CN201244430Y - 燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置 - Google Patents

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Abstract

燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，它由烟气预处理系统、吸收塔、再生塔、排气洗涤系统、溶液加热回收器、产品气处理系统(包括冷凝器、气液分离器、压缩机)组成。集成了常规燃煤电厂烟气净化装置、增设的高效旋流器以及化学吸收系统，使燃煤锅炉排放的大量二氧化碳气体得到捕集，减少温室气体的排放；独特的双吸收塔布置使捕集系统运行更加灵活，提高了运行可靠性；吸收溶液回收工艺降低了溶液消耗；贫富液换热器、产品气富液换热器的布置降低了捕集系统的能量消耗；采用内置式溶液煮沸器，有效降低蒸汽消耗。

Description

燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置
技术领域
本实用新型属于烟气净化以及温室气体减排领域，具体涉及一种燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置
背景技术
燃煤电厂二氧化碳气体排放是我国温室气体的最主要排放源，约占我国二氧化碳气体排放总量的一半。近年来，随着火电装机容量的迅速扩展，燃煤电厂二氧化碳气体排放的绝对数量和相对比例还将进一步增加。因此，二氧化碳气体的减排将是我国燃煤发电未来可持续发展的瓶颈之一。由于我国以煤发电为主的能源结构以及今后对燃煤发电的长期投入，从燃煤烟气中有效的脱除二氧化碳气体将刻不容缓。
目前，我国还没有针对燃煤电厂烟气中二氧化碳气体捕集的具体的工艺技术，还停留在概念设计、理论研究等阶段。在化工行业，如天然气净化、合成氨生产以及氩气制造过程中，二氧化碳的脱除已经部分工业化，在这些工艺过程中，二氧化碳气体的分压相当高，常超过0.5大气压，对处理过后气体中二氧化碳的浓度也要求很高，例如氩气制造中二氧化碳含量要求低于0.1％，合成氨中二氧化碳更要求降到16ppm以下。基于待处理气体中二氧化碳浓度不同，脱除的方法也不一样，主要集中在吸收法、吸附法、冷凝、膜分离等方法。例如在合成氨生产过程中，处理气体中二氧化碳含量高达50％以上，而且二氧化碳去除成本可算入最终产品中，因此与回收燃煤烟气中的二氧化碳情形完全不同，后者所回收(捕集)的二氧化碳最主要是从减少温室气体排放量着眼，此外在燃煤发电厂锅炉排放的烟气量相当大，所需要的操作费用也相对较大，尤其是再生过程中的能量消耗，因此如何降低二氧化碳捕集的能量消耗是燃煤电厂关心的最主要问题之一。另外由于电厂承担着供应电网电力的任务，调峰调负荷是电厂运行的一个特点，由此带来的就是烟气量的变化，因此二氧化碳捕集的装置也需要具备相应的负荷调整能力。燃煤电厂二氧化碳处理过程中还需要考虑氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、粉尘等的影响，而这些成分在天然气及合成氨等二氧化碳捕集工艺中是可以忽略的，也就是说目前化工领域的二氧化碳捕集工艺至今无法应用于燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集。由于燃煤电厂锅炉是温室气体二氧化碳主要来源之一，因此从减少温室气体排放的观点来看，必须针对性地建立适用的二氧化碳捕集工艺。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种使燃煤锅炉排放的大量二氧化碳气体得到捕集，减少温室气体的排放的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置。
为达到上述目的，本实用新型的装置包括：包括与燃煤锅炉来流烟气依次相连的脱硝装置、除尘装置、脱硫装置和旋流器，其特点是，旋流器的出口通过风机加压后与吸收塔的底部相连，烟气自下向上流动，与从吸收塔上部入塔的能够吸收二氧化碳的乙醇胺溶液形成逆流接触，脱除二氧化碳的烟气经尾气排空口排出，吸收了二氧化碳的富液通过富液泵加压由再生塔上部进入，在再生塔底部设置有内置式煮沸器，再生塔的顶部出气口还依次与产品气富液换热器、产品气冷凝器、气液分离器和二氧化碳压缩机相连，分离后的二氧化碳经二氧化碳压缩机压缩后排出，解吸二氧化碳后的贫液由再生塔底流出。
