CN206492377U - 太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，包括二氧化碳捕集系统、低温太阳能集热系统、吸收式热泵系统以及电厂发电系统中的汽轮机和低压给水加热器；该系统利用低温太阳能集热系统驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸；或该系统利用低温太阳能集热系统和汽轮机抽汽共同驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸；或该系统利用低温太阳能集热系统和汽轮机抽汽共同驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统和汽轮机其他级抽汽为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸。本实用新型提升蒸汽品位，实现了热能的温度对口、梯级利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能辅助燃煤电厂二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统。
背景技术
化石燃料在能源生产以及消费结构中一直占据着主导地位，且这种能源结构在短期内将不会有明显的改善。在世界范围内，化石燃料仍然是二氧化碳的主要排放源。联合国政府间气候变化专业委员会的评估报告指出全球约78.2％的二氧化碳排放来自于温室气体大型排放源，其中30％-40％来自于燃煤电厂。因此，针对于燃煤电厂的二氧化碳捕集技术成为当前能源利用格局下实现温室气体减排的重要途径之一。
现有的电厂发电系统包括经管路和阀门依次连接的蒸汽锅炉、汽轮机、乏汽凝汽器、凝结水泵、低压给水加热器、高压给水加热器(如图1虚线框所示)。
基于醇胺法的燃烧后二氧化碳捕集技术是目前应用最为广泛和成熟的燃煤电厂脱碳技术。但是醇胺类溶液的解吸再生过程需要消耗大量热能，现有技术通常采用电厂汽轮机中低压缸抽蒸汽为再沸器加热。然而满足吸收剂解吸再生压力要求的抽蒸汽温度一般在200摄氏度以上，远远高于醇胺类溶液解吸温度要求，难以实现热能的温度对口、梯级利用，严重降低了电厂发电效率。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺点，本实用新型提供了一种太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，利用吸收式热泵技术，实现低温太阳热与电厂汽轮机低品位抽蒸汽的温度提升，为燃煤电厂烟气中低浓度二氧化碳脱除提供热量。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，包括二氧化碳捕集系统、低温太阳能集热系统、吸收式热泵系统以及电厂发电系统中的汽轮机和低压给水加热器；
所述二氧化碳捕集系统包括解吸塔、吸收塔和贫富液热交换器,所述吸收塔底部富液输送线经富液循环泵和贫富液热交换器换热后连接至所述解吸塔的上部，所述解吸塔底部贫液输送线经贫液循环泵和贫富液热交换器换热后连接至所述吸收塔的上部，所述解吸塔顶部设置多级压缩装置,所述解吸塔底部设置再沸器自循环；所述吸收塔下部气体入口连接至蒸汽锅炉顶部的排烟管；
所述吸收式热泵系统包括由管路依次连接的吸收器、溶液热交换器、发生器、冷凝器、工质泵、蒸发器；所述溶液热交换器与发生器之间设置有第一节流阀，所述发生器与溶液热交换器之间设置有溶液泵；
所述低温太阳能集热系统包括由管路依次连接的低温太阳能集热器阵列、低温太阳能集热器阵列出口阀门、导热介质循环泵以及低温太阳能集热器阵列入口阀门；
所述汽轮机第八级抽蒸汽出口管经第一抽汽控制阀与所述导热介质循环泵出口管在Ⅰ点汇合；汇合管在Ⅱ点分成两支路：其中第一支路与所述蒸发器高温侧入口连接，第二支路与所述发生器高温侧入口连接，所述第一支路和第二支路在Ⅲ点汇合连接至太阳能集热器阵列入口阀门入口；
所述太阳能集热器阵列入口阀门出口分支为两路：其中一路连接至所述太阳能集热器阵列入口管，另一路经第一回流阀返回至电厂发电系统；
