CN117771892A - 一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统及耦合机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了碳捕集、制冷及热泵技术领域的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统及耦合机,包括管板式换热器,所述管板式换热器包括壳体以及分别设置在壳体两端上的两个管箱筒节,所述壳体内设有连通两个管箱筒节的换热管,所述管板式换热器内设有用于将管板式换热器内腔分成四个独立工作腔的第一隔板,四个所述工作腔均由壳体、管箱筒节和换热管组成,四个所述工作腔分别为发生腔、冷凝腔、蒸发腔与吸收腔,所述发生腔、冷凝腔、蒸发腔与吸收腔上均设有管程进出口与壳程进出口;本申请中耦合机将系统中的多台设备集成为一台设备,可极大地减少了设备和管路的成本,减小了机组的占地面积。
Description
技术领域
本发明涉及碳捕集、制冷及热泵技术领域,具体为一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统及耦合机。
背景技术
目前,热驱动碳捕集提压系统可用于捕集回收化工尾气、电厂燃气尾气、水泥焙烧烟气等混合气体中的CO2,并可直接用于CO2提压。如图1所示,含CO2的低压烟气先经风机8增压后进入气体冷却器9冷却降温,而后送至吸收塔10与从塔顶下来的吸收剂在填料层中接触吸收CO2,净化后气体从塔顶排出,吸收形成的富液从塔底流出通过第二溶液泵11提压后进入贫富液换热器12加热后送至解吸塔13,富液在解吸塔13中从上向下的流动与经再沸器14加热解吸出的CO2与水蒸汽的混合物从下向上流动在填料层中进行逆流接触传热传质,完成CO2的解吸与吸收剂的再生。解吸塔13中解吸形成的贫液从塔底流出依次经过贫富液换热器12、贫液预冷器16冷却后并经第二减压阀17减压后进入吸收塔10中。解吸塔13中被解吸出的CO2与水蒸汽的混合物从塔顶流出进入冷凝设备18中冷凝后进入气液分离罐19中,分离出的高压CO2进入后续工段中,CO2分离后的水回流至解吸塔13中。再沸器14中加热解吸所需的热量是通过低压蒸汽经减温减压后获得的。该吸收过程在化工、水泥、钢铁、天然气和煤电等工业领域的碳捕集和CO2的热提压中可显著降低设备投资和运行成本,具有很高的经济价值和社会价值。
但以上工艺过程存在许多工艺优化和设备集成的空间。例如从解吸塔13顶解吸出来的CO2与水蒸汽的混合物具有较高的温度,此部分热能未被利用,而直接进入冷凝设备18中,冷凝所需的冷量也较大。从再沸器14中出来的蒸汽冷凝液也具有较高的热量,此部分热量若得到回收利用,将大大减轻后续工段中空冷塔的负荷。从吸收塔10底流出的富液在送往解吸塔13若预热,可减少其在解吸塔13中解吸所需的热量,减少解吸塔13的能耗。现工艺系统中富液在送往解吸塔13前仅通过贫富液换热器12回收了从解吸塔13底流出的贫液中蕴含的热量。
此外,现工艺系统中进入吸收塔10前的低压烟气、贫液,以及从解吸塔13顶解吸出的CO2与水蒸汽混合物需分别通过气体冷却器9、贫液预冷器16和冷凝设备18进行冷却冷凝,此部分冷却冷凝需要通过公用工程中的循环水把热量带走,此部分循环水所带走的热量需通过后续的空冷塔将热量释放给大气,增加了空冷塔的电耗。而在夏季,循环水的温度较高,很难保证能将进入吸收塔10前的低压烟气、贫液,以及从解吸塔13塔顶解吸出的CO2与水蒸汽混合物冷却冷凝至工艺所要求的温度,也就无法保证工艺系统的处于最佳的运行状态;公开号为CN117346564A的一种复合型热交换器及其碳捕集提压系统的公开文件中提出了一种改进措施,通过将低压烟气、从解吸塔顶解吸出来的CO2与水蒸汽的混合物、从解吸塔底流出的贫液、再沸器中出来的冷凝液中蕴含的热量,用于对进入解吸塔前的富液的预热,可减少其在解吸塔中解吸所需的热量,减少解吸塔的能耗;然而该公开文件存在一定的局限性,其设备的体积较大,需要使用的管道较多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统及耦合机,以解决上述背景技术中提出的部分能源未得到回收利用且热驱动碳捕集提压系统能耗较大的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,包括管板式换热器,所述管板式换热器包括壳体以及分别设置在壳体两端上的两个管箱筒节,所述壳体内设有连通两个管箱筒节的换热管,所述管板式换热器内设有用于将管板式换热器内腔分成四个独立工作腔的第一隔板,四个所述工作腔均由壳体、管箱筒节和换热管组成,四个所述工作腔分别为发生腔、冷凝腔、蒸发腔与吸收腔;
