CN206889109U - 一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统 - Google Patents

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高亚驰
郑清清
杨佐勋
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Abstract

本实用新型公开了属于钙基脱碳余热利用领域的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统。该系统包括燃气蒸汽联合循环子系统、钙基脱碳子系统和余热利用子系统。本实用新型提出将钙基脱碳过程的煅烧后循环吸收剂冷却热、碳酸化塔反应热和煅烧塔顶部CO2冷却热进行回收，并将回收的热量用于提高燃气轮机系统中燃烧室入口空气的温度。该系统回收利用了大量脱碳余热，同时在发电量不变的条件下降低了天然气投入量，使得该集成系统节能收益效果显著。

Description

一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统
技术领域
本实用新型属于钙基脱碳余热利用领域，特别涉及一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统。
背景技术
温室效应对人类社会造成的影响与日俱增，因此CO2减排技术的发展势在必行。其中，燃烧后脱碳技术被认为是最具大规模应用潜力的技术，钙基脱碳作为燃烧后脱碳技术的一种，也受到广大学者的关注。
钙基脱碳是一种利用双流化床反应器实现CO2脱除的技术，虽然具有吸收剂便宜、挥发分低等优点，但是其带来的能效惩罚也是不可忽视的。为了在实现CO2减排的同时降低能效惩罚，考虑将脱碳单元释放的大量废热进行回用。而在燃气轮机系统中，保持发电量相同的条件下，提高进入燃烧室空气的温度，可以减少天然气的消耗量。这为脱碳单元余热的利用提供了方向。
发明内容
本实用新型的目的是针对钙基脱碳给机组带来的巨大能效惩罚这一问题，提出一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统。该系统包括燃气蒸汽联合循环子系统、钙基脱碳子系统和余热利用子系统。其特征在于：空气压缩机1出口与换热器2放热侧入口相连，换热器2放热侧出口与燃烧室3入口相连，燃烧室3出口与燃气透平4入口相连，燃气透平4出口接余热锅炉10烟气入口，且燃气透平4与空气压缩机1，发电机5串联。凝结水泵14出口与三压余热锅炉10相连，中压水泵11和高压水泵12分别于三压余热锅炉10串联，三压余热锅炉10各蒸汽出口分别与高压缸6、中压缸7、低压缸8蒸汽入口相连，高压缸6，中压缸7，低压缸8与发电机9串联，低压缸8排汽出口与凝汽器13蒸汽入口相连，凝汽器13出口与凝结水泵14入口相连，三压余热锅炉10烟气出口与碳酸化塔17底部烟气入口相连；所述钙基脱碳子系统包括：碳酸化塔17顶部出口与分离器19入口相连，分离器19出口分为两路，一路为净化烟气出口，另一路与解析塔16底部吸收剂入口相连，解析塔16顶部出口与分离器18入口相连，分离器18出口分为两路，一路为捕集CO2出口，与换热器20串联，另一路与余热回收子系统的换热器15相连；所述余热利用子系统包括：换热器15与燃气蒸汽联合循环子系统中换热器2并联；钙基脱碳子系统中的分离器18吸收剂出口，换热器15，碳酸化塔17吸收剂入口串联，换热器15与钙基脱碳子系统中换热器20并联，换热器15与钙基脱碳子系统中碳酸化塔17并联。
所述换热器15回收了分离器18顶部出口的煅烧塔顶部CO2冷却热。
所述换热器15回收了碳酸化塔17内碳酸化塔反应热。
所述换热器15回收了分离器18底部出口的煅烧后循环吸收剂冷却热。
所述回收的三股余热在换热器15中将热量传递给吸热工质熔盐，吸热后的熔盐在换热器2中对空气压缩机1出口的压缩空气进行加热，加热后的空气进入燃烧室3中与天然气混合燃烧。
本实用新型的有益效果是：所述系统对脱碳过程三股余热进行了回收利用，第一，通过回收大量脱碳余热，减小了脱碳系统大量能量的浪费，有效降低了脱碳能效惩罚；第二，利用回收的余热加热燃气蒸汽联合循环中燃烧室入口空气，使得进入燃烧室的空气具有较高的温度，在发电量不变的条件下可减少天然气投入量，降低成本。
