本发明属于环保节能技术及二氧化碳捕集技术领域，涉及一种燃煤电厂CO2与细颗粒物联合脱除的装置和方法，可同时实现CO2高效捕集和细颗粒物的控制排放。
背景技术：
作为最主要的温室气体，CO2会导致诸多环境问题，使CO2捕集技术成为世界瞩目的焦点。随着工业节奏的加快，化石燃料的需求和消耗与日剧增。IEA的数据显示，仅2013年我国的CO2排放总量已达到8.5亿吨，据统计，燃煤电厂的CO2排放量约占全国CO2排放总量的40％。故，针对燃煤电厂的CO2捕集尤为重要。
在众多燃煤电站CO2捕集技术中，膜吸收CO2技术以其装填密度高、结构简单、操作方便、能耗低和环境友好等优点在近几年内得到迅速发展，成为目前国内外CO2捕集主要研究技术之一。膜吸收法将化学吸收和膜技术高效结合，解决了传统化学吸收技术中的液泛、雾沫夹带、等问题，中空纤维膜处理量大，拓展灵活，具有良好的工业应用前景。在诸多研究中
然而，燃煤电厂实际排放的烟气中不仅包含CO2和N2，还含有电除尘为脱除的细颗粒物组分。Brands等的研究结果表示，将无机膜曝露在实际燃煤烟气中400h后，膜表面覆盖致密的飞灰/石膏滤饼层，并且其分离性能下降了91.8％。在石灰石/石膏脱硫环境下，Bram等研究了无机Co-SiO2膜及Ti0.5Zr0.5O2陶瓷膜的分离性能，发现两种膜的分离性能均有明显恶化。已有研究显示，在对实际电厂烟气进行长时间的膜法CO2捕集，烟气中细颗粒组分会严重破坏膜微孔结构，在膜表面形成滤饼层，增加膜相阻力，降低膜传质，最终导致膜性能显著下降甚至失效。
技术实现要素：
为克服上述现有技术缺陷，本发明目的在于提供一种烟煤厂CO2与细颗粒物联合脱除的装置和方法，具有结构简单、操作方便、且低能耗的特点，可实现膜吸收CO2的长期稳定运行，同时对细颗粒物有良好的脱除效果，最终实现超净排放。
本发明的主要技术方案:一种燃煤电厂CO2与细颗粒物联合脱除的装置，按烟气流动方向由脱硫装置、多级板式膜颗粒物深度脱除装置与中空纤维膜CO2捕集装置串联；所述的多级板式膜颗粒物深度脱除装置中设有多级膜片单元，为多级微米级多孔有机膜片。所述的多级膜片为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种，孔径范围在45μm～300μm，
所述的脱硫装置与多级板式膜颗粒物深度脱除装置之间依次串联有流量调节装置和缓冲罐。
所述的中空纤维膜CO2捕集装置的顶部设有烟气进口，上部废液出口与废液槽连接，底部的吸收液进口经由蠕动泵与吸收液槽连接，底部还设有气体排放口。
所述的中空纤维膜CO2捕集装置由单根或多根中空纤维膜组件串联组成。
采用所述的燃煤电厂CO2与细颗粒物联合脱除的装置的CO2与细颗粒物联合脱除的方法，其特征在于：燃煤烟气首先经脱硫装置(1)进行湿式氨法脱硫或湿式钙法脱硫，脱硫塔出口烟气温度在30～60℃，含体积浓度10～15％的CO2，颗粒物质量浓度约为30～200mg/m3，含少量SO2、SO3、NOx、水汽，且水汽含量接近饱和，其中，细颗粒物成分包括：燃煤飞灰、(NH4)2SO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3·H2O或CaSO4、Ca(HSO4)2、CaSO4·H2O气溶胶颗粒；经脱硫后的烟气首先经流量调节装置流入缓冲罐，随后进入多级板式膜颗粒物深度脱除装置进行深度脱除细颗粒物，再进入中空纤维膜CO2捕集装置进行CO2捕集；由顶部进入中空纤维膜CO2捕集装置中的烟气与底部泵入的吸收液分别在中空纤维膜管程及壳程以逆向流动方式流动进行CO2捕集，处理后的排空气体达到超净排放标准后排放。