所述发生腔、冷凝腔、蒸发腔与吸收腔上均设有管程进出口与壳程进出口。
作为优选,所述发生腔的管程进出口包括蒸汽冷凝液进口、解吸塔塔顶气进口、蒸汽冷凝液出口与解吸塔塔顶气出口,所述发生腔的壳程进出口包括高压富液进口、高压贫液出口与高压气态制冷剂出口,所述蒸汽冷凝液进口与解吸塔塔顶气进口设置在发生腔的一侧管箱筒节上,所述蒸汽冷凝液出口与解吸塔塔顶气出口设置在发生腔的另一侧管箱筒节上,所述高压富液进口、高压贫液出口与高压气态制冷剂出口设置在发生腔的壳体上;
所述冷凝腔的管程进出口包括第二吸收塔塔底富液进口、第二吸收塔塔底富液出口,所述冷凝腔的壳程进出口包括高压液态制冷剂出口、高压气态制冷剂进口,所述第二吸收塔塔底富液进口设置在冷凝腔的一侧管箱筒节上,所述第二吸收塔塔底富液出口设置在冷凝腔的另一侧管箱筒节上,所述高压液态制冷剂出口、高压气态制冷剂进口设置在冷凝腔的壳体上,所述高压气态制冷剂出口与高压气态制冷剂进口连通;
所述蒸发腔的管程进出口包括低压烟气进口、解吸塔塔底贫液进口、低压烟气出口、解吸塔塔底贫液出口,所述蒸发腔的壳程进出口包括低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口,所述低压烟气进口与解吸塔塔底贫液进口设置在蒸发腔的一侧管箱筒节上,所述低压烟气出口与解吸塔塔底贫液出口设置在蒸发腔的另一侧管箱筒节上,所述低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口设置在蒸发腔的壳体上,所述高压液态制冷剂出口与低压液态制冷剂进口连通;
所述吸收腔的管程进出口包括第一吸收塔塔底富液出口、第一吸收塔塔底富液进口,所述吸收腔的壳程进出口包括低压贫液进口、低压富液出口、低压气态制冷剂进口,所述第一吸收塔塔底富液出口设置在吸收腔的一侧管箱筒节上,所述第一吸收塔塔底富液出口与第二吸收塔塔底富液进口连通,所述第一吸收塔塔底富液进口设置在吸收腔的另一侧管箱筒节上,所述低压贫液进口、低压富液出口、低压气态制冷剂进口设置在吸收腔的壳体上,所述低压贫液进口与高压贫液出口连通,所述低压富液出口与高压富液进口连通,所述低压气态制冷剂进口与低压气态制冷剂出口连通。
作为优选,所述发生腔的壳体与冷凝腔的壳体之间的第一隔板上开设有用于使发生腔的壳体与冷凝腔的壳体连通的第一安装口,所述第一安装口内设有挡液板,所述第一安装口包括高压气态制冷剂出口与高压气态制冷剂进口;
其中,所述蒸发腔的壳体与吸收腔的壳体之间的第一隔板上开设有用于使蒸发腔的壳体与吸收腔的壳体连通的第二安装口,所述第二安装口内设有挡液板,所述第二安装口包括低压气态制冷剂出口与低压气态制冷剂进口。
作为优选,所述发生腔的两侧管箱筒节内均设有第二隔板,以分别将蒸汽冷凝液进口与解吸塔塔顶气进口、蒸汽冷凝液出口与解吸塔塔顶气出口隔开;
其中,所述蒸发腔的两侧管箱筒节内均设有第二隔板,以分别将低压烟气进口与解吸塔塔底贫液进口、低压烟气出口与解吸塔塔底贫液出口隔开。
作为优选,所述第一吸收塔塔底富液出口与第二吸收塔塔底富液进口处于同一侧。
作为优选,所述低压液态制冷剂进口与高压液态制冷剂出口之间设有膨胀阀,所述高压贫液出口与低压贫液进口之间设有第一减压阀,所述高压富液进口与低压富液出口之间设有第一溶液泵。
作为优选,所述发生腔的壳体内设有用于与高压富液进口连通的喷淋装置,所述蒸发腔的壳体内设有用于与低压液态制冷剂进口连通的喷淋装置,所述吸收腔的壳体内设有用于与低压贫液进口连通的喷淋装置。
作为优选,一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统,包括:风机、吸收塔、第二溶液泵、贫富液换热器、解吸塔、再沸器、减温减压装置、第二减压阀、气液分离罐以及耦合机,所述耦合机为一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机;
所述解吸塔的塔顶气出口与发生腔的解吸塔塔顶气进口连通,所述发生腔的解吸塔塔顶气出口与气液分离罐的进口连通,所述气液分离罐的液体出口与解吸塔连通,所述再沸器的管程进口与减温减压装置连通,所述再沸器的管程出口与发生腔的蒸汽冷凝液进口连通,所述再沸器的壳程进出口均与解吸塔连通;
