CN102519299B - 一种降低空气含湿量来提高冷却塔冷却效果的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低空气含湿量来提高冷却塔冷却效果的系统，其特征在于：其包括电厂冷却水子系统、CO2捕集子系统、将电厂冷却子系统和CO2捕集子系统整合在一起的溶液除湿子系统；电厂冷却水子系统包括冷却塔（18）；CO2捕集子系统包括吸收塔（1）、富液泵（2）、贫富液换热器（3）、再生塔（4）、再生气冷却器（5）、气液分离器（6）、贫液泵（7）、贫液换热器（8）、再沸器（9）、贫液水冷换热器（19）、再生气水冷冷却器（20）；溶液除湿子系统包括除湿器入口风机（10）。本发明提高了凝汽器的真空度，使得发电效率升高，降低煤耗，减少了CO2捕集系统对电厂效率的影响。

Description

一种降低空气含湿量来提高冷却塔冷却效果的系统
技术领域
本发明涉及一种利用溶液除湿回收化学法CO2捕集装置的能量来提高冷却塔冷却效果的系统，属于CO2捕集技术能量回收节能领域。
背景技术
火力发电厂作为CO2最大的排放源，控制火电厂CO2排放是全球减排工作的重要组成部分。现有的CO2捕集装置能耗较高，造成减排成本过高，这是CCS（二氧化碳捕集与储存）技术迄今没有大规模应用的主要障碍。
当前应用于CO2捕集的主要是化学吸收法，通过化学吸收剂在吸收塔中吸收CO2，然后吸收后的富液返回再生塔加热再生，再生气经过降温冷凝后进入压缩机压缩液化，输送至埋藏地储存，再生后的贫液在降温后进入吸收塔继续吸收CO2。在再生塔中，需将溶液加热至110℃以上，CO2气体才会解吸出。再生过程需要大量热量，输入的热量一部分被用来加热溶液至解吸温度，另一部分被用来使CO2从富液中解吸出来，还有一部分被水蒸发和再生气带走。在贫液冷却和再生气冷凝过程中，这部分热量被冷却水带走，没有利用。
冷却塔是发电厂冷端系统的主要设备，其运行的好坏直接影响机组和电厂的热经济性。有文献表明，对于中压机组，冷却水温度每下降1℃，效率可以提高0.47%；对高压机组，可以提高0.35%。此外，由于冷却塔设计工况和实际运行工况的差别，在一年的某些气象条件下，可能会造成冷却塔性能的下降，使得电厂不得不减负荷运行。
本发明采用贫液和再生气的热量来对溶液除湿系统的稀溶液进行再生，并将除湿之后的低含湿量空气送入电厂冷却塔，提高冷却塔效率，降低凝汽器入口冷却水温，在提高电厂发电机组效率的同时，有效的利用了本来被冷却水带走的热量。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种提高冷却塔冷却效果的系统。该系统以溶液除湿技术和化学法CO2捕集技术为基础，回收利用CO2捕集过程中原本需要被冷却水带走的贫液和再生气热量，用于溶液除湿系统的再生，并将溶液除湿系统处理后的低含湿量空气送入电厂冷却塔，提高冷却塔效果，降低凝汽器冷却水进口温度，提高发电机组效率。 
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低空气含湿量来提高冷却塔冷却效果的系统，其包括电厂冷却水子系统、CO2捕集子系统、将电厂冷却子系统和CO2捕集子系统整合在一起的溶液除湿子系统；
电厂冷却水子系统包括冷却塔；
CO2捕集子系统包括吸收塔、富液泵、贫富液换热器、再生塔、再生气冷却器、气液分离器、贫液泵、贫液换热器、再沸器、贫液水冷换热器、再生气水冷冷却器；
溶液除湿子系统包括除湿器入口风机、溶液除湿器、稀溶液泵、水冷换热器、浓溶液泵、溶液再生器、再生器入口风机、浓溶液稀溶液换热器、空气水冷却器；
