CN114082294A - 一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于二氧化碳捕集领域，具体涉及一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置及方法，包括第一换热器，第二换热器，吸收塔，解吸塔，第三换热器和第四换热器，烟气经第一换热器、第二换热器换热降温，控制了进入吸收塔的烟气温度，提高了二氧化碳吸收量；热网回水经过第三换热器、第四换热器和第一换热器换热升温，系统的热量利用效率较高，热网水最终可以达到100～130℃，本发明利用离子液体对二氧化碳的吸收量随温度增加而降低的特点，在低温时吸收二氧化碳，高温时释放二氧化碳，并对高温富二氧化碳离子液体的热量、烟气中热量进行了回收利用。

Description

一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置及方法
技术领域
本发明属于烟气回收领域，具体涉及一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置及方法。
背景技术
作为二氧化碳排放的重点行业，电力行业中各火力发电厂的烟气尾气中含有大量的二氧化碳，在目前的工艺流程中直接排向大气。随着全国碳排放权交易市场的建立，碳排放量全面与企业的经济利益直接相关，捕集二氧化碳的需求逐渐出现。
对热电联产机组而言，回收系统中的余热是在不扩大机组规模的情况下增加供热能力的最佳方式之一。目前电厂通常采用水喷淋的方法将烟气降至50～60℃后进行排放，未对其中的热量进行回收，造成了能量的浪费。
现有技术中对烟气余热的利用比较粗糙，且热网水温度较低，利用价值不足。
发明内容
本发明提供一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置及方法，以解决现有技术中烟气余热的利用比较粗糙、热网水温度较低的问题。
为解决现有技术中的问题，本发明提出如下方案：
一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，包括第一换热器、第二换热器、吸收塔、解吸塔、第三换热器和第四换热器；
第一换热器上设有第一换热器烟气换热通道入口、第一换热器烟气换热通道出口和第一换热器热水换热通道入口；第一换热器烟气换热通道入口连接第一换热器烟气换热通道出口；
第二换热器上设有第二换热器离子液体换热通道入口和第二换热器离子液体换热通道出口；第二换热器离子液体换热通道入口连接第二换热器离子液体换热通道出口；
第三换热器上设有第三换热器二氧化碳换热通道入口、第三换热器热水换热通道入口和第三换热器热水换热通道出口；第三换热器热水换热通道入口连接第三换热器热水换热通道出口；
第四换热器上设有第四换热器离子液体换热通道入口、第四换热器离子液体换热通道出口、第四换热器热水换热通道入口和第四换热器热水换热通道出口；第四换热器离子液体换热通道入口连接第四换热器离子液体换热通道出口，第四换热器热水换热通道入口连接第四换热器热水换热通道出口；
吸收塔上设有吸收塔烟气入口、吸收塔离子液体入口和吸收塔离子液体出口；
解吸塔上设有解吸塔离子液体入口、解吸塔离子液体出口和解吸塔二氧化碳出口；
第一换热器烟气换热通道入口连接烟气入口0；第一换热器烟气换热通道出口连接吸收塔烟气入口；
第二换热器离子液体换热通道入口连接吸收塔离子液体出口，第二换热器离子液体换热通道出口连接解吸塔离子液体入口；
第三换热器热水换热通道入口连接热网水输入管；第三换热器热水换热通道出口连接第四换热器热水换热通道入口，第四换热器热水换热通道出口连接第一换热器热水换热通道入口，第一换热器热水换热通道出口连接热网水输出管；
解吸塔离子液体出口连接第四换热器离子液体换热通道入口，第四换热器离子液体换热通道出口连接吸收塔离子液体入口；
解吸塔二氧化碳出口连接第三换热器二氧化碳换热通道入口。
优选的，第二换热器上还设有第二换热器烟气换热通道入口，第二换热器烟气换热通道出口，第二换热器烟气换热通道入口连接第二换热器烟气换热通道出口；
第一换热器烟气换热通道出口通过第二换热器烟气换热通道入口和第二换热器烟气换热通道出口连接吸收塔烟气入口；
第二换热器烟气换热通道入口连接第一换热器烟气换热通道出口，第二换热器烟气换热通道出口连接吸收塔烟气入口。
优选的，其特征在于，烟气入口0连接第二换热器烟气换热通道入口，第二换热器烟气换热通道出口连接第一换热器烟气换热通道出口与吸收塔烟气入口之间的管道。