所述解吸塔的塔底贫液出口通过贫富液换热器与蒸发腔的解吸塔塔底贫液进口连通,所述蒸发腔的解吸塔塔底贫液出口通过第二减压阀与吸收塔的贫液进口连通;
所述风机出口与蒸发腔的低压烟气进口连通,所述蒸发腔的低压烟气出口与吸收塔的低压烟气进口连通,所述吸收塔的塔底富液出口通过第二溶液泵与吸收腔的第一吸收塔塔底富液进口连通,所述冷凝腔的第二吸收塔塔底富液进口通过贫富液换热器与解吸塔的富液进口连通。
作为优选,一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的工艺,利用一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统,包括以下步骤:
热驱动碳捕集提压在工作的过程中,解吸塔中解吸排出的塔顶气通过解吸塔塔顶气进口、再沸器出来的蒸汽冷凝液通过蒸汽冷凝液进口分别进入到发生腔的换热管内,并对发生腔的壳体内的富溶液加热,将富溶液制成高压贫液与高压气态制冷剂后,高压贫液经过第一减压阀从低压贫液进口进入到吸收腔内,高压气态制冷剂穿过挡液板进入到冷凝腔的壳体内部,塔顶气换热后通过发生腔的解吸塔塔顶气出口进入到气液分离罐内部进行分离,分离产生的高压CO2直接从气体出口排出,分离产生的水回流至解吸塔内部,换热后的蒸汽冷凝液从发生腔的蒸汽冷凝液出口排出;
吸收塔的塔底富液通过第二溶液泵从第一吸收塔塔底富液进口进入到吸收腔的换热管内部后,从第一吸收塔塔底富液出口处排出,再通过第二吸收塔塔底富液进口进入到冷凝腔的换热管内,与冷凝腔的壳体内的高压气态制冷剂换热,使高压气态制冷剂降温形成高压液态制冷剂,并从冷凝腔内排出,经膨胀阀减压成为低压液态制冷剂后,从低压液态制冷剂进口处进入到蒸发腔内,塔底富液在冷凝腔内部换热后,从第二吸收塔塔底富液出口排出,再经过贫富液换热器预热后进入到解吸塔内部;
解吸塔的塔底贫液通过贫富液换热器从解吸塔塔底贫液进口进入到蒸发腔的换热管内,同时风机将低压烟气从低压烟气进口输入到蒸发腔的换热管内,与蒸发腔的壳体内部的低压液态制冷剂换热,低压液态制冷剂受热形成低压气态制冷剂,并通过挡液板进入到吸收腔的内部,低压烟气降温后通过低压烟气出口从蒸发腔中排出,再进入到吸收塔的内部,解吸塔的塔底贫液降温后通过解吸塔塔底贫液出口从蒸发腔中排出,再经过第二减压阀后进入到吸收塔内;
低压气态制冷剂在吸收腔的壳体内与低压贫液混合形成低压富液,再经第一溶液泵加压后输入到发生腔内进行循环,低压气态制冷剂混合产生的热量被吸收腔的换热管内部的塔底富液吸收。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本申请中耦合机将系统中的多台设备集成为一台设备,可极大地减少了设备和管路的成本,减小了机组的占地面积;
本申请中将热驱动碳捕集提压系统与热驱动制冷机组进行深度耦合,既回收利用了碳捕集提压系统中,从解吸塔顶解吸出来的CO2与水蒸汽的混合物、从再沸器中出来的蒸汽冷凝液中的热能,又将此部分热能驱动制冷机组,制取冷量用于碳捕集提压系统中,进入吸收塔前的低压烟气和贫液的降温;同时,将碳捕集提压系统中,从吸收塔底流出并经溶液泵提压后的富液,替代制冷机组中的循环水,依次流经制冷机组中吸收器、冷凝器进行预热,最后再回到碳捕集提压系统中的贫富液换热器,经贫富液换热器再次预热后进入解吸塔;以上的耦合对于碳捕集提压系统,替代了原系统中的冷凝设备、气体冷却器、贫液预冷器;对于制冷机组,用碳捕集提压系统中的余热作为驱动热源,用碳捕集提压系统中的富液替代了循环水。深度回收互相利用了两个系统中的富余能量,提高了两个系统内部能量的利用率,降低系统的能耗,提高系统的COP;同时减少了对公用工程中的循环水的消耗,降低了公用公程的能耗,同时保证了系统在夏季得以稳定运行。
附图说明
图1为本发明热驱动碳捕集提压系统现有技术结构示意图;
图2为本发明热驱动制冷机组现有技术结构示意图;
图3为本发明热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统结构示意图;
图4为本发明耦合机与吸收塔、解吸塔连接结构示意图;
图5为本发明耦合机结构示意图;
图6为本发明耦合机E向结构示意图;
图7为本发明耦合机B向结构示意图;
图8为本发明耦合机A向结构示意图;
图9为本发明耦合机C-C向结构示意图;
图10为本发明耦合机D-D向结构示意图。