附图说明
图1为基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统的流程示意图。
图中各编号的具体含义为：1-空气压缩机；2-换热器；3-燃烧室；4-燃气透平；5-发电机；6-高压缸；7-中压缸；8-低压缸；9-发电机；10-三压余热锅炉；11-高压水泵；12-中压水泵；13-凝汽器；14-凝结水泵；15-换热器；16-解析塔；17-碳酸化塔；18-分离器；19-分离器；20-换热器；①-水；②-水；③-水；④-水。
具体实施方式
本实用新型提出一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统。下面结合附图对本实用新型进一步予以说明。
如图1所示，该系统包括燃气蒸汽联合循环子系统、钙基脱碳子系统和余热利用子系统。其特征在于：空气压缩机1出口与换热器2放热侧入口相连，换热器2放热侧出口与燃烧室3入口相连，燃烧室3出口与燃气透平4入口相连，燃气透平4出口接余热锅炉10烟气入口，且燃气透平4与空气压缩机1，发电机5串联，凝结水泵14出口与三压余热锅炉10相连，中压水泵11和高压水泵12分别于三压余热锅炉10串联，三压余热锅炉10各蒸汽出口分别与高压缸6、中压缸7、低压缸8蒸汽入口相连，高压缸6，中压缸7，低压缸8与发电机9串联，低压缸8排汽出口与凝汽器13蒸汽入口相连，凝汽器13出口与凝结水泵14入口相连，三压余热锅炉10烟气出口与碳酸化塔17底部烟气入口相连；所述钙基脱碳子系统包括：碳酸化塔17顶部出口与分离器19入口相连，分离器19出口分为两路，一路为净化烟气出口，另一路与解析塔16底部吸收剂入口相连，解析塔16顶部出口与分离器18入口相连，分离器18出口分为两路，一路为捕集CO2出口，与换热器20串联，另一路与余热回收子系统的换热器15相连；所述余热利用子系统包括：换热器15与燃气蒸汽联合循环子系统中换热器2并联，钙基脱碳子系统中的分离器18吸收剂出口，换热器15，碳酸化塔17吸收剂入口串联，换热器15与钙基脱碳子系统中换热器20并联，换热器15与钙基脱碳子系统中碳酸化塔17并联。
所述换热器15回收了分离器18顶部出口的煅烧塔顶部CO2冷却热。
所述换热器15回收了碳酸化塔17内碳酸化塔反应热。
所述换热器15回收了分离器18底部出口的煅烧后循环吸收剂冷却热。
所述回收的三股余热在换热器15中将热量传递给吸热工质熔盐，吸热后的熔盐在换热器2中对空气压缩机1出口的压缩空气进行加热，加热后的空气进入燃烧室3中与天然气混合燃烧。
所述的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，具体实现方式为：空气经空气压缩机1压缩，在换热器2中吸收来自换热器15的热量后，与天然气在燃烧室3中燃烧形成高温烟气，并进入燃气轮机4做功。做功后排气进入余热锅炉10放热给蒸汽循环。蒸汽循环中，凝结水从热井流出，经过低压水泵14加压后进入余热锅炉10预热。预热后的给水分为三部分，高压水由高压水泵11加热，中压水由中压水泵12加热，随后在余热锅炉10中形成不同压力等级的蒸汽。其中，高压新蒸汽在高压缸6中做功，其排汽与中压新蒸汽混合后返回余热锅炉10加热升温，随后进入中压缸7做功，中压缸排汽则与低压新蒸汽混合进入低压缸8，最终低压缸排汽进入凝汽器13完成循环。而放热后的烟气由碳酸化塔17底部进入，塔内为CaO颗粒。随着烟气上升，CaO颗粒不断与烟气中的CO2发生反应生成CaCO3，该反应所释放的热量被换热器15吸收。脱碳后净化烟气由分离器19顶部排入空气，吸收CO2后的吸收剂则由分离器19底部进入煅烧塔16，发生还原反应，反应后捕集的CO2由分离器18顶部流出，并在换热器20中回收CO2冷却热；吸收剂颗粒CaO由分离器18底部排出，由于其温度高达900℃，高于碳酸化塔17温度，所以先经换热器15冷却后再返回碳酸化塔17进行循环吸收。该反应所需热量由天然气与纯氧燃烧获得。且随着煅烧与碳酸化循环次数的增加，吸收剂活性下降，需补充少量新鲜吸收剂。
一种基于钙基脱碳余热回收的燃气-蒸汽联合循环集成系统的节能原理包括：