所述再沸器高温侧入口由第一支路和第二支路组成：其中第一支路与所述吸收器低温侧出口连接，第二支路与所述汽轮机第五级抽蒸汽出口连接，所述第一支路上设有热泵控制阀，所述第二支路上设有第二抽汽控制阀；所述再沸器高温侧出口经第二回流阀和循环泵连接至低压给水加热器高温侧入口；所述低压给水加热器高温侧出口分两条支路：其中第一支路经第三回流阀与所述吸收器低温侧入口连接，第二支路经第四回流阀返回至电厂发电系统。
所述低温太阳能集热系统导热介质为水/蒸汽。
所述吸收式热泵系统工质为溴化锂-水工质对。
所述二氧化碳捕集系统中吸收塔内的吸收剂为醇胺类溶液。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、利用低温太阳热辅助吸收式热泵驱动燃煤电厂二氧化碳捕集过程，能够替代品位较高的汽轮机中低压缸抽蒸汽为再沸器提供热量，满足醇胺类溶液解吸再生过程需要消耗大量热能，实现热能品位的对口利用，在充分利用可再生能源的同时，通过热泵技术提升能源品位，提高能源利用效率，降低碳捕集过程给电厂带来的能效损失，提高燃煤电厂综合环境效益和经济效益。
2、太阳热吸收式热泵技术，能够弥补普通太阳能集热器在制取温度上的不足，提升能源品位，既能够降低碳捕集电厂的能效损失，又能够充分利用可再生资源，带来环境和经济双重效益。
附图说明
图1为本实用新型的系统原理及结构组成示意图。
附图标记：1-蒸汽锅炉；2-汽轮机；3-乏汽凝汽器；4-凝结水泵；5-低压给水加热器；6-高压给水加热器；7-解吸塔；8-吸收塔；9-贫液循环泵；10-富液循环泵；11-贫富液热交换器；12-多级压缩装置；13-再沸器；14-吸收器；15-蒸发器；16-冷凝器；17-发生器；18-溶液泵；19-第一节流阀；20-溶液热交换器；21-工质泵；22-低温太阳能集热器阵列；23-低温太阳能集热器阵列出口阀门；24-导热介质循环泵；25-低温太阳能集热器阵列入口阀门；26-第一抽汽控制阀；27-第一回流阀；28-热泵控制阀；29-第二抽汽控制阀；30-第二回流阀；31-循环泵；32-第三回流阀；33-第四回流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步描述。
参照附图1，现有的电厂发电系统包括经管路和阀门依次连接的蒸汽锅炉1、汽轮机2、乏汽凝汽器3、凝结水泵4、低压给水加热器5、高压给水加热器6(如图1虚线框所示)。
本实用新型太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，包括二氧化碳捕集系统、低温太阳能集热系统、吸收式热泵系统以及电厂发电系统中的汽轮机2和低压给水加热器5；
所述二氧化碳捕集系统包括解吸塔7、吸收塔8和贫富液热交换器11,所述吸收塔8底部富液输送线经富液循环泵10和贫富液热交换器11换热后连接至所述解吸塔7的上部，所述解吸塔7底部贫液输送线经贫液循环泵9和贫富液热交换器11换热后连接至所述吸收塔8的上部，所述解吸塔7顶部设置多级压缩装置12,所述解吸塔7底部设置再沸器13自循环；所述二氧化碳捕集系统中吸收塔内的吸收剂为醇胺类溶液；
所述吸收式热泵系统包括由管路依次连接的吸收器14、溶液热交换器20、发生器17、冷凝器16、工质泵21、蒸发器15；所述溶液热交换器20与发生器17之间设置有第一节流阀19，所述发生器17与溶液热交换器20之间设置有溶液泵18；所述吸收式热泵系统工质为溴化锂-水工质对；
所述低温太阳能集热系统包括由管路依次连接的低温太阳能集热器阵列22、低温太阳能集热器阵列出口阀门23、导热介质循环泵24以及低温太阳能集热器阵列入口阀门25；所述低温太阳能集热系统导热介质为水/蒸汽；
所述汽轮机2第八级抽蒸汽出口管经第一抽汽控制阀26与所述导热介质循环泵24出口管在Ⅰ点汇合；汇合管在Ⅱ点分成两支路：其中第一支路与所述蒸发器15高温侧入口连接，第二支路与所述发生器17高温侧入口连接，第一支路和第二支路在Ⅲ点汇合连接至太阳能集热器阵列入口阀门25入口；所述第一支路经蒸发器15热交换后与所述第二支路经所述发生器17热交换后在Ⅲ点汇合；
