预热的主氧化剂源组合，从而形成组合燃料流；使得预热的辅助氧化剂流和组合燃料流进入锅炉，燃烧预热的辅助氧化剂流和组合燃料流，从而产生燃烧气流；使得燃烧气流进入氧化剂预热器；使得燃烧气流进入颗粒收集器，从而形成第一处理后燃烧气流；使得第一处理后燃烧气流进入静电除尘器，从而形成第二处理后燃烧气流；使得第二处理后燃烧气流的至少一部分进入直接接触冷却器，从而形成供给流；使得供给流进入温度摇摆吸附气体分离器，以便使供给流的至少第一组分吸附在温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料上，并从温度摇摆吸附气体分离器中重获第一产物流；以及使得低压蒸汽流进入温度摇摆吸附气体分离器，以便解吸附吸附在温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料上的第一组分的第一部分，且从温度摇摆吸附气体分离器中重获第二产物流。在多种实施例中，提供了一种操作包括燃烧器、蒸汽涡轮和温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统的方法。在一个这样的实施例中，该方法包括以下步骤：使得燃料流进入燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统，该燃烧系统包括：(a)氧化剂预热器，该氧化剂预热器与主氧化剂源和辅助氧化剂源流体地连接，并可操作地提供预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流；(b)燃料源；(c)燃烧器，该燃烧器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述预热的主氧化剂流和所述预热的辅助氧化剂流中的至少一种，并从所述燃料源中重获燃料流用于燃烧，以便产生燃烧气流，且流体地连接成使得所述燃烧气流进入所述氧化剂预热器；(d)供给水源；(e)集成换热器，该集成换热器有热侧和冷侧，该热侧与所述燃烧器流体地连接，该冷侧流体地连接成从所述供给水源中重获水和/或冷凝液流中的至少一种，以便从所述冷侧产生高压蒸汽流；(f)颗粒收集器，该颗粒收集器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述燃烧气流，用于形成第一处理后燃烧气流；(g)直接接触冷却器，该直接接触冷却器流体地连接成从所述颗粒收集器中重获所述第一处理后燃烧气流的一部分；以及(h)温度摇摆吸附气体分离器，该温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述直接接触冷却器中重获所述第一处理后燃烧气流作为包括至少第一组分的供给流，并从所述颗粒收集器中重获所述第一处理后燃烧气流的一部分作为再生流，且可操作地使得所述第一组分的至少一部分从所述供给流中分离，以便产生第二产物流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 US 62/316,4101.一种包括温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统，该燃烧系统包括：(a)氧化剂预热器，该氧化剂预热器与主氧化剂源和辅助氧化剂源流体地连接，并可操作地提供预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流；(b)燃料源；(c)燃烧器，该燃烧器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述预热的主氧化剂流和所述预热的辅助氧化剂流中的至少一种，并从所述燃料源中重获燃料流用于燃烧，以便产生燃烧气流，且流体地连接成使得所述燃烧气流进入所述氧化剂预热器；(d)供给水源；(e)集成换热器，该集成换热器有热侧和冷侧，该热侧与所述燃烧器流体地连接，该冷侧流体地连接成从所述供给水源中重获水和/或冷凝液流中的至少一种，以便从所述冷侧产生高压蒸汽流；(f)颗粒收集器，该颗粒收集器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述燃烧气流，用于形成第一处理后燃烧气流；(g)直接接触冷却器，该直接接触冷却器流体地连接成从所述颗粒收集器中重获所述第一处理后燃烧气流的一部分；以及(h)温度摇摆吸附气体分离器，该温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述直接接触冷却器中重获所述第一处理后燃烧气流作为包括至少第一组分的供给流，并从所述颗粒收集器中重获所述第一处理后燃烧气流的一部分作为再生流，且可操作地使得所述第一组分的至少一部分从所述供给流中分离，以便产生第二产物流。2.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：第一蒸汽涡轮机，该第一蒸汽涡轮机流体地连接成从所述集成换热器中重获所述高压蒸汽流；以及第二蒸汽涡轮，该第二蒸汽涡轮流体地连接成从所述第一蒸汽涡轮机中重获低压蒸汽流，并产生极低压蒸汽流，其中所述第二蒸汽涡轮机流体地连接成使得所述极低压蒸汽流进入所述温度摇摆吸附气体分离器。3.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：冷凝器，该冷凝器流体地连接成从所述温度摇摆吸附气体分离器中重获所述第二产物流，以便形成冷凝液流；以及辅助锅炉，该辅助锅炉流体地连接成从所述冷凝器中重获所述冷凝液流的至少一部分，以便产生低压蒸汽流，其中，所述辅助锅炉流体地连接成使得所述低压蒸汽流进入所述温度摇摆吸附气体分离器。4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其中：所述温度摇摆吸附气体分离器可操作地产生第三产物流，并流体地连接成从所述温度摇摆吸附气体分离器中重获所述第三产物流，并使得所述第三产物流作为所述供给流的一部分进入所述温度摇摆吸附气体分离器。5.