一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能辅助二氧化碳捕集的集成系统，主要由发电子系统、二氧化碳捕集子系统以及太阳能集热子系统三部分组成。各子系统之间主要通过锅炉给水加热器、再沸器及烟气预处理装置进行连接，构成整个集成系统。对于太阳能集热子系统的热量输出端通过采用不同的连接方式，将太阳能集热与发电子系统及二氧化碳捕集子系统之间相关部件的能量需求品位的高低进行了合理的分配及集成，实现了能量的梯级利用，可大幅降低从电厂汽轮机中抽蒸汽的能耗，在维持电厂稳定性的同时实现可再生能源利用与电厂二氧化碳减排的双重功效，有力推动我国太阳能与烟气捕集集成技术的大规模应用。
【专利说明】一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中低温太阳能辅助二氧化碳捕集集成技术，具体涉及中低温太阳能集热系统与烟气中二氧化碳捕集系统的集成，利用太阳能提供二氧化碳捕集系统的能量补偿，在实现太阳能梯级利用的同时，有效地降低电厂因抽蒸汽所带来的效率下降。
【背景技术】
[0002]在目前的化学吸收法捕集系统中，溶液再生时需要消耗大量电厂蒸汽，引起电厂效率的下降，增加了捕集成本，成为制约CO2捕集技术大规模应用的主要因素。
[0003]针对既有电厂方面烟气中CO2的捕集，燃烧后碳捕集这一技术方案被广泛认可，而其中乙醇胺(MEA)法是其中较为成熟的商业化方法，具有大规模应用的潜力。然而，解吸塔内的再生过程往往需要温度达到100-120°C的热能，同时，再沸器的耗能达到3-4GJ/吨C02。常规电站通常采用燃气轮机抽汽作为热源，来满足再生过程的能耗需求，从而造成发电效率下降15-30%。因此，工艺流程对应的耗能(再沸器所需热能、贫富液循环泵所需电能等)和随之造成的高捕集成本，成为MEA法推广的最大阻力因素。
[0004]太阳能作为一种可再生的清洁能源，其开发利用潜力十分巨大。将太阳能与现有的二氧化碳捕集系统结合，利用太阳能集热产生捕集系统解吸所需温度的热能进行解吸，可大幅降低从电厂汽轮机中抽蒸汽的能耗，在维持电厂稳定性的同时实现可再生能源与电厂二氧化碳减排的双重功效，有力推动我国太阳能与烟气捕集集成技术的大规模应用。
【发明内容】
[0005]针对目前捕集系统所带来的高能耗问题，本发明提出一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，根据不同的的集成连接关系可以充分利用中低温太阳能集热来补偿传统捕集系统的能耗需求，在实现太阳能梯级利用的同时，有效地降低电厂因抽蒸汽所带来的效率下降。
[0006]为了有效地解决上面的技术问题，本发明一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，包括发电子系统、二氧化碳捕集子系统、太阳能集热子系统；所述发电子系统为由给水换热器、锅炉、汽轮机以及乏汽冷凝器串联构成的蒸汽发电系统；所述二氧化碳捕集子系统包括烟气预处理装置、吸收塔、富液泵、贫液冷凝器、贫/富液换热器、贫液泵、解吸塔、气液分离器和再沸器；所述锅炉的排烟口与所述烟气预处理装置的入口连接，所述烟气预处理装置的出口连接吸收塔下部的气体入口 ；所述贫液冷凝器的出口与所述吸收塔的上部液体喷淋入口相连；所述贫/富液换热器分别与所述贫液泵的出口、所述解吸塔上部的富液喷淋入口、所述富液泵的出口及所述贫液冷凝器的入口相连；所述解吸塔底部的入口分别与所述再沸器的出口及所述贫液泵的入口相连，所述解吸塔顶部的气体出口连接到所述气液分离器的底部，作为冷凝液的回流；所述汽轮机的抽汽口与所述再沸器的高温侧入口连接，所述再沸器的高温侧出口与所述乏汽冷凝器连接；所述汽轮机与所述再沸器之间的连接管路上设有抽汽阀门；所述太阳能集热子系统由太阳能集热器系列和工质泵串联组成，[0007]本发明根据太阳能的集热温度范围提供了两种集成方式，即所述太阳能集热子系统的热量输出端与所述再沸器之间的连接关系包括下述两种情形之一:一种是:所述太阳能集热子系统中的工质出口端与所述给水换热器的高温侧入口连接，所述给水换热器的高温侧出口与所述再沸器的高温侧入口相连，所述再沸器的高温侧出口与所述太阳能集热子系统的工质入口端相连；这种连接方式可以将太阳能集热子系统集热到200_350°C左右的中高温度，通过换热器加热电厂给水温度，换热之后再经过再沸器继续进行换热，以提供再沸器的热量，而再沸器所需热量的不足部分再通过抽取汽轮机低温低压的蒸汽来提供，这样构成太阳能加热循环，实现了能量品位的梯级利用，减少系统的不可逆损失；另一种是:所述太阳能集热子系统的工质出口端与所述再沸器的高温侧入口端连接，所述再沸器的高温侧出口与所述太阳能集热子系统的工质入口端相连，这种连接方式可以直接利用太阳能集热子系统将太阳能集热器系列内的工质流体集热到再沸器所需的温度范围供给再沸器利用，在简化系统的同时也充分利用了太阳能集热系统在低温下较高的集热效率，减少了工质流体在高温下的散热损失。上述两种连接方式均设计了从汽轮机抽汽的连接管路，这样可以在太阳能不足时利用抽汽提供热量。
[0008]本发明中，发电子系统中锅炉燃烧后会产生大量含有一定浓度的烟气，烟气经过预处理装置处理后从塔底进入吸收塔，与塔顶喷淋的化学吸收液进行接触，吸收烟气中的二氧化碳，形成富液，富液经富液泵与贫/富液换热器换热后从塔顶喷淋到解吸塔进行再生，同时再沸器提供解吸所需的热量，解吸出的二氧化碳经过气液分离器将部分水蒸汽进行冷凝回流至解吸塔，分离出的二氧化碳经过压缩后进行存储。解吸出二氧化碳后的贫液经贫液泵、贫/富液换热器以及贫液冷凝器后重新喷淋到吸收塔并形成整个吸收解吸循环。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0010](I)将太阳能中低温集热与CO2捕集系统结合，可以充分利用中低温太阳能集热系统在捕集再生的温度范围内的高集热效率，以降低传统电厂抽取高品位能源所造成的捕集效率的降低，提高系统综合效率。
[0011](2)直接利用中低品位热能实现再沸器的能量需求，实现能量品位的对接，避免传统捕集方法大量使用降温减压后的蒸汽所带来的不可逆损失，造成高品位能源的浪费。
[0012](3)降低了现有技术中传统的原有系统大量抽汽再生对汽轮机的不利影响。
[0013](4)太阳能集热可以很好地适应电厂的运行模式，在白天用电高峰时充分利用太阳能实现捕集系统的能量供应，而在夜间无太阳能时也正是用电低谷时，可以利用抽汽提供热量，以维持电厂的运行平稳。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统实施例1的系统原理图及结构示意图；
[0015]图2为本发明太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统实施例2的系统原理图及结构示意图。
[0016]图中:1-发电子系统，2- 二氧化碳捕集子系统，3-太阳能集热子系统，4-给水换热器，5-锅炉，6-汽轮机，7-乏汽冷凝器，8-烟气预处理装置，9-吸收塔，10-富液泵，11-贫液冷凝器，12-贫/富液换热器，13-贫液泵，14-解吸塔，15-气液分离器，16-再沸器，17-集热器系列，18-工质泵，19-抽汽阀门。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0018]本发明一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，如图1和图2所示，包括发电子系统1、二氧化碳捕集子系统2和太阳能集热子系统3。
[0019]所述发电子系统I为由给水换热器4、锅炉5、汽轮机6以及乏汽冷凝器7串联构成的蒸汽发电系统。
[0020]所述二氧化碳捕集子系统2包括烟气预处理装置8、吸收塔9、富液泵10、贫液冷凝器11、贫/富液换热器12、贫液泵13、解吸塔14、气液分离器15和再沸器16 ;所述锅炉3的排烟口与所述烟气预处理装置8的入口连接，所述烟气预处理装置8的出口连接吸收塔9下部的气体入口，经过预处理装置8脱硫脱硝后的烟气从吸收塔9的底部进入塔内进行二氧化碳捕集；所述贫液冷凝器11的出口与所述吸收塔9的上部液体喷淋入口相连；所述贫/富液换热器12分别与所述贫液泵13的出口、所述解吸塔14上部的富液喷淋入口、所述富液泵10的出口及所述贫液冷凝器11的入口相连；所述解吸塔14底部的入口分别与所述再沸器16的出口及所述贫液泵13的入口相连，所述解吸塔14顶部的气体出口连接到所述气液分离器15的底部，作为冷凝液的回流。发电子系统I中的汽轮机6根据捕集温度的需要从中弓丨出抽汽，因此，所述汽轮机6的抽汽口与所述再沸器16的高温侧入口连接，所述再沸器16的高温侧出口与所述乏汽冷凝器7连接，以维持发电子系统中的水平衡；所述汽轮机6与所述再沸器16之间的连接管路上设有抽汽阀门19。
[0021]所述太阳能集热子系统3由太阳能集热器系列17和工质泵18串联组成。
[0022]本发明中，根据太阳能集热子系统I设计的集热温度不同，太阳能集热子系统3与发电子系统I及二氧化碳捕集子系统2的连接关系有两种。
[0023]实施例1:
[0024]当太阳能集热子系统3的集热温度为中温时，其连接关系是:如图1所示，所述太阳能集热子系统3中的工质出口端与发电子系统I中的给水换热器4的高温侧入口连接，利用中高温太阳能集热加热来代替抽汽式给水加热，所述给水换热器4的高温侧出口再与所述二氧化碳捕集系统2中的再沸器16的高温侧入口相连，所述再沸器16的高温侧出口与所述太阳能集热子系统3的工质入口端相连，从而构成太阳能集热循环。实施例1的连接方式可以将太阳能集热子系统集热到200-350°C左右的中高温度，通过换热器加热电厂给水温度，换热之后再经过再沸器继续进行换热，以提供再沸器的热量，而再沸器所需热量的不足部分再通过抽取汽轮机低温低压的蒸汽来提供，这样构成太阳能加热循环，实现了能量品位的梯级利用，减少系统的不可逆损失。
[0025]实施例2:
[0026]所述太阳能集热子系统3的工质出口端与所述二氧化碳捕集子系统2中的再沸器16的高温侧入口端连接，所述再沸器16的高温侧出口与所述太阳能集热子系统3的工质入口端相连，构成太阳能集热循环。实施例2的连接方式可以直接利用太阳能集热子系统将太阳能集热器系列内的工质流体集热到再沸器所需的温度范围供给再沸器利用，在简化系统的同时也充分利用了太阳能集热系统在低温下较高的集热效率，减少了工质流体在高温下的散热损失。
[0027]综上，对于太阳能集热子系统的热量输出端通过采用不同的连接方式，将太阳能集热与发电子系统及二氧化碳捕集子系统之间相关部件的能量需求品位的高低进行了合理的分配及集成，实现了能量的梯级利用，可大幅降低从电厂汽轮机中抽蒸汽的能耗，在维持电厂稳定性的同时实现可再生能源利用与电厂二氧化碳减排的双重功效，有力推动我国太阳能与烟气捕集集成技术的大规模应用。
[0028]在本发明太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统工作过程中，通过太阳能和汽轮机6抽汽共同完成再沸器16的热量需求，在太阳能提供给再沸器16的热量充足时关闭抽汽阀门19，完全由太阳能提供捕集系统解吸能耗，在太阳能不足时则开启抽汽阀门19，同时利用太阳能和汽轮机抽汽提供再沸器热量需求。
[0029]本发明中所述发电子系统与传统发电系统类似，只是在传统电厂的基础上增加了利用太阳能的给水换热器4，可以在利用太阳能和不利用太阳能加热锅炉给水之间进行切换，同时引入再沸器抽汽循环管路，增加阀门加以控制。
[0030]本发明中所述二氧化碳捕集子系统2主要适用于以醇胺类物质为基础的化学吸收剂水溶液，即可以是单种化学吸收物质配成的吸收溶液，也可以是多种化学吸收物质配比组成的混合吸收剂。本发明中所用到的吸附剂属于本领域中的成熟技术，其配方和制备工艺在此不再赘述。
[0031]所述太阳能集热子系统3中集热器系列17的选择形式可以是复合抛物聚光集热器(CPC)、槽式集热器、菲涅尔集热器、碟式集热器以及塔式集热器等形式。
[0032]所述太阳能集热子系统3中循环流体一般采用高温导热油作为传热介质，另外，也可以使用熔融盐或水作为传热介质，以导热油为介质与再沸器连接时需经过一级换热，而以水为换热介质时则只需直接与再沸器连接。
[0033]尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，包括发电子系统(I)、二氧化碳捕集子系统(2)、太阳能集热子系统(3);气特征在于: 所述发电子系统(I)为由给水换热器(4)、锅炉(5)、汽轮机(6)以及乏汽冷凝器(7)串联构成的蒸汽发电系统； 所述二氧化碳捕集子系统(2)包括烟气预处理装置(8)、吸收塔(9)、富液泵(10)、贫液冷凝器(11)、贫/富液换热器(12)、贫液泵(13)、解吸塔(14)、气液分离器(15)和再沸器(16)； 所述锅炉(3)的排烟口与所述烟气预处理装置(8)的入口连接，所述烟气预处理装置(8)的出口连接吸收塔(9)下部的气体入口 ； 所述贫液冷凝器(11)的出口与所述吸收塔(9)的上部液体喷淋入口相连； 所述贫/富液换热器(12)分别与所述贫液泵(13)的出口、所述解吸塔(14)上部的富液喷淋入口、所述富液泵(10)的出口及所述贫液冷凝器(11)的入口相连； 所述解吸塔(14)底部的入口分别与所述再沸器(16)的出口及所述贫液泵(13)的入口相连，所述解吸塔(14)顶部的气体出口连接到所述气液分离器(15)的底部，作为冷凝液的回流； 所述汽轮机(6)的抽汽口与所述再沸器(16)的高温侧入口连接，所述再沸器(16)的高温侧出口与所述乏汽冷凝器(7)连接； 所述汽轮机(6)与所述再沸器(16)之间的连接管路上设有抽汽阀门(19)； 所述太阳能集热子系统(3)由太阳能集热器系列(17)和工质泵(18)串联组成，所述太阳能集热子系统(3)的热量输出端与所述再沸器(16)之间的连接关系包括下述两种情形之一:一种是:所述太阳能集热子系统(3)中的工质出口端与所述给水换热器(4)的高温侧入口连接，所述给水换热器(4)的高温侧出口与所述再沸器(16)的高温侧入口相连，所述再沸器(16)的高温侧出口与所述太阳能集热子系统(3)的工质入口端相连；另一种是:所述太阳能集热子系统(3)的工质出口端与所述再沸器(16)的高温侧入口端连接，所述再沸器(16)的高温侧出口与所述太阳能集热子系统(3)的工质入口端相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集子系统中的吸收剂是以醇胺类物质为基础的化学吸收剂水溶液，所述吸收剂是单种化学吸收物质配成的吸收溶液或是由多种化学吸收物质配比组成的混合吸收剂。
3.根据权利要求1所述的太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述太阳能集热器系列是复合抛物聚光集热器、槽式集热器、菲涅尔集热器、碟式集热器及塔式集热器中的一种或是几种的组合。
4.根据权利要求1所述的太阳能辅助二氧化碳捕集集成系统，其特征在于，所述太阳能集热子系统的传热介质选择导热油、熔融盐和水中的一种。
【文档编号】F24J2/04GK103752142SQ201410037906
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】严晋跃, 王甫, 赵军, 李海龙, 赵力 申请人:天津大学