CN206492364U - 一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，包括燃煤发电单元、变温循环水单元和碳捕集单元。所述燃煤发电单元包括锅炉、汽轮机、冷却塔和水泵等；变温循环水单元包括第一四通换向阀，第二四通换向阀、第一变温吸附塔组和第二变温吸附塔组等；碳捕集单元包括第一四通换向阀、三通阀、第一变温吸附塔组和第二变温吸附塔组等。变温吸附碳捕集的解吸能耗显著低于化学吸收碳捕集，确保燃煤电厂节能减排能力；两组数量相同的变温吸附塔保证了工业化运行的持续性，维持系统产气能力；变温循环水路同时保证吸附过程的低温(25‑35℃)状态和解吸过程的高温(100‑120℃)状态，保证沸石吸附能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二氧化碳捕集系统，尤其涉及一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统。
背景技术
据国际能源署报道，约60％的温室效应由CO2产生，控制CO2的排放成为应对气候变暖最重要的技术路线之一。而燃煤电厂作为CO2排放的主要来源，从电厂烟气中捕集回收CO2成为了缓解CO2排放危机最重要最直接的手段。
包括物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、吸附法、膜分离法等在内多种碳捕集方法中，吸附法工艺流程简单，吸附剂解吸的能力较强，在工程中得到了广泛的应用：在低温条件下，吸附塔对CO2进行吸附；吸附饱和后，对吸附塔进行加热使其达到CO2解吸的条件实现CO2的捕集。目前采用变温吸附法为设计依据所设计的CO2捕集装置，不断加热和冷却吸附塔过程中的巨大能耗成为限制变温吸附发展的主要因素，也是学者们致力解决的问题；而为保持反应温度，加热器和冷却器都是必不可少的部件，这也不可避免的增加了系统的复杂性以及调控的难度。
事实上，燃煤电厂运行过程中大量低品位热能的损耗都可以与变温吸附二氧化碳捕集法相结合，既能最大限度的实现能量的利用，又能满足对大型排放源二氧化碳减排的需求。目前，从低能耗、低排放的角度出发，主要是从“电厂烟气处理”和“变温吸附碳捕集”两个部分展开。
一方面，开发了大量燃煤电厂烟气的处理方式。例如公开号为CN102266717A的中国发明专利申请披露了一种利用炭还原的方式实现燃煤电厂尾气减排，其主要步骤包括气体升温、炭还原反应、气体冷却和气体分离，将CO2转变为CO以实现二氧化碳减排，其能产出CO作为碳化工的重要原料，具有很好的经济效益并能节省大量的天然气。此发明可以满足发电、水泥、钢铁和炼油等行业碳减排的需求，特别是燃煤电厂尾气二氧化碳排放的控制和利用，但化学还原的方法相较物理吸附耗能更大。公开号为CN105903310A的中国发明专利申请公开一种CO2捕集系统的再生塔用加热系统使冷却水依次由汽轮机凝汽器和烟气冷却器进行加热，从而减少甚至避免冷却水应用于再生塔时升温所耗费的能量，从而取得节约能源、降低生产成本的效果，但化学吸收法实现的二氧化碳捕集同样不如吸附法能耗低。
另一方面，对二氧化碳吸附捕集技术进行改进。例如公开号为CN203990246U的中国实用新型专利提出了一种二氧化碳捕集折流式固定床吸附塔，能够实现气体均布性好、气体流程长、吸附剂利用率高、床层稳定等优势，能够适用大中小各种规模的二氧化碳捕集变压吸附工程，但是由于缺乏系统改进的整体性优势，单独发挥的效果有限；公开号为CN105749696A的中国发明专利申请公开了一种基于低品位热能利用的二氧化碳吸脱附系统及方法，结合了余热利用与二氧化碳捕集双效节能的效果，其以烟气中的低品位热能作为能量来源，结合物理变温实现循环吸脱附，提高了效率，降低了系统运行时间，降低了约六成系统能耗，降低了火电厂的烟气造成的污染，然而受制于系统的繁琐，难以再对冷却系统进行布置，因此无法实现对吸附塔的快速冷却，从而导致吸附过程也大打折扣。
综合以上可以看出，现有技术中从“电厂烟气处理”和“变温吸附碳捕集”两方面都有一定程度的进展，但缺乏一种完善的系统能够将燃煤电厂系统中低品位热能的利用与变温吸附二氧化碳捕集系统结合起来，利用双塔运行模式，通过变温循环水路实现吸附捕集电厂锅炉尾气二氧化碳，确保系统稳定、持续运行。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，充分利用电厂燃汽轮机中间抽汽的低品位热能，利用双塔运行模式，通过变温循环水路实现变温吸附捕集电厂锅炉烟气二氧化碳，确保系统稳定、持续运行。本实用新型以低品位热与变温吸附碳捕集结合技术为核心，满足了低能耗捕集电厂烟气二氧化碳的需求。