CN104154521A - 一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，该集成系统主要由燃煤发电子系统、抽汽减压减温循环子系统、二氧化碳捕集子系统、太阳能集热子系统以及供热子系统五部分组成。各子系统之间主要通过换热器及相关管路与阀门连接，构成集成系统。为满足燃煤发电子系统、二氧化碳捕集子系统及供热子系统在不同季节不同时刻的用热需求，通过输出端阀门控制的方式，将太阳能集热量供入不同子系统。系统夏季可实现维持电厂电力输出和二氧化碳减排的双重功效，冬季在实现燃煤电厂二氧化碳减排的基础上增加供热面积。集成系统同时实现可再生能源利用与电厂二氧化碳捕集，有力推动我国太阳能利用与二氧化碳捕集技术的大规模应用。

Description

一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热集成的方法及系统，具体涉及二氧化碳捕集电厂与太阳能集热、供热系统的集成，针对不同季节不同时刻设定不同的运行模式，实现了二氧化碳捕集电厂热量的综合利用。
背景技术
CO2被认为是引发温室效应的罪魁祸首。从1850年工业革命开始至今，大气中CO2平均浓度从280ppm上升至370ppm，与此同时全球平均气温上升了0.6～1℃。政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，到2100年，大气中CO2含量将攀升至570ppm，引起全球平均温度升高1.9℃。据全球碳计划最新研究数据显示，2013年全球CO2排放量比2012年增长2.1％，达到360亿吨，创历史新高。
全球范围内，由人为排放所导致的大气中CO2含量的激增，主要来自化石燃料的燃烧，其中燃煤电厂排放的CO2约占化石燃料燃烧排放CO2量的33～40％。因此，燃煤电厂CO2捕集技术为减小温室气体对环境的影响，并允许人类继续使用化石燃料直到可再生能源技术得到大范围的应用提供了一个中长期的解决方案。
针对燃煤电厂烟气中浓度低、流量大的CO2，最有前景的方法是使用能够选择性吸收CO2的溶剂进行化学吸收，其中乙醇胺(MEA)溶液由于吸收速率快、吸收效率高、技术成熟，已被应用于燃煤电厂CO2捕集，但其吸收液再生能耗大、运行费用高是限制MEA溶液吸收法大范围应用的主要因素。因此，从系统的层面对二氧化碳捕集电厂进行集成，对系统中的热量按温度梯度进行综合利用，以实现系统整体热效率的提高。
发明内容
本发明目的是在系统的层面对二氧化碳捕集电厂进行集成，对系统中的热量按温度梯度进行综合利用，以实现系统整体热效率的提高。
本发明一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，包括通过管道相连的燃煤发电子系统、抽汽减压减温循环子系统、二氧化碳捕集子系统、太阳能集热子系统和供热子系统，所述管路上设有多个阀门，多个阀门中包括有闸阀、三通旋塞阀和混合阀；所述燃煤发电子系统由燃煤锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、冷凝器、4台低压给水加热器、除氧器、3台高压给水加热器及给水泵串联组成；所述抽汽减压减温循环子系统由减压阀、换热器、两个混合阀及混水泵组成；所述二氧化碳捕集子系统包括烟气预处理装置、吸收塔、富液泵、贫/富液换热器、贫液泵、解吸塔、溶液泵和再沸器；所述太阳能集热子系统包括太阳能集热器阵列、导热介质循环泵和太阳能给水加热换热器；所述太阳能集热子系统用于为二氧化碳捕集子系统和供热子系统供热及为燃煤发电子系统的给水加热；所述太阳能集热子系统的出口分别与太阳能供热换热器的高温端入口、太阳能给水加热换热器的高温端入口相连；所述太阳能集热子系统的入口分别与太阳能供热换热器的高温端出口、太阳能给水加热换热器的高温端出口相连，并通过阀门的控制，将所述太阳能集热子系统的集热量供给再沸器；所述供热子系统包括一次网换热器、二次网换热器和太阳能供热换热器和用户末端散热器；所述供热子系统包括电厂供热网供热和太阳能集热供热，当电厂供热网无法满足供热需求时，采用太阳能集热子系统为用户供暖，即：所述太阳能集热子系统与太阳能供热换热器的高温端相连，太阳能供热换热器的低温端与用户末端散热器相连。
所述管路上的多个阀门的连接关系如下：一个三通阀V-29的入口1与汽轮机低压缸第五级抽汽点连接，该三通阀V-29的出口2与低压给水加热器高温端入口相连，该三通阀V-29的出口3与换热器高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-1、减压阀V-2和混合阀V-25；换热器高温端出口与一混合阀V-26的入口1相连，混合阀V-26的出口3与混水泵的入口相连，其间管路设有闸阀V-28，混水泵出口与所述混合阀V-25的入口1相连；混合阀V-26的出口2与一次网换热器高温端入口相连；烟气预处理装置与吸收塔入口间的管路上设置有闸阀V-3；换热器低温端出口与再沸器高温端入口间管路上设置有闸阀V-6和三通旋塞阀V-12；再沸器高温端出口与换热器低温端入口间管路上设置有闸