CN219308360U - 一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，该系统包括：燃煤电站、碳捕集系统、太阳能集热场和有机朗肯循环发电系统等部分。其中，锅炉燃烧后出口烟气进入碳捕集系统进行脱碳，碳捕集系统的高温热源为太阳能集热场的高温介质，捕集的二氧化碳经过压缩后温度上升，然后通过换热器加热有机工质完成有机朗肯循环，实现了对余热的利用。综上，整个系统实现了电厂二氧化碳捕集，并利用太阳能集热场中的高温介质替代中压缸抽汽作为碳捕集系统的高温热源，提高发电效率，对压缩后的高温二氧化碳进行余热利用，提升了系统的热利用效率。

Description

一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统

技术领域

本实用新型属于燃煤电厂脱碳技术领域，特别涉及一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统。

背景技术

近年来，我国对各种减排设备和可再生能源的投入比例日渐增多，旨在尽早实现碳达峰、碳中和的发展目标。燃煤电站可产生持续稳定的电力，为缓解清洁能源的供应紧张和可再生能源的波动性、不稳定性贡献了中坚力量，因此在未来几十年，燃煤发电仍将占据全球发电的主导地位，但目前燃煤电站的碳排放量过高，为了尽早实现双碳目标，燃煤电站脱碳技术的发展尤为重要。

目前的燃煤电站脱碳技术主要利用的是化学吸收法吸收烟气中的CO₂，但该技术中再沸器需消耗大量热量，传统再沸器热量来源通常为中压缸排汽，这会使进入低压缸的蒸汽量减少，降低电厂发电效率，并影响机组最小出力，缩减电厂的调峰区间。耦合太阳能光热的燃煤电站脱碳技术不仅能替代中压缸排汽作为再沸器高温热源，避免电厂发电效率降低，还能在不影响机组调峰能力的基础上完成烟气脱碳。电厂捕集的CO₂需要压缩后才能运输至利用和封存点，压缩过程会使CO₂温度升高至150℃-160℃，经冷却后送往目的地，有机朗肯循环可通过有机工质吸收利用这部分热量。

有机朗肯循环具有核心设备结构简单、电站的制造成本和运行成本较低等优点，同时由于该循环所用有机工质密度较大，因此涡轮机械尺寸较小，系统结构紧凑，占地面积小。相较于传统朗肯循环，在一个大气压下，有机朗肯循环所采用的有机工质的沸点低于水的沸点，但是可以产生压力很高的蒸汽。有机朗肯循环利用有机工质沸点低的特点，吸收低温热源热量即可加热工质，使其产生具有较高压力的蒸汽来推动涡轮膨胀机或螺杆膨胀机做功。通常，在热源温度为100～300℃、装机容量为0.2～2MW时，有机朗肯循环发电机组发电效率可达15％～24％。因此，有机朗肯循环在低温余热动力回收领域优势显著。

通过耦合太阳能光热和有机朗肯循环，不仅在保证电厂正常参与调峰的基础上实现燃煤电厂脱碳，还可以避免电厂热效率降低和低温热源的热量损失，实现了余热利用，具有重要的节能潜力与发展意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，其特征在于，系统主要包括燃煤电站、碳捕集系统、有机朗肯循环发电系统和太阳能集热场等部分，以太阳能集热场作为碳捕集系统中再沸器的高温热源，并将压缩后高温CO₂的热量传递给有机工质参与朗肯循环，实现了余热利用并提高的燃煤电站的热效率。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

所述烟气在流入吸收塔后，CO₂与有机胺溶液发生反应形成富液，剩余烟气排至大气，富液在经过富液泵后进入贫富液换热器，被加热后进入再生塔完成解析得到CO₂产品，热解后形成的贫液进入贫富液换热器将热量传递给富液，冷却后重新进入吸收塔完成循环。