图中:1、发生器;2、冷凝器;3、蒸发器;4、吸收器;5、膨胀阀;6、第一溶液泵;7、第一减压阀;8、风机;9、气体冷却器;10、吸收塔;11、第二溶液泵;12、贫富液换热器;13、解吸塔;14、再沸器;15、减温减压装置;16、贫液预冷器;17、第二减压阀;18、冷凝设备;19、气液分离罐;20、壳体;201、发生腔;202、冷凝腔;203、蒸发腔;204、吸收腔;21、管箱筒节;22、第一隔板;23、喷淋装置;24、换热管;25、第二隔板;26、低压烟气进口;27、第一吸收塔塔底富液出口;28、蒸汽冷凝液进口;29、解吸塔塔顶气进口;30、解吸塔塔底贫液进口;31、低压烟气出口;32、第一吸收塔塔底富液进口;33、解吸塔塔底贫液出口;34、第二吸收塔塔底富液出口;35、解吸塔塔顶气出口;36、蒸汽冷凝液出口;37、挡液板;38、第二吸收塔塔底富液进口。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图5、图6和图9,一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,包括管板式换热器,管板式换热器包括壳体20与两个管箱筒节21,壳体20是由圆柱状的外壳以及焊接在外壳两端上的管板组成,两个管箱筒节21分别焊接在两个管板上,壳体20内部安装有换热管24,换热管24的两端分别与两个管箱筒节21连通;管板式换热器内部安装有第一隔板22(呈十字形),将管板式换热器的内腔分成四个独立工作腔,四个工作腔均由壳体20、管箱筒节21和换热管24组成,四个工作腔分别为发生腔201、冷凝腔202、蒸发腔203与吸收腔204;
其中,请参阅图7和图8,发生腔201的一侧管箱筒节21上设有蒸汽冷凝液进口28、解吸塔塔顶气进口29,发生腔201的另一侧管箱筒节21上设有蒸汽冷凝液出口36、解吸塔塔顶气出口35,发生腔201的壳体20上设有高压富液进口、高压贫液出口与高压气态制冷剂出口;
请参阅图7和图8,冷凝腔202的一侧管箱筒节21上设有第二吸收塔塔底富液进口38,冷凝腔202的另一侧管箱筒节21上设有第二吸收塔塔底富液出口34,冷凝腔202的壳体20上设有高压液态制冷剂出口以及用于与高压气态制冷剂出口连通的高压气态制冷剂进口;
请参阅图7和图8,蒸发腔203的一侧管箱筒节21上设有低压烟气进口26、解吸塔塔底贫液进口30,蒸发腔203的另一侧管箱筒节21上设有低压烟气出口31、解吸塔塔底贫液出口33,蒸发腔203的壳体20上设有用于与高压液态制冷剂出口连通的低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口;
请参阅图7和图8,吸收腔204的一侧管箱筒节21上设有用于与第二吸收塔塔底富液进口38连通的第一吸收塔塔底富液出口27,吸收腔204的另一侧管箱筒节21上设有第一吸收塔塔底富液进口32,吸收腔204的壳体20上设有用于与高压贫液出口连通的低压贫液进口、用于与高压富液进口连通的低压富液出口、用于与低压气态制冷剂出口连通的低压气态制冷剂进口。
上述的进出口均为发生腔201、冷凝腔202、蒸发腔203与吸收腔204上的管程进出口与壳程进出口。
需要说明的是,请参阅图7,第一吸收塔塔底富液出口27与第二吸收塔塔底富液进口38处于同一侧。
还需要说明的是,请参阅图4和图10,低压液态制冷剂进口与高压液态制冷剂出口之间设有膨胀阀5,高压贫液出口与低压贫液进口之间设有第一减压阀7,高压富液进口与低压富液出口之间设有第一溶液泵6。
在本实施例中,作为进一步优化的方案,请参阅图10,发生腔201的壳体20与冷凝腔202的壳体20之间的第一隔板22上开设有第一安装口,第一安装口使发生腔201的壳体20与冷凝腔202的壳体20连通,第一安装口内设有挡液板37,第一安装口包括高压气态制冷剂出口与高压气态制冷剂进口;蒸发腔203的壳体20与吸收腔204的壳体20之间的第一隔板22上开设有第二安装口,第二安装口使蒸发腔203的壳体20与吸收腔204的壳体20连通,第二安装口内设有挡液板37,第二安装口包括低压气态制冷剂出口与低压气态制冷剂进口;不需要使用管道来使发生腔201的壳体20与冷凝腔202的壳体20、蒸发腔203的壳体20与吸收腔204的壳体20连通,减小耦合机的体积。
