CN204582900U - 一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了属于节能减排领域的一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统。该系统主要包括：燃煤电厂蒸汽发电子系统、CO2捕获单元和太阳能集热子系统三大组成部分。三个子系统之间主要通过再沸器24相连，构成利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统。该系统独特性在于加入太阳能集热系统为脱碳单元中再沸器提供热量，从而减少或者避免了从汽水系统抽汽。阳光充足时，仅太阳能集热板为再沸器提供热量；阳光不足时，汽轮机抽汽及时补充再沸器所欠缺热量。该系统降低了因投入脱碳单元所带来的燃煤电厂效率惩罚；提高了综合能源利用效率，拥有较好的技术经济性能，为燃煤机组CO2减排提供重要技术支持。

Description

一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统
技术领域
本实用新型属于节能减排设备领域，特别涉及一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统；具体说，利用太阳能集热为再沸器提供热量，减少甚至不需要从汽水系统抽汽加热再沸器，实现了在加入脱碳系统后降低机组效率惩罚量的目的。
背景技术
我国是世界最大的CO2  排放国，承受着巨大的国际减排压力。而遍布我国的大量燃煤电厂，则是主要的碳排放源之一，每年这些燃煤电厂的碳排放量可占全国碳排放总量的一半左右。因此，减少我国燃煤电站的CO2排放量，对中国乃至全世界的碳减排都有着极其重要的意义。CO2的捕获与封存(CCS)被认为是一种可以有效减少CO2排放的可行技术。而在诸多CCS技术之中，以MEA为代表的化学吸收法因为能在混合气体CO2浓度低、杂质气体含量大的恶劣条件下工作而比较适用于燃煤电站烟气的CO2吸收。
在机组加入脱碳单元后，目前我国的主流机组（600MW、1000MW）的发电效率会下降10%-15%左右，增加了煤耗量与发电成本。因此，发展新型煤电与太阳能一体化脱碳系统的重要性不言而喻。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有已较为成熟的燃煤电厂CO2化学吸收捕获方法所存在的能耗大、减排成本高、能量浪费的问题，通过增加太阳能集热系统辅助汽轮机抽汽加热脱碳单元的再沸器，在阳光充足时太阳能集热完全替代抽汽，阳光欠缺时抽汽及时投入的方法，完成了汽水流程、脱碳单元以及太阳能集热系统的集成，在很大程度上降低了因投入脱碳系统所带来的发电效率惩罚量，在减排的同时也保证了发电效率。
抽汽换热与太阳加热互补的具体操作为：阳光充足，太阳能集热器所收集热量足以保证再沸器热量需求时，通过关闭节流阀22停止抽汽；阳光不充足时，通过调节节流阀22、23及时投入汽轮机抽汽保证再沸器正常工作。又因太阳能集热温度较高可先使小汽机35做功后再通至再沸器24保证了能量的充分利用。
本实用新型是通过以下方式实现的：
一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统，包括燃煤电厂蒸汽发电子系统、CO2捕获单元和太阳能集热子系统三个子系统，其特征是燃煤电厂蒸汽发电子系统1、脱碳单元2、太阳能集热子系统3通过再沸器24三者相连集成。燃煤电厂蒸汽发电子系统1中汽轮机中压缸6出汽与节流阀22、23连接，出汽经节流阀22与小汽机21相连；脱碳单元2中解析塔30所排MEA液与再沸器24连接；太阳能集热子系统3中被加热的蒸汽经过节流阀36与小汽机35连接后又与再沸器24相连。
所述燃煤电厂蒸汽发电子系统1由锅炉4、高压缸5、中压缸6、低压缸7、低压缸8、发电机9串联而成；低压缸7、8排汽经过凝汽器10与凝结水泵11与低压加热器12和13相连，低压加热器13出口凝结水与小汽机21出汽经再沸器24后凝结水汇合进入低压加热器14；低压加热器14出口凝结水与低压缸7、8抽汽经过低压加热器14、水泵15后的疏水汇合进入除氧器19；凝结水通过除氧器19与给水泵20变为给水并依此通过高压加热器18、17、16最终完成循环进入锅炉4；中压缸6排汽与除氧器19连接，中压缸6中间抽汽与高压加热器18连接，高压缸5排汽分流分别进入锅炉4再热继而通入中压缸6与进入高压加热器17，高压缸5中间段抽汽与高压加热器16连接。
所述脱碳单元2中，脱硫后烟气经风机27送入吸收塔25中， 富液经过水泵28与贫富液换热器29相连接继而富液又通入解析塔30，CO2与大量水蒸气从解析塔出来与CO2冷却器31连接继而与分离器32相连，分离器32下流水与解析塔30连接，解析塔30下流MEA液经过再沸器24流入解析塔30，贫液由解析塔30下出依此经过水泵33、贫富液换热器29与冷却器34最终与MEA补充液汇入吸收塔25完成循环；吸收塔25与烟囱26经烟道相连。
所述太阳能集热子系统3由太阳能集热板37、节流阀36、小汽机35串联而成，完成由太阳能集热板加热疏水汽化通至小汽机35做功，乏汽进入再沸器24为脱碳系统提供热量的循环。
附图说明
图1为电厂汽水系统、CO2捕获脱除系统、太阳能集热系统整合示意图。
具体实施方式
本实用新型在阳光充足工作时，太阳能集热器37所收集热量足以保证再沸器24热量需求，通过关闭节流阀22停止抽汽；阳光不充足时，通过调节节流阀22、23及时投入汽轮机抽汽保证再沸器正常工作。又因太阳能集热温度较高可先使小汽机35做功后再通至再沸器24保证了能量的充分利用。
以上为系统1、2、3集成运行时的操作方法，以下就每个系统各自运行作出详细说明。
燃煤电厂发电子系统1运行时，给水经锅炉4加热成蒸汽，进入高压缸5做功，高压缸5排汽重又回到锅炉4再热，继而再热蒸汽进入中压缸6做功，中压缸6排汽进入低压缸7、8继续做功，高中低压缸驱动发电机9转动产生电能，低压缸7、8排汽进入凝汽器10冷凝排热，继而凝结水经凝结水泵11作用打至低压加热器12、13、14，凝结水自低压加热器14排出后经水泵15作用与经过低压加热器14的疏水汇合进入除氧器19，继而凝结水经过给水泵20作用成为给水，而后给水依此通过高压加热器18、17、16加热作用完成循环重又回到锅炉4。对于通过节流阀22、23调节的中压缸6排汽抽汽，该段抽汽压力为932kPa，而再沸器实际要求的吸收液再生蒸汽压力为270kPa、115℃，因此先将抽汽引入小汽机21做功，继而再通入再沸器。高压换热器16、17、18抽汽分别来自高压缸5中间段、高压缸5末端、中压缸6中间段；高压换热器疏水逐级自流汇入除氧器19，除氧器19抽汽来自中压缸末段抽汽；低压换热器14抽汽来自低压缸7、8中间段抽汽；低压换热器13热量来自脱碳单元2的多级压缩冷却放热，低压换热器12热量来自CO2冷却器。
脱碳单元2运行时，脱硫后烟气经风机27增压吹入吸收塔28，与从上部进入的MEA液反应吸收CO2，脱碳后的烟气自烟囱26排入大气中，MEA富液从吸收塔底部流出，经泵33作用进入贫富液换热器29吸热，继而进入解析塔30自上而下流动与其中上行的CO2、水蒸气发生物理反应，继而贫富液自解析塔30底部流出后分流，含CO2高的MEA液继续经过再沸器24吸热变为气态经过解析塔30，并通过CO2冷却器31与分离器32，水与MEA液重新返回解析塔30，CO2自分离器32流出；贫液经过泵33作用通过贫富液换热器29放热，进而再通过冷却器34冷却并与补充的MEA液重新汇入吸收塔25，自此完成MEA液的循环重复利用。
太阳能集热子系统3运行时，太阳能集热板37收集热量加热给水至300℃，水汽化后经过节流阀36先经过小汽机35做功，继而在保证适合MEA安全温度115℃的情况下进入再沸器放热。
本系统在CO2回收率90%的情况下，对于600MW电厂净发电效率可达40%，阳光充足时完全避免了因抽汽所造成的严重效率惩罚；阳光不充足时也降低了因抽汽带来的效率惩罚程度；该系统为热媒机组碳减排提供了独特的技术思路与方案。

