CN103405996B - 核电厂尾气碳捕集压缩系统 - Google Patents

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本发明属于核电技术，具体公开一种核电厂尾气碳捕集压缩系统，它包括尾气初冷器、尾气风机、吸收装置和再生装置，吸收装置和再生装置之间设有热交换器，再生装置上端连接分离器和冷却器，下端设有加热装置；冷却器连接若干级压缩分离装置；吸收装置、再生装置以及热交换器，使得富液、贫液进行循环的热量交换，促进吸收-再生的过程，最大限度的实现尾气的CO2捕集，使得核电厂实现污染物接近零排放；多级压缩分离装置对捕集的CO2产品进行深度压缩和纯化，形成高压力、低温度、高纯度的CO2产品。

Description

核电厂尾气碳捕集压缩系统
技术领域
本发明属于核电技术，具体涉及一种核电厂尾气碳捕集压缩的系统。
背景技术
核电厂是将核裂变产生的能量转换为热能，产生高温高压蒸汽驱动汽轮机，由汽轮机驱动发电机，从而生产电力的发电厂。该主要过程不消耗化石燃料，因而核电一般被认为是清洁能源。但对于设置有大型动力设备如辅助燃煤/燃油锅炉、柴油机、制冷机组的核电厂，其动力设备在运行时，也会消耗大量的矿物燃料，从而带来二氧化碳（CO2）的排放，使得核电厂不能做到完全意义上的污染物“零排放”。
从尾气中捕集CO2是一项较为可行的技术，但CO2捕集压缩过程需要消耗大量的能量。以单乙醇胺（MEA）为例，其CO2捕集过程需要大量的热量，占据了全部能量消耗的主要部分。现有技术对发电厂二氧化碳捕集的研究主要是矿物燃料操作的发电厂，主要集中在能量来源的选择以及工艺流程的改进方面。
对于核电厂而言，一方面其二回路热力系统可以提供稳定的低压蒸汽供应，满足CO2捕集的要求，同时充足的厂用电可以提供稳定的电力供应，另一方面，核电厂动力设备的尾气CO2排放量不是特别大，如国产30万压水堆核电站所采用的辅助燃油锅炉燃油消耗量不到1吨/小时，直接采用蒸汽抽汽不会带来整体效率和发电功率的明显损耗。如果采用联合循环等方式来给小型碳捕集压缩系统提供能量，一方面系统容量小，前期投资大，另一方面系统趋于复杂，安全可靠性降低，运行维护成本上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现核电厂动力设备尾气的深度净化，实现CO2的近零排放，同时可靠性较高、成本较低的核电厂尾气碳捕集压缩系统。
本发明的技术方案如下：
一种核电厂尾气碳捕集压缩系统，它包括与核电站的动力设备依次连接的尾气初冷器和尾气风机，还包括与上述尾气风机连接的吸收装置，所述的吸收装置一侧设有再生装置，上述吸收装置和再生装置之间设有热交换器；所述的吸收装置设有尾气输送入口、富液输出口、贫液循环入口和尾气排出口，上述尾气风机连接在吸收装置的尾气输送入口；所述的再生装置设有贫液输出口、富液循环入口，上述热交换器的四个交换口分别与吸收装置的贫液循环入口、富液输出口，以及再生装置的贫液输出口、富液循环入口连通；所述的再生装置上端一侧依次连接分离器和冷却器，所述的再生装置下端设有加热装置；所述的冷却器连接若干级压缩分离装置；所述的压缩分离装置包括依次连接的压缩机、冷却器和分离器。
在上述核电厂尾气碳捕集压缩系统中：还包括循环水冷却塔，循环水冷却塔的循环出口管路上设有循环水泵，上述尾气初冷器和每一级压缩分离装置的冷却器均连接在循环水冷却塔的出口管路和入口管路之间。
在上述核电厂尾气碳捕集压缩系统中：所述的热交换器与吸收装置的贫液循环入口之间设有贫液冷却器，且所述贫液冷却器连接在循环水冷却塔的出口管路和入口管路之间。
