CN204672125U - 一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统 - Google Patents

一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了属于节能减排领域的一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统。该系统主要包括：燃煤电站蒸汽发电子系统、CO2捕获单元和多级蒸汽引射子系统三大组成部分。三个子系统之间主要通过再沸器34和蒸汽引射器36、37、38进行联通。该系统独特性在于利用蒸汽引射器将高压蒸汽引射低压抽汽，混合后的蒸汽为CO2捕获单元中的再沸器提供所需的热量。该系统减少了CO2捕获单元从燃煤电站蒸汽发电子系统所抽取的高压蒸汽量，降低了因CO2捕获所带来的效率惩罚，获得了较高的综合能源利用效率及技术经济性能，为燃煤电站二氧化碳减排提供重要技术支持。

Description

一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统
技术领域
本实用新型属于节能减排设备领域，特别涉及一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统。
背景技术
随着工业化、现代化以及城镇化进程的推进，近年来我国的CO2排放总量飞速增长。相关统计资料显示，燃煤发电的CO2排放量占到全国总排放量的40%左右。因此，燃煤电站的CO2捕集对于我国温室气体减排而言意义重大。
CO2的捕获与封存被认为是一种可以有效减少燃煤电站CO2排放的技术。其中，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，比较适用于燃煤电站的大规模CO2捕集，目前该技术已经应用于诸多示范电站。
然而，化学吸收法需要从电站汽水系统的中压缸排汽口抽取大约50%的蒸汽用于加热CO2捕获单元中的再沸器。这不仅会使电厂发电效率降低8-15个百分点，还会使低压缸进口蒸汽参数发生变化，威胁低压缸的安全运行。除此之外，在化学吸收法中，CO2捕获单元的综合能源利用率较低，体现在许多低品位热量被直接释放到环境中而没有得到有效的回收利用，这些低品位热量主要包括解析塔顶部出口的CO2冷却热以及压缩冷却热。
综上可见，虽然化学吸收法适用于燃煤电站的大规模CO2捕集，但目前其能耗代价太高、综合能源利用效率相对较低。因此，降低CO2捕获单元的能耗同时提高其综合能源利用效率，对于化学吸收法的大范围推广有积极作用。
现有的CN101666248公开了一种二氧化碳回收型蒸汽发电系统，该发明在锅炉尾部烟道省煤器和空气预热器之间增加一个换热器，通过此换热器利用锅炉尾部烟气加热再沸器，从而有效降低脱碳对于电站汽水系统的影响。但该发明没有涉及对CO2捕获单元低品位热能的回收利用。此外，在相关发明专利中，均未见将蒸汽引射器与脱碳流程进行集成的报道。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有且技术较为成熟的燃煤电站CO2化学吸收法存在的能耗代价过高和能量浪费的问题，通过增加多级蒸汽引射子系统将高压蒸汽引射低压抽汽，混合形成的蒸汽为CO2捕获单元中的再沸器提供所需的热量；同时回收利用CO2捕获单元中的CO2冷却热及压缩冷却热以加热燃煤电站蒸汽发电子系统中的凝结水，在很大程度上降低了因投入脱碳所带来的发电效率惩罚。
本实用新型是通过以下方式实现的：
一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，包括燃煤电站蒸汽发电子系统、CO2捕获单元和多级蒸汽引射子系统三个组成部分，其特征是：燃煤电站蒸汽发电子系统1、CO2捕获单元2、多级蒸汽引射子系统3主要通过再沸器34、蒸汽引射器36、37、38进行联通；具体而言，燃煤电站蒸汽发电子系统1中的汽轮机中压缸6排汽经管道L1输送至蒸汽引射器36、38，蒸汽引射器36、38分别通过管道L2、L4引射燃煤电站蒸汽发电子系统1的第五级和第七级抽汽；蒸汽引射器36出口与蒸汽引射器37进口相连，蒸汽引射器37通过管道L3引射燃煤电站蒸汽发电子系统1的第六级抽汽；蒸汽引射器37的排汽与蒸汽引射器38的排汽混合后经管道L5输送至CO2捕获单元2中的再沸器34，再沸器34通过管道L6与燃煤电站蒸汽发电子系统1进行联通。
所述燃煤电站蒸汽发电子系统1由锅炉4、高压缸5、中压缸6、低压缸9、低压缸10、发电机11串联而成；低压缸9、10排汽在凝汽器12中放热凝结后进入凝结水泵13，而后凝结水依次通过低压加热器14、15，低压加热器15出口的凝结水与再沸器34出口凝结水汇合后进入低压加热器16；低压加热器16出口的凝结水与低压缸9、10的抽汽经低压加热器16、水泵17作用后的疏水汇合进入除氧器18；除氧器18出口凝结水经给水泵19增压后依次经过高压加热器20、21、22进行加热，最终完成循环进入锅炉4；高压缸5中间段抽汽口与高压加热器22连接，高压缸5排汽分流成两股，其中一股经锅炉4再热后进入中压缸6，另一股进入高压加热器21；中压缸6中间段抽汽口与高压加热器20连接，中压缸6排汽分流成三股，第一股输送至除氧器18，第二股经阀门7、8后分别进入低压缸9、10，第三股经管道L1输送至多级蒸汽引射子系统3。