阀V-5和三通旋塞阀V-4；太阳能集热子系统中太阳能集热器阵列的出口与一三通旋塞阀V-9的入口2相连，三通旋塞阀V-9的出口1与太阳能给水加热换热器的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-10和三通旋塞阀V-11；太阳能给水加热换热器的高温端出口与一三通旋塞阀V-15的入口1相连，其间管路上设有闸阀V-13和三通旋塞阀V-14；三通旋塞阀V-15的出口3与导热介质循环泵入口相连；太阳能集热子系统4中设有连接于太阳能集热器阵列并联之路之间的闸阀V-18和闸阀V-19；所述三通旋塞阀V-11的出口1与所述三通旋塞阀V-12的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-8，所述三通旋塞阀V-4的出口3与所述三通旋塞阀V-14的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-7；所述三通旋塞阀V-9的出口3与太阳能供热换热器的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-16；太阳能供热换热器的高温端出口与所述三通旋塞阀V-15的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-17；用户末端散热器出口与一三通旋塞阀V-20的入口3相连，用户末端散热器入口与一三通旋塞阀V-27的出口2相连；太阳能供热换热器的低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口3相连，其间管路上设有闸阀V-21，所述三通旋塞阀V-20的出口2与太阳能供热换热器的低温端入口相连，所述三通旋塞阀V-20的出口1与二次网换热器低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-22，二次网换热器低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口1相连；一次网换热器的低温端出口与热网循环泵的入口相连，其间管路上设有闸阀V-23，二次网换热器的高温端出口与一次网换热器的低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-24；通过上述各阀门的开启或关闭控制各子系统之间的连通与断开。
本发明太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的方法，包括两种冬季供热和两种夏季供能方法，其中：
冬季供热方法之一：二氧化碳捕集子系统开启，此时，采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能，然后利用余热为用户供暖；白天时，太阳能集热子系统为供热后的锅炉给水加热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-10、闸阀V-13、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24、闸阀V-28开启；闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-9关闭出口3、三通旋塞阀V-11关闭出口1、三通旋塞阀V-12关闭进口2、三通旋塞阀V-14关闭进口2、三通旋塞阀V-15关闭进口2、三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；夜晚时，加大抽汽量为给水加热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28开启；闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17和闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-12关闭入口2、三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
冬季供热方法之二：二氧化碳捕集子系统关闭，白天时，采用太阳能集热子系统为用户供热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-10、闸阀V-18、闸阀V-19和闸阀V-21开启，闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-13、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28关闭；三通旋塞阀V-9关闭出口1、三通旋塞阀V-15关闭入口1、三通旋塞阀V-20关闭出口1、三通旋塞阀V-27关闭进口1；混合阀V-25和混合阀V-26关闭；夜晚时，采用抽汽为用户供热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28开启，闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-10和闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
