CN115069066A - 利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统及方法 - Google Patents

利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统及方法,涉及燃烧后碳捕集领域。系统包括循环流化床、旋流分离器、第一换热器、鼓泡流化床、第二换热器、压缩机和第三换热器,本系统利用电厂低压涡轮蒸汽作为热源对鼓泡流化床中吸附有二氧化碳的吸附剂进行脱附再生,采用固体吸附的循环流化床吸附烟气中的二氧化碳,多处回收利用系统余热。本发明的吸附剂采用吸附的方式捕集烟气中的二氧化碳,所需再生温度低,采用部分电厂低压涡轮蒸汽即可实现解吸,流化床设计增加吸附床传热传质,系统多处回收利用余热,提高了整体能源利用效率,二氧化碳捕集率高,提高电厂节能减排的能力。

Description

利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统及方法
技术领域
本发明涉及燃烧后碳捕集领域,具体涉及化石燃料发电站低压涡轮蒸汽与吸附流化床耦合的碳捕集系统和方法。
背景技术
化石能源是全世界一次能源的主要形式,虽然能源结构在不断转型,对煤炭的消耗量减少,石油天然气的比重不断增加,但是化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳,造成全球气候变化,继而引发一系列的自然灾害。生产电力是能源消耗的一个重要组成部分,在我国66%的电力来自化石燃料的燃烧,电力生产部门也是主要的碳排放点源。为了早日达到“碳达峰”、“碳中和”的目标,碳捕集是减少碳排放的有效手段,综合经济成本和能源消耗等多种因素,燃烧后捕集是普遍应用的碳捕集形式。
目前在电力生产部门中主要采用胺盐溶液吸收的碳捕集方式。这种方式易于借鉴脱硫脱硝的工业经验,然而溶液再生的过程中由于存在蒸发潜热所需再生热量大,溶液具有腐蚀设备的风险,烟气中氧气浓度过高还会使吸收液氧化降解。碳捕集过程中所需消耗的再生热量同样也会产生不可忽略的碳排放。采用固体吸附剂吸附的方式具有低能耗、低成本的优势,所需再生温度更低,捕集效率显著提升,且不存在腐蚀设备的风险,捕集介质的理化性质也更稳定,因此可以采用吸附替代溶液吸收进行碳捕集。
传统的吸附模式多采用两个固定吸附床交替吸附和脱附,这种传统固体堆积的吸附方式虽然节省能耗但不利于传热传质,而流化床设计有利于增大气固接触效率,使反应床温度均匀,增加传热传质速率。公开号为CN113856411A的中国发明专利申请了一种球形固态胺多级薄层鼓泡床二氧化碳捕集及解吸系统和方法,烟气依次穿过多级鼓泡床,系统具有较高的二氧化碳捕集效率,但其需要设置额外的加热冷却装置,没有进行余热回收利用。
为了在尽可能不影响发电效率的前提下提高碳捕集效率,可以利用电厂的低品位热能替代额外的电加热方式以减少总能耗。公开号为CN106582201A的发明专利提出了利用烟气及多级压缩余热的二氧化碳捕集压缩系统,此发明通过多级压缩、中间冷却技术降低了二氧化碳压缩能耗,同时充分利用中间冷却的低品位热能,并通过烟气余热进行二次加热,有效利用了燃煤电厂的低品位热能,满足低能耗捕集电厂锅炉烟气二氧化碳的需求,但是采用传统的固定床运行模式,碳捕集效率低。
综上,目前已有关于将电厂低品位热能利用和吸附流化床分别应用于碳捕集的发明,但还未有将二者结合应用于碳捕集的系统设计,以及缺乏碳捕集过程中对余热的回收利用。
发明内容
鉴于现有发明的不足,本发明提出了一种利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统及方法。本发明抽取电厂低压涡轮蒸汽进行脱附的变温吸附流化床设计,基于现有电厂进行改造,将碳捕集设备设置在电厂烟气出口,与低压涡轮蒸汽耦合减少了额外电力的消耗,流化床设计强化了吸附和脱附过程的传热传质,系统多处进行余热回收,本发明在尽可能提高碳捕集效率的前提下减少了能源消耗。