本实用新型的吸收塔由两个串联或并联的单塔构成；吸收塔顶的顶部还设置洗涤段，吸收塔还与尾气洗涤液贮槽相连，脱除二氧化碳后的烟气由于携带部分吸收溶质的蒸汽，由吸收塔顶部的洗涤段水洗，洗涤水存入尾气洗涤液贮槽，尾气洗涤液贮槽的出口还与再生塔的底部相连通，尾气洗涤液贮槽的入口通过管路与气液分离器相连；解吸二氧化碳后的贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，用泵送至贫液冷却器，然后部分溶液旁路通过活性炭过滤器过滤溶液中的杂质，冷却过滤后的吸收溶液(贫液)进入吸收塔吸收段上部喷淋；吸收塔与再生塔相连接的管路上还依次设置有产品气富液换热器和贫富液换热器；再生塔贫液出口管路上还设置有溶液贮槽；再生塔15的底部还连接有再生回收器。
由于本实用新型集成了常规燃煤电厂烟气净化装置、增设的高效旋流器以及化学吸收系统，使燃煤锅炉排放的大量二氧化碳气体得到捕集，减少温室气体的排放；独特的双吸收塔布置使捕集系统运行更加灵活，提高了运行可靠性；吸收溶液回收工艺降低了溶液消耗；贫富液换热器、产品气富液换热器的布置降低了捕集系统的能量消耗；采用内置式溶液煮沸器，有效降低蒸汽消耗。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参见图1，本实用新型的装置包括与燃煤锅炉来流烟气1依次相连的脱硝装置2、除尘装置3、脱硫装置4和旋流器5，旋流器5的出口通过风机加压后与两个串联或并联的吸收塔6、7的底部相连，烟气自下向上流动，与从吸收塔6、7上部入塔的能够吸收二氧化碳的吸收溶液形成逆流接触，脱除二氧化碳的烟气经尾气排空口9排出，吸收了二氧化碳的富液通过富液泵加压由再生塔15上部进入，吸收塔6、7与再生塔15相连接的管路上还依次设置有产品气富液换热器14和贫富液换热器13，在再生塔15底部设置有煮沸器16，再生塔15的顶部出气口还依次与产品气富液换热器14、产品气冷凝器19、气流分离器20和二氧化碳压缩机22相连，分离后的二氧化碳经二氧化碳压缩机22压缩后排出，解吸二氧化碳后的贫液由再生塔15底流出，吸收塔顶6、7的顶部还设置洗涤段，吸收塔6、7还与尾气洗涤液贮槽8相连，脱除二氧化碳后的烟气由于携带部分吸收溶质的蒸汽，由吸收塔顶部的洗涤段水洗，洗涤水存入尾气洗涤液贮槽8，尾气洗涤液贮槽8的出口还与再生塔15的底部相连通，且在再生塔15的贫液出口管路上还设置有溶液贮槽17，尾气洗涤液贮槽8的入口通过管路21与气液分离器20相连，解吸二氧化碳后的贫液由再生塔15底流出，经贫富液换热器13换热后，用泵送至贫液冷却器10，然后部分溶液旁路通过活性炭过滤器12过滤溶液中的杂质，冷却过滤后的吸收溶液(贫液)进入吸收塔6、7吸收段上部喷淋，再生塔15的底部还连接有再生回收器18。
两吸收塔串联运行时，贫液首先经过吸收塔7吸收烟气中的二氧化碳，从塔底出来的为半富液，经过半富液冷却器11冷却后再进入吸收塔6，进一步吸收烟气中的二氧化碳；串联运行时烟气的走向是先通过吸收塔6，从塔顶排放后再进入吸收塔7，最后从吸收塔7塔顶排放到大气中。
由于燃煤锅炉烟气含有会污染化学吸收溶液的成分，如SOx、NOx及粉尘，一般来说，SOx含量在300-3000ppm之间，NOx在100-1000ppm之间，固体成分粉尘颗粒在1000-10000mg/m3之间。不论从常规污染物排放还是从二氧化碳捕集的角度，都需要在工艺流程上设置脱硝、除尘、脱硫装置，此外，为了防止脱硫后的烟气中带出部分粉尘与水分，因此在烟气进入填料吸收塔前增设高效旋流器。