夏季供能方法之一：二氧化碳捕集子系统开启，白天为保证电力输出，不从电厂抽汽，采用太阳能集热子系统为二氧化碳捕集供能，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-3、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-18和闸阀V-19开启，闸阀V-1、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-21、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口1、三通旋塞阀V-9关闭出口3、三通旋塞阀V-11关闭出口2、三通旋塞阀V-12关闭进口3、三通旋塞阀V-14关闭进口1、三通旋塞阀V-15关闭进口2；混合阀V-25和混合阀V-26关闭；夜晚时，采用抽蒸汽为二氧化碳捕集供能，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6和闸阀V-28开启，闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-18、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-19、闸阀V-21、闸阀V-22、闸阀V-23和闸阀V-24关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-12关闭进口2；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
夏季供能方法之二：二氧化碳捕集系统关闭，太阳能集热子系统关闭，所有闸阀和所有混合阀均关闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)系统具有四种运行模式，运行方式灵活，不同季节不同时刻最大程度的满足用户用热与用电的需求。
(2)充分利用为二氧化碳捕集供能后的蒸汽余热，为用户供暖，增加了供暖面积。
(3)引入太阳能集热系统，白天用电高峰时充分利用太阳能实现捕集系统能量供应，夜间为用电低谷采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能。
(4)采用抽蒸汽为二氧化碳捕集供能时，设计了蒸汽减压减温装置，采用减压阀和回水减温的组合，保证为再沸器供给热量的蒸汽质量满足要求。
附图说明
图1为本发明一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热集成的方法及系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，包括通过管道相连的燃煤发电子系统1、抽汽减压减温循环子系统2、二氧化碳捕集子系统3、太阳能集热子系统4和供热子系统5，所述管路上设有多个阀门，多个阀门中包括有闸阀、三通旋塞阀和混合阀。
所述燃煤发电子系统1由燃煤锅炉E-1、汽轮机高压缸E-2、汽轮机中压缸E-3、汽轮机低压缸E-4、发电机E-5、冷凝器E-6、4台低压给水加热器E-7、E-8、E-9、E-10、除氧器E-11、3台高压给水加热器E-12、E-13、E-14及给水泵E-15串联组成。所述燃煤发电子系统1中包括八级抽汽点。
所述抽汽减压减温循环子系统2由减压阀V-2、换热器H-1、混合阀V-25、V-26及混水泵E-16组成。所述抽汽减压减温循环子系统2中的所述混水泵E-16连接于换热器H-1的进口与出口之间；所述抽汽减压减温循环子系统2与燃煤发电子系统1的第五级抽汽点相连，通过设置在相连管路上的闸阀V-1控制所述抽汽减压减温循环子系统2与燃煤发电子系统1的连通与断开；采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能时，从第5级抽汽点所抽蒸汽通过减压阀V-2降压后，与经过换热器H-1换热后的减温水混合，降温到换热器H-1所需设计温度，所述混水泵E-16连接于换热器H-1的进口与出口之间。
所述二氧化碳捕集子系统3包括烟气预处理装置E-17、吸收塔E-18、富液泵E-19、贫/富液换热器H-2、贫液泵E-20、解吸塔E-21、溶液泵E-22和再沸器H-3。所述二氧化碳捕集子系统3中，所述烟气预处理装置E-17用以对烟气进行脱硝、除尘和脱硫，所述烟气预处理装置E-17的出口与所述吸收塔E-18的进口相连；所述吸收塔E-18的底部与富液泵E-19的入口相连，富液泵E-19的出口连接于所述贫/富液换热器H-2的低温端入口，所述贫/富液换热器H-2的低温端出口与所述解吸塔E-21的上部喷淋口相连，所述解吸塔E-21的底部出口与所述贫液泵E-20的入口相连，所述贫液泵E-20的出口与所述贫/富液换热器H-2的高温端入口相连，所述贫/富液换热器H-2的高温端出口与所述吸收塔E-18的上部喷淋相连；所述再沸器H-3与所述解吸塔E-21的下部出口相连。
