CN116928686A - 一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统及方法，属于电厂烟气处理领域，本系统采用在脱硫塔的烟气输出端依次连接水热回收塔、吸收塔和吸收式热泵，并在其高温脱硫浆液输出端通过闪蒸罐与吸收式热泵相连，采用解吸塔连接在吸收式热泵的冷源输出端，使得本系统可通过溶液吸收法回收脱硫后低温饱和湿烟气中的水分和热量，通过脱硫浆液闪蒸回收脱硫浆液中的水分和热量，达到对烟气中水分、热量的充分回收；本系统将碳捕集与烟气余热回收相结合，通过吸收式热泵将余热回收得到的蒸汽提质，用于MEA溶液的升温，有效降低MEA溶液再生过程的能耗；本系统原理和结构简单，热回收率高，有利于降低烟气中CO2捕集的能耗，具有良好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于电厂烟气处理领域，具体涉及一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统及方法。
背景技术
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。同时喷淋后排放的饱和湿烟气中仍含有部分热量和大量水蒸气，排放至空气中容易形成白色烟羽。
MEA(单乙醇胺)法是捕集CO2的常用方法，通过MEA的吸收与解吸实现再生循环，但再生过程需要利用高温热源，一般采用电厂汽轮机抽汽，导致技术整体能耗较高。同时，燃煤电厂湿法脱硫塔出口的烟气温度较高，高于MEA工艺对烟气温度的要求，CO2吸收率低。
CN113007921A公开了一种基于吸收式热泵的锅炉余热梯级利用和深度水热回收系统，利用吸收式热泵实现高含湿量的低温烟气的余热和水进行深度回收利用。但该方案中对脱硫后低温饱和湿烟气的水热回收仅通过一个换热器冷却完成，水热回收率较低，同时吸收塔排放烟气温度较高，白色烟羽现象仍较为明显。
CN109453620A公开了一种碳捕集与余热回收耦合装置，利用吸收塔和解吸塔实现对工业排出的高温烟气中CO2的捕集和储存，并进行一定的余热回收。但该方案中对烟气余热的利用比较粗糙，且吸收塔烟气温度较高，CO2吸收率低。
由此可见，采用现有技术对脱硫后低温饱和湿烟气进行水热回收，水热回收率较低，同时吸收塔排放烟气温度较高，不利于CO2的捕集。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统及方法，采用本系统和方法，对脱硫后低温饱和湿烟气水热回收率高，吸收塔排放烟气温度较低，有利于CO2的捕集。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：
一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，包括脱硫塔；
所述脱硫塔的烟气输出端依次连接有水热回收塔、吸收塔和吸收式热泵；
所述脱硫塔的高温脱硫浆液输出端通过闪蒸罐与所述吸收式热泵连通；
所述吸收式热泵的高温富液输出端连接有用于解吸CO2气体的解吸塔。
进一步地，所述闪蒸罐分为闪蒸罐A区和闪蒸罐B区；所述闪蒸罐A区与所述脱硫塔之间连接有高温脱硫浆液管和低温脱硫浆液管；所述闪蒸罐B区与所述水热回收塔之间连接有浓吸收液管和稀吸收液管；所述闪蒸罐A区和所述闪蒸罐B区均通过蒸汽管与所述吸收式热泵相连。
进一步地，所述脱硫塔通过饱和湿烟气管与所述水热回收塔相连。
进一步地，所述水热回收塔通过低温干烟气管与所述吸收塔相连。
进一步地，所述吸收塔通过富液管与所述吸收式热泵相连。
进一步地，所述吸收塔与所述吸收式热泵之间设置有贫富液换热器，所述解吸塔的低温贫液输出端依次连接所述贫富液换热器、贫液冷却器和所述吸收塔。
进一步地，所述解吸塔通过贫液管与所述贫富液换热器相连。
进一步地，所述吸收式热泵上连接有用于输入驱动蒸汽的驱动蒸汽管、用于排出驱动蒸汽凝水的驱动蒸汽凝水管以及用于排出冷凝水的凝水管。