所述的溶液除湿子系统中，除湿器入口风机的出口通过风管与溶液除湿器的鼓风入口相连，溶液除湿器的空气出口与空气水冷却器的空气入口相接，空气水冷却器的空气出口与冷却塔空气入口相通；稀溶液泵入口与溶液除湿器稀溶液出口相接，稀溶液泵出口与浓溶液稀溶液换热器的稀溶液入口相连；浓溶液稀溶液换热器的稀溶液出口与贫液换热器的稀溶液入口相通；贫液换热器的稀溶液出口与再生气冷却器的稀溶液入口相连；再生气冷却器的稀溶液出口与溶液再生器的稀溶液入口相通；溶液再生器的浓溶液出口与浓溶液泵的进口相连；浓溶液泵的出口与浓溶液稀溶液换热器的浓溶液入口相接；浓溶液稀溶液换热器的浓溶液出口与水冷换热器的浓溶液入口相连；水冷换热器的浓溶液出口与溶液除湿器的浓溶液入口连接；再生器入口风机的出口与溶液再生器的鼓风入口相连；
所述的CO2捕集子系统中，烟气进入吸收塔气体进口；吸收塔富液出口与富液泵相接；富液泵出口与贫富液换热器的富液入口相通；贫富液换热器富液出口与再生塔富液入口相连；再生塔贫液出口与贫液泵入口相通；贫液泵出口与贫富液换热器的贫液入口相连；贫富液换热器的贫液出口与贫液换热器的贫液入口相接；贫液换热器的贫液出口与贫液水冷换热器的贫液入口相通；贫液水冷换热器的贫液出口与吸收塔的贫液入口相连；再生塔再生气出口与再生气冷却器再生气入口相接；再生气冷却器的再生气出口与再生气水冷冷却器的再生气入口相通；再生气水冷冷却器的再生气出口与气液分离器的气体入口相通；
所述的电厂冷却水子系统中，溶液除湿器空气出口与空气水冷却器空气进口相连，空气水冷却器空气出口与冷却塔空气入口相接。
有益效果：
（1）    本发明提供了一种利用溶液除湿回收化学法CO2捕集装置能量的方法与系统，回收利用原本被冷却水带走的贫液和再生气热量，用于溶液除湿系统的稀溶液再生。
（2）    将溶液除湿系统除湿之后的低含湿量空气送入电厂冷却塔，提高冷却塔效率，降低凝汽器冷却水进水温度，提高发电机组效率。
（3）    本发明充分利用了原本直接被冷却水带走的热量，提高发电机组效率，降低加装CO2捕集系统后对电厂效率的不利影响。
附图说明
 图1是一种提高冷却塔冷却效果的系统框图；
其中：吸收塔1；富液泵2；贫富液换热器3；再生塔4；再生气冷却器5；气液分离器6；贫液泵7；贫液换热器8；再沸器9；除湿器入口风机10；溶液除湿器11；稀溶液泵12；水冷换热器13；浓溶液泵14；溶液再生器15；再生器入口风机16；浓溶液稀溶液换热器17；冷却塔18；贫液水冷换热器19；再生气水冷冷却器20；空气水冷却器21；锅炉22、汽轮机23；发电机24；凝汽器25；水泵26。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行说明。
利用溶液除湿回收化学法CO2捕集装置能量的系统是建立在溶液除湿技术和化学法CO2捕集技术之上的，常用的溶液除湿剂有溴化锂溶液、氯化锂溶液和氯化钙溶液等；常用的用于捕集CO2的溶液有MEA溶液、MDEA溶液等。
在电厂冷却水子系统中，溶液除湿器空气出口经过空气水冷却器降至室温后与冷却塔空气入口相连，除湿之后的空气通过管路送入冷却塔。
发明提供了一种提高冷却塔冷却效果的系统，其包括电厂冷却水子系统、CO2捕集子系统、将电厂冷却子系统和CO2捕集子系统整合在一起的溶液除湿子系统；
电厂冷却水子系统包括冷却塔；
CO2捕集子系统包括吸收塔、富液泵、贫富液换热器、再生塔、再生气冷却器、气液分离器、贫液泵、贫液换热器、再沸器、贫液水冷换热器、再生气水冷冷却器；