吸收部分的原理是采用液相溶液选择性地自烟气中脱除易溶于吸收液的气体成分，也就是二氧化碳气体。锅炉烟气先后通过脱硝、除尘、脱硫、旋流后，由于锅炉排气压力接近常压，为了克服吸收程序内的压降，烟气通过风机由填料吸收塔下方进料与由上而下的吸收液体在塔中作逆向接触，操作温度控制在45℃左右。气体在处理过后即离开吸收塔，然后进入洗涤段，在此塔中被气体携带的水分和吸收溶剂会自气体中移除并送回到吸收塔，离开吸收塔的气体则排放到大气中。吸收了二氧化碳气体的吸收溶液则进入填料再生塔，脱除溶液其中的二氧化碳气体而获得再生，这样溶液可以循环反复使用。再生过程利用电厂低压蒸汽进行再生，操作方式是离开吸收塔富二氧化碳吸收溶液经由热交换器与二氧化碳产品气及再生后的贫二氧化碳吸收溶液进行热交换，由此使富二氧化碳吸收溶液温度上升，而使二氧化碳产品气及贫二氧化碳溶液温度下降。经加热的富二氧化碳吸收溶液则进入再生塔中，在再生塔底由低压水蒸汽加热的内置式煮沸器使部分溶液汽化上升，与富二氧化碳吸收溶液接触而使二氧化碳气体进一步释出。向上流动的蒸汽会因加热向下流动的富二氧化碳吸收溶液以及二氧化碳气体的释出而冷凝下来。释出的二氧化碳气体和部分溶液蒸汽则进入再生塔的洗涤区，在此区域吸收溶剂蒸汽被有效移除。离开再生塔的二氧化碳气体和水蒸汽首先进入产品气富液换热器，利用产品气的热量加热富液，随后进入冷凝器、气液分离器，水蒸汽被冷凝成液态水并分离送回再生塔，而二氧化碳气体则再排出进入缓冲罐、压缩机等，二氧化碳气体被压缩至150bar，以备使用管道输送或者其他输运方式运送至二氧化碳处理场所封存，如油田、煤矿、深海或者盐水层等。
本实用新型的脱除二氧化碳的实质是利用碱性吸收剂溶液与烟气中的二氧化碳接触并发生化学反应，形成不稳定的盐类，而盐类在一定的条件下(再热或闪蒸等)会逆向分解释放出二氧化碳而再生，从而达到将二氧化碳从烟气中分离脱除。
本实用新型的吸收塔是双塔并置，通过管道配置与切换，两塔单独运行，也可以形成两塔串联或者并联运行。这种配置方式既可以根据需求(如捕集效率、捕集气量)变化调整运行方式，更可以实现设备在线检修，不间断运行。
本实用新型通过三种方式回收降解或逸出的吸收溶液：间歇启动溶液再生回收器，通过加入一定量回收反应媒介，使降解后的溶液中有效成分析出回收再利用；定期将排气洗涤系统的洗涤水溶液导入再生塔，回收排气洗涤液中的吸收溶质；气液分离器回收的水再循环至再生塔顶喷淋，回收随二氧化碳气体带出的吸收溶液蒸汽。
布置贫富液换热器、产品气富液换热器，分别利用贫液和二氧化碳产品气的余热加热富液，使富液进入再生塔后溶液煮沸器的加热负荷降低，同时也降低了贫液冷却与二氧化碳产品气冷却用水的量。两个换热器的应用，提高了系统能量利用率，大幅降低捕集系统能源消耗量，同时降低了公用工程消耗。
再生塔内采用内置式煮沸器对溶液进行汽化，取消了化工生产中采用的外置溶液再沸器，使系统设备更加减化，提高运行可靠性，有效降低再生蒸汽消耗。
本实用新型的技术方案以如下方式实现：首先燃烧锅炉来流烟气1经脱硝装置2、除尘装置3、脱硫装置4和旋流器5脱除来流烟气中的硝、硫、粉尘和水气进入吸收塔；烟气自下向上流动，与从吸收塔6、7上部入塔的能够吸收二氧化碳的吸收溶液形成逆流接触，脱除二氧化碳的烟气经尾气排空口9排出，吸收了二氧化碳的富液通过富液泵加压由再生塔15上部进入；再生塔15底部的煮沸器16使溶液汽化上升，与富液接触使二氧化碳气体释出，释出的二氧化碳气体和部分溶液蒸汽进入再生塔的洗涤区蒸汽被移除，离开再生塔的二氧化碳气体和水蒸汽首先进入产品气富液换热器，利用产品气的热量加热富液，随后进入冷凝器、气液分离器，水蒸汽被冷凝成液态水并分离送回再生塔，而二氧化碳气体则再排出进入压缩机，二氧化碳气体被压缩至150bar使用管道输送或者其他输运方式运送至二氧化碳处理场所封存。
其具体过程详述如下：从燃煤锅炉引来的烟气1依次通过脱硝2、除尘3、脱硫4、旋流器5装置，通过鼓风机加压后直接从底部进入吸收塔6、7，烟气自下向上流动，与从上部入塔的吸收溶液(贫液)形成逆流接触，使二氧化碳得到脱除，脱除二氧化碳后的烟气由于携带部分吸收溶质的蒸汽，需要进入吸收塔顶部的洗涤段通过水洗，洗涤水通过尾气洗涤液贮槽8进行循环利用，随着洗涤水中吸收溶质的不断富集，需要将一部分洗涤水送去再生塔15进行再生，由此损失的洗涤水通过气液分离器分离的冷凝水旁路21来补充，同时保证了两套回路的水平衡。从吸收塔顶净化后的脱碳烟气从塔顶排入大气。根据电厂的负荷变化、脱碳的效率要求以及设备的维修情况，可以分别启用吸收塔6或者吸收塔7，或者两塔同时启用，此时也有串联和并联两种运行方式，不同的运行方式通过管道切换实现。吸收了二氧化碳的吸收液(富液)通过富液泵加压送至再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用产品气二氧化碳的余热和再生后的吸收溶液(贫液)的余热对富液进行加热，即通过产品气富液换热器14和贫富液换热器13加热富液，同时也达到冷却产品气和再生溶液(贫液)的目的。