所述太阳能集热子系统4包括太阳能集热器阵列E-23、导热介质循环泵E-26和太阳能给水加热换热器H-6；所述太阳能集热子系统4用于为二氧化碳捕集子系统3和供热子系统5供热及为燃煤发电子系统1的给水加热；所述太阳能集热子系统4的出口分别与太阳能供热换热器H-7的高温端入口、太阳能给水加热换热器H-6的高温端入口相连；所述太阳能集热子系统4的入口分别与太阳能供热换热器H-7的高温端出口、太阳能给水加热换热器H-6的高温端出口相连，并通过阀门的控制，将所述太阳能集热子系统4的集热量供给再沸器H-3。
所述供热子系统5包括一次网换热器H-5、二次网换热器H-4和太阳能供热换热器H-7和用户末端散热器E-24；所述供热子系统5包括电厂供热网供热和太阳能集热供热，当电厂供热网无法满足供热需求时，采用太阳能集热子系统4为用户供暖，即：所述太阳能集热子系统4与太阳能供热换热器H-7的高温端相连，太阳能供热换热器H-7的低温端与用户末端散热器E-24相连。
所述管路上的多个阀门的连接关系如下：
一个三通阀V-29的入口1与汽轮机低压缸E-4第五级抽汽点连接，该三通阀V-29的出口2与低压给水加热器E-10高温端入口相连，该三通阀V-29的出口3与换热器H-1高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-1、减压阀V-2和混合阀V-25；
换热器H-1高温端出口与一混合阀V-26的入口1相连，混合阀V-26的出口3与混水泵E-16的入口相连，其间管路设有闸阀V-28，混水泵E-16出口与所述混合阀V-25的入口1相连；混合阀V-26的出口2与一次网换热器H-5高温端入口相连；
烟气预处理装置E-17与吸收塔E-18入口间的管路上设置有闸阀V-3；
换热器H-1低温端出口与再沸器H-3高温端入口间管路上设置有闸阀V-6和三通旋塞阀V-12；再沸器H-3高温端出口与换热器H-1低温端入口间管路上设置有闸阀V-5和三通旋塞阀V-4；
太阳能集热子系统4中太阳能集热器阵列E-23的出口与一三通旋塞阀V-9的入口2相连，三通旋塞阀V-9的出口1与太阳能给水加热换热器H-6的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-10和三通旋塞阀V-11；太阳能给水加热换热器H-6的高温端出口与一三通旋塞阀V-15的入口1相连，其间管路上设有闸阀V-13和三通旋塞阀V-14；三通旋塞阀V-15的出口3与导热介质循环泵E-26入口相连；在太阳能集热子系统4中，设有连接于太阳能集热器阵列E-23并联之路之间的闸阀V-18、V-19；所述三通旋塞阀V-11的出口1与所述三通旋塞阀V-12的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-8，所述三通旋塞阀V-4的出口3与所述三通旋塞阀V-14的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-7；
所述三通旋塞阀V-9的出口3与太阳能供热换热器H-7的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-16；太阳能供热换热器H-7的高温端出口与所述三通旋塞阀V-15的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-17；
用户末端散热器E-24出口与一三通旋塞阀V-20的入口3相连，用户末端散热器E-24入口与一三通旋塞阀V-27的出口2相连；太阳能供热换热器H-7的低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口3相连，其间管路上设有闸阀V-21，所述三通旋塞阀V-20的出口2与太阳能供热换热器H-7的低温端入口相连，所述三通旋塞阀V-20的出口1与二次网换热器H-4低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-22，二次网换热器H-4低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口1相连；
一次网换热器H-5的低温端出口与热网循环泵E-25的入口相连，其间管路上设有闸阀V-23，二次网换热器H-4的高温端出口与一次网换热器H-5的低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-24；
通过上述各阀门的开启或关闭控制各子系统之间的连通与断开。
实施例：
所述燃煤发电子系统1为常规具有一次再热燃煤发电机组，燃煤锅炉E-1产生过热蒸汽依次进入汽轮机高压缸E-2、汽轮机中压缸E-3和汽轮机低压缸E-4做功，带动发电机E-5，乏汽经过冷凝器E-6冷凝之后，再依次经过四台低压给水加热器E-7、E-8、E-9和E-10、除氧器E-11和三台高压给水加热器E-12、E-13和E-14后进入锅炉，完成汽水循环。