在本实施例中,作为进一步优化的方案,请参阅图5和图9,发生腔201的两侧管箱筒节21内均设有第二隔板25,将两侧的管箱筒节21分割相互隔绝的两部分,以分别将蒸汽冷凝液进口28与解吸塔塔顶气进口29、蒸汽冷凝液出口36与解吸塔塔顶气出口35隔开,使解吸塔塔顶气与蒸汽冷凝液不会混合,并且两者进入到发生腔201的换热管24中时,也是处于不同的换热管24中;蒸发腔203的两侧管箱筒节21的内部也都设有第二隔板25,将两侧的管箱筒节21分割相互隔绝的两部分,以分别将低压烟气进口26与解吸塔塔底贫液进口30、低压烟气出口31与解吸塔塔底贫液出口33隔开,使塔底贫液与低压烟气不会混合,并且两者进入到蒸发腔203内部的换热管24中时,也是处于不同的换热管24内部。
在本实施例中,作为进一步优化的方案,请参阅图5和图10,发生腔201的壳体20内设有用于与高压富液进口连通的喷淋装置23,蒸发腔203的壳体20内设有用于与低压液态制冷剂进口连通的喷淋装置23,吸收腔204的壳体20内设有用于与低压贫液进口连通的喷淋装置23;喷淋装置23是由喷淋管以及安装在喷淋管上的喷头组成,喷头处于换热管24的上方;通过喷头将液体喷洒到换热管24上(液体是指低压液态制冷剂、低压贫液或高压富液),使液体能与换热管24充分接触,提高换热能力。
请参阅图3和图4,一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统,包括:风机8、吸收塔10、第二溶液泵11、贫富液换热器12、解吸塔13、再沸器14、减温减压装置15、第二减压阀17、气液分离罐19以及耦合机,耦合机是指上述的耦合机;
请参阅图3和图4,解吸塔13的塔顶气出口与发生腔201的解吸塔塔顶气进口29连通,发生腔201的解吸塔塔顶气出口35与气液分离罐19的进口连通,气液分离罐19的液体出口与解吸塔13连通,再沸器14的管程进口与减温减压装置15连通,再沸器14的管程出口与发生腔201的蒸汽冷凝液进口28连通,再沸器14的壳程进出口均与解吸塔13连通;解吸塔13的塔底贫液出口通过贫富液换热器12与蒸发腔203的解吸塔塔底贫液进口30连通,蒸发腔203的解吸塔塔底贫液出口33通过第二减压阀17与吸收塔10的贫液进口连通;
请参阅图3和图4,风机8出口与蒸发腔203的低压烟气进口26连通,蒸发腔203的低压烟气出口31与吸收塔10的低压烟气进口连通,吸收塔10的塔底富液出口通过第二溶液泵11与吸收腔204的第一吸收塔塔底富液进口32连通,冷凝腔202的第二吸收塔塔底富液进口38通过贫富液换热器12与解吸塔13的富液进口连通。
需要说明的是,如图2所示,热驱动制冷机组是利用低品位余热驱动热力工质,通过工质(如氨气)的相变进行制冷;主要设备包括发生器1、冷凝器2、蒸发器3、吸收器4、第一溶液泵6等;利用低品位余热在发生器1中加热,由第一溶液泵从吸收器4输送来的具有一定浓度的富含制冷剂的混合溶液(简称富液),使富溶液中的大部分低沸点的制冷剂解吸出来,成为高压气态制冷剂进入冷凝器2中,被循环水冷却成高压液态制冷剂,高压液态制冷剂经过膨胀阀5减压成低压液态制冷剂,低压液态的制冷剂进入蒸发器3中,吸收需要冷却的介质(载冷剂)的热量而汽化成低压气态制冷剂,低压气态制冷剂进入吸收器4中;在发生器1中经发生过程剩余的高压贫液经第一减压阀7减压成低压贫液,进入吸收器4中,与从蒸发器3出来的低压气态制冷剂相混合吸收,恢复到原来的浓度,成为常温富液,常温富液经第一溶液泵6升压后送入发生器1中继续循环工作;循环水先用于吸收器4中溶液的降温,再用于冷凝器2的降温。
还需要说明的是,图3与图4中,A是指解吸塔塔顶气(CO2与水蒸汽的混合物),B是指蒸汽冷凝液,C是指解吸塔塔底贫液,D是指吸收塔塔底富液,E是指低压烟气(含CO2)。
一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的工艺,利用一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统(将热驱动制冷机组与热驱动碳捕集提压系统进行耦合),包括以下步骤:
第一,热驱动碳捕集提压在工作的过程中(具体的工作方式在背景技术中已经详细描述,在这不再重复),解吸塔13中解吸排出的塔顶气通过解吸塔塔顶气进口29、再沸器14出来的蒸汽冷凝液通过蒸汽冷凝液进口28分别进入到发生腔201的换热管24内,并对发生腔201的壳体20内的富溶液加热,将富溶液制成高压贫液与高压气态制冷剂后,高压贫液经过第一减压阀7从低压贫液进口进入到吸收腔204内,高压气态制冷剂穿过挡液板37进入到冷凝腔202的壳体20内部,塔顶气换热后通过发生腔201的解吸塔塔顶气出口35进入到气液分离罐19内部进行分离(塔顶气是指CO2和水蒸汽),分离产生的高压CO2直接从气体出口排出,分离产生的水回流至解吸塔13内部,换热后的蒸汽冷凝液从发生腔201的蒸汽冷凝液出口36排出;