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，包括燃煤发电单元、变温循环水单元和碳捕集单元；所述燃煤发电单元包括与锅炉相连的汽轮机，所述汽轮机依次连接有冷水塔和水泵，所述水泵再连接至所述锅炉，从而形成燃煤发电水路；所述变温循环水单元包括与所述汽轮机的中间抽汽口相连的第一四通换向阀，所述第一四通换向阀连接有第一变温吸附塔组，所述第一变温吸附塔组通过第二四通换向阀与所述冷水塔相连，所述冷水塔经所述第二四通换向阀连接至第二变温吸附塔组，所述第二变温吸附塔组通过所述第一四通换向阀连接至所述水泵，从而在汽轮机、第一变温吸附塔组、第二变温吸附塔组、冷水塔和水泵之间形成变温循环水路；所述碳捕集单元包括与所述锅炉的烟道相连的第三四通换向阀，所述第三四通换向阀分别与所述第一变温吸附塔组和所述第二变温吸附塔组的气体通道相连，所述第一变温吸附塔组和所述第二变温吸附塔组的气体通道的出口均与三通阀的两个口相连，所述第三四通换向阀的一个出口通向高浓度二氧化碳出口，所述三通阀的第三个口通向大气，从而在锅炉、第一变温吸附塔组、第二变温吸附塔组、高浓度二氧化碳出口和大气之间形成烟气路。
进一步讲，所述第一变温吸附塔组和第二变温吸附塔组均包括一个或多个数量相同的吸附塔。
所述第一变温吸附塔组和第二变温吸附塔组中填充的吸附材料均为沸石13X。
所述第一变温吸附塔组和第二变温吸附塔组中的吸附温度为25-35℃，解吸温度为100-120℃。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.针对变温吸附碳捕集相较吸收法碳捕集更低的能耗，充分利用电厂燃汽轮机中间抽汽的低品位热能为碳捕集单元提供解吸过程所需热量，确保燃煤电厂节能减排能力。
2.采用两组多个吸附塔的循环模式保证系统产气持续性，维持工业生产能力。
3.变温循环水路同时保证吸附过程的低温(25-35℃)状态和解吸过程的高温(100-120℃)状态，保证沸石吸附能力。
附图说明
图1为本实用新型一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统示意图。
图中：
1-锅炉 2-汽轮机 3-冷水塔
4-水泵 5-第一四通换向阀 6-第二四通换向阀
7-第三四通换向阀 8-第一变温吸附塔组 9-三通阀
10-第二变温吸附塔组 11-高浓度二氧化碳出口 12-大气
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
本实用新型提出的一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统是一种利用汽轮机中间抽汽通过变温循环水实现的吸附碳捕集电厂锅炉烟气处理系统，以低品位热与变温吸附碳捕集结合技术为核心，满足了低能耗捕集电厂锅炉烟气二氧化碳的需求。该系统包括燃煤发电单元、变温循环水单元和碳捕集单元。
如图1所示，所述燃煤发电单元包括与锅炉1相连的汽轮机2，所述汽轮机2依次连接有冷水塔3和水泵4，所述水泵4再连接至所述锅炉1，从而形成燃煤发电水路。
所述变温循环水单元包括与所述汽轮机2的中间抽汽口相连的第一四通换向阀5，所述第一四通换向阀5连接有第一变温吸附塔组8，所述第一变温吸附塔组8通过第二四通换向阀6与所述冷水塔3相连，所述冷水塔3经所述第二四通换向阀6连接至第二变温吸附塔组10，所述第二变温吸附塔组10通过所述第一四通换向阀5连接至所述水泵4，从而在汽轮机2、第一变温吸附塔组8、第二变温吸附塔组10、冷水塔3和水泵4之间形成变温循环水路。
所述碳捕集单元包括与所述锅炉1的烟道相连的第三四通换向阀7，所述第三四通换向阀7分别与所述第一变温吸附塔组8和所述第二变温吸附塔组10的气体通道相连，所述第一变温吸附塔组8和所述第二变温吸附塔组10的气体通道的出口均与三通阀9的两个口相连，所述第三四通换向阀7的一个出口通向高浓度二氧化碳出口11，所述三通阀9的第三个口通向大气12，从而在锅炉1、第一变温吸附塔组8、第二变温吸附塔组10、高浓度二氧化碳出口11和大气12之间形成烟气路。
本实用新型中，所述第一变温吸附塔组8和第二变温吸附塔组10中填充的吸附剂材料均为沸石13X，且吸附温度为25-35℃，解吸温度范围为100-120℃。所述第一变温吸附塔组8和第二变温吸附塔组10均包括一个或多个数量相同的吸附塔，若碳捕集单元中第一变温吸附塔组8和第二变温吸附塔组10均包括多个数量相同的吸附塔，则吸附塔组中吸附塔为并联形式。变温循环水路同时保证吸附过程的低温(25-35℃)状态和解吸过程的高温(100-120℃)状态，确保沸石吸附能力。