所述燃煤发电子系统具有8级抽汽，供给给水加热器(其中低4级抽汽供给除氧器)用于加热锅炉给水。相关研究表明，采用低压缸合适位置抽汽为二氧化碳捕集再沸器供热，对电厂原有电力输出影响最小。因此本发明所述采用抽蒸汽的形式为二氧化碳捕集供能时，采用从低压缸第5级抽汽，所抽过热蒸汽压力和温度均高于供给再沸器所需的压力和温度，因此通过减压阀和混合减温，压力和温度分别降低到0.3MPa和135℃，其中混水动力由混水泵E-16提供。经过换热器H-1后输出130℃的饱和水，供入一次网换热器H-5降温至60℃，输入太阳能给水加热器H-6中加热器130℃，最后注入除氧器E-11。
所述二氧化碳捕集子系统3中，锅炉产生的烟气经过预处理装置E-17，包括脱硝、除尘和脱硫工艺，后从吸收塔E-18底部通入吸收塔，烟气在吸收塔E-18内上升的过程中，其中的CO2被向下流动的化学吸收剂选择地吸收，使CO2量不断减少，经处理后的烟气主要成分是N2，从吸收塔顶部排入大气；吸收了CO2的溶液(富液)在富液泵E-19的作用下，进入贫/富液热交换器H-2进行初步吸热，从解吸塔E-21顶部进入解吸塔，发生吸收反应的逆反应，释放CO2并进行溶液再生，该过程为吸热反应，所需的热量由解吸塔底部的再沸器H-3提供，再生温度为110～130℃；释放出CO2的溶液(贫液)从解吸塔E-21底部流出，在贫液泵E-20的作用下经贫/富液热交换器H-2进行换热，降温到40～50℃，从吸收塔顶进入吸收塔进行喷淋吸收；分离出的CO2从解吸塔E-21顶排出，经冷凝后进行压缩。溶液泵E-22用来为溶液在再沸器H-3循环提供动力。所述二氧化碳捕集子系统3中的吸收剂是以醇胺类物质为基础的化学吸收剂水溶液，所述吸收剂是单种化学吸收物质配成的吸收溶液或是由多种化学吸收物质配比组成的混合吸收剂。
所述太阳能集热子系统4集热量可通过太阳能供热换热器H-7为供热系统供热，通过太阳能给水加热器H-6为一部分抽汽加热，通过器H-3为二氧化碳捕集供能。所述太阳能集热器系列E-23是复合抛物聚光集热器、槽式集热器、菲涅尔集热器、碟式集热器及塔式集热器中的一种或是几种的组合。所述太阳能集热子系统4的传热介质选择导热油、熔融盐和水中的一种。循环泵E-26为太阳能集热子系统4中传热介质循环提供动力。
所述供热子系统5具有两种供热模式，当采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能时，一次网换热器H-5热端有70℃温降，通过载热介质与二次网换热器H-4换热后，热水供入用户侧，供回水温度设计值为75℃/50℃。当电厂供热网无法满足供热需求时，可采用太阳能集热子系统4为用户供暖，水与载热介质在太阳能供热换热器H-7换热后，供入用户侧，供回水温度设计值同样为75℃/50℃。所述供热子系统5中用户侧以散热器E-24为主。供热网中热水循环动力由热网循环泵E-25提供。
利用本发明太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统可以实现冬、夏季四种运行模式(包括七种运行方案)。冬季为供热季节，应优先满足用户热需求；夏季为电力需求旺季，应保证电厂更多的电力输出。因此，为满足不同季节的用热用电需求，本发明包括以下太阳能辅助二氧化碳捕集与供热方法：
冬季供热方法之一：二氧化碳捕集子系统开启。此时，采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能，然后利用余热为用户供暖，白天太阳能集热子系统4为供热后的锅炉给水加热，夜晚加大抽汽量为给水加热。相关阀门的开启和关闭状态见表1。
冬季供热方法之二：二氧化碳捕集子系统关闭。当不捕集二氧化碳时，电厂不需要抽汽，白天采用太阳能集热子系统4为用户供热，夜晚采用抽汽为用户供热。相关阀门的开启和关闭状态见表1。
夏季供能方法之一：二氧化碳捕集子系统开启。夏季白天为保证电力输出，不从电厂抽汽，采用太阳能集热子系统4为二氧化碳捕集供能，夜晚采用抽蒸汽为二氧化碳捕集供能。相关阀门的开启和关闭状态见表1。
夏季供能方法之二：二氧化碳捕集子系统关闭，太阳能集热子系统4关闭。相关阀门的开启和关闭状态见表1。
表1 为上述七种运行方式下，各子系统运行状态、各闸阀、三通旋塞阀和混合阀的开启及关闭状态。
表1中投运所对应的的1表示燃煤发电子系统、2表示抽汽减压减温循环子系统、3表示二氧化碳捕集子系统、4表示太阳能集热子系统、5表示供热子系统5。
选取中国典型的600MW燃煤发电厂作为研究对象，参数如表2所示；选取单乙醇胺(MEA)作为二氧化碳捕集的化学吸收剂，二氧化碳捕集与燃煤电厂集成后参数如表3所示。
表2  600MW燃煤电厂参数
项目 单位 参数
煤种 无烟煤
低位发热量 kJ/kg 22625
主蒸汽流量 kg/s 509.19
再热蒸汽流量 kg/s 429.79
发电机机输出功率 MW 600
电厂轴效率 ％ 40.04
电厂净效率 ％ 39.55
煤耗量 kg/s 65.91