所述富液在再沸器中被热解，分离出CO₂,再沸器的高温热源由太阳能集热场提供，太阳能集热场吸收太阳加热介质，介质被送往再沸器中加热富液，被冷却后的介质重新进入太阳能集热场完成循环。

所述再生塔出口CO₂被冷却后进入压缩机，CO₂在经过压缩机后温度升高，压缩后的高温CO₂在换热器中将有机朗肯循环中的有机工质蒸发后通过冷却器冷却后被送往封存和利用，在有机朗肯循环中，有机工质在换热器中吸收来自烟气的热量后进入透平做功，带动同轴2#发电机发电，透平出口乏汽依次通过冷凝器和工质泵，最终再次进入换热器形成循环。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，是一种新型燃煤电厂脱碳系统。该系统由燃煤电站、碳捕集系统、有机朗肯循环发电系统和太阳能集热场组成。

本实用新型利用碳捕集系统捕集锅炉出口烟气中的CO₂,脱碳后的烟气排向大气，解决了燃煤电站温室气体排放问题，捕集的CO₂经压缩冷却后可用于售卖或封存。考虑到再沸器需要消耗大量热量，传统燃煤电站脱碳通常采用中压缸排汽作为再沸器的高温热源会降低电厂热效率，本实用新型采用太阳能集热场作为再沸器的高温热源，直接利用太阳能光热，提高了电厂热效率，在一定程度上避免了电厂调峰能力的降低。

另外，本系统利用压缩后的高温CO₂加热有机工质，有机工质进入朗肯循环做功，实现了余热利用，提升系统热效率。

附图说明

图1为一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统结构示意图。

图中：1-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-1#发电机；6-1#凝汽器；7-1#凝结水泵；8-低压加热器；9-除氧器；10-给水泵；11-高压加热器；12-吸收塔；13-富液泵；14-贫富液换热器；15-再生塔；16-再沸器；17-贫液泵；18-溶剂冷却器；19-冷凝器；20-储罐；21-压缩机；22-换热器；23-CO₂冷却器；24-透平；25-2#发电机；26-2#凝汽器；27-2#凝结水泵；28-太阳能集热场

具体实施方式

本实用新型提供了一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，下面结合附图和具体实施方式对本系统工作原理做进一步说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及应用。

图1所示为一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统的示意图。燃煤电站主要包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、1#发电机5、1#凝汽器6、1#凝结水泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11；锅炉1出口蒸汽依次送往高压缸2、中压缸3、低压缸4中带动同轴1#发电机5做功，低压缸排汽在凝汽器6中凝结成水后一次送往低压加热器8、除氧器9和高压加热器11，最后进入锅炉1。碳捕集系统主要包括吸收塔12、富液泵13、贫富液换热器14、再生塔15、再沸器16、贫液泵17、溶剂冷却器18、冷凝器19、储罐20、压缩机21、换热器22、CO₂冷却器23；其特征在于，所述系统中，吸收塔12进口与锅炉1出口相连，锅炉1出口烟气与吸收塔12中的有机胺溶液发生反应，除去CO₂的烟气可直接排放，反应后生成的富液通过富液泵13后进入贫富液换热器14，富液和从再生塔15中流出的贫液交换热量，富液升温后进入再生塔15，然后在再沸器16中发生解析反应析出CO₂变成贫液，其中贫液重新进入贫富液换热器14加热富液，然后依次通过贫液泵17和溶剂冷却器18后进入吸收塔12循环利用，解析出的CO₂依次通过冷凝器19、储罐20、压缩机21、换热器22和CO₂冷却器23，随后被送往封存和利用，在换热器22中，压缩后的高温CO₂将热量传递给有机工质。有机朗肯循环发电系统主要包括透平24、2#发电机25、2#凝汽器26、2#凝结水泵27；其特征在于，所述系统中有机工质在换热器22中吸收热量后进入透平24做功并带动同轴2#发电机25转动发电，透平24出口乏气依次经过进入2#凝汽器26和2#凝结水泵27，然后进入换热器22完成循环。

所述烟气在流入吸收塔12后，CO₂与有机胺溶液发生反应形成富液，剩余烟气排至大气，富液在经过富液泵13后进入贫富液换热器14，被加热后进入再生塔15，热解后形成的贫液进入贫富液换热器14将热量传递给富液，冷却后重新进入吸收塔12完成循环。

所述富液在再沸器16中被热解，分离出CO₂,再沸器的高温热源由太阳能集热场28提供，太阳能集热场吸收太阳加热介质，介质被送往再沸器16中加热富液，被冷却后的介质重新进入太阳能集热场28完成循环。

所述再生塔出口CO₂被冷却后进入压缩机21，压缩后的高温CO₂在换热器22中将有机朗肯循环中的有机工质蒸发后通过CO₂冷却器23冷却后被送往封存和利用，在有机朗肯循环中，有机工质在换热器22中吸收来自烟气的热量后进入透平24做功，带动同轴2#发电机25发电，透平24出口乏汽依次通过2#凝汽器26和2#凝结水泵27，最终再次进入换热器22完成循环。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，该系统主要包括燃煤电站、碳捕集系统、有机朗肯循环发电系统和太阳能集热场(28)；燃煤电站主要包括锅炉(1)、高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)、1#发电机(5)、1#凝汽器(6)、1#凝结水泵(7)、低压加热器(8)、除氧器(9)、给水泵(10)、高压加热器(11)，其特征在于，锅炉(1)出口蒸汽依次送往高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)带动同轴1#发电机(5)做功，低压缸排汽在1#凝汽器(6)中凝结成水后一次送往低压加热器(8)、除氧器(9)和高压加热器(11)，最后进入锅炉(1)；碳捕集系统主要包括吸收塔(12)、富液泵(13)、贫富液换热器(14)、再生塔(15)、再沸器(16)、贫液泵(17)、溶剂冷却器(18)、冷凝器(19)、储罐(20)、压缩机(21)、换热器(22)、CO₂冷却器(23)，其特征在于，所述系统中，吸收塔(12)进口与锅炉(1)出口相连，锅炉(1)出口烟气与吸收塔(12)中的有机胺溶液发生反应，除去CO₂的烟气可直接排放，反应后生成的富液通过富液泵(13)然后进入贫富液换热器(14)中，富液和从再生塔(15)中流出的贫液交换热量，富液升温后进入再生塔(15)，然后在再沸器(16)中发生解析反应析出CO₂变成贫液，其中贫液重新进入贫富液换热器(14)加热富液，然后依次通过贫液泵(17)和溶剂冷却器(18)后进入吸收塔(12)循环利用，解析出的CO₂依次通过冷凝器(19)、储罐(20)、压缩机(21)、换热器(22)和CO₂冷却器(23)，随后被送往封存和利用，在换热器(22)中，压缩后的高温CO₂将热量传递给有机工质；有机朗肯循环发电系统主要包括透平(24)、2#发电机(25)、2#凝汽器(26)、2#凝结水泵(27)，其特征在于，所述系统中有机工质在换热器(22)中吸收热量后进入透平(24)做功并带动同轴2#发电机(25)转动发电，透平(24)出口乏气依次经过进入2#凝汽器(26)和2#凝结水泵(27)，然后进入换热器(22)完成循环。

2.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，其特征在于锅炉(1)的出口烟气进入吸收塔(12)中被有机胺溶液吸收烟气中的CO₂，反应后的富液进入再生塔(15)中完成解析得到CO₂产品。

3.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，其特征在于将太阳能集热场用作再沸器热源，太阳能集热场(28)中的高温介质进入再沸器(16)中进行热量交换。

4.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热和有机朗肯循环的燃煤电站脱碳系统，其特征在于CO₂在经过压缩机(21)后温度升高，然后在换热器(22)中与有机工质换热，最后进入CO₂冷却器(23)中进行冷却。

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