所述CO2捕获单元2中，脱硫后烟气经增压风机23进入吸收塔24，吸收塔24底部流出的富液依次经过富液增压泵26、贫富液换热器27后进入解析塔28；CO2与大量水蒸气从解析塔28顶部流出后经CO2冷却器29进入分离器30，分离器30底部连接解析塔28；解析塔28底部流出的贫液一部分经再沸器34加热后回流至解析塔28，另一部分则依次经过贫液增压泵32、贫富液换热器27与冷却器34，最终与MEA补充液汇入吸收塔24完成循环；吸收塔24顶部与烟囱25经烟道相连，分离器30顶部依次与压气机31和压缩冷却器32相连。
所述多级蒸汽引射子系统中，蒸汽引射器36出口连接蒸汽引射器37进口，蒸汽引射器36、37串联后再与蒸汽引射器38并联；蒸汽引射器37的排汽与蒸汽引射器38的排汽进行混合后通过管道L5输送至再沸器34。
附图说明
图1为燃煤电站蒸汽发电子系统、CO2捕获单元、多级蒸汽引射子系统整合示意图。
图2蒸汽引射器简要结构示意图。
具体实施方式
本实用新型工作时，利用蒸汽引射器36、37、38将高压蒸汽引射低压抽汽，混合形成的蒸汽为再沸器34提供所需的热量；同时回收利用CO2冷却器29及压缩冷却器32释放的低品位热能，以加热燃煤电站蒸汽发电子系统1中的凝结水。
以上为子系统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。
燃煤电站发电子系统1运行时，由锅炉4产生的主蒸汽进入高压缸5做功后，回到锅炉4进行再热，再热蒸汽进入中压缸6膨胀做功，中压缸6的排汽经阀门7、8后进入低压缸9、10继续做功，高中低压缸驱动发电机11转动产生电能；低压缸9、10的排汽进入凝汽器12冷凝排热形成凝结水，凝结水经凝结水泵13增压后依次通过低压加热器14、15、16进行加热，低压加热器16出口凝结水与低压加热器16的疏水汇合进入除氧器18；除氧器18出口凝结水经给水泵19作用成为给水，给水依次通过高压加热器20、21、22进行加热，最后完成循环回到锅炉4。高压加热器20、21、22的抽汽分别来自中压缸6中间段、高压缸5末端、高压缸5中间段，高压加热器20、21、22的疏水逐级自流最后汇入除氧器18；除氧器18的抽汽来自中压缸6末端抽汽；低压加热器16的抽汽来自低压缸9、10；低压加热器15所需的热量来自压缩冷却器32，低压加热器14所需热量来自CO2冷却器29。对于中压缸6的排汽抽汽，该段抽汽压力为1106kPa，而再沸器实际要求的吸收液再生蒸汽压力为270kPa，因此先将抽汽通过管道L1引入多级蒸汽引射子系统3，继而再通入再沸器34。
CO2捕获单元2运行时，脱硫后烟气经增压风机23作用后进入吸收塔24，烟气与从上部进入的MEA液反应吸收CO2，脱碳后的烟气自烟囱25排入大气中；富液从吸收塔24底部流出，经富液增压泵26作用后进入贫富液换热器27吸热，继而进入解析塔28；富液在解析塔28中与由再沸器34加热产生的再热蒸汽彼此逆流接触，富液被加热后释放的CO2从解析塔28顶部排出，通过CO2冷却器29后进入分离器30进行气液分离，CO2气体从分离器30顶部排出后依次通过压气机31和压缩冷却器32，液体则从分离器30底部回流至解析塔28；脱除CO2后的贫液自解析塔28底部流出，一部分经再沸器34加热后回送至解析塔28，另一部分经贫液增压泵33作用后进入贫富液换热器27放热，进而再通过冷却器35冷却，最后与补充的MEA液重新汇入吸收塔24，自此完成MEA液的循环重复利用。
多级蒸汽引射子系统3运行时，压力为1106kPa的中压缸排汽通过管道L1进入蒸汽引射器36、38，此中压缸排汽通过蒸汽引射器36、38和管道L2、L4分别引射压力为400kPa和89kPa的蒸汽发电子系统第五级、第七级抽汽；蒸汽引射器36的排汽压力为500kPa，此排汽通过蒸汽引射器37和管道L3引射压力为205kPa的蒸汽发电子系统第六级抽汽；蒸汽引射器37、38的排汽压力均为270kPa，两者混合后通过管道L5进入再沸器34放热，放热后的疏水通过管道L6输送至燃煤电站蒸汽发电子系统1。
本实用新型提出的基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，在CO2回收率为90%的情况下，系统净发电效率为31.61%。与无CO2捕获的1000MW燃煤电站相比，其发电效率仅下降8.66%；而常规的采用MEA化学吸收法捕获CO2的燃煤电站由于碳减排带来的效率惩罚可达11.08%以上。因此，本集成系统在实现CO2捕获的同时，降低了因投入脱碳系统所带来的发电效率惩罚，在减排的同时保证了燃煤电站的发电效率。