煤耗率 g/kWh 395.48
标准煤耗率 g/kWh 305.30
CO2排放量 g/kWh 879
表3 二氧化碳捕集电厂参数
单位 抽汽压力0.305MPa
原电厂净效率 ％ 39.55
原电厂轴功率 MW 600
煤耗量 kg/s 65.91
CO2捕集电厂效率 ％ 31.98
净效率损失 ％ 7.57
CO2捕集率 ％ 90
单位捕集能耗 MJ/kgCO2 4
CO2捕集电厂轴功率 MW 483.343
本发明中供热参数选择民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012中的规定，对采用散热器的集中供暖系统，二次网供回水设计参数取75℃/50℃。增加供热后电厂的参数如表4所示。
表4 增加供热与原二氧化碳捕集电厂参数对比
单位 参数
CO2捕集率 ％ 90
单位捕集能耗 MJ/kgCO2 4
CO2捕集电厂效率 ％ 31.98
CO2捕集电厂输出 MW 483.343
CO2捕集+供热电厂效率 ％ 30.71
CO2捕集+供热电厂输出 MW 464.889
利用抽汽为捕集供能后的余热进行供热，与一次网换热器(H-5)换热，热水温度从130℃降到60℃，最后注入除氧器，为加热这部分给水，需增加汽轮机的抽汽，将导致汽轮机做功减少，从表4中对比可以看出，增加供热后电厂输出减少18.454MW。为补偿这部分损失，增加太阳能捕集子系统4，用于白天用电高峰时期为给水加热，从而减少电力输出的损失。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，包括通过管道相连的燃煤发电子系统(1)、抽汽减压减温循环子系统(2)、二氧化碳捕集子系统(3)、太阳能集热子系统(4)和供热子系统(5)，所述管路上设有多个阀门，多个阀门中包括有闸阀、三通旋塞阀和混合阀；其特征在于：
所述燃煤发电子系统(1)由燃煤锅炉(E-1)、汽轮机高压缸(E-2)、汽轮机中压缸(E-3)、汽轮机低压缸(E-4)、发电机(E-5)、冷凝器(E-6)、4台低压给水加热器(E-7、E-8、E-9、E-10)、除氧器(E-11)、3台高压给水加热器(E-12、E-13、E-14)及给水泵(E-15)串联组成；
所述抽汽减压减温循环子系统(2)由减压阀(V-2)、换热器(H-1)、混合阀(V-25)、(V-26)及混水泵(E-16)组成；
所述二氧化碳捕集子系统(3)包括烟气预处理装置(E-17)、吸收塔(E-18)、富液泵(E-19)、贫/富液换热器(H-2)、贫液泵(E-20)、解吸塔(E-21)、溶液泵(E-22)和再沸器(H-3)；
所述太阳能集热子系统(4)包括太阳能集热器阵列(E-23)、导热介质循环泵(E-26)和太阳能给水加热换热器(H-6)；所述太阳能集热子系统(4)用于为二氧化碳捕集子系统(3)和供热子系统(5)供热及为燃煤发电子系统(1)的给水加热；所述太阳能集热子系统(4)的出口分别与太阳能供热换热器(H-7)的高温端入口、太阳能给水加热换热器(H-6)的高温端入口相连；所述太阳能集热子系统(4)的入口分别与太阳能供热换热器(H-7)的高温端出口、太阳能给水加热换热器(H-6)的高温端出口相连，并通过阀门的控制，将所述太阳能集热子系统(4)的集热量供给再沸器(H-3)；
所述供热子系统(5)包括一次网换热器(H-5)、二次网换热器(H-4)和太阳能供热换热器(H-7)和用户末端散热器(E-24)；所述供热子系统(5)包括电厂供热网供热和太阳能集热供热，当电厂供热网无法满足供热需求时，采用太阳能集热子系统(4)为用户供暖，即：所述太阳能集热子系统(4)与太阳能供热换热器(H-7)的高温端相连，太阳能供热换热器(H-7)的低温端与用户末端散热器(E-24)相连；
所述管路上的多个阀门的连接关系如下：
一个三通阀V-29的入口1与汽轮机低压缸(E-4)第五级抽汽点连接，该三通阀V-29的出口2与低压给水加热器(E-10)高温端入口相连，该三通阀V-29的出口3与换热器(H-1)高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-1、减压阀V-2和混合阀V-25；
换热器(H-1)高温端出口与一混合阀V-26的入口1相连，混合阀V-26的出口3与混水泵(E-16)的入口相连，其间管路设有闸阀V-28，混水泵(E-16)出口与所述混合阀V-25的入口1相连；混合阀V-26的出口2与一次网换热器(H-5)高温端入口相连；
烟气预处理装置(E-17)与吸收塔(E-18)入口间的管路上设置有闸阀V-3；
换热器(H-1)低温端出口与再沸器(H-3)高温端入口间管路上设置有闸阀V-6和三通旋塞阀V-12；再沸器(H-3)高温端出口与换热器(H-1)低温端入口间管路上设置有闸阀V-5和三通旋塞阀V-4；
太阳能集热子系统(4)中太阳能集热器阵列(E-23)的出口与一三通旋塞阀V-9的入口2相连，三通旋塞阀V-9的出口1与太阳能给水加热换热器(H-6)的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-10和三通旋塞阀V-11；太阳能给水加热换热器(H-6)的高温端出口与一三通旋塞阀V-15的入口1相连，其间管路上设有闸阀V-13和三通旋塞阀V-14；三通旋塞阀V-15的出口3与导热介质循环泵(E-26)入口相连；
