CN117205720A - 一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，取消了传统再生塔结构，通过在电厂除尘工艺后端设置再生器，利用电厂除尘后端温度为130‑150℃的烟气替代汽轮机抽汽作为再生热源，既不降低汽轮机效率，又能实现电厂锅炉尾部烟气余热回收再利用，大大降低再生过程能耗。该工艺将吸收了CO2后的富液经过两级换热预热后送入再生器，富液在再生器中通过与除尘后端130‑150℃烟气接触进一步吸热，使其中的CO2充分解吸。解吸CO2后的气液混合物经气液分离器分离，贫液由分离器底部流出，经换热冷却处理后进入吸收塔上部喷淋回用。从分离器顶部出来的CO2气体及水蒸气混合物经过换热冷凝后再分离出CO2气体进入后续处理工艺。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业碳捕捉技术领域，具体为一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺。
背景技术
“碳中和”本质上是排放和吸收达到平衡，相互抵消，因此根据碳排放现状，要实现碳中和目标必须从发电端、消费端以及固碳端三端共同发力。在发电端，从源头上考虑，大力发展清洁能源，优化能源结构，同时工艺升级，节能降碳增效；消费端推动低碳材料的使用，注重碳资源的循环，同时加大绿电消纳；在固碳端，可以通过生态固碳和人工固碳手段相结合。新能源替代传统能源仅能解决碳排放的增量，存量碳排放还是需要依靠人工固碳，跟其他减排手段相比，碳捕集利用与封存（CCUS）技术是碳减排最有效、最直接的手段，是实现“碳中和”的托底技术保障。
尽管中国CCUS技术发展迅速，但当前阶段仍旧面临减排成本高昂的挑战，制约了CCUS技术推广应用，以煤电行业为例，加装CCUS设施的燃煤电厂发电效率会降低20～30%，发电成本升高约60%。而燃煤电厂CCUS运行成本中，再生过程中的能量消耗（蒸汽为主）最高，约占运行成本的60%。基于此，业内专家学者们一直致力于研究解决电力行业CCUS捕集高能耗的工艺与技术。
发明专利（申请号为CN201810929014.X）公开了一种热力发电厂分时二氧化碳捕集存储系统，通过合理安排电厂的峰谷时刻用电及抽汽，提高电厂对电网削峰填谷的作用。具体为在用电高峰期，系统运行于CO2吸收工况，在消耗少量厂用电的情况下将烟气中的CO2捕捉并储存于富液中；在用电低谷期，系统运行于CO2解吸工况，此时需要消耗大量汽轮机抽汽将富液中的CO2解吸成气态，并消耗大量厂用电将常压下气态CO2压缩成高压状态并储存。该发明专利中采用分时用电及抽汽工艺，并未真正解决解吸过程消耗大量汽轮机抽汽的现状，且整套工艺因考虑分时操作，连续性无法保障。
实用新型专利（申请号为CN200920277788.5）公开了一种烟气CO2捕捉设备，包括吸收系统、再生系统以及热交换系统，再生系统包括再生塔，再生塔下部具有贫液槽、上部具有富液喷淋器和激冷喷淋器，以在再生塔中形成再生区和激冷区，通过有效的对系统进行热分配，减少贫富液循环速度、降低出贫富液换热器后贫液和经过再生气冷凝器后流体的温度，从而减少冷却水负荷，进而降低系统能耗和电耗，但该发明专利介绍的工艺中主要的解吸热量仍来自于低压蒸汽。
实用新型专利（申请号为CN201220416901.5）提出了一种CO2捕捉系统，通过将太阳能集热系统与碳捕捉系统耦合，利用太阳能集热系统替代汽轮机抽汽热源为再沸器提供热量，以此解决从汽轮机中引出低压蒸汽进行脱碳高能耗问题。该实用新型虽然通过耦合可再生能源进行系统集成，降低了再生能耗，但太阳能集热系统的增加使得项目初期投资大幅增加，项目回收期拉长，经济性下降，而且太阳能集热系统对于场地位置的要求也比较高。
发明内容
为了解决现有CO2解吸过程高能量消耗的问题，本发明提供了一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其能够在保障系统运行连续性的基础上，不降低汽轮机效率，又能实现电厂锅炉尾部烟气余热回收再利用，大大降低CO2吸收液再生过程能耗。