本发明所采用的具体技术方案如下:
第一方面,本发明提供了一种利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,包括循环流化床、旋流分离器、第一换热器、鼓泡流化床、第二换热器、压缩机和第三换热器;
所述循环流化床底部设有用于与电厂烟道连通的烟气进口,内部用于填充能吸附烟气中二氧化碳的吸附剂,内部设有用于冷却烟气的冷却水管路,冷却水管路的出口与电厂中锅炉给水管路连通;循环流化床顶部开设烟气出口,烟气出口通过管路与旋流分离器连通;所述旋流分离器的顶部与外界连通,底部通过设有第一换热器的管路与鼓泡流化床的顶部进气口连接,使吸附有二氧化碳的吸附剂经第一换热器预热后能进入鼓泡流化床中进行脱附;所述鼓泡流化床内设有用于加热的蒸汽换热盘管,底部开设吹扫气入口和返料口,顶部开设出气口;所述蒸汽换热盘管的进口端通过管路与电厂中低压涡轮的蒸汽入口连通,使部分蒸汽能用于鼓泡流化床的加热过程;蒸汽换热盘管的出口端通过设有第三换热器的管路与电厂中锅炉给水管路连通;所述吹扫气入口通过管路与电厂中低压涡轮的蒸汽入口连通;所述返料口通过设有第二换热器的管路与循环流化床连通,用于将预冷后的吸附剂通入循环流化床中;所述出气口通过管路与第一换热器连通,用于将脱附的二氧化碳送入第一换热器;第一换热器上开设气体出口,与该气体出口相连的第一管路与所述吹扫气入口连通,与该气体出口相连的第二管路通过压缩机后与第三换热器连通;所述第一换热器的第一换热水管路与第二换热器的第二换热水管路连通并构成循环回路。
作为优选,所述循环流化床和鼓泡流化床之间设有第二换热器的管路具有倾斜度,使从鼓泡流化床返料口流出的物料能在重力作用下依次进入第二换热器和循环流化床。
作为优选,所述第一换热水管路的进口与第二换热水管路的出口连通,第一换热水管路的出口与第二换热水管路的进口连通,进而构成循环回路。
作为优选,所述吸附剂为氧化铝、沸石、活性炭、金属有机框架、负载型胺基吸附剂或碱金属基吸附剂中的一种或多种。
作为优选,所述电厂包括锅炉本体、汽包、过热器、再热器、省煤器、除尘器、引风机、除气器、冷凝器、高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮;
所述锅炉本体的烟道中沿烟气流动方向依次设有过热器、再热器、省煤器、除尘器和引风机,引风机的出口通过管路与循环流化床的烟气进口连通;锅炉给水管路通过除气器后与省煤器的进口连通,省煤器的出口通过管路与设于锅炉本体顶部的汽包连通,汽包的出口通过管路依次与过热器、高压涡轮、再热器和中压涡轮连通;中压涡轮的出口通过第一蒸汽管与低压涡轮的进口连通,低压涡轮的出口通过设有冷凝器的管路与锅炉给水管路连通;中压涡轮的出口通过第二蒸汽管分别与鼓泡流化床的吹扫气入口和蒸汽换热盘管的进口端连通。
进一步的,所述高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮分别与电力系统连通,用于发电。
作为优选,所述电厂为火力发电厂。
第二方面,本发明提供了一种利用第一方面任一所述吸附流化床碳捕集系统的资源利用和碳捕集方法,其特征在于,具体如下:
电厂中锅炉本体产生的烟气从烟气进口进入循环流化床,循环流化床内填充的吸附剂吸附烟气中的二氧化碳,同时,产生的部分吸附热被冷却水管路中的冷却水吸收;吸附二氧化碳后的吸附剂与其他杂质气体一起进入旋流分离器,通过旋流分离器实现气固分离,分离后的气体从旋流分离器的上方排出,吸附有二氧化碳的吸附剂经第一换热器预热后进入鼓泡流化床;进入鼓泡流化床中的吸附剂吸收来自电厂中低压涡轮蒸汽的显热和潜热并进行解吸,解吸产生的二氧化碳气体通过底部吹扫气入口通入的吹扫气从下往上吹出并进入第一换热器中作为热源换热;换热后的二氧化碳一部分作为吹扫气重新进入鼓泡流化床,另一部分进入压缩机;经压缩机压缩升温后的二氧化碳通入第三换热器作为热源换热,换热后作为产品气排出收集;在鼓泡流化床中解吸后的吸附剂在自身重力作用下经第二换热器预冷后返回至循环流化床中,重新开始循环利用;循环流化床和第三换热器产生的冷却水均通入电厂的锅炉给水管路。
作为优选,所述循环流化床的吸附温度为15-25℃,气固接触时间为13s,最小流化速度为0.027m/s。
作为优选,所述鼓泡流化床的解吸温度为150-170℃,气固接触时间为60s,最小流化速度为0.026m/s。
本发明相对于现有技术而言,具有以下有益效果:
1)采用固体吸附碳捕集技术,固体吸附剂较传统的溶液吸收降低了再生温度和再生能耗,只需要利用低压涡轮蒸汽即可达到解吸温度,碳捕集效率显著提升,且不会对设备造成腐蚀;
2)采用流化床设计,相比于传统的固定床有利于增大气固接触效率,使反应床温度均匀,增加传热传质速率;
3)采用余热回收的方法,提高系统能量利用效率,在尽量提高碳捕集效率的前提下降低能耗和能量损失。
附图说明
图1为本发明吸附流化床碳捕集系统的结构示意图。
图2为本发明吸附流化床碳捕集系统的流程示意图。
图中附图标记为:
1-锅炉本体 2-汽包 3-过热器
4-再热器 5-省煤器 6-除尘器
7-引风机 8-除气器 9-冷凝器
10-高压涡轮 11-中压涡轮 12-低压涡轮
13-电力系统 14-循环流化床 15-旋流分离器
16-第一换热器 17-鼓泡流化床 18-第二换热器
19-压缩机 20-第三换热器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
如图1和2所示,本发明提供了一种利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,该吸附流化床碳捕集系统是一种利用电厂低压涡轮蒸汽低品位能对碳捕集系统提供再生热的系统,碳捕集系统采用吸附流化床设计,增大吸附床传热传质,回收利用系统余热,符合碳捕集与低能耗的双重需求。本发明的吸附流化床碳捕集系统主要包括循环流化床14、旋流分离器15、第一换热器16、鼓泡流化床17、第二换热器18、压缩机19和第三换热器20。
循环流化床14底部设有用于与电厂烟道连通的烟气进口,内部用于填充能吸附烟气中二氧化碳的吸附剂,能通过变温吸附的方式分离出烟气中的二氧化碳。在实际应用时,吸附剂应当为固体颗粒形式,可以是物理吸附剂如氧化铝、沸石、活性炭、金属有机框架,也可以是化学吸附剂如负载型胺基吸附剂、碱金属基吸附剂中的一种或多种。循环流化床14的内部设有用于冷却烟气的冷却水管路,冷却水管路中冷却水的流通方向优选与烟气的流动方向相反,以保证更好的热交换效果。冷却水管路的出口与电厂中锅炉给水管路连通,可以将换热后的冷却水作为锅炉给水重新利用。为了保证更好的冷却效果,冷却水管路应当设置为盘管形式。循环流化床14顶部开设烟气出口,用于将吸附有二氧化碳的吸附剂以及其他杂质气体蒸汽等一同排出,烟气出口通过管路与旋流分离器15连通。
旋流分离器15的顶部与外界连通,底部通过设有第一换热器16的管路与鼓泡流化床17的顶部进气口连接。在实际应用时,吸附有二氧化碳的吸附剂可以经第一换热器16预热后能进入鼓泡流化床17中进行脱附,其余的杂质气体会直接从旋流分离器15的顶部排出。