太阳能集热子系统(4)中设有连接于太阳能集热器阵列(E-23)并联之路之间的闸阀V-18和闸阀V-19；
所述三通旋塞阀V-11的出口1与所述三通旋塞阀V-12的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-8，所述三通旋塞阀V-4的出口3与所述三通旋塞阀V-14的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-7；
所述三通旋塞阀V-9的出口3与太阳能供热换热器(H-7)的高温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-16；太阳能供热换热器(H-7)的高温端出口与所述三通旋塞阀V-15的入口2相连，其间管路上设有闸阀V-17；
用户末端散热器(E-24)出口与一三通旋塞阀V-20的入口3相连，用户末端散热器(E-24)入口与一三通旋塞阀V-27的出口2相连；太阳能供热换热器(H-7)的低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口3相连，其间管路上设有闸阀V-21，所述三通旋塞阀V-20的出口2与太阳能供热换热器(H-7)的低温端入口相连，所述三通旋塞阀V-20的出口1与二次网换热器(H-4)低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-22，二次网换热器(H-4)低温端出口与所述三通旋塞阀V-27的入口1相连；
一次网换热器(H-5)的低温端出口与热网循环泵(E-25)的入口相连，其间管路上设有闸阀V-23，二次网换热器(H-4)的高温端出口与一次网换热器(H-5)的低温端入口相连，其间管路上设有闸阀V-24；
通过上述各阀门的开启或关闭控制各子系统之间的连通与断开。
2.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：
所述燃煤发电子系统(1)中包括八级抽汽点；
所述抽汽减压减温循环子系统(2)中的所述混水泵(E-16)连接于换热器(H-1)的进口与出口之间；
所述抽汽减压减温循环子系统(2)与燃煤发电子系统(1)的第五级抽汽点相连，通过设置在相连管路上的闸阀(V-1)控制所述抽汽减压减温循环子系统(2)与燃煤发电子系统(1)的连通与断开；
采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能时，从第五级抽汽点所抽蒸汽通过减压阀(V-2)降压后，与经过换热器(H-1)换热后的减温水混合，降温到换热器(H-1)所需设计温度，所述混水泵(E-16)连接于换热器(H-1)的进口与出口之间。
3.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：所述二氧化碳捕集子系统中，所述烟气预处理装置(E-17)用以对烟气进行脱硝、除尘和脱硫，所述烟气预处理装置(E-17)的出口与所述吸收塔(E-18)的进口相连；所述吸收塔(E-18)的底部与富液泵(E-19)的入口相连，富液泵(E-19)的出口连接于所述贫/富液换热器(H-2)的低温端入口，所述贫/富液换热器(H-2)的低温端出口与所述解吸塔(E-21)的上部喷淋口相连，所述解吸塔(E-21)的底部出口与所述贫液泵(E-20)的入口相连，所述贫液泵(E-20)的出口与所述贫/富液换热器(H-2)的高温端入口相连，所述贫/富液换热器(H-2)的高温端出口与所述吸收塔(E-18)的上部喷淋相连；所述再沸器(H-3)与所述解吸塔(E-21)的下部出口相连。
4.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：所述供热子系统中，由所述一次网换热器(H-5)与二次网换热器(H-4)、循环管路及闸阀组成电厂供热网，其中，一次网换热器(H-5)的低温端出口与热网循环泵(E-25)的入口相连，热网循环泵(E-25)的出口与二次网换热器(H-4)的高温端入口相连，二次网换热器(H-4)的高温端出口与一次网换热器(H-5)的低温端入口相连，所述二次网换热器(H-4)的低温端与用户末端散热器(E-24)相连。
5.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：所述二氧化碳捕集子系统中所采用的吸收剂是以醇胺类物质为基础的化学吸收剂水溶液；
所述化学吸收剂水溶液是单种化学吸收物质配成的吸收溶液或是由多种化学吸收物质配比组成的混合吸收剂。
6.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：所述太阳能集热器阵列中选用复合抛物聚光集热器、槽式集热器、菲涅尔集热器、碟式集热器及塔式集热器中的一种或是几种的组合。