第二,吸收塔10的塔底富液通过第二溶液泵11从第一吸收塔塔底富液进口32进入到吸收腔204的换热管24内部后,从第一吸收塔塔底富液出口27处排出,再通过第二吸收塔塔底富液进口38进入到冷凝腔202的换热管24内,与冷凝腔202的壳体20内的高压气态制冷剂换热,使高压气态制冷剂降温形成高压液态制冷剂,并从冷凝腔202内排出,经膨胀阀5减压成为低压液态制冷剂后,从低压液态制冷剂进口处进入到蒸发腔203内,塔底富液在冷凝腔202内部换热后,从第二吸收塔塔底富液出口34排出,再经过贫富液换热器12预热后进入到解吸塔13内部;
第三,解吸塔13的塔底贫液通过贫富液换热器12从解吸塔塔底贫液进口30进入到蒸发腔203的换热管24内,同时风机8将低压烟气从低压烟气进口26输入到蒸发腔203的换热管24内(低压烟气中含有CO2),与蒸发腔203的壳体20内部的低压液态制冷剂换热,低压液态制冷剂受热形成低压气态制冷剂,并通过挡液板37进入到吸收腔204的内部,低压烟气降温后通过低压烟气出口31从蒸发腔203中排出,再进入到吸收塔10的内部,解吸塔13的塔底贫液降温后通过解吸塔塔底贫液出口33从蒸发腔203中排出,再经过第二减压阀17后进入到吸收塔10内;
第四,低压气态制冷剂在吸收腔204的壳体20内与低压贫液混合形成低压富液,再经第一溶液泵6加压后输入到发生腔201内进行循环,低压气态制冷剂混合产生的热量被吸收腔204的换热管24内部的塔底富液吸收。
需要说明的是,将碳捕集提压系统中,从解吸塔13塔顶解吸出来的CO2与水蒸汽的混合物和从再沸器14中出来的蒸汽冷凝液,作为制冷机组中发生腔201的驱动热源,驱动制冷机组以制取冷量,用于碳捕集提压系统中进入吸收塔10前低压烟气和贫液的降温;同时,将碳捕集提压系统中,从吸收塔10底流出并经第二溶液泵11提压后的富液,替代制冷机组中的循环水,依次流经制冷机组中吸收腔204、冷凝腔202进行预热,最后再回到碳捕集提压系统中的贫富液换热器12,经贫富液换热器12再次预热后进入解吸塔13,继续后续的工作循环;
以上的耦合对于碳捕集提压系统,替代了原系统中的冷凝设备18、气体冷却器9、贫液预冷器16,对于制冷机组,用碳捕集提压系统中的余热作为驱动热源,用碳捕集提压系统中的富液替代了循环水,深度回收互相利用了两个系统中的富余能量,提高了两个系统内部能量的利用率,降低系统的能耗,提高系统的COP,同时减少了对公用工程中的循环水的消耗,降低了公用公程的能耗,同时保证了系统在夏季得以稳定运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,包括管板式换热器,所述管板式换热器包括壳体(20)以及分别设置在壳体(20)两端上的两个管箱筒节(21),所述壳体(20)内设有连通两个管箱筒节(21)的换热管(24),其特征在于:所述管板式换热器内设有用于将管板式换热器内腔分成四个独立工作腔的第一隔板(22),四个所述工作腔均由壳体(20)、管箱筒节(21)和换热管(24)组成,四个所述工作腔分别为发生腔(201)、冷凝腔(202)、蒸发腔(203)与吸收腔(204);
所述发生腔(201)、冷凝腔(202)、蒸发腔(203)与吸收腔(204)上均设有管程进出口与壳程进出口;
所述发生腔(201)的管程进出口包括蒸汽冷凝液进口(28)、解吸塔塔顶气进口(29)、蒸汽冷凝液出口(36)与解吸塔塔顶气出口(35),所述发生腔(201)的壳程进出口包括高压富液进口、高压贫液出口与高压气态制冷剂出口,所述蒸汽冷凝液进口(28)与解吸塔塔顶气进口(29)设置在发生腔(201)的一侧管箱筒节(21)上,所述蒸汽冷凝液出口(36)与解吸塔塔顶气出口(35)设置在发生腔(201)的另一侧管箱筒节(21)上,所述高压富液进口、高压贫液出口与高压气态制冷剂出口设置在发生腔(201)的壳体(20)上;