鼓泡流化床17内设有用于加热的蒸汽换热盘管,底部开设吹扫气入口和返料口,顶部开设出气口。蒸汽换热盘管的进口端通过管路与电厂中低压涡轮12 的蒸汽入口连通,使部分本应进入低压涡轮12工作的蒸汽能作为热源用于鼓泡流化床17的加热过程。蒸汽换热盘管的出口端通过设有第三换热器20的管路与电厂中锅炉给水管路连通,从而能将部分冷凝水作为锅炉给水重新利用。吹扫气入口通过管路与电厂中低压涡轮12的蒸汽入口连通,利用部分应进入低压涡轮 12工作的蒸汽作为吹扫气的热源。返料口通过设有第二换热器18的管路与循环流化床14连通,在实际应用时,能将脱附二氧化碳后的吸附剂进行预冷后通入循环流化床14中,实现吸附剂的重复利用。出气口通过管路与第一换热器16 连通,用于将脱附的二氧化碳送入第一换热器16,从而将脱附分离出的二氧化碳进一步压缩,便于后续运输、储存。同时,由于鼓泡流化床17中脱附的二氧化碳温度较高,可以作为热源在第一换热器16中对从旋流分离器15中进入的吸附剂进行热交换,进一步实现热源利用。
第一换热器16上开设气体出口,该气体出口外接两路管路:与该气体出口相连的第一管路与吹扫气入口连通,用于将部分二氧化碳作为吹扫气与从电厂中低压涡轮12来的部分蒸汽一同重新通入鼓泡流化床17内;与该气体出口相连的第二管路通过压缩机19后与第三换热器20连通,由于二氧化碳气体通过压缩机 19压缩后能够升温,从而能够作为热源进入第三换热器20中进行换热,经第三换热器20换热后的二氧化碳作为产品气排出并进行收集。第一换热器16的第一换热水管路与第二换热器18的第二换热水管路连通并构成循环回路,即第一换热水管路的进口与第二换热水管路的出口连通,第一换热水管路的出口与第二换热水管路的进口连通,进而构成循环回路。
在实际应用时,循环流化床14和鼓泡流化床17之间设有第二换热器18的管路优选具有一定的倾斜度,使从鼓泡流化床17返料口流出的物料能在重力作用下依次进入第二换热器18和循环流化床14,从而无需外加动力装置,节省能源消耗。
本发明的电厂指的是火力发电厂,下面结合本发明的碳捕集系统,对火力发电厂中的设备进行简要说明,具体如下:
电厂包括锅炉本体1、汽包2、过热器3、再热器4、省煤器5、除尘器6、引风机7、除气器8、冷凝器9、高压涡轮10、中压涡轮11和低压涡轮12。锅炉本体1的烟道中沿烟气流动方向依次设有过热器3、再热器4、省煤器5、除尘器6和引风机7,引风机7的出口通过管路与循环流化床14的烟气进口连通。锅炉给水管路通过除气器8后与省煤器5的进口连通,省煤器5的出口通过管路与设于锅炉本体1顶部的汽包2连通,汽包2的出口通过管路依次与过热器3、高压涡轮10、再热器4和中压涡轮11连通。中压涡轮11的出口外接两路管路:中压涡轮11的出口通过第一蒸汽管与低压涡轮12的进口连通,用于为低压涡轮 12的运行提供蒸汽,中压涡轮11的出口通过设有冷凝器9的管路与锅炉给水管路连通;中压涡轮11的出口通过第二蒸汽管分别与鼓泡流化床17的吹扫气入口和蒸汽换热盘管的进口端连通。高压涡轮10、中压涡轮11和低压涡轮12分别与电力系统13连通,用于发电。
在实际应用时,锅炉本体与汽包2通过管壁进行热交换,汽包2依次通过过热器3、高压涡轮10、再热器4、中压涡轮11和低压涡轮12,高压涡轮10、中压涡轮11和低压涡轮12分别与电力系统13连通,用于加热给水产生过热蒸汽,过热蒸汽通过主蒸汽管道进入汽轮机,进而带动发电机发电,同时锅炉本体生成含有二氧化碳的烟气,通过烟道排放并进入循环流化床14中进行碳捕集过程。
具体的,来自低压涡轮12的蒸汽需要先经过冷凝器9冷凝后再汇入给水,经过除气器8排除给水中气泡,然后在省煤器5中通过烟气进行预热,之后进入汽包2,再进入锅炉内水冷壁蒸发汽化。通过汽包2完成汽水分离,汽包2顶部饱和蒸汽管通至再热器3变成额定参数的过热蒸汽,过热蒸汽进入高压涡轮12 推动做功,高压涡轮12排出温度降低的蒸汽进入再热器4重新吸热,经再热后的蒸汽进入中压涡轮11推动做功,由中压涡轮11排出的蒸汽进入低压涡轮12 做功,低压涡轮12排出的汽水混合物进入冷凝器9冷凝后汇入锅炉给水。电力系统13是由高压涡轮10、中压涡轮11和低压涡轮12做功,然后经由发电装置将机械能转化为电能,然后经升压后输送至电网。