7.如权利要求1所述的一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统中所采用的传热介质选择导热油、熔融盐和水中的一种。
8.一种太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的方法，其特征在于，采用权利要求1至7中的任一所述太阳能辅助二氧化碳捕集与供热的集成系统，该方法包括：
冬季供热方法之一：二氧化碳捕集子系统开启，此时，采用电厂抽蒸汽为二氧化碳捕集供能，然后利用余热为用户供暖；
白天时，太阳能集热子系统(4)为供热后的锅炉给水加热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-10、闸阀V-13、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24、闸阀V-28开启；闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-9关闭出口3、三通旋塞阀V-11关闭出口1、三通旋塞阀V-12关闭进口2、三通旋塞阀V-14关闭进口2、三通旋塞阀V-15关闭进口2、三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
夜晚时，加大抽汽量为给水加热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28开启；闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17和闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-12关闭入口2、三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
冬季供热方法之二：二氧化碳捕集子系统关闭，
白天时，采用太阳能集热子系统(4)为用户供热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-10、闸阀V-18、闸阀V-19和闸阀V-21开启，闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-13、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28关闭；三通旋塞阀V-9关闭出口1、三通旋塞阀V-15关闭入口1、三通旋塞阀V-20关闭出口1、三通旋塞阀V-27关闭进口1；混合阀V-25和混合阀V-26关闭；
夜晚时，采用抽汽为用户供热，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-18、闸阀V-19、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28开启，闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-10和闸阀V-21关闭；三通旋塞阀V-20关闭出口2、三通旋塞阀V-27关闭进口3；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
夏季供能方法之一：二氧化碳捕集子系统开启，白天为保证电力输出，不从电厂抽汽，采用太阳能集热子系统(4)为二氧化碳捕集供能，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-3、闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-18和闸阀V-19开启，闸阀V-1、闸阀V-5、闸阀V-6、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-21、闸阀V-22、闸阀V-23、闸阀V-24和闸阀V-28关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口1、三通旋塞阀V-9关闭出口3、三通旋塞阀V-11关闭出口2、三通旋塞阀V-12关闭进口3、三通旋塞阀V-14关闭进口1、三通旋塞阀V-15关闭进口2；混合阀V-25和混合阀V-26关闭；
夜晚时，采用抽蒸汽为二氧化碳捕集供能，各阀门的开启或关闭状态为：闸阀V-1、闸阀V-3、闸阀V-5、闸阀V-6和闸阀V-28开启，闸阀V-7、闸阀V-8、闸阀V-10、闸阀V-18、闸阀V-13、闸阀V-16、闸阀V-17、闸阀V-19、闸阀V-21、闸阀V-22、闸阀V-23和闸阀V-24关闭；三通旋塞阀V-4关闭出口3、三通旋塞阀V-12关闭进口2；混合阀V-25和混合阀V-26开启；
夏季供能方法之二：二氧化碳捕集系统关闭，太阳能集热子系统(4)关闭，所有闸阀和所有混合阀均关闭。
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