（1）钙基脱碳过程不仅耗能大，还释放大量废热。本系统将三股脱碳废热进行回用，具体而言，第一股废热是在煅烧塔内发生还原反应后的吸收剂颗粒，其温度高达900℃，由于碳酸化反应为放热反应，因此吸收剂颗粒在返回碳酸化塔前会先进行冷却降温（500~650℃）；第二股废热是在碳酸化塔内，烟气由塔底部进入，在上升过程中不断与塔内CaO颗粒反应生成CaCO3，并放出大量热量（500~650℃）；第三股废热是通过钙基脱碳捕集的CO2，其温度高达900℃，而进入多级压缩单元的CO2只需30℃，因此对温区在900~30℃间的CO2的热量进行回用；
（2）在燃气轮机系统中，燃烧室入口的空气温度对天然气消耗量有一定的影响，即在发电量不变的条件下，随着燃烧室入口空气温度的提高，天然气的消耗量会相应降低。本系统在通过余热利用子系统，将上述三股钙基脱碳的废热回收用以提高燃烧室入口空气温度，不仅减少了脱碳单元排放废热量，还减少了天然气的消耗量。
本实用新型提出将钙基脱碳中煅烧后循环吸收剂冷却热、碳酸化塔反应热和煅烧塔顶部CO2冷却热这三股废热用于提高燃烧室入口空气温度。该系统不仅回用了大量脱碳余热，还使得在发电量不变的条件下降低了天然气投入量，使燃气轮机耦合钙基脱碳整个系统性能得以提升，节能收益效果显著。
上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，该系统包括三个子系统，分别为：燃气蒸汽联合循环子系统、钙基脱碳子系统和余热利用子系统，所述燃气蒸汽联合循环子系统包括：空气压缩机（1）出口与换热器（2）放热侧入口相连，换热器（2）放热侧出口与燃烧室（3）入口相连，燃烧室（3）出口与燃气透平（4）入口相连，燃气透平（4）出口接余热锅炉（10）烟气入口，且燃气透平（4）与空气压缩机（1），发电机（5）串联，凝结水泵（14）出口与三压余热锅炉（10）相连，中压水泵（11）和高压水泵（12）分别于三压余热锅炉（10）串联，三压余热锅炉（10）各蒸汽出口分别与高压缸（6）、中压缸（7）、低压缸（8）蒸汽入口相连；高压缸（6），中压缸（7），低压缸（8）与发电机（9）串联；低压缸（8）排汽出口与凝汽器（13）蒸汽入口相连，凝汽器（13）出口与凝结水泵（14）入口相连，三压余热锅炉（10）烟气出口与碳酸化塔（17）底部烟气入口相连；所述钙基脱碳子系统包括：碳酸化塔（17）顶部出口与分离器（19）入口相连，分离器（19）出口分为两路，一路为净化烟气出口，另一路与解析塔（16）底部吸收剂入口相连，解析塔（16）顶部出口与分离器（18）入口相连，分离器（18）出口分为两路，一路为捕集CO2出口，与换热器（20）串联，另一路与余热回收子系统的换热器（15）相连；所述余热利用子系统包括：换热器（15）与燃气蒸汽联合循环子系统中换热器（2）并联；钙基脱碳子系统中的分离器（18）吸收剂出口，换热器（15），碳酸化塔（17）吸收剂入口串联；换热器（15）与钙基脱碳子系统中换热器（20）并联；换热器（15）与钙基脱碳子系统中碳酸化塔（17）并联。
2.根据权利要求1所述的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，其特征在于，所述换热器（15）回收了分离器（18）顶部出口的煅烧塔顶部CO2冷却热。
3.根据权利要求1所述的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，其特征在于，所述换热器（15）回收了碳酸化塔（17）内碳酸化塔反应热。
4.根据权利要求1所述的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，其特征在于，所述换热器（15）回收了分离器（18）底部出口的煅烧后循环吸收剂冷却热。
5.根据权利要求1所述的一种基于燃气蒸汽联合循环的钙基脱碳集成系统，其特征在于，将回收的分离器（18）顶部出口的煅烧塔顶部CO2冷却热、碳酸化塔（17）内碳酸化塔反应热和分离器（18）底部出口的煅烧后循环吸收剂冷却热在换热器（15）中将热量传递给吸热工质熔盐，吸热后的熔盐在换热器（2）中对空气压缩机（1）出口的压缩空气进行加热，加热后的空气进入燃烧室（3）中与天然气混合燃烧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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