所述太阳能集热器阵列入口阀门25出口分支为两路：其中一路连接至所述太阳能集热器阵列22入口管，另一路经第一回流阀27返回至电厂发电系统；
所述再沸器13高温侧入口由第一支路和第二支路组成：其中第一支路与所述吸收器14低温侧出口连接，第二支路与所述汽轮机2第五级抽蒸汽出口连接，所述第一支路上设有热泵控制阀28，所述第二支路上设有第二抽汽控制阀29；所述再沸器13高温侧出口经第二回流阀30和循环泵31连接至低压给水加热器5高温侧入口；所述低压给水加热器5高温侧出口分两条支路，其中第一支路经第三回流阀32与所述吸收器14低温侧入口连接，第二支路经第四回流阀33返回至电厂发电系统；
所述吸收塔8下部气体入口连接至蒸汽锅炉1顶部的排烟管，电厂的烟气从在吸收塔8底部进入与吸收剂充分接触，脱除烟气中的二氧化碳；吸收塔8中吸收二氧化碳后的富液依次经过所述富液循环泵10和贫富液热交换器11连接至所述解吸塔7上部液体入口，在解吸塔7中解吸再生后依次经过贫液循环泵9和贫富液热交换器11连接至吸收塔8上部液体入口形成吸收解吸循环。
本实用新型太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统根据太阳能辐射状况分为以下四种工作模式：
模式一：在太阳能充足的情况下，该系统利用低温太阳能集热系统驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸。
该系统由所述太阳能集热系统独立驱动所述吸收式热泵系统，为所述再沸器13提供热量；所述低温太阳能集热器阵列22出口的高温导热介质分成两支路分别为所述蒸发器15和发生器17提供热量，作为所述吸收式热泵的热源；所述吸收式热泵吸收器14产生的高温流体连接至再沸器用于吸收剂解吸再生；所述系统中阀门的开闭状态为：第一节流阀19、低温太阳能集热器阵列出口阀门23、低温太阳能集热器阵列入口阀门25、热泵控制阀28、第二回流阀30、第三回流阀32开，第一抽汽控制阀26、第一回流阀27、第二抽汽控制阀29、第四回流阀33关；
模式二：有太阳能但不能单独满足吸收剂解吸再生热负荷时，或该系统利用低温太阳能集热系统和汽轮机抽汽共同驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸。
该系统由所述太阳能集热系统和所述汽轮机2第八级抽蒸汽共同驱动所述吸收式热泵系统，为所述再沸器13提供热量；所述汽轮机2第八级抽汽经第一抽汽控制阀26通过管道与所述导热介质循环泵24连接并与所述低温太阳能集热阵列22出口的高温导热介质汇合进入主管路；所述主管路中汇合后的高温导热介质分成两支路分别为所述蒸发器15和发生器17提供热量，作为所述吸收式热泵的热源；所述吸收式热泵吸收器14产生的高温流体连接至再沸器用于吸收剂解吸再生；所述系统中阀门的开闭状态为：第一节流阀19、低温太阳能集热器阵列出口阀门23、低温太阳能集热器阵列入口阀门25、第一抽汽控制阀26、第一回流阀27、热泵控制阀28、第二回流阀30、第三回流阀32开，第二抽汽控制阀29、第四回流阀33关；
模式三：有太阳能但太阳能和所述汽轮机2第八级抽蒸汽联合驱动所述吸收式热泵也不能满足吸收剂解吸再生热负荷时，或该系统利用低温太阳能集热系统和汽轮机抽汽共同驱动吸收式热泵系统，吸收式热泵系统和汽轮机其他级抽汽为二氧化碳捕集系统提供热量，完成解吸。
该系统由所述吸收式热泵吸收器14产生的高温流体和所述汽轮机2第五级抽蒸汽共同为所述再沸器13提供热量；所述汽轮机2第八级抽汽经第一抽汽控制阀29通过管道与所述导热介质循环泵24连接并与所述低温太阳能集热阵列22出口的高温导热介质汇合进入主管路；所述主管路中汇合后的高温导热介质分成两支路分别为所述蒸发器15和发生器17提供热量，作为所述吸收式热泵的热源；所述汽轮机2第五级抽汽经第二抽汽控制阀29与所述吸收式热泵吸收器14产生的高温流体汇合后连接至再沸器用于吸收剂解吸再生；所述系统中阀门的开闭状态为：第一节流阀19、低温太阳能集热器阵列出口阀门23、低温太阳能集热器阵列入口阀门25、第一抽汽控制阀26、第一回流阀27、热泵控制阀28、第二抽汽控制阀29、第二回流阀30、第三回流阀32、第四回流阀33开；