优选的，第一换热器上设有第一换热器热水换热通道出口，第一换热器热水换热通道出口连接第一换热器热水换热通道入口，第一换热器热水换热通道出口连接热网。
优选的，吸收塔上设有吸收塔烟气出口。
优选的，吸收塔烟气出口设于吸收塔顶部，连接烟囱。
优选的，吸收塔离子液体出口设于吸收塔底部，解吸塔离子液体出口设于解吸塔底部；解吸塔二氧化碳出口设于解吸塔顶部。
优选的，第三换热器上设有第三换热器二氧化碳换热通道出口；第三换热器二氧化碳换热通道出口通二氧化碳储罐。
优选的，热网水经第一换热器换热升温后温度大于100摄氏度小于130摄氏度。
一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用方法，包括如下步骤：
烟气进入第一换热器和第二换热器，第一换热器中的烟气与来自第四换热器的热网水换热，烟气降温；第二换热器中的烟气与来自吸收塔的富二氧化碳的离子液体换热，烟气降温；
降温后烟气进入吸收塔，烟气在吸收塔中接触离子液体，离子液体吸收烟气中的二氧化碳，富二氧化碳离子液体经吸收塔离子液体出口进入第二换热器，贫二氧化碳的烟气经吸收塔烟气出口排出，进入烟囱；
富二氧化碳的离子液体在第二换热器中与来自第一换热器的烟气发生换热并降温，后进入解吸塔，在解吸塔中富二氧化碳的离子液体发生解吸，解析出的二氧化碳进入第三换热器，贫二氧化碳的离子液体进入第四换热器；
热网水进入第三换热器，与来自解吸塔的二氧化碳进行换热，热网水升温，二氧化碳降温，二氧化碳经由第三换热器二氧化碳换热通道出口排出，进入二氧化碳储罐；
第三换热器中的热网水升温后进入第四换热器，并与来自解吸塔的贫二氧化碳的离子液体发生换热，热网水升温，贫二氧化碳的离子液体降温，贫二氧化碳的离子液体进入吸收塔；
第四换热器中的热网水升温后进入第一换热器，与第一换热器中的烟气发生换热，热网水升温；
第一换热器中的热网水升温后经第一换热器热水换热通道出口排出，并进入热网。
本发明的有益之处在于：
利用离子液体在低温时吸收二氧化碳，高温时释放二氧化碳的特点，对高温富二氧化碳离子液体的热量、烟气中热量进行了回收利用，同时，烟气先后经第一换热器、第四换热器换热降温，控制了进入吸收塔的烟气温度，提高了二氧化碳吸收量；热网回水先后经过第三换热器、第二换热器和第一换热器换热升温，提高了热量利用效率，增加了供热收入，提高了电厂的经济效益。
通过热网回水作为冷源，减少了常规循环冷却水的用量和消耗，达到了一定的节水效果。
能够提供温度最高达130℃的热网水，热网水价值提高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置示意图。
图2为一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置另一连接方式示意图。
图中，1为第一换热器，10为烟气入口，11为第一换热器烟气换热通道入口，12为第一换热器烟气换热通道出口，13为第一换热器热水换热通道入口，14为第一换热器热水换热通道出口；
2为第二换热器，21为第二换热器烟气入口，22为第二换热器烟气出口，23为第二换热器离子液体入口，24为第二换热器离子液体出口；
3为吸收塔，31为吸收塔烟气入口，32为吸收塔烟气出口，33为吸收塔离子液体入口，34为吸收塔离子液体出口；
4为解吸塔，41为解吸塔离子液体入口，42为解吸塔离子液体出口，43为解吸塔二氧化碳出口；
5为第三换热器，51为第三换热器二氧化碳换热通道入口，52为第三换热器二氧化碳换热通道出口，53为第三换热器热水换热通道入口，54为第三换热器热水换热通道出口；
6为第四换热器，61为第四换热器离子液体换热通道入口，62为第四换热器离子液体换热通道出口，63为第四换热器热水换热通道入口，64为第四换热器热水换热通道出口。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1：
请参阅图1和图2所示，本发明提供一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，包括烟气入口10、第一换热器1、第二换热器2、吸收塔3、解吸塔4、第三换热器5和第四换热器6；
其中第一换热器1上设有第一换热器烟气换热通道入口11、第一换热器烟气换热通道出口12、第一换热器热水换热通道入口13和第一换热器热水换热通道出口14；第一换热器烟气换热通道入口11连通第一换热器烟气换热通道出口12，第一换热器热水换热通道入口13连通第一换热器热水换热通道出口14；
