一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，主要由電廠發(fā)電系統(tǒng)、二氧化碳捕集系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)以及地?zé)崮芟到y(tǒng)組成。本實(shí)用新型通過二氧化碳捕集系統(tǒng)進(jìn)行電廠煙氣中二氧化碳的脫除，二氧化碳捕集過程中再沸器所需的熱量由太陽能和地?zé)崮苈?lián)合提供，在白天太陽能充足條件下，再沸器熱量由太陽能集熱系統(tǒng)提供，在太陽能不足或晚上時(shí)再沸器所需熱量則由地?zé)崽峁?，兩者的耦合?shí)現(xiàn)了捕集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了電廠抽汽造成的輸出電力的下降，解決了可再生能源利用過程中的由于自身缺陷造成的弊端，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳捕集與可再生能源減排的雙重了功效，促進(jìn)了可再生能源與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的集成發(fā)展。
【專利說明】
一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集技術(shù)，具體涉及中低溫太陽能及地?zé)崮芘c煙氣中二氧化碳捕集系統(tǒng)的集成，利用太陽能和地?zé)崮苈?lián)合提供二氧化碳捕集系統(tǒng)的能量補(bǔ)償，以降低太陽能間歇性對捕集系統(tǒng)的影響，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]二氧化碳捕集與封存(CCS)是應(yīng)對氣候變化問題最具發(fā)展前景的解決方案之一。人類活動(dòng)所造成的CO2排放源，以火力發(fā)電廠為主的發(fā)電行業(yè)和其他能源轉(zhuǎn)換行業(yè)占總排放量的40%，鋼鐵、水泥等工業(yè)行業(yè)占25.8%，這些固定的⑶2排放源促進(jìn)了 CCS技術(shù)的發(fā)展。
[0003]目前在CO2捕集方面研究和采用較多的是醇胺法(MEA法)，其運(yùn)用于燃煤電廠已有工程示范，但是由于醇胺類化學(xué)吸收劑與CO2之間的結(jié)合力較強(qiáng)，故再生時(shí)需要水耗大量熱能，現(xiàn)有技術(shù)的能量來源主要是電廠汽輪機(jī)的中低壓缸抽汽。
[0004]太陽能作為一種可再生的清潔能源，儲(chǔ)量非常豐富，其開發(fā)利用潛力十分巨大，但太陽能的間歇性造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，為了保證太陽能的可靠利用，一般需要進(jìn)行儲(chǔ)熱或其它輔助系統(tǒng)輔助利用，但輔助系統(tǒng)的利用增大了系統(tǒng)的成本。
[0005]地?zé)崮茏鳛橐环N清潔能源，其儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)日益受到越來越多國家的重視，開發(fā)和利用地?zé)崮芫哂袠O其深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。同時(shí)地?zé)崮艿南鄬Ψ€(wěn)定性也成為其利用的一大優(yōu)勢。
[0006]將太陽能及地?zé)崮芘c現(xiàn)有的二氧化碳捕集系統(tǒng)結(jié)合，白天利用太陽能集熱產(chǎn)生捕集系統(tǒng)解吸所需溫度的熱能進(jìn)行解吸，晚上及太陽能不足時(shí)利用地?zé)崮苓M(jìn)行補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)捕集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并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)我國可再生能源與煙氣捕集集成技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對二氧化碳捕集過程的能耗問題以及太陽能的間歇性特征，本實(shí)用新型提出一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，充分利用太陽能與地?zé)崮艿奶攸c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0008]為了有效地解決上面的技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，包括電廠發(fā)電系統(tǒng)、二氧化碳捕集系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)和地?zé)崮芟到y(tǒng);所述電廠發(fā)電系統(tǒng)包括輸煤器、鍋爐、汽輪機(jī)、乏汽凝汽器、第一栗、低壓回水加熱器以及高壓回水加熱器，所述乏汽凝汽器、低壓回水加熱器和高壓回水加熱器均與所述汽輪機(jī)相連，其中，所述鍋爐、汽輪機(jī)、乏汽凝汽器、第一栗、低壓回水加熱器以及高壓回水加熱器依次串聯(lián)構(gòu)成了一蒸汽發(fā)電系統(tǒng);所述二氧化碳捕集系統(tǒng)包括煙氣預(yù)處理裝置、吸收塔、富液栗、貧/富液換熱器、貧液栗、解吸塔、多級(jí)壓縮裝置和再沸器;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至所述吸收塔下部的氣體入口；所述貧/富液換熱器分別與所述貧液栗的出口、所述解吸塔上部的富液噴淋入口、所述富液栗的出口及所述吸收塔上部的貧液噴淋入口相連;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栗的入口相連，所述解吸塔頂部的氣體出口連接到所述多級(jí)壓縮裝置的入口；所述太陽能集熱系統(tǒng)由太陽能集熱場、集熱場入口閥、集熱換熱器、第二栗以及集熱場出口閥串聯(lián)組成;所述太陽能集熱場由太陽能集熱器陣列構(gòu)成;所述地?zé)崮芟到y(tǒng)由地?zé)嵘a(chǎn)井、地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥、過濾器、地?zé)釗Q熱器、第三栗、地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥以及注入井串聯(lián)組成;所述再沸器高溫側(cè)流體分成第一和第二兩支路，其中，第一支路與所述集熱換熱器連接，第二支路與地?zé)釗Q熱器連接，第一支路上設(shè)有第一集熱控制閥和第二集熱控制閥，第二支路上設(shè)有第一地?zé)峥刂崎y和第二地?zé)峥刂崎y；第一支路和第二支路中換熱后的工作流體匯合至主管路后通過第四栗再進(jìn)入再沸器中。
[0009]進(jìn)一步講，所述太陽能集熱器陣列由多組太陽能集熱器串、并聯(lián)而成，所述太陽能集熱器的類型是復(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。
[0010]所述地?zé)崮芟到y(tǒng)的熱源是淺層地?zé)崴?、深層地?zé)崃黧w和干熱鹽中的一種或幾種的組合。
[0011]本實(shí)用新型中，電廠發(fā)電系統(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)富液栗與貧/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氣進(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)貧液栗、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)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013](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。
[0014](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)。
[0015](3)降低了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的原有系統(tǒng)大量抽汽再生對汽輪機(jī)的不利影響。
[0016](4)太陽能與地?zé)崮芸梢院芎玫剡m應(yīng)電廠的運(yùn)行模式，在白天用電高峰時(shí)充分利用太陽能和地?zé)崮軐?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)，可以利用地?zé)崮芑虺槠峁崃浚跃S持電廠的運(yùn)行平穩(wěn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖中:1-輸煤器，2-鍋爐，3-汽輪機(jī)，4-乏汽凝汽器，5-第一栗，6_低壓回水換熱器，7-高壓回水換熱器，8-煙氣預(yù)處理裝置，9-吸收塔，10-富液栗，11-貧/富液換熱器，12-貧液栗，13-解吸塔，14-多級(jí)壓縮裝置，15-再沸器，16-地?zé)嵘a(chǎn)井，17-地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥，18-過濾器，19-地?zé)釗Q熱器，20-第三栗，21-地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥，22-注入井，23-第二地?zé)峥刂崎y，24-第四栗，25-第一地?zé)峥刂崎y，26-第一集熱控制閥，27-集熱換熱器，28-第二集熱控制閥，29-第二栗，30-集熱場出口閥，31-集熱器陣列，32-集熱場入口閥。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0020]本實(shí)用新型一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，如圖1所示，包括電廠發(fā)電系統(tǒng)、二氧化碳捕集系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)和地?zé)崮芟到y(tǒng)。
[0021]所述電廠發(fā)電系統(tǒng)包括輸煤器1、鍋爐2、汽輪機(jī)3、乏汽凝汽器4、第一栗5、低壓回水加熱器6以及高壓回水加熱器7，所述乏汽凝汽器4、低壓回水加熱器6和高壓回水加熱器7均與所述汽輪機(jī)3相連，其中，所述鍋爐2、汽輪機(jī)3、乏汽凝汽器4、第一栗5、低壓回水加熱器6以及高壓回水加熱器7依次串聯(lián)構(gòu)成了一蒸汽發(fā)電系統(tǒng)；