其技术方案是这样的：一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，将脱硫后的烟气引入吸收塔，烟气自下向上流动，与从上部进入吸收塔的吸收剂溶液形成逆流接触，上述吸收剂溶液为贫液，使CO2被吸收剂溶剂吸收，脱除CO2后的烟气由吸收塔的顶部送出后进入烟囱排入大气；吸收CO2后的吸收剂溶液由塔底经泵依次送入贫富液换热器、产品气富液换热器进行热交换，吸收CO2后的吸收剂溶液为富液，富液经初步加热后送入再生器与除尘后端热烟气接触进一步吸热，使富液中的CO2充分解吸，解吸CO2后的气液混合物经气液分离器分离，贫液由气液分离器底部流出，经贫富液换热器换热后，再经过贫液冷却器进一步冷却后进入吸收塔上部喷淋，从气液分离器顶部出来的CO2气体与水蒸气混合物首先进入产品气富液换热器，利用产品气的热量加热富液，随后通过产品气冷凝器冷凝，再经由第一气液分离器进行气水分离，冷凝水通过回流补液返回吸收塔，分离出的CO2气体进入后续处理工艺进行进一步的提纯、压缩后储存，吸收剂溶液往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。
其进一步特征在于，吸收塔下部的烟气进口与电厂脱硫后的排烟管路连通，以第一引风机相连，脱硫装置与引风机之间设置有第一密封风门；
吸收塔顶部的烟气出口与电厂烟囱相连，吸收塔顶部的烟气出口与电厂烟囱之间设置有第二密封风门，脱硫装置与电厂烟囱之间设置有第三密封风门，密封风门用于调节烟道气流量；
吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口与贫液储罐相连，贫液储罐用于存储CO2贫液，以供初始吸收剂溶液投入以及后期的补液，吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口与贫液储罐之间连接有补液泵，吸收塔内上部设有贫液喷淋器，吸收塔内贫液喷淋器的上方设有除雾器；
吸收塔内底部设有富液槽，贫液喷淋器与富液槽之间形成吸收区，吸收塔底部的富液出口与再生器的管程入口相连，吸收塔底部的富液出口与再生器的管程之间依次连有富液泵、贫富液换热器、产品气富液换热器；再生器的管程出口与第二气液分离器相连，富液通过再生器完成解吸后形成的气液混合物流经第二气液分离器进行气水分离，第二气液分离器底部的液体出口依次连接贫液泵、贫富液换热器、贫液冷却器，再连接至吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口；
再生器的壳程入口通过第二引风机与除尘装置相连，再生器的壳程出口直接连接脱硫装置，再生器内部以盘管形式构成换热面，利用热烟气为富液加热；
贫液冷却器与吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口之间设置旁路过滤器，贫液冷却器与吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口连接管路、贫液冷却器与旁路过滤器连接管路之间分别设置有阀一、阀二，用于旁路控制；
第二气液分离器顶部的混合气出口通过管路依次与产品气富液换热器、产品气冷凝器连通，产品气冷凝器出口侧连接有第一气液分离器，第一气液分离器的顶部气体出口连接后续处理工艺，第一气液分离器的底部凝结水出口通过回流补液泵连接至吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口。
采用本发明后，取消了传统再生塔结构，通过在电厂除尘后至脱硫装置的烟道中设置再生器，利用电厂除尘工艺后端温度为130-150℃的烟气替代汽轮机抽汽作为再生热源，如此既不降低汽轮机效率，又能实现电厂锅炉尾部烟气余热回收再利用，大大降低CO2吸收液再生过程能耗，并且布置有贫富液换热器、产品气富液换热器，分别利用贫液和CO2产品气的余热加热富液，使富液进入再生器后的热量需求降低，同时降低了贫液冷却与CO2产品气冷却用水的量，两个换热器的使用提高了整个系统的能量利用率，降低了工艺能耗，使得运行成本进一步降低；进一步的，吸收塔采用雾化喷淋法，喷淋雾化对象为纯液相溶液，雾化喷嘴简单，如此不仅强化了传热传质反应，又简化了塔内件，降低了塔体投资成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