第二换热器2上设有第二换热器烟气换热通道入口21、第二换热器烟气换热通道出口22、第二换热器离子液体换热通道入口23和第二换热器离子液体换热通道出口24；第二换热器烟气换热通道入口21连通第二换热器烟气换热通道出口22，第二换热器离子液体换热通道入口23连通第二换热器离子液体换热通道出口24
吸收塔3上设有吸收塔烟气入口31、吸收塔烟气出口32、吸收塔离子液体入口33和吸收塔离子液体出口34；吸收塔烟气出口32连接烟囱；
解吸塔4上设有解吸塔离子液体入口41、解吸塔离子液体出口42和解吸塔二氧化碳出口43；
第三换热器5上设有第三换热器二氧化碳换热通道入口51、第三换热器二氧化碳换热通道出口52、第三换热器热水换热通道入口53和第三换热器热水换热通道出口54；第三换热器二氧化碳换热通道入口51连通第三换热器二氧化碳换热通道出口52，第三换热器热水换热通道入口53连通第三换热器热水换热通道出口54；第三换热器二氧化碳换热通道出口52连接二氧化碳储罐。
第四换热器6上设有第四换热器离子液体换热通道入口61、第四换热器离子液体换热通道出口62、第四换热器热水换热通道入口63和第四换热器热水换热通道出口64。第四换热器离子液体换热通道入口61连通第四换热器离子液体换热通道出口62，第四换热器热水换热通道入口63连通第四换热器热水换热通道出口64。
请参阅图1所示，一种实施方案中，第一换热器烟气换热通道出口12连接第二换热器烟气换热通道入口21，第二换热器烟气换热通道出口22连接吸收塔烟气入口31；吸收塔离子液体出口34连接第二换热器离子液体换热通道入口23，第二换热器离子液体换热通道出口24连接解吸塔离子液体入口41，解吸塔离子液体出口42连接第四换热器离子液体换热通道入口61，解吸塔二氧化碳出口43连接第三换热器二氧化碳换热通道入口51，第三换热器热水换热通道出口54连接第四换热器热水换热通道入口63，第四换热器离子液体换热通道出口62连接吸收塔离子液体入口33，第四换热器热水换热通道出口64连接第一换热器热水换热通道入口13。
请参阅图2所示，另一种实施方案中，第一换热器烟气换热通道出口12塔烟气入口31；烟气入口10连接第二换热器烟气换热通道入口21，第二换热器烟气换热通道出口22连接吸收塔烟气入口31。
实施例2：
一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用方法，具体流程为：
如图1所示，烟气通过烟气入口10进入第一换热器1上的第一换热器烟气换热通道入口11，换热降温，经第一换热器烟气换热通道出口12流至第二换热器2上的第二换热器烟气换热通道入口21，再次降温后通过第二换热器2上的第二换热器烟气换热通道出口22流至吸收塔3，烟气的二氧化碳被吸收塔3内的离子液体吸收，失去二氧化碳的烟气经吸收塔二烟气出口32排出，进入烟囱。
富二氧化碳的离子液体经吸收塔离子液体出口34和第二换热器离子液体换热通道入口23流至第二换热器2，富二氧化碳的离子液体在第二换热器2中升温，并经由第二换热器离子液体换热通道出口24和解吸塔离子液体入口41流至解吸塔4。
升温后的富二氧化碳的离子液体在解吸塔4中发生解吸，解吸出的二氧化碳经由解吸塔二氧化碳出口43和第三换热器二氧化碳换热通道入口51流至5，热网水经第三换热器热水换热通道入口53流至第三换热器5，热网水与二氧化碳在第三换热器5中换热，热网水升温，二氧化碳降温，降温后的二氧化碳经第三换热器二氧化碳换热通道出口52送至二氧化碳储罐，升温后的热网水经第三换热器热水换热通道出口54和第四换热器热水换热通道入口63送至第四换热器6。
解吸塔4中解吸出的贫二氧化碳的离子液体经解吸塔离子液体出口42和第四换热器离子液体换热通道入口61送至第四换热器6，贫二氧化碳的离子液体与热网水在第四换热器6中换热，贫二氧化碳的离子液体降温后经第四换热器离子液体换热通道出口62和吸收塔离子液体入口33送至吸收塔4，热网水在升温后经第四换热器热水换热通道出口64和第一换热器热水换热通道入口13送至第一换热器1，在第一换热器1热网水与烟气换热，升温后的热网水经第一换热器热水换热通道出口14回到热网中。
热网水在第二换热器中升温到100～130℃。
实施例3：
如图2，一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用方法，其步骤包括：
烟气经烟气入口10和第一换热器烟气入口11进入第一换热器1，经10和第二换热器烟气入口31进入第二换热器3，一部分烟气在第一换热器1中与热网水换热降温后经第一换热器热网水出口12和吸收塔烟气入口31进入吸收塔3；