使用后的吸收液收集在废液槽中解析后循环使用。
所述吸收液选用单乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺、氨基乙酸钾中的一种或多种的复配溶液；吸收液浓度为0.4～0.8mol/L。
控制中空纤维膜CO2捕集装置的液气比为0.02～0.05。
所述的多级板式膜颗粒物深度脱除装置的入口烟气温度在30～60℃，颗粒物质量浓度在10～100mg/m3，CO2浓度为10-15％。
本发明的有益效果：
本发明采用多级膜除尘－膜吸收法，通过调节膜材料的孔径、运行级数，及吸收液的浓度和气液比例，实现同步地CO2高效捕集和细颗粒物的超净脱除；可有效降低膜吸收CO2过程中，膜微孔结构的破坏及性能恶化，既能实现膜吸收CO2长期的高效稳定运行，又可完成烟气中细颗粒物深度脱除，且结构简单、操作方便、能耗低。
多级板式膜颗粒物深度脱除装置中设有多级膜片单元，利用颗粒物与膜材料间的碰撞摩擦所产生的静电力、毛细作用力及液桥力进行深度颗粒物脱除。
附图说明
附图1为本发明实施例工艺流程示意图。
图中，1-脱硫装置，2-流量调节装置，3-缓冲罐，4-多级板式膜颗粒物深度脱除装置，5-中空纤维膜CO2捕集装置，6-废液槽，7-吸收液槽，8-蠕动泵。
具体实施方式：
一种烟气二氧化碳和颗粒物联合脱除工艺，采用多级板式膜组件对脱硫烟气中细颗粒物深度脱除，多级板式膜颗粒物深度脱除装置中设有多级膜片单元，材料采用多级微米级多孔有机膜片，其孔径范围在45μm～300μm，利用颗粒物与膜材料间的碰撞摩擦所产生的静电力、毛细作用力及液桥力进行深度颗粒物脱除；随后细颗粒物的含量很低的烟气进入中空纤维膜组件进行二氧化碳高效率吸收捕集，最后，经处理后的超净气体可直接排放入大气环境。整个系统利用脱硫烟气的余温和脱硫塔出口速度完成颗粒物和CO2的联合脱除，除膜吸收液需要使用蠕动泵引入组件外，无需其他外供能源。
一般地，本发明主要包括：细颗粒物深度脱除系统和膜吸收系统。本发明工艺所需具体设备有缓冲罐、多级板式膜组件、中空纤维膜组件、蠕动泵、吸收液贮槽、废液槽、CO2分析仪、烟气分析仪等。
所述脱硫烟气(30～60℃)首先经流量调节阀流入缓冲罐，烟气压力和温度由压力表和温度计实时监测，随后进入多级板式膜组件进行深度脱除细颗粒物，同时记录下板式膜组件进出口烟气流速和温度，并检测出口处烟气成分及CO2浓度；深度除尘后的烟气经转子流量计进入中空纤维吸收膜管程进行CO2捕集，吸收液由蠕动泵泵入中空纤维膜壳程，吸收液浓度为0.4～0.8mol/L，并控制液气比为0.02～0.05，气液分别在中空纤维膜管程及壳程以逆向流动方式流动。
所述多级板式膜材料可为聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等的一种或多种，其孔径可为μm～300μm。所述吸收液可选用单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA、MDEA(N-甲基二乙醇胺)、TETA(三乙烯四胺)、DETA(二乙烯三胺)、氨基乙酸钾(PG)等中的一种或多种复配溶液，且可经过解析后循环使用。
实施例1