利用上述吸附流化床碳捕集系统的资源利用和碳捕集方法,具体如下:
电厂中锅炉本体1产生的烟气从烟气进口进入循环流化床14,循环流化床 14内填充的吸附剂吸附烟气中的二氧化碳,同时,产生的部分吸附热被冷却水管路中的冷却水吸收。吸附二氧化碳后的吸附剂与其他杂质气体一起进入旋流分离器15,通过旋流分离器15实现气固分离,分离后的气体从旋流分离器15的上方排出,吸附有二氧化碳的吸附剂经第一换热器16预热后进入鼓泡流化床17。进入鼓泡流化床17中的吸附剂吸收来自电厂中低压涡轮12蒸汽的显热和潜热并进行解吸,解吸产生的二氧化碳气体通过底部吹扫气入口通入的吹扫气从下往上吹出并进入第一换热器16中作为热源换热。换热后的二氧化碳一部分作为吹扫气重新进入鼓泡流化床17,另一部分进入压缩机19。经压缩机19压缩升温后的二氧化碳通入第三换热器20作为热源换热,换热后作为产品气排出收集。在鼓泡流化床17中解吸后的吸附剂在自身重力作用下经第二换热器18预冷后返回至循环流化床14中,以便开始新一轮的循环。循环流化床14和第三换热器20产生的冷却水均通入电厂的锅炉给水管路。
在该过程中,该系统还充分实现了余热和水资源的回收,具体如下:
循环流化床中的吸附剂吸附所产生的热量被冷却水吸收,冷却水出口汇入锅炉给水,回收利用吸附热。第一换热器16与第二换热器18之间设置循环水,用于回收经加热脱附之后吸附剂的余热,将此应用于预热即将进入鼓泡流化床的吸附剂,预冷即将进入循环流化床的吸附剂。鼓泡流化床17的吹扫气经吹扫冷凝后在第一换热器16处释放热量,对吸附剂进行预热。用于加热鼓泡流化床17 的蒸汽管道出口段与经压缩后的高温气体在第三换热器20处进行热交换,再汇入锅炉给水,回收利用蒸汽冷凝后的余热与气体压缩后的热量。鼓泡流化床17 的吹扫气经吹扫冷凝后,在第一换热器16处释放能量,也用于对入口段吸附剂进行预热,减少所需再生热。
由此可见,鼓泡流化床利用部分通往低压涡轮的蒸汽对吸附剂进行脱附再生,蒸汽通过换热盘管换热,作为第一解吸热源。鼓泡流化床利用部分通往低压涡轮的蒸汽和部分未经压缩的产品气混合作为吹扫气,吹扫气作为第二解吸热源。
本发明的吸附流化床碳捕集系统采用流化床设计,风机提供动力,吸附剂和被吸附气体在循环流化床和鼓泡流化床之间循环流动。为了保证碳捕集的有效性,在实际应用时,应当使循环流化床14的吸附温度为15-25℃,气固接触时间为 13s,最小流化速度为0.027m/s;鼓泡流化床17的解吸温度为150-170℃,气固接触时间为60s,最小流化速度为0.026m/s。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,包括循环流化床(14)、旋流分离器(15)、第一换热器(16)、鼓泡流化床(17)、第二换热器(18)、压缩机(19)和第三换热器(20);
所述循环流化床(14)底部设有用于与电厂烟道连通的烟气进口,内部用于填充能吸附烟气中二氧化碳的吸附剂,内部设有用于冷却烟气的冷却水管路,冷却水管路的出口与电厂中锅炉给水管路连通;循环流化床(14)顶部开设烟气出口,烟气出口通过管路与旋流分离器(15)连通;所述旋流分离器(15)的顶部与外界连通,底部通过设有第一换热器(16)的管路与鼓泡流化床(17)的顶部进气口连接,使吸附有二氧化碳的吸附剂经第一换热器(16)预热后能进入鼓泡流化床(17)中进行脱附;所述鼓泡流化床(17)内设有用于加热的蒸汽换热盘管,底部开设吹扫气入口和返料口,顶部开设出气口;所述蒸汽换热盘管的进口端通过管路与电厂中低压涡轮(12)的蒸汽入口连通,使部分蒸汽能用于鼓泡流化床(17)的加热过程;蒸汽换热盘管的出口端通过设有第三换热器(20)的管路与电厂中锅炉给水管路连通;所述吹扫气入口通过管路与电厂中低压涡轮(12)的蒸汽入口连通;所述返料口通过设有第二换热器(18)的管路与循环流化床(14)连通,用于将预冷后的吸附剂通入循环流化床(14)中;所述出气口通过管路与第一换热器(16)连通,用于将脱附的二氧化碳送入第一换热器(16);第一换热器(16)上开设气体出口,与该气体出口相连的第一管路与所述吹扫气入口连通,与该气体出口相连的第二管路通过压缩机(19)后与第三换热器(20)连通;所述第一换热器(16)的第一换热水管路与第二换热器(18)的第二换热水管路连通并构成循环回路。
