CN217482735U - 一种耦合电解水技术的燃煤电站ccus系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，包括富氧燃烧锅炉、汽轮机、产气组件和二氧化碳制甲醇组件；富氧燃烧锅炉通过主蒸汽管线与汽轮机连接，汽轮机连接发电机，发电机连接至地方电网；产气组件通过氧气管线连接至富氧燃烧锅炉，通过氢气管线连接至二氧化碳制甲醇组件；二氧化碳制甲醇组件通过第一烟气管线与富氧燃烧锅炉连接。采用碱性电解水技术+气体储能技术，利用光伏/风力等绿电电解水制取氧气及氢气，为二氧化碳加氢制绿色甲醇技术提供原料之一的氢气，同时副产的氧气为燃煤电站富氧燃烧碳捕集系统提高所需的氧气。

Description

一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统

技术领域

本实用新型属于电厂燃烧捕集二氧化碳技术领域，涉及一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统。

背景技术

我国二氧化碳排放量超过40％来源于燃煤发电厂，所以控制煤炭燃烧过程中产生的二氧化碳是碳减排的关键所在，富氧燃烧被认为是一种具有发展潜力的碳减排技术。现有技术方案如下：

1、富氧燃烧锅炉配置独立的空分制氧装置来提供富氧燃烧所需的氧气；

2、富氧燃烧锅炉一次风取自烟气冷凝器前的未处理的湿烟气，二次风取自烟气冷凝器后的干烟气；

3、所获的二氧化碳采用罐车运输的方式运至附近的油田进行驱油试验利用。

存在的缺陷为：

配置富氧燃烧二氧化碳捕集系统后，配套的空分制氧系统耗电量大，燃煤电站厂用电大幅增加。以300MW亚临界机组为例，经计算可知其供电效率下降约20％；富氧燃烧锅炉一次风取自未经过烟气冷凝器处理的湿烟气，因其水体积分数一般为15％～20％，其进入制粉系统后影响制粉质量。引入空分制氧装置及二氧化碳纯化压缩系统运行成本高，不利于富氧燃烧碳捕集技术推广。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，将燃煤电站富氧燃烧碳捕集与二氧化碳加氢制甲醇技术高效耦合，同时提高光伏/风力发电的利用率的特点。

本实用新型所采用的技术方案是，一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，包括富氧燃烧锅炉、汽轮机、产气组件和二氧化碳制甲醇组件；富氧燃烧锅炉通过主蒸汽管线与汽轮机连接，汽轮机连接发电机，发电机连接至地方电网；产气组件通过氧气管线连接至富氧燃烧锅炉，通过氢气管线连接至二氧化碳制甲醇组件；二氧化碳制甲醇组件通过第一烟气管线与富氧燃烧锅炉连接。

进一步地，产气组件包括风光发电装置，风光发电装置连接电解水装置，电解水装置布置氧气和氢气管路，分别与储气装置连通，储气装置连接氧气管线和氢气管线。

进一步地，二氧化碳制甲醇组件包括顺次连接的烟气冷凝器、二氧化碳纯化压缩系统和二氧化碳加氢制甲醇系统；烟气冷凝器和二氧化碳纯化压缩系统之间通过第二烟气管线连接，二氧化碳纯化压缩系统和二氧化碳加氢制甲醇系统之间通过二氧化碳管线连接，二氧化碳加氢制甲醇系统还连接氢气管线。

进一步地，烟气冷凝器还通过第一烟气再循环管线连接再循环风机，再循环风机通过第二烟气再循环管线和第四烟气再循环管线连接至制粉系统，制粉系统通过一次风管线连接富氧燃烧锅炉；第四烟气再循环管线上还安装有制粉系统一次风调节阀。

进一步地，富氧燃烧锅炉带有二次风管线，二次风管线与第四烟气再循环管线之间连接第三烟气再循环管线，氧气管线与第三烟气再循环管线连接。

进一步地，富氧燃烧锅炉内部包括过热器、再热器、省煤器、空预器、受热面及燃烧器。

进一步地，二氧化碳加氢制甲醇系统包括合成二氧化碳气化装置、气压缩单元、ETL甲醇合成单元、甲醇精馏和储存单元；所需的二氧化碳压力为2.6MPa,温度为常温，所需的氢气压力为2.6MPa(g)，温度为常温。