Claims (4)

1.一种基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，其特征在于：该系统包括燃煤电站蒸汽发电子系统（1）、CO2捕获单元（2）和多级蒸汽引射子系统（3）三个组成部分，三者集成相连；具体而言，燃煤电站蒸汽发电子系统（1）中的汽轮机中压缸（6）排汽口经管道L1与多级蒸汽引射子系统（3）中的蒸汽引射器（36、38）相连，蒸汽引射器（36、38）分别通过管道L2、L4引射燃煤电站蒸汽发电子系统（1）的第五级和第七级抽汽；蒸汽引射器（36）出口与蒸汽引射器（37）进口相连，蒸汽引射器（37）通过管道L3引射燃煤电站蒸汽发电子系统（1）的第六级抽汽；蒸汽引射器（37）的排汽与蒸汽引射器（38）的排汽混合后通过管道L5输送至CO2捕获单元(2)中的再沸器（34）,再沸器（34）通过管道L6与燃煤电站蒸汽发电子系统（1）相连接。
2.权利要求1所述基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，其特征在于：所述燃煤电站蒸汽发电子系统（1）由锅炉（4）、高压缸（5）、中压缸（6）、低压缸（9）、低压缸（10）、发电机（11）串联而成；低压缸（9、10）出口与凝汽器（12）相连，凝汽器（12）经凝结水泵（13）与低压加热器（14、15）相连，低压加热器（15）出口连接低压加热器（16），低压加热器（16）出口凝结水与低压缸（9、10）的抽汽经低压加热器（16）、水泵（17）作用后的疏水汇合进入除氧器（18）；除氧器（18）与给水泵（19）相连，而后再依次串联高压加热器（20、21、22），高压加热器（22）出口与锅炉（4）进口相连；高压缸（5）中间段抽汽口与高压加热器（22）连接，高压缸（5）排汽口分别与锅炉（4）和高压加热器（21）相连；中压缸（6）中间段抽汽口与高压加热器（20）连接，中压缸（6）排汽口与除氧器（18）相连，阀门（7、8）分别与低压缸（9、10）相连。
3.权利要求1所述基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，其特征在于：所述CO2捕获单元（2）中，增压风机（23）出口连接吸收塔（24）下部气体入口，吸收塔（24）底部连接富液增压泵（26），富液增压泵（26）经贫富液换热器（27）连接解析塔（28）入口；解析塔（28）顶部经CO2冷却器（29）与分离器（30）连接，分离器（30）顶部依次连接压气机（31）和压缩冷却器（32），分离器（30）底部连接解析塔（28）；解析塔（28）底部与再沸器（34）、贫液增压泵（33）相连，贫液增压泵（33）出口与贫富液换热器（27）相连后经冷却器（35）与吸收塔（24）上部相连，吸收塔（24）顶部连接烟囱（25）。
4.权利要求1所述基于蒸汽引射器的燃煤电站脱碳集成系统，其特征在于：所述多级蒸汽引射子系统（3）中，蒸汽引射器（36）出口与蒸汽引射器（37）相连，蒸汽引射器（36、37）串联后再与蒸汽引射器（38）并联。
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