2.根据权利要求1所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述循环流化床(14)和鼓泡流化床(17)之间设有第二换热器(18)的管路具有倾斜度,使从鼓泡流化床(17)返料口流出的物料能在重力作用下依次进入第二换热器(18)和循环流化床(14)。
3.根据权利要求1所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述第一换热水管路的进口与第二换热水管路的出口连通,第一换热水管路的出口与第二换热水管路的进口连通,进而构成循环回路。
4.根据权利要求1所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述吸附剂为氧化铝、沸石、活性炭、金属有机框架、负载型胺基吸附剂或碱金属基吸附剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述电厂包括锅炉本体(1)、汽包(2)、过热器(3)、再热器(4)、省煤器(5)、除尘器(6)、引风机(7)、除气器(8)、冷凝器(9)、高压涡轮(10)、中压涡轮(11)和低压涡轮(12);
所述锅炉本体(1)的烟道中沿烟气流动方向依次设有过热器(3)、再热器(4)、省煤器(5)、除尘器(6)和引风机(7),引风机(7)的出口通过管路与循环流化床(14)的烟气进口连通;锅炉给水管路通过除气器(8)后与省煤器(5)的进口连通,省煤器(5)的出口通过管路与设于锅炉本体(1)顶部的汽包(2)连通,汽包(2)的出口通过管路依次与过热器(3)、高压涡轮(10)、再热器(4)和中压涡轮(11)连通;中压涡轮(11)的出口通过第一蒸汽管与低压涡轮(12)的进口连通,低压涡轮(12)的出口通过设有冷凝器(9)的管路与锅炉给水管路连通;中压涡轮(11)的出口通过第二蒸汽管分别与鼓泡流化床(17)的吹扫气入口和蒸汽换热盘管的进口端连通。
6.根据权利要求5所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述高压涡轮(10)、中压涡轮(11)和低压涡轮(12)分别与电力系统(13)连通,用于发电。
7.根据权利要求1所述的利用电厂低压涡轮蒸汽的吸附流化床碳捕集系统,其特征在于,所述电厂为火力发电厂。
8.一种利用权利要求1~7任一所述吸附流化床碳捕集系统的资源利用和碳捕集方法,其特征在于,具体如下:
电厂中锅炉本体(1)产生的烟气从烟气进口进入循环流化床(14),循环流化床(14)内填充的吸附剂吸附烟气中的二氧化碳,同时,产生的部分吸附热被冷却水管路中的冷却水吸收;吸附二氧化碳后的吸附剂与其他杂质气体一起进入旋流分离器(15),通过旋流分离器(15)实现气固分离,分离后的气体从旋流分离器(15)的上方排出,吸附有二氧化碳的吸附剂经第一换热器(16)预热后进入鼓泡流化床(17);进入鼓泡流化床(17)中的吸附剂吸收来自电厂中低压涡轮(12)蒸汽的显热和潜热并进行解吸,解吸产生的二氧化碳气体通过底部吹扫气入口通入的吹扫气从下往上吹出并进入第一换热器(16)中作为热源换热;换热后的二氧化碳一部分作为吹扫气重新进入鼓泡流化床(17),另一部分进入压缩机(19);经压缩机(19)压缩升温后的二氧化碳通入第三换热器(20)作为热源换热,换热后作为产品气排出收集;在鼓泡流化床(17)中解吸后的吸附剂在自身重力作用下经第二换热器(18)预冷后返回至循环流化床(14)中,重新开始循环利用;循环流化床(14)和第三换热器(20)产生的冷却水均通入电厂的锅炉给水管路。