在上述核电厂尾气碳捕集压缩系统中：所述的加热装置包括与再生装置连接的再沸器，上述再沸器与核电厂二回路热力系统连接，获取热量。
在上述核电厂尾气碳捕集压缩系统中：所述的各级压缩分离装置中间设有除水装置。
在上述核电厂尾气碳捕集压缩系统中：所述的除水装置为装填有98%质量浓度的三乙醇胺填料塔。
本发明的显著效果在于：由于吸收装置、再生装置以及热交换器，使得富液、贫液进行循环的热量交换，促进吸收-再生的过程，最大限度的实现尾气的CO2捕集，使得核电厂实现污染物接近零排放；系统设计的多级压缩分离装置对捕集的CO2产品进行深度压缩和纯化，形成高压力、低温度、高纯度的CO2产品；利用核电厂二回路热力系统为CO2捕集中的再生过程提供热量，来源可靠，核电厂循环冷却水为系统提供冷却介质，来源可靠，节省成本。选择三乙醇胺填料塔作为除水装置设置在各级压缩分离装置之间吗，进一步保证了深度压缩和净化，最终形成高压力、低温度的高纯度CO2产品。
附图说明
图1为核电厂尾气碳捕集压缩系统示意图；
图中：I是尾气初冷和输送，II是尾气CO2捕集，III是CO2多级压缩分离；
1.动力设备；2.尾气初冷器；3.尾气风机；4.吸收装置；5.再生装置；6.热交换器；7.再沸器；8.分离器；9.冷却器；10.压缩机；11.冷却器；12.分离器；13.CO2产品；14.循环水冷却塔；15.循环水泵；16.核电厂二回路热力系统；17.排放的尾气；18.贫液冷却器；
4.1尾气输送入口；4.2富液输出口；4.3贫液循环入口；4.4尾气排出口；
5.1富液循环入口；5.2贫液输出口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，动力设备1产生含有CO2的尾气，其中的硫氧化物体积浓度10ppm以下，氮氧化物体积浓度20ppm以下。其汇集起来通过尾气初冷器2冷却，使得其温度达到40°～50°之间，在通过尾气风机3加压压缩，然后输送至吸收装置4的尾气输送入口4.1。
由上述的尾气初冷器2和尾气风机3完成了图1中的尾气初冷和输送I。
吸收装置4采用化学吸收剂吸收CO2，形成富液，然后通过吸收装置4的富液输出口4.2输出。CO2被吸收后的尾气通过吸收装置4上的尾气排出口4.4排出，形成排放的尾气17。所述的吸收装置4上还安装有贫液循环入口4.3，所述化学吸收剂的优选为单乙醇胺。
在吸收装置4一侧安装再生装置5，所述的再生装置5下端安装有贫液输出口5.2，上端加工有富液循环入口5.1，所述的再生装置5通过安装在其一侧的再沸器7供热。所述的再生装置5上端一侧连接分离器8。
在吸收装置4和再生装置5之间安装热交换器6，其四个交换口分别与吸收装置4的贫液循环入口4.3、富液输出口4.2，以及再生装置5的贫液输出口5.2、富液循环入口5.1连通。
当尾气通过尾气输送入口4.1进入吸收装置4后，吸收剂吸收CO2，形成富液，CO2被吸收后的尾气通过吸收装置4上的尾气排出口4.4排出，富液从吸收装置4下端的富液输出口4.2输出，在输送至热交换器，在送至再生装置5的富液循环入口5.1，富液在再生装置5内经过供热再生之后释放CO2形成贫液，贫液从再生装置5下端的贫液输出口5.2输出，经过热交换器6，通过贫液冷却器18，再送至吸收装置4的贫液循环入口4.3，富液与贫液在热交换器6中完成热交换过程，使得贫液中的热量被富液部分吸收利用，依次循环下去。
再生装置5的上端一侧连接分离器8，所述的分离器8也可以通过回流管道连接再生装置5形成回流，因此再生过程释放形成的CO2输送至分离器8，进过循环回流和分离，形成CO2初产品。
所述的分离器8连接冷却器9，使得CO2初产品进一步冷却。
所述的再沸器7通过加热管道连接再生装置5，再沸器7的热量来源于与其连接的核电厂二回路热力系统16。