进一步地，再循环风机和第四烟气再循环管线均设置有调解风门。

进一步地，储气装置包括储气罐和阀门，提供的氧气参数为：压力0.15MPa(g)、温度：常温；提供的氢气参数为：压力2.6MPa(g)、温度为常温。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的系统配置了绿电电解水制氢，采用碱性电解水技术+气体储能技术，利用光伏/风力等绿电电解水制取氧气及氢气，为二氧化碳加氢制绿色甲醇技术提供原料之一的氢气，同时副产的氧气为燃煤电站富氧燃烧碳捕集系统提高所需的氧气。采用技术后不仅可将燃煤电站富氧燃烧碳捕集与二氧化碳加氢制甲醇技术高效耦合，同时提高光伏/风力发电的利用率。富氧燃烧锅炉二次风取自烟气冷凝器处理后的干烟气，去除了烟气中水分对制粉系统的影响，保证了制粉质量。

耦合绿电电解水技术的燃煤电厂富氧燃烧捕集二氧化碳技术最终产生甲醇产品，根据计算，此系统方案下，因氧气取自电解水制氢装置的副产品，不计入二氧化碳捕集成本，因此二氧化碳捕集成本下降为100元/吨。根据测算，绿电制氢耦合二氧化碳加氢制甲醇装置的运行成本为2200元/吨甲醇，目前甲醇市场价格为2500元/吨，净利润为300元/吨甲醇，利润折算至二氧化碳为200元/吨二氧化碳。因此，采用此系统后，系统运行利润约150元/吨二氧化碳，大幅提升了方案的经济性，有助于富氧燃烧碳捕集技术推广。

附图说明

图1是本实用新型耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统的流程示意图。

图中，1.富氧燃烧锅炉，2.汽轮机，3.发电机，4.风光发电装置，5.电解水装置，6.储气装置，7.烟气冷凝器，8.再循环风机，9.制粉系统，10.二氧化碳纯化压缩系统，11.二氧化碳加氢制甲醇系统，100.主蒸汽管线，200.第一烟气管线，210.第二烟气管线，300.二氧化碳管线，400.第一烟气再循环管线，410.第二烟气再循环管线，420.制粉系统一次风调节阀，430.第三烟气再循环管线，440.第四烟气再循环管线，450.一次风管线，460.二次风管线，500.氧气管线，600.氢气管线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示：一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，包括富氧燃烧锅炉1、汽轮机2、产气组件和二氧化碳制甲醇组件；所述富氧燃烧锅炉1通过主蒸汽管线100与汽轮机2连接，汽轮机2连接发电机3，发电机3连接至地方电网；所述产气组件通过氧气管线500连接至富氧燃烧锅炉1，通过氢气管线600连接至二氧化碳制甲醇组件；所述二氧化碳制甲醇组件通过第一烟气管线200与富氧燃烧锅炉1连接。

产气组件包括风光发电装置4，风光发电装置4连接电解水装置5，所述电解水装置5布置氧气和氢气管路，分别与储气装置6连通，储气装置6连接氧气管线500和氢气管线600。

二氧化碳制甲醇组件包括顺次连接的烟气冷凝器7、二氧化碳纯化压缩系统10和二氧化碳加氢制甲醇系统11；烟气冷凝器7和二氧化碳纯化压缩系统10之间通过第二烟气管线210连接，二氧化碳纯化压缩系统10和二氧化碳加氢制甲醇系统11之间通过二氧化碳管线300连接，二氧化碳加氢制甲醇系统11还连接氢气管线600。

烟气冷凝器7还通过第一烟气再循环管线400连接再循环风机8，再循环风机8通过第二烟气再循环管线410和第四烟气再循环管线440连接至制粉系统9，制粉系统9通过一次风管线450连接富氧燃烧锅炉1；第四烟气再循环管线440上还安装有制粉系统一次风调节阀420。

富氧燃烧锅炉1带有二次风管线460，二次风管线460与第四烟气再循环管线440之间连接第三烟气再循环管线430，氧气管线500与第三烟气再循环管线430连接。

富氧燃烧锅炉1内部包括过热器、再热器、省煤器、空预器、受热面及燃烧器。

二氧化碳加氢制甲醇系统11包括合成二氧化碳气化装置、气压缩单元、ETL甲醇合成单元、甲醇精馏和储存单元；所需的二氧化碳压力为2.6MPa,温度为常温，所需的氢气压力为2.6MPa(g)，温度为常温。

再循环风机8和第四烟气再循环管线440均设置有调解风门。

储气装置6包括储气罐和阀门，提供的氧气参数为：压力0.15MPa(g)、温度：常温；提供的氢气参数为：压力2.6MPa(g)、温度为常温。

本实用新型耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统工作流程如下：

风光发电装置4产生的绿电为电解水装置5提供动力能源，电解水装置5采用碱性电解水技术，在电解槽中产生的氢气和氧气分别进入储气装置6进行缓冲及存储，储气装置6容量可满足后续系统运行2天所需的氢气及氧气；

