CN103372365A - 水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置，其具体组成是：通过窑头锅炉设有的废热送气管和低压蒸汽管将水泥窑余热发电和乙醇胺CO2吸收两个系统连接起来，构成余热发电辅助CO2捕集装置。窑尾与窑头两个锅炉的高温蒸汽管并联接至汽轮机，汽轮机的乏汽管接至凝汽器，凝结水通过水泵返回窑尾和窑头锅炉再循环。吸收塔底部设有第一溶液泵接于换热器低温侧的进口，出口与解析塔连接。解析塔上部设有冷凝器将含有CO2的吸收溶液解析。解析塔下部设有再沸器，利用从窑头锅炉的低压蒸汽对塔中的溶液进行再热。通过乙醇胺捕集系统对水泥窑废气中CO2的捕集，在有效减少燃煤电厂碳排放的同时，减少了能源消耗，提高了经济效益。

Description

水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置
技术领域
本发明涉及一种余热辅助碳捕集技术，具体涉及一种水泥窑余热发电辅助CO2的捕集系统装置。
背景技术
根据国际能源署的目标，在2050年之前全球气温升温应严格控制在2℃之内，实现目标的关键在于控制温室气体的排放量。碳捕捉与存储（CCS）技术能够十分显著地减少已建能源设施19%的温室气体排放量。在工业生产过程中现有的碳捕集技术可分为燃烧后与燃烧前的捕集以及富氧燃烧技术。目前应用较为广泛的是燃烧后捕集，即在捕集系统装置中，利用物理吸附或化学吸收等方法对燃烧生成的烟气进行二氧化碳分离和捕捉。众所周知在水泥的生产过程中，将耗费大量的热能，而目前乙醇胺吸收法（MEA）溶液的再生也需要大量能耗。如果利用水泥窑余热发电作为对MEA方法碳捕集系统装置的能源供应，则既能完成水泥窑废气的CO2捕集，又能对水泥窑废气进行梯级利用，提高了水泥窑的经济性。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种水泥窑余热发电辅助CO2捕集的系统装置。
以下对本发明的技术方案和系统组成原理进行说明。水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集系统装置包括：窑尾锅炉、窑头锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、水泵、吸收塔、第一溶液泵、解析塔、冷凝器、再沸器、第二溶液泵以及热交换器等。其中由窑尾锅炉、窑头锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器以及水泵构成水泥窑余热发电系统；由吸收塔、第一溶液泵、解析塔、冷凝器、再沸器、第二溶液泵以及换热器构成乙醇胺CO2吸收系统。其具体组成方案是：通过窑头锅炉设有的废热送气管接至吸收塔、和低压蒸汽管接至再沸器将所述水泥窑余热发电系统和乙醇胺CO2吸收系统连接起来，构成余热发电辅助CO2捕集装置。窑尾锅炉和窑头锅炉的高温蒸汽管并联接至汽轮机进口，汽轮机与发电机轴连，汽轮机出口乏汽管接至凝汽器，凝汽器产生的凝结水通过水泵返回窑尾和窑头锅炉进行再循环。吸收塔顶部设有排气管；吸收塔底部设有第一溶液泵。第一溶液泵接于换热器低温侧的进口，换热器低温侧的出口与解析塔连接。解析塔上部设有冷凝器，冷凝器将解析塔内含有CO2的吸收溶液解析，将CO2解析排出，吸收溶液在冷凝器中与解析塔构成自循环。解析塔下部设有再沸器，再沸器利用从窑头锅炉低压蒸汽管获取的热源对解析塔中释放CO2后的溶液进行再热，再沸器中的高温溶液侧与第二溶液泵相接，将溶液通过换热器的高温侧送入吸收塔。
本发明的原理是：水泥窑煅烧后窑头和窑尾含有大量富含CO2的高温废气，在水泥余热回收系统中，应用于废气回收的窑尾锅炉也被称作SP炉，用于水泥冷却热空气余热回收的窑头锅炉也称作AQC炉。水（蒸汽）在SP炉和AQC炉分别吸收余热升温，并联后进入汽轮机做功推动发电机发电。通过窑头锅炉设有的废热送气管和低压蒸汽管将水泥窑余热发电、和乙醇胺CO2吸收两个系统连接构成本发明装置。水泥窑废气经过余热锅炉梯级利用后温度降低，经冷却后含有大量的CO2的低温废气从底部进入吸收塔，与塔顶喷射的乙醇胺吸收溶液进行逆向反应，废气中CO2被溶液吸收，其它废气从吸收塔塔顶排出。吸收CO2的溶液经第一溶液泵加压后从顶部进入解析塔，与底部上升的溶液蒸汽进行逆向换热反应，CO2从吸收溶液中解析并从解析塔塔顶排出。释放CO2的溶液进入解析塔底部，经再沸器提供解析塔所需水蒸气后，经第二溶液泵与解析塔进口溶液换热后进入吸收塔循环使用。
本发明的特点及产生的有益效果是：（1）通过乙醇胺捕集系统对水泥窑废气中CO2的捕集，可有效减少燃煤电厂的碳排放。（2）采用余热发电技术回收高品位废气余热，并对余热进行梯级利用，减少了能源的消耗，提高了经济效益。
附图说明
所示附图是本发明原理以及系统连接示意简图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的系统原理以及结构组成作进一步的说明。
水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置，其结构组成是：由窑尾锅炉1、窑头锅炉2、汽轮机3、发电机4、凝汽器5以及水泵6构成水泥窑余热发电系统；由吸收塔7、第一溶液泵8、解析塔9、冷凝器10、再沸器11、第二溶液泵12以及换热器13构成乙醇胺CO2吸收系统。通过窑头锅炉设有的废热送气管接至吸收塔7、和低压蒸汽管接至再沸器11将所述水泥窑余热发电系统和乙醇胺CO2吸收系统连接起来，构成余热发电辅助CO2捕集装置。窑尾锅炉1和窑头锅炉2的高温蒸汽管并联接至汽轮机3进口，汽轮机与发电机4轴连，汽轮机出口乏汽管接至凝汽器5，凝汽器产生的凝结水通过水泵6返回窑尾和窑头锅炉进行再循环。吸收塔7顶部设有排气管；吸收塔底部设有第一溶液泵8，第一溶液泵接于换热器13低温侧的进口，换热器低温侧的出口与解析塔9连接。解析塔上部设有冷凝器10，冷凝器将解析塔内含有CO2的吸收溶液解析，将CO2解析排出，吸收溶液在冷凝器中与解析塔构成自循环。解析塔下部设有再沸器11，再沸器利用从窑头锅炉低压蒸汽管获取的热源对解析塔中释放CO2后的溶液进行再热，再沸器中的高温溶液侧与第二溶液泵12相接，将溶液通过换热器的高温侧送入吸收塔。
窑尾锅炉和窑头锅炉作为水泥窑的余热回收锅炉，窑尾锅炉是窑头锅炉是双压锅炉。双压锅炉，就是在锅炉中有两组不同工作压力的水循环，产生两种不同压力的新蒸汽，其中：高压蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机，低压部分产生低压蒸汽（用作低压补汽）或产生热水。）
CO2捕集系统的解析热量由窑头双压锅炉低压蒸汽输出热量提供。通过窑头双压锅炉换热面积的调节，实现低压蒸汽的温度在130℃以上，用以再沸器产生低压蒸汽，完成解析塔中CO2的解析过程。
CO2捕集系统所需能耗是利用水泥窑（废气）余热的朗肯循环发电系统提供，水泥窑高温废气经窑尾与窑头锅炉的梯级余热利用，可有效减少传统能源的消耗。
水泥窑高温废气经窑尾与窑头锅炉梯级利用后温度降低，但含有大量CO2相对低温的气体进入吸收塔内，与塔内喷射的乙醇胺吸收溶液进行逆向反应，废气中的CO2被溶液吸收，其它废气从吸收塔塔顶部排出。沉积在吸收塔底部含有CO2的溶液，经第一溶液泵加压并在换热器中加热后进入解析塔上部。解析塔上部设有冷凝器；下部设有再沸器。冷凝器的作用：是将解析塔中的吸收溶液冷凝，将CO2解析排出。窑头炉产生的低压蒸汽通向CO2再沸器，用以溶液蒸发产生水蒸气进入解析塔完成CO2的解析过程。再沸器的作用是：利用从窑头锅炉获取的蒸汽热源对解析塔中释放CO2后的溶液进行再热，再热后的高温溶液经第二溶液泵送入换热交器换热后进入吸收塔循环使用。换热器中的高温溶液对来自吸收塔底部含有CO2的低温溶液进行加热，溶液加热后进入解析塔上部。