其中1.除尘装置；2.第二引风机；3.再生器；4.湿法脱硫装置；5.第一引风机；6.吸收塔；7.富液槽；8.贫液喷淋器；9.除雾器；10.排烟系统；11.贫液储罐；12.补液泵；13.富液泵；14.贫富液换热器；15.产品气富液换热器；16.第二气液分离器；17.贫液泵；18.贫液冷却器；19.旁路过滤器；20.产品气冷凝器；21.第一气液分离器；22.回流补液泵；23.阀一；24.阀二；25.第一密封风门；26.第二密封风门；27.第三密封风门。
具体实施方式
见图1所示，通过补液泵12将贫液储罐11中的新鲜吸收剂溶液打入吸收塔6上部，经贫液喷淋器8进行喷淋，来自锅炉的烟气依次经过除尘装置1、第二引风机2、再生器3、湿法脱硫装置4后，通过第一引风机5将烟气（~40℃）引入到吸收塔6下部，烟气自下向上流动，与从自上而下喷淋的贫液形成逆流接触，烟气中的CO2被贫液吸收（吸收效率90%），脱除CO2后的烟气由塔顶除雾器9除雾后进入排烟系统10（电厂烟囱）排入大气。
吸收塔6的底部设有富液槽7，吸收塔6的上部设有贫液喷淋器8，贫液喷淋器8与富液槽7之间形成吸收区，吸收塔6底部的富液出口与再生器3的管程入口相连，吸收塔6底部的富液出口与再生器3之间依次连有富液泵13、贫富液换热器14、产品气富液换热器15；吸收CO2后的吸收剂溶液（富液）进入塔底富液槽7经富液泵13依次送入贫富液换热器14、产品气富液换热器15进行热交换，经初步加热后送入再生器3的管程，富液在再生器3管程中流动，通过与第二引风机2从除尘装置1引入再生器3壳层的烟气（130-150℃）充分换热进一步升温（~105℃），使其中的CO2充分解吸。吸收塔6下部的烟气进口与电厂脱硫后的排烟管路连通，以第一引风机5相连，湿法脱硫装置4与第一引风机5之间设置有第一密封风门25；吸收塔6顶部的烟气出口与电厂烟囱相连，吸收塔6顶部的烟气出口与电厂烟囱之间设置有第二密封风门26，脱硫装置与电厂烟囱之间设置有第三密封风门27，密封风门用于调节烟道气流量。
解吸CO2后的气液混合物进入第二气液分离器16中进行气液分离，贫液流入第二气液分离器16底部，通过贫液泵17打入贫富液换热器14换热，进入贫液冷却器18进一步冷却后（~40℃）返回吸收塔6上部喷淋。
从第二气液分离器16顶部出来的CO2气体及水蒸气混合物（~95℃）首先进入产品气富液换热器15，利用产品气的热量加热富液，随后通过产品气冷凝器20冷凝，再经由第一气液分离器21进行气水分离，冷凝水通过回流补液泵22返回吸收塔6塔顶，分离出的CO2气体（≤40℃）进入后续处理工艺进行进一步的提纯、压缩后储存，再用于运输封存或再利用。
为了维持吸收剂溶液清洁，运行一段时间后，通过阀一23和阀二24进行旁路控制，将解吸降温后的贫液通过旁路过滤器19过滤处理后再返回吸收塔6上部喷淋。吸收剂溶液在装置运行过程中会消耗损失，设置的贫液储罐11、补液泵12可用于吸收剂溶液的补充。吸收剂溶液在往返循环中构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。
本发明相比传统工艺，是具有更低能耗的电力行业烟气CO2捕集工艺，取消了传统再生塔结构，通过在电厂除尘后至湿法脱硫装置的烟道中设置再生器，利用电厂除尘工艺后端温度为130-150℃的烟气替代汽轮机抽汽作为再生热源，如此既不降低汽轮机效率，又能实现电厂锅炉尾部烟气余热回收再利用，大大降低CO2吸收液再生过程能耗；吸收塔采用雾化喷淋法，降低了塔体投资成本；布置有贫富液换热器、产品气富液换热器，分别利用贫液和CO2产品气的余热加热富液，使富液进入再生器后的热量需求降低，同时降低了贫液冷却与CO2产品气冷却用水的量，两个换热器的使用提高了整个系统的能量利用率，降低了工艺能耗。
Claims (8)