另一部分进入第二换热器2的烟气，烟气中的热量被第二换热器2储存起来，降温后的烟气第二换热器烟气出口22和吸收塔烟气入口31进入吸收塔2；
烟气在吸收塔3中接触离子液体，离子液体吸收烟气中的二氧化碳，二氧化碳被吸收的烟气经吸收塔烟气出口32排出，进入烟囱；
富二氧化碳的离子液体经吸收塔离子液体出口34和第二换热器离子液体入口23进入第二换热器2，在第二换热器2中吸收热量，升温后经第二换热器离子液体出口24和解吸塔离子液体入口41进入解吸塔4，在解吸塔4中发生解吸，解吸出的二氧化碳经解吸塔二氧化碳出口43和第三换热器二氧化碳入口51进入第三换热器5，贫二氧化碳的离子液体经解吸塔离子液体出口42和第四换热器离子液体入口63进入第四换热器6；
热网水经53第三换热器热网水入口53进入第三换热器5，与二氧化碳换热，热网水升温，二氧化碳降温，降温后的二氧化碳经第三换热器二氧化碳出口52排出，进入二氧化碳储罐，升温后的热网水经第三换热器热网水出口54和第四换热器热网水入口61进入第四换热器6，第四换热器6中贫二氧化碳的离子液体与热网水换热，离子液体降温后经第四换热器离子液体出口64和吸收塔离子液体入口33进入吸收塔3，热网水在第四换热器6中升温后经第四换热器热网水出口62和第一换热器热网水入口13进入第一换热器1，在第一换热器1中与烟气换热，烟气降温，热网水升温；
热网水在第一换热器1中升温后，温度大于100摄氏度，小于130摄氏度，热网水经第一换热器热网水出口13排出，进入热网。
本发明利用离子液体对二氧化碳的吸收量随温度增加而降低的特点，在低温时吸收二氧化碳，高温时释放二氧化碳，并对高温富二氧化碳离子液体的热量、烟气中热量进行了回收利用。同时，烟气先后经第一换热器1、第四换热器6换热降温，控制了进入吸收塔3的烟气温度，提高了二氧化碳吸收量；热网回水先后经过第三换热器5、第二换热器2和第一换热器1换热升温，系统的热量利用效率较高，热网水最终可以达到100～130℃，该温度下的热网水价值较高。
通过热网回水作为冷源，减少了循环冷却水的用量和消耗，达到了一定的节水效果。通过烟气的梯级降温和热网回水的梯级升温，降低了进入吸收塔3的烟气温度，提高了二氧化碳吸收量；同时实现了烟气余热的梯级利用，图2中的方法结合了换热器的储热功能，提高了热量利用效率，供热效益提高。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，包括第一换热器(1)、第二换热器(2)、吸收塔(3)、解吸塔(4)、第三换热器(5)和第四换热器(6)；
第一换热器(1)上设有第一换热器烟气换热通道入口(11)、第一换热器烟气换热通道出口(12)、第一换热器热水换热通道入口(13)；第一换热器烟气换热通道入口(11)连通第一换热器烟气换热通道出口(12)；
第二换热器(2)上设有第二换热器离子液体换热通道入口(23)和第二换热器离子液体换热通道出口(24)；第二换热器离子液体换热通道入口(23)连通第二换热器离子液体换热通道出口(24)；
第三换热器(5)上设有第三换热器二氧化碳换热通道入口(51)、第三换热器热水换热通道入口(53)和第三换热器热水换热通道出口(54)；第三换热器热水换热通道入口(53)连通第三换热器热水换热通道出口(54)；
第四换热器(6)上设有第四换热器离子液体换热通道入口(61)、第四换热器离子液体换热通道出口(62)、第四换热器热水换热通道入口(63)和第四换热器热水换热通道出口(64)；第四换热器离子液体换热通道入口(61)连通第四换热器离子液体换热通道出口(62)，第四换热器热水换热通道入口(63)连通第四换热器热水换热通道出口(64)；
吸收塔(3)上设有吸收塔烟气入口(31)、吸收塔离子液体入口(33)和吸收塔离子液体出口(34)；
解吸塔(4)上设有解吸塔离子液体入口(41)、解吸塔离子液体出口(42)和解吸塔二氧化碳出口(43)；
第一换热器烟气换热通道入口(11)连接烟气入口(10)；第一换热器烟气换热通道出口(12)连通吸收塔烟气入口(31)；
第二换热器离子液体换热通道入口(23)连接吸收塔离子液体出口(34)，第二换热器离子液体换热通道出口(24)连接解吸塔离子液体入口(41)；
第三换热器热水换热通道入口(53)连接热网水输入管；第三换热器热水换热通道出口(54)连接第四换热器热水换热通道入口(63)，第四换热器热水换热通道出口(64)连接第一换热器热水换热通道入口(13)；