Claims (2)

1.水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置，包括：窑尾锅炉、窑头锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、水泵、吸收塔、第一溶液泵、解析塔、冷凝器、再沸器、第二溶液泵以及热交换器，其中由窑尾锅炉（1）、窑头锅炉（2）、汽轮机（3）、发电机（4）、凝汽器（5）以及水泵（6）构成水泥窑余热发电系统；由吸收塔（7）、第一溶液泵（8）、解析塔（9）、冷凝器（10）、再沸器（11）、第二溶液泵（12）以及换热器（13）构成乙醇胺CO2吸收系统，其特征是：通过窑头锅炉设有的废热送气管接至吸收塔（7）、和低压蒸汽管接至再沸器（11）将所述水泥窑余热发电系统和乙醇胺CO2吸收系统连接起来，构成余热发电辅助CO2捕集装置，窑尾锅炉（1）和窑头锅炉（2）的高温蒸汽管并联接至汽轮机（3）进口，汽轮机与发电机（4）轴连，汽轮机出口乏汽管接至凝汽器（5），凝汽器产生的凝结水通过水泵（6）返回窑尾和窑头锅炉进行再循环，吸收塔（7）顶部设有排气管；吸收塔底部设有第一溶液泵（8），第一溶液泵接于换热器（13）低温侧的进口，换热器低温侧的出口与解析塔（9）连接，解析塔上部设有冷凝器（10），吸收溶液在冷凝器中与解析塔构成自循环，解析塔下部设有再沸器（11），再沸器利用从窑头锅炉低压蒸汽管获取的热源对解析塔中释放CO2后的溶液进行再热，再沸器中的高温溶液侧与第二溶液泵（12）相接，将溶液通过换热器的高温侧送入吸收塔。
2.按照权利要求1所述的水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置，其特征在于所述窑尾锅炉（1）和窑头锅炉（2）作为水泥窑的余热回收锅炉，窑头锅炉是双压锅炉。
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