1.一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，将脱硫后的烟气引入吸收塔，烟气自下向上流动，与从上部进入吸收塔的吸收剂溶液形成逆流接触，上述吸收剂溶液为贫液，使CO2被吸收剂溶剂吸收，脱除CO2后的烟气由吸收塔的顶部送出后进入烟囱排入大气；吸收CO2后的吸收剂溶液由塔底经泵依次送入贫富液换热器、产品气富液换热器进行热交换，吸收CO2后的吸收剂溶液为富液，富液经初步加热后送入再生器与除尘后端热烟气接触进一步吸热，使富液中的CO2充分解吸，解吸CO2后的气液混合物经气液分离器分离，贫液由气液分离器底部流出，经贫富液换热器换热后，再经过贫液冷却器进一步冷却后进入吸收塔上部喷淋，从气液分离器顶部出来的CO2气体与水蒸气混合物首先进入产品气富液换热器，利用产品气的热量加热富液，随后通过产品气冷凝器冷凝，再经由第一气液分离器进行气水分离，冷凝水通过回流补液返回吸收塔，分离出的CO2气体进入后续处理工艺进行进一步的提纯、压缩后储存，吸收剂溶液往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，吸收塔下部的烟气进口与电厂脱硫后的排烟管路连通，以第一引风机相连，脱硫装置与引风机之间设置有第一密封风门。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，吸收塔顶部的烟气出口与电厂烟囱相连，吸收塔顶部的烟气出口与电厂烟囱之间设置有第二密封风门，脱硫装置与电厂烟囱之间设置有第三密封风门，三个密封风门均用于调节烟道气流量。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口与贫液储罐相连，贫液储罐用于存储CO2贫液，以供初始吸收剂溶液投入以及后期的补液，吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口与贫液储罐之间连接有补液泵，吸收塔内上部设有贫液喷淋器，吸收塔内贫液喷淋器的上方设有除雾器。
5.根据权利要求4所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，吸收塔内底部设有富液槽，贫液喷淋器与富液槽之间形成吸收区，吸收塔底部的富液出口与再生器的管程入口相连，吸收塔底部的富液出口与再生器的管程之间依次连有富液泵、贫富液换热器、产品气富液换热器；再生器的管程出口与第二气液分离器相连，富液通过再生器完成解吸后形成的气液混合物流经第二气液分离器进行气水分离，第二气液分离器底部的液体出口依次连接贫液泵、贫富液换热器、贫液冷却器，再连接至吸收塔上部的CO2吸收剂溶液进口。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，再生器的壳程入口通过第二引风机与除尘装置相连，再生器的壳程出口直接连接脱硫装置，再生器内部以盘管形式构成换热面，利用热烟气为富液加热。
7.根据权利要求4所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，贫液冷却器与吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口之间设置旁路过滤器，贫液冷却器与吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口连接管路、贫液冷却器与旁路过滤器连接管路之间分别设置有阀一、阀二，用于旁路控制。
8.根据权利要求5所述的一种锅炉尾气余热利用与二氧化碳捕集系统耦合的工艺，其特征在于，第二气液分离器顶部的混合气出口通过管路依次与产品气富液换热器、产品气冷凝器连通，产品气冷凝器出口侧连接有第一气液分离器，第一气液分离器的顶部气体出口连接后续处理工艺，第一气液分离器的底部凝结水出口通过回流补液泵连接至吸收塔的上部CO2吸收剂溶液进口。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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