模式四：当夜晚或无太阳能时
该系统由所述汽轮机2第八级抽蒸汽驱动的吸收式热泵吸收器14产生的高温流体和所述汽轮机2第五级抽蒸汽共同为所述再沸器13提供热量；所述汽轮机2第八级抽蒸汽经第一抽汽控制阀26分成两支路分别为所述蒸发器15和发生器17提供热量，作为所述吸收式热泵的热源；所述汽轮机2第五级抽蒸汽经第二抽汽控制阀29与所述吸收式热泵吸收器14产生的高温流体汇合后连接至再沸器用于吸收剂解吸再生；所述系统中阀门的开闭状态为：第一节流阀19、低温太阳能集热器阵列入口阀门25、第一抽汽控制阀26、第一回流阀27、热泵控制阀28、第二抽汽控制阀29、第二回流阀30、第三回流阀32、第四回流阀33开；低温太阳能集热器阵列出口阀门23关。
本实用新型不局限于上述的具体实施方式，本领域的相关人员在不脱离本实用新型系统形式的情况下，做出的运行及控制模式变更均属于本实用新型的保护之内。
Claims (4)
1.太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，包括二氧化碳捕集系统、低温太阳能集热系统、吸收式热泵系统以及电厂发电系统中的汽轮机(2)和低压给水加热器(5)；
所述二氧化碳捕集系统，包括解吸塔(7)、吸收塔(8)和贫富液热交换器(11),所述吸收塔(8)底部富液输送线经富液循环泵(10)和贫富液热交换器(11)换热后连接至所述解吸塔(7)的上部，所述解吸塔(7)底部贫液输送线经贫液循环泵(9)和贫富液热交换器(11)换热后连接至所述吸收塔(8)的上部，所述解吸塔(7)顶部设置多级压缩装置(12),所述解吸塔(7)底部设置再沸器(13)自循环；所述吸收塔(8)下部气体入口连接至蒸汽锅炉(1)顶部的排烟管；
所述吸收式热泵系统，包括由管路依次连接的吸收器(14)、溶液热交换器(20)、发生器(17)、冷凝器(16)、工质泵(21)、蒸发器(15)；所述溶液热交换器(20)与发生器(17)之间设置有第一节流阀(19)，所述发生器(17)与溶液热交换器(20)之间设置有溶液泵(18)；
所述低温太阳能集热系统，包括由管路依次连接的低温太阳能集热器阵列(22)、低温太阳能集热器阵列出口阀门(23)、导热介质循环泵(24)以及低温太阳能集热器阵列入口阀门(25)，
其特征在于：所述汽轮机(2)第八级抽蒸汽出口管经第一抽汽控制阀(26)与所述导热介质循环泵(24)出口管在Ⅰ点汇合；汇合管在Ⅱ点分成两支路：其中第一支路与所述蒸发器(15)高温侧入口连接，第二支路与所述发生器(17)高温侧入口连接，所述第一支路和第二支路在Ⅲ点汇合连接至太阳能集热器阵列入口阀门(25)入口；
所述太阳能集热器阵列入口阀门(25)出口分支为两路：其中一路连接至所述太阳能集热器阵列(22)入口管，另一路经第一回流阀(27)返回至电厂发电系统；
所述再沸器(13)高温侧入口由第一支路和第二支路组成：其中第一支路与所述吸收器(14)低温侧出口连接，第二支路与所述汽轮机(2)第五级抽蒸汽出口连接，所述第一支路上设有热泵控制阀(28)，所述第二支路上设有第二抽汽控制阀(29)；所述再沸器(13)高温侧出口经第二回流阀(30)和循环泵(31)连接至低压给水加热器(5)高温侧入口；所述低压给水加热器(5)高温侧出口分两条支路：其中第一支路经第三回流阀(32)与所述吸收器(14)低温侧入口连接，第二支路经第四回流阀(33)返回至所述电厂发电系统。
2.根据权利要求1所述的太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，其特征在于：所述低温太阳能集热系统导热介质为水/蒸汽。
3.根据权利要求1所述的太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，其特征在于：所述吸收式热泵系统工质为溴化锂-水工质对。
4.根据权利要求1所述的太阳能升温型吸收式热泵驱动的燃煤电厂碳捕集系统，其特征在于：所述二氧化碳捕集系统中吸收塔内的吸收剂为醇胺类溶液。
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