溶液除湿子系统包括除湿器入口风机、溶液除湿器、稀溶液泵、水冷换热器、浓溶液泵、溶液再生器、再生器入口风机、浓溶液稀溶液换热器、空气水冷却器；
所述的溶液除湿子系统中，室外空气通过除湿器入口风机10被送入溶液除湿器11中与浓溶液接触除湿，除湿后的干燥空气先被送入空气水冷却器21中降温至室外干球温度，然后再被送入电厂冷却水子系统的冷却塔18中，强化冷却塔中的传热传质，以提高冷却塔冷却效果；在除湿器11中吸收完空气中水分后得到的稀溶液被稀溶液泵12送入浓溶液稀溶液换热器17中与再生后得到的浓溶液交换热量，换热后的稀溶液接着被送入贫液换热器8中与CO2捕集子系统中的贫液换热，然后又被送至CO2捕集子系统中的再生冷却器5中与再生塔4出口再生CO2气体换热，使稀溶液被加热至再生温度，接着稀溶液被送入溶液再生器15中与室外空气接触得到再生；再生空气由再生器入口风机16引入；再生后得到的浓溶液被浓溶液泵14送入浓溶液稀溶液换热器17中与稀溶液换热，接着被送入水冷换热器13，进一步降温至溶液除湿器入口温度后送入溶液除湿器11；
所述的CO2捕集子系统中，电厂锅炉中烟气经过脱硫后进入吸收塔1与再生后得到的贫液反应，被脱除CO2后的净化气排入大气，反应之后得到的富液经过富液泵2送入贫富液换热器3与贫液交换热量，然后富液被送入再生塔4再生，在再生塔4中，富液被再沸器9加热至再生温度，将其中的CO2解吸出来，再生后得到的贫液经过贫液泵7送入贫富液换热器3与富液换热，交换热量后的贫液接着被送入贫液换热器8中与溶液除湿子系统的稀溶液换热，然后再被送入贫液水冷换热器19中，贫液降至吸收温度后被送入吸收塔1；再生塔4中解吸出来的CO2与水蒸气一起进入再生气冷却器5中进一步加热溶液除湿子系统中的稀溶液，使稀溶液得到再生，降温后的CO2和凝结水被送入再生气水冷冷却器20中进一步降温，以便于出口的CO2再进一步的被压缩和液化，凝结水从气液分离器6回流至再生塔4；
所述的电厂冷却水子系统中，经过溶液除湿系统除湿后的干燥空气被送入冷却塔18，强化了冷却塔中的传热传质，降低了冷却塔18的出口水温，低的冷却水温度提高了凝汽器的真空，使得机组效率得到提高。
参见图1，提高冷却塔冷却效果的系统，其包括电厂冷却水子系统、CO2捕集子系统、将电厂冷却子系统和CO2捕集子系统整合在一起的溶液除湿子系统；
电厂冷却水子系统包括冷却塔18；
CO2捕集子系统包括吸收塔1、富液泵2、贫富液换热器3、再生塔4、再生气冷却器5、气液分离器6、贫液泵7、贫液换热器8、再沸器9、贫液水冷换热器19、再生气水冷冷却器20；
溶液除湿子系统包括除湿器入口风机10、溶液除湿器11、稀溶液泵12、水冷换热器13、浓溶液泵14、溶液再生器15、再生器入口风机16、浓溶液稀溶液换热器17、空气水冷却器21；
所述的溶液除湿子系统中，除湿器入口风机10的出口通过风管与溶液除湿器11的鼓风入口相连，溶液除湿器11的空气出口与空气水冷却器21的空气入口相接，空气水冷却器21的空气出口与冷却塔18空气入口相通；稀溶液泵12入口与溶液除湿器11稀溶液出口相接，稀溶液泵12出口与浓溶液稀溶液换热器17的稀溶液入口相连；浓溶液稀溶液换热器17的稀溶液出口与贫液换热器8的稀溶液入口相通；贫液换热器8的稀溶液出口与再生气冷却器5的稀溶液入口相连；再生气冷却器5的稀溶液出口与溶液再生器15的稀溶液入口相通；溶液再生器15的浓溶液出口与浓溶液泵14的进口相连；浓溶液泵14的出口与浓溶液稀溶液换热器17的浓溶液入口相接；浓溶液稀溶液换热器17的浓溶液出口与水冷换热器13的浓溶液入口相连；水冷换热器13的浓溶液出口与溶液除湿器11的浓溶液入口连接；再生器入口风机16的出口与溶液再生器15的鼓风入口相连；