解吸塔离子液体出口(42)连接第四换热器离子液体换热通道入口(61)，第四换热器离子液体换热通道出口(62)连接吸收塔离子液体入口(33)；
解吸塔二氧化碳出口(43)连接第三换热器二氧化碳换热通道入口(51)。
2.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，第二换热器(2)上还设有第二换热器烟气换热通道入口(21)和第二换热器烟气换热通道出口(22)，第二换热器烟气换热通道入口(21)连通第二换热器烟气换热通道出口(22)；
第一换热器烟气换热通道出口(12)通过第二换热器烟气换热通道入口(21)和第二换热器烟气换热通道出口(22)连通吸收塔烟气入口(31)。
3.如权利要求2所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，第二换热器(2)上还设有第二换热器烟气换热通道入口(21)和第二换热器烟气换热通道出口(22)，第二换热器烟气换热通道入口(21)连通第二换热器烟气换热通道出口(22)；
烟气入口(10)还连接第二换热器烟气换热通道入口(21)，第二换热器烟气换热通道出口(22)连接吸收塔烟气入口(31)。
4.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，第一换热器(1)上设有第一换热器热水换热通道出口(14)，第一换热器热水换热通道出口(14)连通第一换热器热水换热通道入口(13)，第一换热器热水换热通道出口(14)连接热网。
5.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，吸收塔(3)上设有吸收塔烟气出口(32)。
6.如权利要求5所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，吸收塔烟气出口(32)设于吸收塔(3)顶部，连接烟囱。
7.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，吸收塔离子液体出口(34)设于吸收塔(3)底部；解吸塔离子液体出口(42)设于解吸塔(4)底部；解吸塔二氧化碳出口(43)设于解吸塔(4)顶部。
8.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，第三换热器(5)上设有连通第三换热器二氧化碳换热通道入口(51)的第三换热器二氧化碳换热通道出口(52)；第三换热器二氧化碳换热通道出口(52)连接二氧化碳储罐。
9.如权利要求1所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，其特征在于，热网水经第一换热器(1)换热升温后温度大于100摄氏度小于130摄氏度。
10.一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用方法，基于权利要求1-9中任一项所述的一种带二氧化碳捕集的烟气余热梯级利用装置，包括如下步骤：
烟气进入第一换热器(1)和第二换热器(2)，第一换热器(1)中的烟气与来自第四换热器(6)的热网水换热，烟气降温；第二换热器(2)中的烟气与来自吸收塔(3)的富二氧化碳的离子液体换热，烟气降温；
降温后烟气进入吸收塔(3)，烟气在吸收塔(3)中接触离子液体，离子液体吸收烟气中的二氧化碳，富二氧化碳离子液体经吸收塔离子液体出口(34)进入第二换热器(2)，贫二氧化碳的烟气经吸收塔烟气出口(32)排出，进入烟囱；
富二氧化碳的离子液体在第二换热器(2)中与来自第一换热器(1)的烟气发生换热并降温，后进入解吸塔(4)，在解吸塔中富二氧化碳的离子液体发生解吸，解析出的二氧化碳进入第三换热器(5)，贫二氧化碳的离子液体进入第四换热器(6)；
热网水进入第三换热器(5)，与来自解吸塔(4)的二氧化碳进行换热，热网水升温，二氧化碳降温，二氧化碳经由第三换热器二氧化碳换热通道出口(52)排出，进入二氧化碳储罐；
第三换热器(5)中的热网水升温后进入第四换热器(6)，并与来自解吸塔(4)的贫二氧化碳的离子液体发生换热，热网水升温，贫二氧化碳的离子液体降温，贫二氧化碳的离子液体进入吸收塔(3)；
第四换热器(6)中的热网水升温后进入第一换热器，与第一换热器中的烟气发生换热，热网水升温；
第一换热器中的热网水升温后经第一换热器热水换热通道出口(14)排出，并进入热网。
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