CN107626183A - 一种适用于电网峰‑谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统(图一)，主要由富氧燃烧发电子系统，空气深冷分离制氧子系统，液态氧气存储及气化子系统三部分组成。通过对空气深冷分离制氧子系统负荷(产量)的调节，即电网低负荷(低电价)时段增大空气深冷分离制氧子系统负荷(产量)，电网高负荷(高电价)时段降低空气深冷分离制氧子系统负荷(产量)，实现了整个系统的错峰运行，具有可大幅提高系统对电网高负荷运行时段的供电量和从而获得更多电价差带来的收益并降低由于空气深冷分离制氧子系统能耗所导致的富氧燃烧系统二氧化碳捕集成本的双重功效，能有力推动我国富氧燃烧二氧化碳捕集技术的大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，具体涉及空气深冷分离制氧系统、氧气存储系统与富氧燃烧二氧化碳捕集系统的集成，利用对空气深冷分离制氧系统负荷(产量)的调节，即电网低负荷(低电价)时段增大空气深冷分离制氧子系统负荷(产量)，电网高负荷(高电价)时段降低空气深冷分离制氧子系统负荷(产量)，实现了整个系统的错峰运行，具有可大幅提高系统对电网高负荷运行时段的供电量和从而获得更多电价差带来的收益并降低由于空气深冷分离制氧子系统能耗所导致的富氧燃烧系统二氧化碳捕集成本的双重功效。
背景技术
在目前的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统中，制氧过程需要消耗大量的电能，从而引起整个系统效率的下降，增加了二氧化碳捕集成本，成为制约富氧燃烧二氧化碳捕集技术大规模应用的主要因素。
针对既有电厂方面烟气中二氧化碳的捕集，富氧燃烧二氧化碳捕集这一技术方案被广泛认可，而其中空气深冷分离是一种较为成熟的商业化制氧方法，具有大规模应用到富氧燃烧二氧化碳捕集系统的潜力。然而，分离塔内的空气分离过程往往需要达到-180℃的低温，同时主空气压缩机的耗能达到750-850兆焦/吨氧气，从而造成发电效率下降15-25％。因此，工艺流程对应的耗能(主空气压缩机，离心压缩机，多级中间冷却压缩机等)和随之造成的高二氧化碳捕集成本，成为富氧燃烧二氧化碳捕集技术推广的最大阻力因素。
富氧燃烧二氧化碳捕集成本减少可以通过富氧燃烧发电子系统，空气深冷分离制氧子系统，和液态氧气存储及气化子系统三部分的集成和优化运行获得。电网运行存在峰-谷负荷时段，从而产生了峰-谷电价。将富氧燃烧二氧化碳捕集系统中的制氧子系统负荷(产量)与电网运行的峰-谷时段相匹配，利用电网低负荷(低电价)时段制出更多的氧气并存储用于电网高负荷(高电价)时段，同时在电网高负荷时段停止或低负荷运行空气深冷分离制氧系统并输送更多的高价电能给电网，从而获得更多由于电价差带来的收益并降低系统二氧化碳捕集成本。
发明内容
针对目前制氧过程给富氧燃烧二氧化碳捕集系统所带来的高能耗问题，本发明提出一种适用于电网峰 -谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统和优化运行方法，根据电网不同时段的负荷(电价)情况，充分利用电网低负荷(低电价)时段所生产的电能制出更多的氧气用于电网高负荷(高电价)时段，同时输送更多的高价电能给电网获得更多由于电价差带来的收益从而降低二氧化碳捕集成本。
为了有效地解决上面的技术问题，本发明一种适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，包括发电子系统，空气分离制氧子系统，氧气存储子系统；所述发电子系统为由汽轮机、锅炉、增压泵以及乏汽冷凝器串联构成的蒸汽发电系统；所述空气分离制氧子系统包括主空气压缩机、吸附床、离心压缩机、透平膨胀机、多级中间冷却压缩机、主换热器、液态氧气分流阀、中压塔、高压塔、再沸器、冷凝器、低压塔、再冷却器；所述氧气存储子系统包括液态氧气储罐、蒸发器、缓冲罐；所述主空气压缩机出口与所述吸附床入口相连；所述吸附床出口分别连接所述离心压缩机入口和经过所述主换热器空气侧连接所述中压塔底部入口和所述透平膨胀机入口；所述离心压缩机出口分别连接所述多级中间冷却压缩机入口和经过所述主换热器空气侧连接所述高压塔底部入口；所述多级中间冷却压缩机出口经过所述主换热器空气侧连接所述中压塔和高压塔中部入口；所述透平膨胀机出口连接所述低压塔中部入口；所述中压塔和高压塔底部出口经所述再冷却器连接所述低压塔中部入口；所述高压塔顶部出口经所述再冷却器连接所述低压塔顶部入口；所述中压塔顶部出口连接所述冷凝器入口；所述冷凝器出口分别连接所述中压塔顶部入口和经所述再冷却器连接所述低压塔顶部入口；所述高压塔中部出口经所述再冷却器连接所述低压塔中部入口；所述低压塔顶部出口经再所述冷却器和主换热器出空气分离制氧子系统；所述低压塔底部出口经所述液态氧气分流阀分别连接所述液态氧气储罐和经所述主换热器连接系统三通阀。