进一步地，所述吸收塔上连接有用于排出CO2被吸收后的烟气排气管。
一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统的工作方法，基于上述一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，包括：
烟气经脱硫塔处理，得到饱和湿烟气和高温脱硫浆液，饱和湿烟气依次经水热回收塔和吸收塔处理，得到的MEA富液进入吸收式热泵；高温脱硫浆经闪蒸罐处理，得到的闪蒸蒸汽进入吸收式热泵，MEA富液结合闪蒸蒸汽经吸收式热泵处理得到高温富液，高温富液经解吸塔解吸，完成CO2捕集。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，本系统采用在脱硫塔的烟气输出端依次连接水热回收塔、吸收塔和吸收式热泵，并在其高温脱硫浆液输出端通过闪蒸罐与吸收式热泵相连，采用解吸塔连接在吸收式热泵的冷源输出端，使得本系统可通过溶液吸收法回收脱硫后低温饱和湿烟气中的水分和热量，通过脱硫浆液闪蒸回收脱硫浆液中的水分和热量，达到对烟气中水分、热量的充分回收；本系统将碳捕集与烟气余热回收相结合，通过吸收式热泵将余热回收得到的蒸汽提质，用于MEA溶液的升温，有效降低MEA溶液再生过程的能耗；本系统原理和结构简单，热回收率高，有利于降低烟气中CO2捕集的能耗，具有良好的推广应用价值。
优选地，本发明的闪蒸罐分为闪蒸罐A区和闪蒸罐B区，闪蒸罐A区和闪蒸罐B区共用一个蒸汽输出口与吸收式热泵相连，高温脱硫浆液闪蒸的同时，稀吸收液进入闪蒸罐B区，再生成浓吸收液循环利用，产生闪蒸蒸汽与脱硫浆液闪蒸产生的闪蒸蒸汽一起进入吸收式热泵，极大提高了真空装置利用率。
优选地，本发明的吸收式热泵连接了用于排出冷凝水的凝水管，闪蒸蒸汽凝结成的冷凝水品质较高，可用作脱硫补水或电厂工艺水，便于冷凝水的收集再利用。
本发明还提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统的工作方法，基于上述一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，采用本方法对脱硫后饱和湿烟气的水热回收率较高，并且实现了吸收塔入口烟气温度较低，有利于CO2的吸收捕集。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统的结构示意图。
附图标记：
脱硫塔-1；水热回收塔-2；吸收塔-3；解吸塔-4；闪蒸罐-5；闪蒸罐A区-5-1；闪蒸罐B区-5-2；吸收式热泵-6；烟气管-7；高温脱硫浆液管-8；饱和湿烟气管-9；低温脱硫浆液管-10；蒸汽管-11；浓吸收液管-12；低温干烟气管-13；稀吸收液管-14；驱动蒸汽管-15；驱动蒸汽凝水管-16；凝水管-17；排气管-18；富液管-19；高温富液管-20；贫液管-21；CO2管道-22；贫富液换热器-23；贫液冷却器-24。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，包括脱硫塔1；脱硫塔1的烟气输出端依次连接有水热回收塔2、吸收塔3和吸收式热泵6；脱硫塔1的高温脱硫浆液输出端通过闪蒸罐5与吸收式热泵6连通；吸收式热泵6的高温富液输出端连接有用于解吸CO2气体的解吸塔4。
闪蒸罐5分为闪蒸罐A区5-1和闪蒸罐B区5-2；闪蒸罐A区5-1与脱硫塔1之间连接有高温脱硫浆液管8和低温脱硫浆液管10；闪蒸罐B区5-2与水热回收塔2之间连接有浓吸收液管12和稀吸收液管14；闪蒸罐A区5-1和闪蒸罐B区5-2均通过蒸汽管11与吸收式热泵6相连；这样，闪蒸罐A区和闪蒸罐B区共用一个蒸汽输出口与吸收式热泵相连，高温脱硫浆液闪蒸的同时，稀吸收液进入闪蒸罐B区，再生成浓吸收液循环利用，产生闪蒸蒸汽与脱硫浆液闪蒸产生的闪蒸蒸汽一起进入吸收式热泵，极大提高了热利用率。