所述冷凝腔(202)的管程进出口包括第二吸收塔塔底富液进口(38)、第二吸收塔塔底富液出口(34),所述冷凝腔(202)的壳程进出口包括高压液态制冷剂出口、高压气态制冷剂进口,所述第二吸收塔塔底富液进口(38)设置在冷凝腔(202)的一侧管箱筒节(21)上,所述第二吸收塔塔底富液出口(34)设置在冷凝腔(202)的另一侧管箱筒节(21)上,所述高压液态制冷剂出口、高压气态制冷剂进口设置在冷凝腔(202)的壳体(20)上,所述高压气态制冷剂出口与高压气态制冷剂进口连通;
所述蒸发腔(203)的管程进出口包括低压烟气进口(26)、解吸塔塔底贫液进口(30)、低压烟气出口(31)、解吸塔塔底贫液出口(33),所述蒸发腔(203)的壳程进出口包括低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口,所述低压烟气进口(26)与解吸塔塔底贫液进口(30)设置在蒸发腔(203)的一侧管箱筒节(21)上,所述低压烟气出口(31)与解吸塔塔底贫液出口(33)设置在蒸发腔(203)的另一侧管箱筒节(21)上,所述低压液态制冷剂进口、低压气态制冷剂出口设置在蒸发腔(203)的壳体(20)上,所述高压液态制冷剂出口与低压液态制冷剂进口连通;
所述吸收腔(204)的管程进出口包括第一吸收塔塔底富液出口(27)、第一吸收塔塔底富液进口(32),所述吸收腔(204)的壳程进出口包括低压贫液进口、低压富液出口、低压气态制冷剂进口,所述第一吸收塔塔底富液出口(27)设置在吸收腔(204)的一侧管箱筒节(21)上,所述第一吸收塔塔底富液出口(27)与第二吸收塔塔底富液进口(38)连通,所述第一吸收塔塔底富液进口(32)设置在吸收腔(204)的另一侧管箱筒节(21)上,所述低压贫液进口、低压富液出口、低压气态制冷剂进口设置在吸收腔(204)的壳体(20)上,所述低压贫液进口与高压贫液出口连通,所述低压富液出口与高压富液进口连通,所述低压气态制冷剂进口与低压气态制冷剂出口连通。
2.根据权利要求1所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,其特征在于:所述发生腔(201)的壳体(20)与冷凝腔(202)的壳体(20)之间的第一隔板(22)上开设有用于使发生腔(201)的壳体(20)与冷凝腔(202)的壳体(20)连通的第一安装口,所述第一安装口内设有挡液板(37),所述第一安装口包括高压气态制冷剂出口与高压气态制冷剂进口;
其中,所述蒸发腔(203)的壳体(20)与吸收腔(204)的壳体(20)之间的第一隔板(22)上开设有用于使蒸发腔(203)的壳体(20)与吸收腔(204)的壳体(20)连通的第二安装口,所述第二安装口内设有挡液板(37),所述第二安装口包括低压气态制冷剂出口与低压气态制冷剂进口。
3.根据权利要求1所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,其特征在于:所述发生腔(201)的两侧管箱筒节(21)内均设有第二隔板(25),以分别将蒸汽冷凝液进口(28)与解吸塔塔顶气进口(29)、蒸汽冷凝液出口(36)与解吸塔塔顶气出口(35)隔开;
其中,所述蒸发腔(203)的两侧管箱筒节(21)内均设有第二隔板(25),以分别将低压烟气进口(26)与解吸塔塔底贫液进口(30)、低压烟气出口(31)与解吸塔塔底贫液出口(33)隔开。
4.根据权利要求1所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,其特征在于:所述第一吸收塔塔底富液出口(27)与第二吸收塔塔底富液进口(38)处于同一侧。
5.根据权利要求1所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,其特征在于:所述低压液态制冷剂进口与高压液态制冷剂出口之间设有膨胀阀(5),所述高压贫液出口与低压贫液进口之间设有第一减压阀(7),所述高压富液进口与低压富液出口之间设有第一溶液泵(6)。
6.根据权利要求1所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机,其特征在于:所述发生腔(201)的壳体(20)内设有用于与高压富液进口连通的喷淋装置(23),所述蒸发腔(203)的壳体(20)内设有用于与低压液态制冷剂进口连通的喷淋装置(23),所述吸收腔(204)的壳体(20)内设有用于与低压贫液进口连通的喷淋装置(23)。