本发明根据电网负荷峰-谷时段提供三种空气分离制氧系统运行方式(图二)：第一种是在电网低负荷 (低电价)时段(如夜间)，所述空气分离制氧系统(2)满负荷运行，部分液态氧气经所述液态氧气分流阀(14)、主换热器(13)和系统三通阀(24)输往所述发电子系统(1)氧气入口，剩余液态氧气经所述液态氧气分流阀(14)输往所述液态氧气储罐(21)底部入口并储存；第二种是在电网高负荷(高电价) 时段(如白天)，所述空气分离制氧系统(2)低负荷运行，液态氧气仅经所述液态氧气分流阀(14)、部分液态氧气经所述主换热器(13)、系统三通阀(24)输往所述发电子系统(1)氧气入口；部分开启所述液态氧气储罐(21)底部出口，液态氧气经所述蒸发器(22)气化并输入液态氧气储罐(21)顶部入口，经液态氧气储罐(21)顶部出口经系统三通阀(24)输往所述发电子系统(1)氧气入口；第三种是在电网高负荷(高电价)时段，所述空气分离制氧系统(2)停止运行；全部开启所述液态氧气储罐(21)底部出口，液态氧气经所述蒸发器(22)气化并输入液态氧气储罐(21)顶部入口，经液态氧气储罐(21) 顶部出口经系统三通阀(24)输往所述发电子系统(1)氧气入口；所述缓冲罐(23)用于调节气态氧气压力；
本发明中，深冷空气分离制氧系统和氧气存储系统供给发电系统氧气总流量可以保持恒定，仅动态调节空气分离制氧系统和氧气存储系统供给发电系统氧气的比例，实现发电系统连续生产发电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)空气分离制氧系统充分利用电网低负荷(低电价)时段生产更多的氧气并存储，以备电网运行负荷(高电价)时段使用，对电网负荷移峰填谷起到了一定的作用。
(2)使用电网低负荷时段的低价电生产氧气，并在电网高负荷时段输送更多高价电给电网，增加了富氧燃烧电厂的收益，进而降低了二氧化碳捕集成本。
附图说明
图1是本发明提供的适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统的结构示意图。
图2是本发明提供的适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统的运行示意图。
Claims (4)
1.一种适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，主要包括富氧燃烧发电子系统(1)、空气分离制氧子系统(2)、氧气存储子系统(3)；其特征在于：
所述富氧燃烧发电子系统(1)为由汽轮机(4)、锅炉(5)、增压泵(6)以及乏汽冷凝器(7)串联构成的蒸汽发电系统；
所述空气分离制氧子系统(2)包括主空气压缩机(8)、吸附床(9)、离心压缩机(10)、透平膨胀机(11)、多级中间冷却压缩机(12)、主换热器(13)、液态氧气分流阀(14)、中压塔(15)、高压塔(16)、再沸器(17)、冷凝器(18)、低压塔(19)、再冷却器(20)；
所述氧气存储子系统(3)包括液态氧气储罐(21)、蒸发器(22)、缓冲罐(23)；
所述主空气压缩机(8)出口与所述吸附床(9)入口相连；所述吸附床(9)出口分别连接所述离心压缩机(10)入口和经过所述主换热器(13)空气侧连接所述中压塔(15)底部入口和所述透平膨胀机(11)入口；所述离心压缩机(10)出口分别连接所述多级中间冷却压缩机(12)入口和经过所述主换热器(13)空气侧连接所述高压塔(16)底部入口；所述多级中间冷却压缩机(12)出口经过所述主换热器(13)空气侧连接所述中压塔(15)和高压塔(16)中部入口；所述透平膨胀机(11)出口连接所述低压塔(19)中部入口；所述中压塔(15)和高压塔(16)底部出口经所述再冷却器(20)连接所述低压塔(19)中部入口；所述高压塔(16)顶部出口经所述再冷却器(20)连接所述低压塔(19)顶部入口；所述中压塔(15)顶部出口连接所述冷凝器(18)入口；所述冷凝器(18)出口分别连接所述中压塔(15)顶部入口和经所述再冷却器(20)连接所述低压塔(19)顶部入口；所述高压塔(16)中部出口经所述再冷却器(20)连接所述低压塔(19)中部入口；所述低压塔(19)顶部出口经再所述冷却器(20)和主换热器(13)出空气分离制氧子系统(2)；所述低压塔(19)底部出口经所述液态氧气分流阀(14)分别连接所述液态氧气储罐(21)和经所述主换热器(13)连接系统三通阀(24)；
所述液态氧气储罐(21)底部出口经蒸发器(22)与液态氧气储罐(21)顶部入口连接；所述液态氧气储罐(21)顶部出口分别连接所述缓冲罐(23)和系统三通阀(24)。
2.根据权利要求1所述的适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述富氧燃烧发电子系统循环选择蒸汽循环、联合循环中的一种。
3.根据权利要求1所述的适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述空气分离制氧子系统是以深冷空气分离为基础的物理过程。
4.根据权利要求1所述的适用于电网峰-谷负荷运行的富氧燃烧二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述氧气存储子系统中储罐是塔式、球型、卧式液态氧气低温储罐中的一种或是几种的组合。
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