所述的CO2捕集子系统中，烟气与吸收塔1气体进口相连；吸收塔1富液出口与富液泵2相接；富液泵2出口与贫富液换热器3的富液入口相通；贫富液换热器3富液出口与再生塔4富液入口相连；再生塔4贫液出口与贫液泵7入口相通；贫液泵7出口与贫富液换热器3的贫液入口相连；贫富液换热器3的贫液出口与贫液换热器8的贫液入口相接；贫液换热器8的贫液出口与贫液水冷换热器19的贫液入口相通；贫液水冷换热器19的贫液出口与吸收塔1的贫液入口相连；再生塔4再生气出口与再生气冷却器5再生气入口相接；再生气冷却器5的再生气出口与再生气水冷冷却器20的再生气入口相通；再生气水冷冷却器20的再生气出口与气液分离器6的气体入口相通；
所述的电厂冷却水子系统中，溶液除湿器11空气出口与空气水冷却器21空气进口相连，空气水冷却器21空气出口与冷却塔18空气入口相接。
本发明利用溶液除湿系统除湿后的稀溶液通过换热器先与温度较低的贫液换热，然后与温度较高的再生气换热，使稀溶液得到再生，并将溶液除湿系统处理后的低含湿量空气送入电厂冷却塔，提高冷却效率，降低凝汽器冷却进水温度，提高发电机组效率，使原本通过冷却水带走的热量得到利用，减少了能量损失。
在建有CO2捕集装置的电厂中设置了一套溶液除湿子系统，将电厂冷却水子系统同CO2捕集子系统整合起来：主要特征为溶液除湿子系统将空气在溶液除湿器11中除湿后送入冷却塔18的空气入口，强化冷却塔中的传热传质过程，提高冷却塔的效率，降低凝汽器循环水进水温度；
同时溶液除湿器11的出口稀溶液先在贫液换热器8中和温度较低的贫液换热，再在再生气冷却器5中与温度较高的再生气换热，使稀溶液得到再生，将再生后的稀溶液用于降低冷却塔18进口空气的含湿量。
贫液水冷换热器19用于将贫液换热器8出口贫液冷却至吸收温度，再生气水冷冷却器20用于将再生气冷却器5出口再生气冷却至压缩机入口要求温度。
凡是涉及到回收电厂CO2捕集系统贫液热量和再生气热量，将此部分回收的热量用于溶液除湿系统的稀溶液再生，并且将溶液除湿系统除湿后的空气送入电厂冷却塔，强化冷却塔传热传质效果的系统，包括使用改进型的溶液除湿系统或者改进型的CO2捕集系统，只要原理一致，皆在权利要求范围之内。
参见图1，在溶液除湿子系统中，风机10的出口通过风管与溶液除湿器11的鼓风入口相连，除湿器11的空气出口与空气水冷却器21的空气入口相接，空气水冷却器21的空气出口与电厂冷却塔18空气入口相通；稀溶液泵12入口与除湿器11稀溶液出口相接，出口与浓溶液稀溶液换热器17的稀溶液入口相连；浓溶液稀溶液换热器17的稀溶液出口与贫液换热器8的稀溶液入口相通；贫液换热器8的稀溶液出口与再生气冷却器5的稀溶液入口相连；再生气冷却器5的稀溶液出口与溶液再生器15的稀溶液入口相通；溶液再生器15的浓溶液出口与浓溶液泵14的进口相连；浓溶液泵14的出口与浓溶液稀溶液换热器17的浓溶液入口相接；浓溶液稀溶液换热器17的浓溶液出口与水冷换热器13的浓溶液入口相连；水冷换热器13的浓溶液出口与溶液除湿器11的浓溶液入口连接；风机16的出口与溶液再生器15的鼓风入口相连。
在CO2捕集子系统中，烟气与吸收塔气体进口相连；吸收塔1富液出口与富液泵2相接；富液泵2出口与贫富液换热器3的富液入口相通；贫富液换热器3富液出口与再生塔4富液入口相连；再生塔4贫液出口与贫液泵7入口相通；贫液泵7出口与贫富液换热器3的贫液入口相连；贫富液换热器3的贫液出口与贫液换热器8的贫液入口相接；贫液换热器8的贫液出口与贫液水冷换热器19的贫液入口相通；贫液水冷换热19的贫液出口与吸收塔1的贫液入口相连；再生塔4再生气出口与再生气冷却器5再生气入口相接；再生气冷却器5的再生气出口与再生气水冷冷却器20的再生气入口相通；再生气水冷冷却器20的再生气出口与气液分离器6的气体入口相通。