具体的，脱硫塔1通过饱和湿烟气管9与水热回收塔2相连；水热回收塔2通过低温干烟气管与吸收塔3相连；吸收塔3通过富液管19与吸收式热泵6相连。
为了实现贫液与富液之间的换热循环，采用在吸收塔3与吸收式热泵6之间设置贫富液换热器23，解吸塔4的低温贫液输出端依次连接贫富液换热器23、贫液冷却器24和吸收塔3；解吸塔4通过贫液管21与贫富液换热器23相连。
吸收式热泵6上连接有用于输入驱动蒸汽的驱动蒸汽管、用于排出驱动蒸汽凝水的驱动蒸汽凝水管16以及用于排出冷凝水的凝水管17。
吸收塔3上连接有用于排出CO2被吸收后的烟气排气管18。
本发明还提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统的工作方法，基于上述一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，包括：
烟气经进入烟气管7脱硫塔1处理，得到饱和湿烟气和高温脱硫浆液，饱和湿烟气依次经过饱和湿烟气管9进入水热回收塔2；经过低温干烟气管13进入吸收塔3；得到的MEA富液再经过富液管19进入吸收式热泵6；高温脱硫浆经过高温脱硫浆液管8进入闪蒸罐5；产生的闪蒸蒸汽再经过蒸汽管11进入吸收式热泵6，吸收式热泵6利用闪蒸蒸汽为MEA富液提质，得到高温富液，高温富液经解吸塔4解吸，由CO2管道22排出，完成CO2捕集。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例
由于现有技术中，对脱硫后低温饱和湿烟气的水热回收仅通过一个换热器完成，水热回收率较低，同时吸收塔排放烟气温度较高，不利于CO2的捕集。，为了解决上述问题，本实施例提供一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，如图1所示，具体包括：脱硫塔1；水热回收塔2；吸收塔3；解吸塔4；闪蒸罐5；闪蒸罐A区5-1；闪蒸罐B区5-2；吸收式热泵6；烟气管7；高温脱硫浆液管8；饱和湿烟气管9；低温脱硫浆液管10；蒸汽管11；浓吸收液管12；低温干烟气管13；稀吸收液管14；驱动蒸汽管15；驱动蒸汽凝水管16；凝水管17；排气管18；富液管19；高温富液管20；贫液管21；CO2管道22；贫富液换热器23和贫液冷却器24。
具体的工作原理如下：
烟气经烟气管7进入脱硫塔1与从脱硫塔1的塔顶喷淋的低温脱硫浆液换热并被净化。脱硫塔1底的高温脱硫浆液经过高温脱硫浆液管8进入闪蒸罐A区5-1，在真空环境下发生闪蒸，产生闪蒸蒸汽和低温脱硫浆液，热量从高温脱硫浆液转移到闪蒸蒸汽中。
饱和湿烟气从脱硫塔1顶部排出并经过饱和湿烟气管9进入水热回收塔2，在其中与浓吸收液逆流接触(浓吸收液经过浓吸收液管12进入水热回收塔2)，饱和湿烟气中的水蒸气及其汽化潜热转移到吸收液中，浓吸收液变成稀吸收液，从水热回收塔2的塔底流出。稀吸收液经过稀吸收液管14进入闪蒸罐B区5-2，在真空环境下发生闪蒸并再生成浓吸收液循环利用，产生闪蒸蒸汽与脱硫浆液闪蒸产生的闪蒸蒸汽一起经过蒸汽管11进入吸收式热泵6。
驱动蒸汽作为吸收式热泵的高温热源，通过驱动蒸汽管15带动吸收式热泵6运行，利用驱动蒸汽凝水管16将驱动蒸汽凝水排出。闪蒸蒸汽作为吸收式热泵的低温热源，最终凝结成冷凝水通过凝水管17回收利用。
经水热回收塔2除水后的低温干烟气经过低温干烟气管13进入吸收塔3与从吸收塔3塔顶喷淋的低温MEA贫液逆流接触，烟气中的CO2被吸收，CO2被吸收后的烟气从吸收塔3的塔顶通过排气管18排出。MEA富液从吸收塔3的塔底通过富液管19排出，经贫富液换热器23升温后经过吸收式热泵6进一步升温，成为高温富液。高温富液通过高温富液管20进入解吸塔4发生解吸。解吸后的MEA贫液经贫富液换热器23和贫液冷却器24降温后经过贫液管21进入吸收塔3循环利用；解吸出的富CO2气体从解吸塔4塔顶通过CO2管道22排出进行压缩液化，完成CO2的捕集。
本实施例相比现有技术，具有如下优点：