富氧燃烧锅炉1采用烟气再循环技术，锅炉尾部约70％～80％的烟气通过再循环风机8加压后一部分送往制粉系统9与煤粉一起送往燃烧器作为一次风使用，另外一部分与储气装置6提供的氧气混合后送往燃烧器作为二次风使用，一二次风进入富氧燃烧锅炉1后分别经过锅炉各受热面后产生主蒸汽，经主汽阀送往汽轮机2和发电机3进行能量转换发电，所产电能并入上级电网；富氧燃烧锅炉1产生的富含二氧化碳的高温烟气(二氧化碳体积浓度80％以上)经过烟气冷凝器7冷凝分离，去除烟气中的水分和二氧化硫等杂质，分离获得干燥的二氧化碳气体，一部分送往上述再循环烟气系统进入锅炉循环使用，另外一部分经过管线进入二氧化碳纯化压缩系统10进一步提纯及压缩液化，获得后续系统所需的高纯度二氧化碳原料；所获的高纯度二氧化碳与储气装置6提供的氢气混合后进入二氧化碳加氢制甲醇系统11，其主要经合成气压缩装置压缩，在催化剂的作用下经过ETL甲醇合成单元合成甲醇并通过甲醇精馏单元后获得高纯度甲醇，经储存装置储存后销往各下游客户。

Claims (9)

1.一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，包括富氧燃烧锅炉(1)、汽轮机(2)、产气组件和二氧化碳制甲醇组件；所述富氧燃烧锅炉(1)通过主蒸汽管线(100)与汽轮机(2)连接，汽轮机(2)连接发电机(3)，发电机(3)连接至地方电网；所述产气组件通过氧气管线(500)连接至富氧燃烧锅炉(1)，通过氢气管线(600)连接至二氧化碳制甲醇组件；所述二氧化碳制甲醇组件通过第一烟气管线(200)与富氧燃烧锅炉(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述产气组件包括风光发电装置(4)，风光发电装置(4)连接电解水装置(5)，所述电解水装置(5)布置氧气和氢气管路，分别与储气装置(6)连通，储气装置(6)连接氧气管线(500)和氢气管线(600)。

3.根据权利要求1所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述二氧化碳制甲醇组件包括顺次连接的烟气冷凝器(7)、二氧化碳纯化压缩系统(10)和二氧化碳加氢制甲醇系统(11)；烟气冷凝器(7)和二氧化碳纯化压缩系统(10)之间通过第二烟气管线(210)连接，二氧化碳纯化压缩系统(10)和二氧化碳加氢制甲醇系统(11)之间通过二氧化碳管线(300)连接，二氧化碳加氢制甲醇系统(11)还连接氢气管线(600)。

4.根据权利要求3所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述烟气冷凝器(7)还通过第一烟气再循环管线(400)连接再循环风机(8)，再循环风机(8)通过第二烟气再循环管线(410)和第四烟气再循环管线(440)连接至制粉系统(9)，制粉系统(9)通过一次风管线(450)连接富氧燃烧锅炉(1)；第四烟气再循环管线(440)上安装有制粉系统一次风调节阀(420)。

5.根据权利要求4所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述富氧燃烧锅炉(1)带有二次风管线(460)，二次风管线(460)与第四烟气再循环管线(440)之间连接第三烟气再循环管线(430)，氧气管线(500)与第三烟气再循环管线(430)连接。

6.根据权利要求1所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述富氧燃烧锅炉(1)内部包括过热器、再热器、省煤器、空预器、受热面及燃烧器。

7.根据权利要求3所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述二氧化碳加氢制甲醇系统(11)包括合成二氧化碳气化装置、气压缩单元、ETL甲醇合成单元、甲醇精馏和储存单元；所需的二氧化碳压力为2.6MPa,温度为常温，所需的氢气压力为2.6MPa(g)，温度为常温。

8.根据权利要求4所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述再循环风机(8)和第四烟气再循环管线(440)均设置有调解风门。

9.根据权利要求2所述的一种耦合电解水技术的燃煤电站CCUS系统，其特征在于，所述储气装置(6)包括储气罐和阀门，提供的氧气参数为：压力0.15MPa(g)、温度：常温；提供的氢气参数为：压力2.6MPa(g)、温度为常温。

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