本实用新型中燃煤发电单元的工作流程是：水在锅炉1中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机2中膨胀，对外作功；在汽轮机2出口，工质为低压湿蒸汽状态，成为乏汽；乏汽进入冷水塔3放热，凝结为饱和水经水泵4升压送回锅炉1。
本实用新型中变温循环水单元的工作流程是：汽轮机2中间抽汽(100-120℃)经如图1中状态1所示的第一四通换向阀5进入第一变温吸附塔组8加热第一变温吸附塔组8，后经如图1中状态1所示的第二四通换向阀6进入冷却塔3放热，凝结为饱和水(25-35℃)经如图1中状态1所示的第二四通换向阀6进入第二变温吸附塔组10冷却第二变温吸附塔组10，再经水泵4升压送回锅炉1，全过程由水泵4提供动力。假设碳捕集单元的第一个循环完成，第一四通换向阀5、第二四通换向阀6同时顺时针转90度，如图1中状态2所示，此时第一变温吸附塔组8被冷却，第二变温吸附塔组10被加热，实现双塔加热、冷却状态的切换。
本实用新型中碳捕集单元的工作流程是：经过预处理的含二氧化碳的锅炉烟气经如图1中状态1所示的第三四通换向阀7进入第二变温吸附塔组10气体通道，在经变温循环水冷却的第二变温吸附塔组10(25-35℃)内被沸石13X吸附，此时三通阀12下进右出，余下的烟气通往大气12被排放到大气中；此时，经变温循环水加热的第一变温吸附塔组8(100-120℃)开始解吸过程，经高浓度二氧化碳出口11释放出高浓度的二氧化碳，并最终经如图1中状态1所示的第三四通换向阀7排出，完成二氧化碳的捕集。假设碳捕集单元的第一个循环完成，第三四通换向阀5顺时针转90度，此时三通阀12上进右出，如图1中状态2所示，此时第一变温吸附塔组8中发生吸附过程，第二变温吸附塔组10中发生解吸过程，实现双塔吸收、解吸状态的切换。
综上，本实用新型利用燃汽轮机中间抽汽通过变温循环水实现的吸附碳捕集电厂锅炉烟气处理，以低品位热与变温吸附碳捕集结合技术为核心，满足了低能耗捕集电厂锅炉烟气二氧化碳的需求；两组数量相同的变温吸附塔保证了工业化运行的持续性，维持系统产气能力；变温循环水路同时保证吸附过程的低温(25-35℃)状态和解吸过程的高温(100-120℃)状态，免除了附加吸附塔组冷却装置的同时保证沸石吸附能力。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (4)
1.一种利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，包括燃煤发电单元、变温循环水单元和碳捕集单元；其特征在于：
所述燃煤发电单元包括与锅炉(1)相连的汽轮机(2)，所述汽轮机(2)依次连接有冷水塔(3)和水泵(4)，所述水泵(4)再连接至所述锅炉(1)，从而形成燃煤发电水路；
所述变温循环水单元包括与所述汽轮机(2)的中间抽汽口相连的第一四通换向阀(5)，所述第一四通换向阀(5)连接有第一变温吸附塔组(8)，所述第一变温吸附塔组(8)通过第二四通换向阀(6)与所述冷水塔(3)相连，所述冷水塔(3)经所述第二四通换向阀(6)连接至第二变温吸附塔组(10)，所述第二变温吸附塔组(10)通过所述第一四通换向阀(5)连接至所述水泵(4)，从而在汽轮机(2)、第一变温吸附塔组(8)、第二变温吸附塔组(10)、冷水塔(3)和水泵(4)之间形成变温循环水路；
所述碳捕集单元包括与所述锅炉(1)的烟道相连的第三四通换向阀(7)，所述第三四通换向阀(7)分别与所述第一变温吸附塔组(8)和所述第二变温吸附塔组(10)的气体通道相连，所述第一变温吸附塔组(8)和所述第二变温吸附塔组(10)的气体通道的出口均与三通阀(9)的两个口相连，所述第三四通换向阀(7)的一个出口通向高浓度二氧化碳出口(11)，所述三通阀(9)的第三个口通向大气(12)，从而在锅炉(1)、第一变温吸附塔组(8)、第二变温吸附塔组(10)、高浓度二氧化碳出口(11)和大气(12)之间形成烟气路。
2.根据权利要求1所述利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，其特征在于，所述第一变温吸附塔组(8)和第二变温吸附塔组(10)均包括一个或多个数量相同的吸附塔。
3.根据权利要求1所述利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，其特征在于，所述第一变温吸附塔组(8)和第二变温吸附塔组(10)中填充的吸附材料均为沸石13X。
4.根据权利要求1所述利用中间抽汽的变温吸附电厂烟气碳捕集系统，其特征在于，所述第一变温吸附塔组(8)和第二变温吸附塔组(10)中的吸附温度为25-35℃，解吸温度为100-120℃。
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