7.一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统,包括:风机(8)、吸收塔(10)、第二溶液泵(11)、贫富液换热器(12)、解吸塔(13)、再沸器(14)、减温减压装置(15)、第二减压阀(17)、气液分离罐(19)以及耦合机,其特征在于:所述耦合机为权利要求1-6任一项所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的耦合机;
所述解吸塔(13)的塔顶气出口与发生腔(201)的解吸塔塔顶气进口(29)连通,所述发生腔(201)的解吸塔塔顶气出口(35)与气液分离罐(19)的进口连通,所述气液分离罐(19)的液体出口与解吸塔(13)连通,所述再沸器(14)的管程进口与减温减压装置(15)连通,所述再沸器(14)的管程出口与发生腔(201)的蒸汽冷凝液进口(28)连通,所述再沸器(14)的壳程进出口均与解吸塔(13)连通;
所述解吸塔(13)的塔底贫液出口通过贫富液换热器(12)与蒸发腔(203)的解吸塔塔底贫液进口(30)连通,所述蒸发腔(203)的解吸塔塔底贫液出口(33)通过第二减压阀(17)与吸收塔(10)的贫液进口连通;
所述风机(8)出口与蒸发腔(203)的低压烟气进口(26)连通,所述蒸发腔(203)的低压烟气出口(31)与吸收塔(10)的低压烟气进口连通,所述吸收塔(10)的塔底富液出口通过第二溶液泵(11)与吸收腔(204)的第一吸收塔塔底富液进口(32)连通,所述冷凝腔(202)的第二吸收塔塔底富液进口(38)通过贫富液换热器(12)与解吸塔(13)的富液进口连通。
8.一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的工艺,利用如权利要求7所述的一种热驱动碳捕集提压与制冷深度耦合的系统,其特征在于:包括以下步骤:
热驱动碳捕集提压在工作的过程中,解吸塔(13)中解吸排出的塔顶气通过解吸塔塔顶气进口(29)、再沸器(14)出来的蒸汽冷凝液通过蒸汽冷凝液进口(28)分别进入到发生腔(201)的换热管(24)内,并对发生腔(201)的壳体(20)内的富溶液加热,将富溶液制成高压贫液与高压气态制冷剂后,高压贫液经过第一减压阀(7)从低压贫液进口进入到吸收腔(204)内,高压气态制冷剂穿过挡液板(37)进入到冷凝腔(202)的壳体(20)内部,塔顶气换热后通过发生腔(201)的解吸塔塔顶气出口(35)进入到气液分离罐(19)内部进行分离,分离产生的高压CO2直接从气体出口排出,分离产生的水回流至解吸塔(13)内部,换热后的蒸汽冷凝液从发生腔(201)的蒸汽冷凝液出口(36)排出;
吸收塔(10)的塔底富液通过第二溶液泵(11)从第一吸收塔塔底富液进口(32)进入到吸收腔(204)的换热管(24)内部后,从第一吸收塔塔底富液出口(27)处排出,再通过第二吸收塔塔底富液进口(38)进入到冷凝腔(202)的换热管(24)内,与冷凝腔(202)的壳体(20)内的高压气态制冷剂换热,使高压气态制冷剂降温形成高压液态制冷剂,并从冷凝腔(202)内排出,经膨胀阀(5)减压成为低压液态制冷剂后,从低压液态制冷剂进口处进入到蒸发腔(203)内,塔底富液在冷凝腔(202)内部换热后,从第二吸收塔塔底富液出口(34)排出,再经过贫富液换热器(12)预热后进入到解吸塔(13)内部;
解吸塔(13)的塔底贫液通过贫富液换热器(12)从解吸塔塔底贫液进口(30)进入到蒸发腔(203)的换热管(24)内,同时风机(8)将低压烟气从低压烟气进口(26)输入到蒸发腔(203)的换热管(24)内,与蒸发腔(203)的壳体(20)内部的低压液态制冷剂换热,低压液态制冷剂受热形成低压气态制冷剂,并通过挡液板(37)进入到吸收腔(204)的内部,低压烟气降温后通过低压烟气出口(31)从蒸发腔(203)中排出,再进入到吸收塔(10)的内部,解吸塔(13)的塔底贫液降温后通过解吸塔塔底贫液出口(33)从蒸发腔(203)中排出,再经过第二减压阀(17)后进入到吸收塔(10)内;
低压气态制冷剂在吸收腔(204)的壳体(20)内与低压贫液混合形成低压富液,再经第一溶液泵(6)加压后输入到发生腔(201)内进行循环,低压气态制冷剂混合产生的热量被吸收腔(204)的换热管(24)内部的塔底富液吸收。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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