9.根据权利要求8所述的资源利用和碳捕集方法,其特征在于,所述循环流化床(14)的吸附温度为15-25℃,气固接触时间为13s,最小流化速度为0.027m/s。
10.根据权利要求8所述的资源利用和碳捕集方法,其特征在于,所述鼓泡流化床(17)的解吸温度为150-170℃,气固接触时间为60s,最小流化速度为0.026m/s。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120096861A1 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system
CN102500191A (zh) * 2011-11-05 2012-06-20 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种循环流化床电厂烟气捕获co2方法及装置
CN102553433A (zh) * 2012-01-20 2012-07-11 东华大学 一种用于脱除燃煤烟气中co2的装置及方法
US8500854B1 (en) * 2010-03-19 2013-08-06 U.S. Department Of Energy Regenerable sorbent technique for capturing CO2 using immobilized amine sorbents
KR102048844B1 (ko) * 2018-08-07 2019-11-26 고등기술연구원연구조합 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법
CN112178672A (zh) * 2020-10-21 2021-01-05 西安交通大学 一种耦合变温吸附碳捕集的发电站系统以及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8500854B1 (en) * 2010-03-19 2013-08-06 U.S. Department Of Energy Regenerable sorbent technique for capturing CO2 using immobilized amine sorbents
US20120096861A1 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system
CN102500191A (zh) * 2011-11-05 2012-06-20 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种循环流化床电厂烟气捕获co2方法及装置
CN102553433A (zh) * 2012-01-20 2012-07-11 东华大学 一种用于脱除燃煤烟气中co2的装置及方法
KR102048844B1 (ko) * 2018-08-07 2019-11-26 고등기술연구원연구조합 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법
CN112178672A (zh) * 2020-10-21 2021-01-05 西安交通大学 一种耦合变温吸附碳捕集的发电站系统以及方法

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