1.通过溶液吸收法回收脱硫后低温饱和湿烟气中的水分和热量，通过脱硫浆液闪蒸回收脱硫浆液中的水分和热量，达到对烟气中水分、热量的回收效果。
2.将碳捕集与烟气余热回收结合，通过吸收式热泵将余热回收得到的蒸汽提质，用于MEA溶液的升温，有效降低MEA溶液再生过程的能耗。
3.闪蒸蒸汽凝结成的冷凝水品质较高，可用作脱硫补水或电厂工艺水。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (10)
1.一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，包括脱硫塔(1)；
所述脱硫塔(1)的烟气输出端依次连接有水热回收塔(2)、吸收塔(3)和吸收式热泵(6)；
所述脱硫塔(1)的高温脱硫浆液输出端通过闪蒸罐(5)与所述吸收式热泵(6)连通；
所述吸收式热泵(6)的高温富液输出端连接有用于解吸CO2气体的解吸塔(4)。
2.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述闪蒸罐(5)分为闪蒸罐A区(5-1)和闪蒸罐B区(5-2)；所述闪蒸罐A区(5-1)与所述脱硫塔(1)之间连接有高温脱硫浆液管(8)和低温脱硫浆液管(10)；所述闪蒸罐B区(5-2)与所述水热回收塔(2)之间连接有浓吸收液管(12)和稀吸收液管(14)；所述闪蒸罐A区(5-1)和所述闪蒸罐B区(5-2)均通过蒸汽管(11)与所述吸收式热泵(6)相连。
3.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述脱硫塔(1)通过饱和湿烟气管(9)与所述水热回收塔(2)相连。
4.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述水热回收塔(2)通过低温干烟气管与所述吸收塔(3)相连。
5.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述吸收塔(3)通过富液管(19)与所述吸收式热泵(6)相连。
6.根据权利要求5所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述吸收塔(3)与所述吸收式热泵(6)之间设置有贫富液换热器(23)，所述解吸塔(4)的低温贫液输出端依次连接所述贫富液换热器(23)、贫液冷却器(24)和所述吸收塔(3)。
7.根据权利要求6所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述解吸塔(4)通过贫液管(21)与所述贫富液换热器(23)相连。
8.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述吸收式热泵(6)上连接有用于输入驱动蒸汽的驱动蒸汽管、用于排出驱动蒸汽凝水的驱动蒸汽凝水管(16)以及用于排出冷凝水的凝水管(17)。
9.根据权利要求1所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，所述吸收塔(3)上连接有用于排出CO2被吸收后的烟气排气管(18)。
10.一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统的工作方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种耦合碳捕集的烟气余热深度利用系统，其特征在于，包括：
烟气经脱硫塔(1)处理，得到饱和湿烟气和高温脱硫浆液，饱和湿烟气依次经水热回收塔(2)和吸收塔(3)处理，得到的MEA富液进入吸收式热泵(6)；高温脱硫浆经闪蒸罐(5)处理，得到的闪蒸蒸汽进入吸收式热泵(6)，MEA富液结合闪蒸蒸汽经吸收式热泵(6)处理得到高温富液，高温富液经解吸塔(4)解吸，完成CO2捕集。
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