上述的吸收装置4、再生装置5、热交换器6、的分离器8、冷却器9，以及再沸器7共同完成了图1尾气CO2捕集II。尾气CO2捕集II过程还可以安装流体加压输送装置，如用于加压输送吸收液和尾气的泵与风机。
上述的冷却器9连接若干级压缩分离装置（可以是1级、6级），每级压缩分离装置对CO2初产品进行深度压缩和净化，最终形成高压力、低温度的高纯度CO2产品。
所述的压缩分离装置包括依次连接的压缩机10、冷却器11和分离器12。第1级压缩分离装置的压缩机10与冷却器9连接。
图1中的CO2多级压缩分离III是指：压缩机10将CO2初产品从相对低压状态压缩到高压状态，再经过冷却器11将每一级压缩过程后的CO2进行冷却，以保证CO2中的多余水分被及时析出，分离器12将每一级冷却后的CO2及时脱除水分，使得CO2中的水分在脱水以后达到对应温度和压力下的饱和或欠饱和状态。在各个压缩分离装置中间可以安装除水装置，以保证后续CO2产品中的水分体积浓度在500ppm以下。优选的除水装置为装填有98%质量浓度的三乙醇胺填料塔。
所述的核电厂尾气碳捕集压缩系统还包括循环水冷却塔14，循环水冷却塔14的循环出口管路上安装循环水泵15。上述的尾气初冷器2、每一级压缩分离装置的冷却器11，均连接在循环水冷却塔14的出口管路和入口管路之间，利用循环水冷却塔14的循环水冷却水经加压输送给各过程冷却器使用，吸收各过程热量后，返回至冷水塔，形成循环。
上述实施方式仅为本发明的优选实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种核电厂尾气碳捕集压缩系统，其特征在于：它包括与核电站的动力设备(1)依次连接的尾气初冷器(2)和尾气风机(3)，还包括与上述尾气风机(3)连接的吸收装置(4)，所述的吸收装置(4)一侧设有再生装置(5)，上述吸收装置(4)和再生装置(5)之间设有热交换器(6)；所述的吸收装置(4)设有尾气输送入口(4.1)、富液输出口(4.2)、贫液循环入口(4.3)和尾气排出口(4.4)，上述尾气风机(3)连接在吸收装置(4)的尾气输送入口(4.1)；所述的再生装置(5)设有贫液输出口(5.2)、富液循环入口(5.1)，上述热交换器(6)的四个交换口分别与吸收装置(4)的贫液循环入口(4.3)、富液输出口(4.2)，以及再生装置(5)的贫液输出口(5.2)、富液循环入口(5.1)连通；所述的再生装置(5)上端一侧依次连接分离器(8)和冷却器(9)，所述的再生装置(5)下端设有加热装置；所述的冷却器(9)连接若干级压缩分离装置；所述的压缩分离装置包括依次连接的压缩机(10)、冷却器(11)和分离器(12)；还包括循环水冷却塔(14)，循环水冷却塔(14)的循环出口管路上设有循环水泵(15)，上述尾气初冷器(2)和每一级压缩分离装置的冷却器(11)均连接在循环水冷却塔(14)的出口管路和入口管路之间；所述的加热装置包括与再生装置(5)连接的再沸器(7)，上述再沸器(7)与核电厂二回路热力系统(16)连接，获取热量。
2.如权利要求1所述的核电厂尾气碳捕集压缩系统，其特征在于：所述的热交换器(6)与吸收装置(4)的贫液循环入口(4.3)之间设有贫液冷却器(18)，且所述贫液冷却器(18)连接在循环水冷却塔(14)的出口管路和入口管路之间。
3.如权利要求1所述的核电厂尾气碳捕集压缩系统，其特征在于：所述的各级压缩分离装置中间设有除水装置。
4.如权利要求3所述的核电厂尾气碳捕集压缩系统，其特征在于：所述的除水装置为装填有98％质量浓度的三乙醇胺填料塔。
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