富液从再生塔15上部进入，通过汽提解吸部分二氧化碳，随后溶液在再生塔底部通过内置式煮沸器16吸热汽化，使其中的二氧化碳进一步解吸，并产生汽提蒸汽。解吸二氧化碳后的贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器13换热后，用泵送至贫液冷却器10，然后部分溶液旁路通过活性炭过滤器12过滤溶液中的杂质，冷却过滤后的吸收溶液(贫液)进入吸收塔吸收段上部喷淋。溶剂在吸收塔和再生塔间往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。从再生塔15顶出来的二氧化碳气体及水蒸汽混合物通过产品气富液换热器14和产品气冷凝器冷却冷凝，经由气液分离器20气水分离，冷凝水通过回流补液返回再生塔15顶，分离出二氧化碳气体进入后续的压缩机22，将二氧化碳压缩至可用于运输的150bar压力23。在吸收溶液长时间运行后，溶液会因为某些降解反应产生不具备二氧化碳吸收能力的产物，需要对其进行再生回收，因此间歇启动溶液再生回收器18，将部分贫液导入该回收器内，通过加入一定量回收反应媒介，使降解后的溶液中有效成分解析出，解析出的有效成分蒸汽进入再生塔底部，与溶液煮沸器16产生的蒸汽汇合上升一同参与汽提。另外，系统还配置了溶液贮槽17，用于系统启动和暂停运行时贮备吸收溶液。

Claims (7)

1、燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，包括与燃煤锅炉来流烟气(1)依次相连的脱硝装置(2)、除尘装置(3)、脱硫装置(4)和旋流器(5)，其特征在于：旋流器(5)的出口通过风机加压后与吸收塔(6、7)的底部相连，烟气自下向上流动，与从吸收塔(6、7)上部入塔的能够吸收二氧化碳的乙醇胺溶液形成逆流接触，脱除二氧化碳的烟气经尾气排空口(9)排出，吸收了二氧化碳的富液通过富液泵加压由再生塔(15)上部进入，在再生塔(15)底部设置有内置式煮沸器(16)，再生塔(15)的顶部出气口还依次与产品气富液换热器(14)、产品气冷凝器(19)、气液分离器(20)和二氧化碳压缩机(22)相连，分离后的二氧化碳经二氧化碳压缩机(22)压缩后排出，解吸二氧化碳后的贫液由再生塔(15)底流出。
2、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说的吸收塔由两个串联或并联的单塔构成。
3、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说的吸收塔顶(6、7)的顶部还设置洗涤段，吸收塔(6、7)还与尾气洗涤液贮槽(8)相连，脱除二氧化碳后的烟气由于携带部分吸收溶质的蒸汽，由吸收塔顶部的洗涤段水洗，洗涤水存入尾气洗涤液贮槽(8)，尾气洗涤液贮槽(8)的出口还与再生塔(15)的底部相连通，尾气洗涤液贮槽(8)的入口通过管路(21)与气液分离器(20)相连。
4、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说的解吸二氧化碳后的贫液由再生塔(15)底流出，经贫富液换热器(13)换热后，用泵送至贫液冷却器(10)，然后部分溶液旁路通过活性炭过滤器(12)过滤溶液中的杂质，冷却过滤后的吸收溶液进入吸收塔(6、7)吸收段上部喷淋。
5、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说的吸收塔(6、7)与再生塔(15)相连接的管路上还依次设置有产品气富液换热器(14)和贫富液换热器(13)。
6、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说再生塔(15)贫液出口管路上还设置有溶液贮槽(17)。
7、根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所说的再生塔(15)的底部还连接有再生回收器(18)。
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