Claims (4)

1.一种利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统，其特征在于，该系统包括燃煤电厂蒸汽发电子系统（1）、CO2捕获单元（2）和太阳能集热子系统（3）三个子系统，三者集成相连，燃煤电厂蒸汽发电子系统（1）中汽轮机中压缸（6）排汽与节流阀（22）、（23）连接，排汽经节流阀（22）与小汽机（21）相连，小汽机（21）与脱碳单元（2）中再沸器（24）相连；脱碳单元（2）中解析塔（30）下部管道与再沸器（24）相连并形成回路；太阳能集热子系统（3）中被加热的蒸汽经过节流阀（36）与小汽机（35）连接后又与再沸器（24）相连。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统，其特征在于：所述燃煤电厂蒸汽发电子系统（1）由锅炉（4）、高压缸（5）、中压缸（6）、第一低压缸（7）、第二低压缸（8）、发电机（9）串联而成；第一低压缸（7）、第二低压缸（8）排汽经过凝汽器（10）与凝结水泵（11）、第一级低压加热器（12）和第二级低压加热器（13）顺序连接，第二级低压加热器（13）出口凝结水与小汽机（21）排汽经再沸器（24）后汇合进入第三级低压加热器（14）；第一低压缸（7）、第二低压缸（8）抽汽经过第三级低压加热器（14）、水泵（15）后与第三级低压加热器（14）出口凝结水汇合进入除氧器（19）；凝结水通过除氧器（19）与给水泵（20）后变为给水并依次通过第一级高压加热器（18）、第二级高压加热器（17）和第三级高压加热器（16）最终完成循环进入锅炉（4）；中压缸（6）排汽与除氧器（19）连接，中压缸（6）中间抽汽与第一级高压加热器（18）连接，高压缸（5）排汽一部分进入锅炉（4）再热后流入中压缸（6），高压缸（5）另一部分排汽与第二级高压加热器（17）相连，高压缸（5）中间段抽汽与高压加热器（16）连接。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统，其特征在于：所述脱碳单元（2）中，脱硫后烟气经风机（27）送入吸收塔（25）中， 富液经过水泵（28）与贫富液换热器（29）相连接继而富液又通入解析塔（30），CO2与大量水蒸气从解析塔出来与CO2冷却器（31）连接继而与分离器（32）相连，分离器（32）下流水与解析塔（30）连接，解析塔（30）下流MEA液经过再沸器（24）流入解析塔（30），贫液由解析塔（30）下出依此经过水泵（33）、贫富液换热器（29）与冷却器（34）最终与MEA补充液汇入吸收塔（25）完成循环；吸收塔（25）与烟囱（26）经烟道相连。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助再沸器加热的脱碳系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统（3）由太阳能集热板（37）、节流阀（36）、小汽机（35）串联而成，完成由太阳能集热板加热疏水汽化通至小汽机（35）做功，乏汽进入再沸器（24）为脱碳系统提供热量的循环。
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