采用湿法氨法脱硫系统，脱硫塔出口烟气温度45℃，含体积浓度12％的CO2，颗粒物质量浓度约为30mg/m3，SO2含量约30mg/m3，水汽含量接近饱和。将上述脱硫烟气通入本发明所述装置，经多级板式膜组件深度脱除细颗粒物后，颗粒物质量浓度降低至5mg/m3以下，随后进入中空纤维膜进行CO2捕集，选用浓度0.5mol的MEA为吸收液。经过上述工艺处理10h后，CO2脱除效率仍在保持75％以上，且排空烟气中颗粒物质量浓度小于5mg/m3，实现超低排放。未经本发明所述装置处理的脱硫烟气，直接进行CO2膜吸收捕集时，排空烟气中细颗粒物质量浓度约为10mg/m3，CO2脱除效率降低至65％。与之相比，采用本发明所述装置处理后，最终烟气中颗粒物浓度降低50％，CO2脱除效率提高13.3％。
实施例2
采用湿法氨法脱硫系统，脱硫塔出口烟气温度60℃，含体积浓度12％的CO2，颗粒物质量浓度约为50mg/m3，SO2含量约30mg/m3，水汽含量接近饱和；其中，细颗粒物成分为主要为：燃煤飞灰、(NH4)2SO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3·H2O等气溶胶颗粒。将上述脱硫烟气通入本发明所述装置，经多级板式膜组件深度脱除细颗粒物后，颗粒物质量浓度降低至8mg/m3以下，随后进入中空纤维膜进行CO2捕集，选用浓度0.5mol的MEA为吸收液。经过上述工艺处理10h后，CO2脱除效率仍在保持78％以上，且排空烟气中颗粒物质量浓度小于5mg/m3，可实现超净排放。未经本发明所述装置处理的脱硫烟气，直接进行CO2膜吸收捕集时，排空烟气中细颗粒物质量浓度约为15mg/m3，CO2脱除效率降低至67％。与之相比，采用本发明所述装置处理后，最终烟气中颗粒物浓度降低67％，CO2脱除效率提高14.1％。
实施例3
采用钙法脱硫系统，脱硫塔出口烟气温度45℃，含体积浓度12％的CO2(不足12％时，用CO2钢瓶气补足)，颗粒物质量浓度约为35mg/m3，SO2含量约30mg/m3，水汽含量接近饱和；其中，细颗粒物成分为主要为：燃煤飞灰、CaSO4、Ca(HSO4)2、CaSO4·H2O等气溶胶颗粒。将上述脱硫烟气通入本发明所述装置，经多级板式膜组件深度脱除细颗粒物后，颗粒物质量浓度降低至5mg/m3以下，随后进入中空纤维膜进行CO2捕集，选用浓度0.5mol的MEA为吸收液。经过上述工艺处理10h后，CO2脱除效率仍在保持76.5％以上，且排空烟气中颗粒物质量浓度小于5mg/m3，基本实现超净排放。未经本发明所述装置处理的脱硫烟气，直接进行CO2膜吸收捕集时，排空烟气中细颗粒物质量浓度为10mg/m3，CO2脱除效率降低至63％。与之相比，采用本发明所述装置处理后，最终烟气中颗粒物浓度降低50％，CO2脱除效率提高15％。
实施例4
采用钙法脱硫系统，脱硫塔出口烟气温度45℃，含体积浓度12％的CO2(不足12％时，用CO2钢瓶气补足)，颗粒物质量浓度约为55mg/m3，SO2含量约30mg/m3，水汽含量接近饱和；其中，细颗粒物成分为主要为：燃煤飞灰、CaSO4、Ca(HSO4)2、CaSO4·H2O等气溶胶颗粒。将上述脱硫烟气通入本发明所述装置，经多级板式膜组件深度脱除细颗粒物后，颗粒物质量浓度降低至8mg/m3以下，随后进入中空纤维膜进行CO2捕集，选用浓度0.5mol的MEA为吸收液。经过上述工艺处理10h后，CO2脱除效率仍在保持78％以上，且排空烟气中颗粒物质量浓度小于5mg/m3，可实现超净排放。未经本发明所述装置处理的脱硫烟气，直接进行CO2膜吸收捕集时，排空烟气中细颗粒物质量浓度为15mg/m3，CO2脱除效率降低至66.7％。与之相比，采用本发明所述装置处理后，烟气中颗粒物浓度降低66％，CO2脱除效率提高13.3％。与未经本发明所述装置处理，直接进行CO2膜吸收捕集相比，最终烟气中颗粒物浓度降低67％，CO2脱除效率提高14.5％。