在电厂冷却水子系统中，溶液除湿器11空气出口经过空气水冷却器21降至室温后与冷却塔空18气入口相连，除湿后的空气通过管路送入冷却塔18。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种降低空气含湿量来提高冷却塔冷却效果的系统，其特征在于：其包括电厂冷却水子系统、CO2捕集子系统、将电厂冷却子系统和CO2捕集子系统整合在一起的溶液除湿子系统；
电厂冷却水子系统包括冷却塔（18）；
CO2捕集子系统包括吸收塔（1）、富液泵（2）、贫富液换热器（3）、再生塔（4）、再生气冷却器（5）、气液分离器（6）、贫液泵（7）、贫液换热器（8）、再沸器（9）、贫液水冷换热器（19）和再生气水冷冷却器（20）；所述的CO2捕集子系统中，电厂锅炉中烟气经过脱硫后进入吸收塔（1）与再生后得到的贫液反应，被脱除CO2后的净化气排入大气，反应之后得到的富液经过富液泵（2）送入贫富液换热器（3）与贫液交换热量，然后富液被送入再生塔（4）再生，在再生塔（4）中，富液被再沸器（9）加热至再生温度，将其中的CO2解吸出来，
溶液除湿子系统包括除湿器入口风机（10）、溶液除湿器（11）、稀溶液泵（12）、水冷换热器（13）、浓溶液泵（14）、溶液再生器（15）、再生器入口风机（16）、浓溶液稀溶液换热器（17）和空气水冷却器（21）；
所述的溶液除湿子系统中，除湿器入口风机（10）的出口通过风管与溶液除湿器（11）的鼓风入口相连，溶液除湿器（11）的空气出口与空气水冷却器（21）的空气入口相接，空气水冷却器（21）的空气出口与冷却塔（18）的空气入口相通；稀溶液泵（12）的入口与溶液除湿器（11）的稀溶液出口相接，稀溶液泵（12）的出口与浓溶液稀溶液换热器（17）的稀溶液入口相连；浓溶液稀溶液换热器（17）的稀溶液出口与贫液换热器（8）的稀溶液入口相通；贫液换热器（8）的稀溶液出口与再生气冷却器（5）的稀溶液入口相连；再生气冷却器（5）的稀溶液出口与溶液再生器（15）的稀溶液入口相通；溶液再生器（15）的浓溶液出口与浓溶液泵（14）的进口相连；浓溶液泵（14）的出口与浓溶液稀溶液换热器（17）的浓溶液入口相接；浓溶液稀溶液换热器（17）的浓溶液出口与水冷换热器（13）的浓溶液入口相连；水冷换热器（13）的浓溶液出口与溶液除湿器（11）的浓溶液入口连接；再生器入口风机（16）的出口与溶液再生器（15）的鼓风入口相连；
所述的CO2捕集子系统中，烟气进入吸收塔（1）的气体进口；吸收塔（1）的富液出口与富液泵（2）相接；富液泵（2）的出口与贫富液换热器（3）的富 液入口相通；贫富液换热器（3）的富液出口与再生塔（4）的富液入口相连；再生塔（4）的贫液出口与贫液泵（7）的入口相通；贫液泵（7）的出口与贫富液换热器（3）的贫液入口相连；贫富液换热器（3）的贫液出口与贫液换热器（8）的贫液入口相接；贫液换热器（8）的贫液出口与贫液水冷换热器（19）的贫液入口相通；贫液水冷换热器（19）的贫液出口与吸收塔（1）的贫液入口相连；再生塔（4）的再生气出口与再生气冷却器（5）的再生气入口相接；再生气冷却器（5）的再生气出口与再生气水冷冷却器（20）的再生气入口相通；再生气水冷冷却器（20）的再生气出口与气液分离器（6）的气体入口相通。 
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