根据权利要求1所述的燃烧系统，还包括：调节源，该调节源流体地连接成使得调节流进入所述温度摇摆吸附气体分离器，用于产生第四产物流，其中，所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成使得所述第四产物流进入所述氧化剂预热器。6.一种包括温度摇摆吸附气体分离器的燃烧系统，该燃烧系统包括：(a)氧化剂预热器，该氧化剂预热器与主氧化剂源和辅助氧化剂源流体地连接，并可操作地提供预热的主氧化剂流和预热的辅助氧化剂流；(b)燃料源；(c)燃烧器，该燃烧器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述预热的主氧化剂流和所述预热的辅助氧化剂流中的至少一种，并从所述燃料源中重获燃料流用于燃烧，以便产生燃烧气流，且流体地连接成使得所述燃烧气流进入所述氧化剂预热器；(d)供给水源；(e)集成换热器，该集成换热器有热侧和冷侧，该热侧与所述燃烧器流体地连接，该冷侧流体地连接成从所述供给水源中重获水和/或冷凝液流中的至少一种，以便从所述冷侧产生高压蒸汽流；(f)颗粒收集器，该颗粒收集器流体地连接成从所述氧化剂预热器中重获所述燃烧气流，用于形成第一处理后燃烧气流；(g)烟道气脱硫器，该烟道气脱硫器流体地连接成从所述颗粒收集器中重获所述第一处理后燃烧气流，用于形成第三处理后燃烧气流；(h)直接接触冷却器，该直接接触冷却器流体地连接成从所述烟道气脱硫器中重获所述第三处理后燃烧气流的至少一部分；以及(i)温度摇摆吸附气体分离器，该温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述直接接触冷却器中重获所述第三处理后燃烧气流作为包括至少第一组分的供给流，且可操作成从所述供给流中分离所述第一组分的至少一部分。7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其中：所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述氧化剂预热器重获所述预热主氧化剂流或所述预热辅助氧化剂流的一部分作为再生流。8.根据权利要求6所述的燃烧系统，还包括：辅助加热器，其中，所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述辅助加热器中重获再生流。9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中：所述辅助加热器流体地连接成重获所述温度摇摆吸附气体分离器的第二产物流、提纯的第二产物流、所述温度摇摆吸附气体分离器的第三产物流或所述温度摇摆吸附气体分离器的第四产物流中的至少一个的至少一部分。10.根据权利要求8所述的燃烧系统，其中：所述辅助加热器与所述燃烧器、集成换热器或所述氧化剂预热器中的至少一个流体地连接，以便重获所述燃烧气流的至少一部分。11.根据权利要求6、7或8中任一项所述的燃烧系统，还包括：第一蒸汽涡轮机，该第一蒸汽涡轮机流体地连接成从所述集成换热器中重获所述高压蒸汽流，以便产生低压蒸汽流；以及第二蒸汽涡轮机，该第二蒸汽涡轮机流体地连接成从所述第一蒸汽涡轮机中重获所述低压蒸汽流，以便产生极低压蒸汽流，其中，所述极低压蒸汽涡轮机流体地连接成使得所述极低压蒸汽流进入所述温度摇摆吸附气体分离器。12.根据权利要求11所述的燃烧系统，其中：所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成从所述集成换热器、所述第一蒸汽涡轮机和所述第二蒸汽涡轮机中的至少一个中重获高压蒸汽流、低压蒸汽流或极低压蒸汽流中的至少一种作为再生流。13.根据权利要求6、7或8中任意一项所述的燃烧系统，还包括：冷凝器，该冷凝器流体地连接从从所述温度摇摆吸附气体分离器中重获第二产物流，用于形成冷凝液流；以及辅助锅炉，该辅助锅炉流体地连接成从所述冷凝器重获所述冷凝液流的至少一部分，以便产生低压蒸汽流，其中，所述辅助锅炉流体连通成使得所述低压蒸汽流进入所述温度摇摆吸附气体分离器。14.根据权利要求6、7或8中任意一项所述的燃烧系统，其中：所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成使得由所述温度摇摆吸附气体分离器产生的第三产物流进入所述氧化剂加热器。15.根据权利要求6所述的燃烧系统，还包括：调节源，该调节源流体地连接成使得调节流进入所述温度摇摆吸附气体分离器，用于产生第四产物流，其中，所述温度摇摆吸附气体分离器流体地连接成使得所述第四产物进入所述氧化剂预热器。16.一种操作燃烧系统的方法，该燃烧系统包括颗粒收集器和温度摇摆吸附气体分离器，该方法包括：(a)使得燃料流和氧化剂流进入燃烧器，并使得所述燃料流与所述氧化剂流燃烧，从而产生包括颗粒和至少第一组分的燃烧气流；(b)使得所述燃烧气流进入颗粒收集器，并除去所述颗粒的至少一部分，以便产生相对于所述燃烧气流减少颗粒的第一处理后燃烧气流；(c)使得所述第一处理后燃烧气流的至少一部分进入直接接触冷却器，并降低所述第一处理后燃烧气流的温度，从而形成供给流；(d)使得所述供给流进入所述温度摇摆吸附气体分离器，以便使得所述第一组分的至少一部分吸附在所述温度摇摆吸附气体分离器中的至少一种吸附材料上，并从所述温度摇摆吸附气体分离器中重获第一产物流，该第一产物流相对于所述供给流减少所述第一组分；(e)使得低压蒸汽流进入所述温度摇摆吸附气体分离器，以便解吸附在所述温度摇摆吸附气体分离器中的所述至少一种吸附材料上吸附的所述第一组分的第一部分，并从所述温度摇摆吸附气体分离器中重获第二产物流；以及(f)使得所述第一处理后燃烧气流的至少一部分进入所述温度摇摆吸附气体分离器，以便解吸附在所述温度摇摆吸附气体分离器中的所述吸附材料上吸附的所述第一组分的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·布雷特，苏蕾·卡维，
申请(专利权)人：英万茨热科技有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA