一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能輔助二氧化碳捕集的集成系統(tǒng)，主要由發(fā)電子系統(tǒng)、二氧化碳捕集子系統(tǒng)以及太陽能集熱子系統(tǒng)三部分組成。各子系統(tǒng)之間主要通過鍋爐給水加熱器、再沸器及煙氣預(yù)處理裝置進(jìn)行連接，構(gòu)成整個(gè)集成系統(tǒng)。對(duì)于太陽能集熱子系統(tǒng)的熱量輸出端通過采用不同的連接方式，將太陽能集熱與發(fā)電子系統(tǒng)及二氧化碳捕集子系統(tǒng)之間相關(guān)部件的能量需求品位的高低進(jìn)行了合理的分配及集成，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，可大幅降低從電廠汽輪機(jī)中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可再生能源利用與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動(dòng)我國(guó)太陽能與煙氣捕集集成技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。
【專利說明】一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中低溫太陽能輔助二氧化碳捕集集成技術(shù)，具體涉及中低溫太陽能集熱系統(tǒng)與煙氣中二氧化碳捕集系統(tǒng)的集成，利用太陽能提供二氧化碳捕集系統(tǒng)的能量補(bǔ)償，在實(shí)現(xiàn)太陽能梯級(jí)利用的同時(shí)，有效地降低電廠因抽蒸汽所帶來的效率下降。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的化學(xué)吸收法捕集系統(tǒng)中，溶液再生時(shí)需要消耗大量電廠蒸汽，引起電廠效率的下降，增加了捕集成本，成為制約CO2捕集技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。
[0003]針對(duì)既有電廠方面煙氣中CO2的捕集，燃燒后碳捕集這一技術(shù)方案被廣泛認(rèn)可，而其中乙醇胺(MEA)法是其中較為成熟的商業(yè)化方法，具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。然而，解吸塔內(nèi)的再生過程往往需要溫度達(dá)到100-120°C的熱能，同時(shí)，再沸器的耗能達(dá)到3-4GJ/噸C02。常規(guī)電站通常采用燃?xì)廨啓C(jī)抽汽作為熱源，來滿足再生過程的能耗需求，從而造成發(fā)電效率下降15-30%。因此，工藝流程對(duì)應(yīng)的耗能(再沸器所需熱能、貧富液循環(huán)泵所需電能等)和隨之造成的高捕集成本，成為MEA法推廣的最大阻力因素。
[0004]太陽能作為一種可再生的清潔能源，其開發(fā)利用潛力十分巨大。將太陽能與現(xiàn)有的二氧化碳捕集系統(tǒng)結(jié)合，利用太陽能集熱產(chǎn)生捕集系統(tǒng)解吸所需溫度的熱能進(jìn)行解吸，可大幅降低從電廠汽輪機(jī)中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可再生能源與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動(dòng)我國(guó)太陽能與煙氣捕集集成技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)目前捕集系統(tǒng)所帶來的高能耗問題，本發(fā)明提出一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，根據(jù)不同的的集成連接關(guān)系可以充分利用中低溫太陽能集熱來補(bǔ)償傳統(tǒng)捕集系統(tǒng)的能耗需求，在實(shí)現(xiàn)太陽能梯級(jí)利用的同時(shí)，有效地降低電廠因抽蒸汽所帶來的效率下降。
[0006]為了有效地解決上面的技術(shù)問題，本發(fā)明一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，包括發(fā)電子系統(tǒng)、二氧化碳捕集子系統(tǒng)、太陽能集熱子系統(tǒng)；所述發(fā)電子系統(tǒng)為由給水換熱器、鍋爐、汽輪機(jī)以及乏汽冷凝器串聯(lián)構(gòu)成的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)；所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)包括煙氣預(yù)處理裝置、吸收塔、富液泵、貧液冷凝器、貧/富液換熱器、貧液泵、解吸塔、氣液分離器和再沸器；所述鍋爐的排煙口與所述煙氣預(yù)處理裝置的入口連接，所述煙氣預(yù)處理裝置的出口連接吸收塔下部的氣體入口 ；所述貧液冷凝器的出口與所述吸收塔的上部液體噴淋入口相連；所述貧/富液換熱器分別與所述貧液泵的出口、所述解吸塔上部的富液噴淋入口、所述富液泵的出口及所述貧液冷凝器的入口相連；所述解吸塔底部的入口分別與所述再沸器的出口及所述貧液泵的入口相連，所述解吸塔頂部的氣體出口連接到所述氣液分離器的底部，作為冷凝液的回流；所述汽輪機(jī)的抽汽口與所述再沸器的高溫側(cè)入口連接，所述再沸器的高溫側(cè)出口與所述乏汽冷凝器連接；所述汽輪機(jī)與所述再沸器之間的連接管路上設(shè)有抽汽閥門；所述太陽能集熱子系統(tǒng)由太陽能集熱器系列和工質(zhì)泵串聯(lián)組成，[0007]本發(fā)明根據(jù)太陽能的集熱溫度范圍提供了兩種集成方式，即所述太陽能集熱子系統(tǒng)的熱量輸出端與所述再沸器之間的連接關(guān)系包括下述兩種情形之一:一種是:所述太陽能集熱子系統(tǒng)中的工質(zhì)出口端與所述給水換熱器的高溫側(cè)入口連接，所述給水換熱器的高溫側(cè)出口與所述再沸器的高溫側(cè)入口相連，所述再沸器的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)的工質(zhì)入口端相連；這種連接方式可以將太陽能集熱子系統(tǒng)集熱到200_350°C左右的中高溫度，通過換熱器加熱電廠給水溫度，換熱之后再經(jīng)過再沸器繼續(xù)進(jìn)行換熱，以提供再沸器的熱量，而再沸器所需熱量的不足部分再通過抽取汽輪機(jī)低溫低壓的蒸汽來提供，這樣構(gòu)成太陽能加熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了能量品位的梯級(jí)利用，減少系統(tǒng)的不可逆損失；另一種是:所述太陽能集熱子系統(tǒng)的工質(zhì)出口端與所述再沸器的高溫側(cè)入口端連接，所述再沸器的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)的工質(zhì)入口端相連，這種連接方式可以直接利用太陽能集熱子系統(tǒng)將太陽能集熱器系列內(nèi)的工質(zhì)流體集熱到再沸器所需的溫度范圍供給再沸器利用，在簡(jiǎn)化系統(tǒng)的同時(shí)也充分利用了太陽能集熱系統(tǒng)在低溫下較高的集熱效率，減少了工質(zhì)流體在高溫下的散熱損失。上述兩種連接方式均設(shè)計(jì)了從汽輪機(jī)抽汽的連接管路，這樣可以在太陽能不足時(shí)利用抽汽提供熱量。
[0008]本發(fā)明中，發(fā)電子系統(tǒng)中鍋爐燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量含有一定濃度的煙氣，煙氣經(jīng)過預(yù)處理裝置處理后從塔底進(jìn)入吸收塔，與塔頂噴淋的化學(xué)吸收液進(jìn)行接觸，吸收煙氣中的二氧化碳，形成富液，富液經(jīng)富液泵與貧/富液換熱器換熱后從塔頂噴淋到解吸塔進(jìn)行再生，同時(shí)再沸器提供解吸所需的熱量，解吸出的二氧化碳經(jīng)過氣液分離器將部分水蒸汽進(jìn)行冷凝回流至解吸塔，分離出的二氧化碳經(jīng)過壓縮后進(jìn)行存儲(chǔ)。解吸出二氧化碳后的貧液經(jīng)貧液泵、貧/富液換熱器以及貧液冷凝器后重新噴淋到吸收塔并形成整個(gè)吸收解吸循環(huán)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010](I)將太陽能中低溫集熱與CO2捕集系統(tǒng)結(jié)合，可以充分利用中低溫太陽能集熱系統(tǒng)在捕集再生的溫度范圍內(nèi)的高集熱效率，以降低傳統(tǒng)電廠抽取高品位能源所造成的捕集效率的降低，提高系統(tǒng)綜合效率。
[0011](2)直接利用中低品位熱能實(shí)現(xiàn)再沸器的能量需求，實(shí)現(xiàn)能量品位的對(duì)接，避免傳統(tǒng)捕集方法大量使用降溫減壓后的蒸汽所帶來的不可逆損失，造成高品位能源的浪費(fèi)。
[0012](3)降低了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的原有系統(tǒng)大量抽汽再生對(duì)汽輪機(jī)的不利影響。
[0013](4)太陽能集熱可以很好地適應(yīng)電廠的運(yùn)行模式，在白天用電高峰時(shí)充分利用太陽能實(shí)現(xiàn)捕集系統(tǒng)的能量供應(yīng)，而在夜間無太陽能時(shí)也正是用電低谷時(shí)，可以利用抽汽提供熱量，以維持電廠的運(yùn)行平穩(wěn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)實(shí)施例1的系統(tǒng)原理圖及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)實(shí)施例2的系統(tǒng)原理圖及結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1-發(fā)電子系統(tǒng)，2- 二氧化碳捕集子系統(tǒng)，3-太陽能集熱子系統(tǒng)，4-給水換熱器，5-鍋爐，6-汽輪機(jī)，7-乏汽冷凝器，8-煙氣預(yù)處理裝置，9-吸收塔，10-富液泵，11-貧液冷凝器，12-貧/富液換熱器，13-貧液泵，14-解吸塔，15-氣液分離器，16-再沸器，17-集熱器系列，18-工質(zhì)泵，19-抽汽閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0018]本發(fā)明一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括發(fā)電子系統(tǒng)1、二氧化碳捕集子系統(tǒng)2和太陽能集熱子系統(tǒng)3。
[0019]所述發(fā)電子系統(tǒng)I為由給水換熱器4、鍋爐5、汽輪機(jī)6以及乏汽冷凝器7串聯(lián)構(gòu)成的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)。
[0020]所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)2包括煙氣預(yù)處理裝置8、吸收塔9、富液泵10、貧液冷凝器11、貧/富液換熱器12、貧液泵13、解吸塔14、氣液分離器15和再沸器16 ;所述鍋爐3的排煙口與所述煙氣預(yù)處理裝置8的入口連接，所述煙氣預(yù)處理裝置8的出口連接吸收塔9下部的氣體入口，經(jīng)過預(yù)處理裝置8脫硫脫硝后的煙氣從吸收塔9的底部進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行二氧化碳捕集；所述貧液冷凝器11的出口與所述吸收塔9的上部液體噴淋入口相連；所述貧/富液換熱器12分別與所述貧液泵13的出口、所述解吸塔14上部的富液噴淋入口、所述富液泵10的出口及所述貧液冷凝器11的入口相連；所述解吸塔14底部的入口分別與所述再沸器16的出口及所述貧液泵13的入口相連，所述解吸塔14頂部的氣體出口連接到所述氣液分離器15的底部，作為冷凝液的回流。發(fā)電子系統(tǒng)I中的汽輪機(jī)6根據(jù)捕集溫度的需要從中弓丨出抽汽，因此，所述汽輪機(jī)6的抽汽口與所述再沸器16的高溫側(cè)入口連接，所述再沸器16的高溫側(cè)出口與所述乏汽冷凝器7連接，以維持發(fā)電子系統(tǒng)中的水平衡；所述汽輪機(jī)6與所述再沸器16之間的連接管路上設(shè)有抽汽閥門19。
[0021]所述太陽能集熱子系統(tǒng)3由太陽能集熱器系列17和工質(zhì)泵18串聯(lián)組成。
[0022]本發(fā)明中，根據(jù)太陽能集熱子系統(tǒng)I設(shè)計(jì)的集熱溫度不同，太陽能集熱子系統(tǒng)3與發(fā)電子系統(tǒng)I及二氧化碳捕集子系統(tǒng)2的連接關(guān)系有兩種。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]當(dāng)太陽能集熱子系統(tǒng)3的集熱溫度為中溫時(shí)，其連接關(guān)系是:如圖1所示，所述太陽能集熱子系統(tǒng)3中的工質(zhì)出口端與發(fā)電子系統(tǒng)I中的給水換熱器4的高溫側(cè)入口連接，利用中高溫太陽能集熱加熱來代替抽汽式給水加熱，所述給水換熱器4的高溫側(cè)出口再與所述二氧化碳捕集系統(tǒng)2中的再沸器16的高溫側(cè)入口相連，所述再沸器16的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)3的工質(zhì)入口端相連，從而構(gòu)成太陽能集熱循環(huán)。實(shí)施例1的連接方式可以將太陽能集熱子系統(tǒng)集熱到200-350°C左右的中高溫度，通過換熱器加熱電廠給水溫度，換熱之后再經(jīng)過再沸器繼續(xù)進(jìn)行換熱，以提供再沸器的熱量，而再沸器所需熱量的不足部分再通過抽取汽輪機(jī)低溫低壓的蒸汽來提供，這樣構(gòu)成太陽能加熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了能量品位的梯級(jí)利用，減少系統(tǒng)的不可逆損失。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]所述太陽能集熱子系統(tǒng)3的工質(zhì)出口端與所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)2中的再沸器16的高溫側(cè)入口端連接，所述再沸器16的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)3的工質(zhì)入口端相連，構(gòu)成太陽能集熱循環(huán)。實(shí)施例2的連接方式可以直接利用太陽能集熱子系統(tǒng)將太陽能集熱器系列內(nèi)的工質(zhì)流體集熱到再沸器所需的溫度范圍供給再沸器利用，在簡(jiǎn)化系統(tǒng)的同時(shí)也充分利用了太陽能集熱系統(tǒng)在低溫下較高的集熱效率，減少了工質(zhì)流體在高溫下的散熱損失。
[0027]綜上，對(duì)于太陽能集熱子系統(tǒng)的熱量輸出端通過采用不同的連接方式，將太陽能集熱與發(fā)電子系統(tǒng)及二氧化碳捕集子系統(tǒng)之間相關(guān)部件的能量需求品位的高低進(jìn)行了合理的分配及集成，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，可大幅降低從電廠汽輪機(jī)中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可再生能源利用與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動(dòng)我國(guó)太陽能與煙氣捕集集成技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。
[0028]在本發(fā)明太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)工作過程中，通過太陽能和汽輪機(jī)6抽汽共同完成再沸器16的熱量需求，在太陽能提供給再沸器16的熱量充足時(shí)關(guān)閉抽汽閥門19，完全由太陽能提供捕集系統(tǒng)解吸能耗，在太陽能不足時(shí)則開啟抽汽閥門19，同時(shí)利用太陽能和汽輪機(jī)抽汽提供再沸器熱量需求。
[0029]本發(fā)明中所述發(fā)電子系統(tǒng)與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)類似，只是在傳統(tǒng)電廠的基礎(chǔ)上增加了利用太陽能的給水換熱器4，可以在利用太陽能和不利用太陽能加熱鍋爐給水之間進(jìn)行切換，同時(shí)引入再沸器抽汽循環(huán)管路，增加閥門加以控制。
[0030]本發(fā)明中所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)2主要適用于以醇胺類物質(zhì)為基礎(chǔ)的化學(xué)吸收劑水溶液，即可以是單種化學(xué)吸收物質(zhì)配成的吸收溶液，也可以是多種化學(xué)吸收物質(zhì)配比組成的混合吸收劑。本發(fā)明中所用到的吸附劑屬于本領(lǐng)域中的成熟技術(shù)，其配方和制備工藝在此不再贅述。
[0031]所述太陽能集熱子系統(tǒng)3中集熱器系列17的選擇形式可以是復(fù)合拋物聚光集熱器(CPC)、槽式集熱器、菲涅爾集熱器、碟式集熱器以及塔式集熱器等形式。
[0032]所述太陽能集熱子系統(tǒng)3中循環(huán)流體一般采用高溫導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，另外，也可以使用熔融鹽或水作為傳熱介質(zhì)，以導(dǎo)熱油為介質(zhì)與再沸器連接時(shí)需經(jīng)過一級(jí)換熱，而以水為換熱介質(zhì)時(shí)則只需直接與再沸器連接。
[0033]盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，包括發(fā)電子系統(tǒng)(I)、二氧化碳捕集子系統(tǒng)(2)、太陽能集熱子系統(tǒng)(3);氣特征在于: 所述發(fā)電子系統(tǒng)(I)為由給水換熱器(4)、鍋爐(5)、汽輪機(jī)(6)以及乏汽冷凝器(7)串聯(lián)構(gòu)成的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)； 所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)(2)包括煙氣預(yù)處理裝置(8)、吸收塔(9)、富液泵(10)、貧液冷凝器(11)、貧/富液換熱器(12)、貧液泵(13)、解吸塔(14)、氣液分離器(15)和再沸器(16)； 所述鍋爐(3)的排煙口與所述煙氣預(yù)處理裝置(8)的入口連接，所述煙氣預(yù)處理裝置(8)的出口連接吸收塔(9)下部的氣體入口 ； 所述貧液冷凝器(11)的出口與所述吸收塔(9)的上部液體噴淋入口相連； 所述貧/富液換熱器(12)分別與所述貧液泵(13)的出口、所述解吸塔(14)上部的富液噴淋入口、所述富液泵(10)的出口及所述貧液冷凝器(11)的入口相連； 所述解吸塔(14)底部的入口分別與所述再沸器(16)的出口及所述貧液泵(13)的入口相連，所述解吸塔(14)頂部的氣體出口連接到所述氣液分離器(15)的底部，作為冷凝液的回流； 所述汽輪機(jī)(6)的抽汽口與所述再沸器(16)的高溫側(cè)入口連接，所述再沸器(16)的高溫側(cè)出口與所述乏汽冷凝器(7)連接； 所述汽輪機(jī)(6)與所述再沸器(16)之間的連接管路上設(shè)有抽汽閥門(19)； 所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)由太陽能集熱器系列(17)和工質(zhì)泵(18)串聯(lián)組成，所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)的熱量輸出端與所述再沸器(16)之間的連接關(guān)系包括下述兩種情形之一:一種是:所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)中的工質(zhì)出口端與所述給水換熱器(4)的高溫側(cè)入口連接，所述給水換熱器(4)的高溫側(cè)出口與所述再沸器(16)的高溫側(cè)入口相連，所述再沸器(16)的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)的工質(zhì)入口端相連；另一種是:所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)的工質(zhì)出口端與所述再沸器(16)的高溫側(cè)入口端連接，所述再沸器(16)的高溫側(cè)出口與所述太陽能集熱子系統(tǒng)(3)的工質(zhì)入口端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)中的吸收劑是以醇胺類物質(zhì)為基礎(chǔ)的化學(xué)吸收劑水溶液，所述吸收劑是單種化學(xué)吸收物質(zhì)配成的吸收溶液或是由多種化學(xué)吸收物質(zhì)配比組成的混合吸收劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器系列是復(fù)合拋物聚光集熱器、槽式集熱器、菲涅爾集熱器、碟式集熱器及塔式集熱器中的一種或是幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助二氧化碳捕集集成系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱子系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)選擇導(dǎo)熱油、熔融鹽和水中的一種。
【文檔編號(hào)】F24J2/04GK103752142SQ201410037906
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】嚴(yán)晉躍, 王甫, 趙軍, 李海龍, 趙力 申請(qǐng)人:天津大學(xué)