[0022]所述二氧化碳捕集系統(tǒng)包括煙氣預(yù)處理裝置8、吸收塔9、富液栗10、貧/富液換熱器11、貧液栗12、解吸塔13、多級(jí)壓縮裝置14和再沸器15;所述鍋爐2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的出口連接至所述吸收塔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/富液換熱器11分別與所述貧液栗12的出口、所述解吸塔13上部的富液噴淋入口、所述富液栗10的出口及所述吸收塔9上部的貧液噴淋入口相連;所述解吸塔13底部的入口分別與所述再沸器15的出口及所述貧液栗12的入口相連，所述解吸塔13頂部的氣體出口連接到所述多級(jí)壓縮裝置14底部的入口，經(jīng)過多級(jí)壓縮后進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0023]所述太陽能集熱系統(tǒng)由太陽能集熱場、集熱場入口閥32、集熱換熱器27、第二栗29以及集熱場出口閥30串聯(lián)組成;所述太陽能集熱場由太陽能集熱器陣列31構(gòu)成，集熱場入口閥32和集熱場出口閥30分別布置在集熱器陣列31的兩端，起到事故狀態(tài)下了解集熱器陣列31的作用。所述太陽能集熱器陣列31由多組太陽能集熱器串、并聯(lián)而成，所述太陽能集熱器的類型是復(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。
[0024]所述地?zé)崮芟到y(tǒng)由地?zé)嵘a(chǎn)井16、地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17、過濾器18、地?zé)釗Q熱器19、第三栗20、地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21以及注入井22串聯(lián)組成;所述地?zé)崮芟到y(tǒng)的熱源是利用淺層地?zé)崴⑸顚拥責(zé)崃黧w和干熱鹽中的一種或幾種的組合。所述地?zé)崮芟到y(tǒng)管道內(nèi)流體的流程是:從地?zé)嵘a(chǎn)井16抽取的中高溫地?zé)崃黧w經(jīng)過地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17以及過濾器18后進(jìn)入地?zé)釗Q熱器19，地?zé)崃黧w的熱量經(jīng)地?zé)釗Q熱器19傳遞給再沸器15的高溫側(cè)工作流體，釋放熱量的地?zé)崃黧w通過第三栗20以及地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21進(jìn)入注入井22中；其中地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17布置在地?zé)嵘a(chǎn)井16的出口，地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21布置在注入井22的入口，所述地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17和地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21以起到調(diào)節(jié)和控制地?zé)崃黧w流量的作用，同時(shí)在出現(xiàn)事故或異常情況下關(guān)停地?zé)嵯到y(tǒng)的作用。
[0025]本實(shí)用新型再沸器15與地?zé)崮芟到y(tǒng)及太陽能集熱系統(tǒng)之間通過工作流體進(jìn)行間接換熱，即所述再沸器15高溫側(cè)流體分成第一和第二兩支路，其中，第一支路與所述集熱換熱器27連接，第二支路與地?zé)釗Q熱器19連接，第一支路上設(shè)有第一集熱控制閥26和第二集熱控制閥28，第二支路上設(shè)有第一地?zé)峥刂崎y25和第二地?zé)峥刂崎y23;第一支路的工作流體經(jīng)第一地?zé)峥刂崎y25進(jìn)入地?zé)釗Q熱器19的低溫端，換熱升溫后的工作流體匯合到主管路，經(jīng)第四栗24后重新進(jìn)入再沸器15的高溫側(cè);第二支路的工作流體經(jīng)過第一集熱控制閥26后進(jìn)入集熱換熱器27，換熱后的工作流體經(jīng)第二集熱控制閥28后與第一支路的工作流體匯合后通過第四栗24進(jìn)入再沸器15中。
[0026]本實(shí)用新型太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)可以提供如下多種運(yùn)行模式:
[0027]當(dāng)晴天太陽能充足時(shí)，關(guān)閉地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17和地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21，關(guān)閉第一地?zé)峥刂崎y25和第二地?zé)峥刂崎y23，打開集熱場入口閥32和集熱場出口閥30，打開第一集熱控制閥26和第二集熱控制閥28，使從再沸器15高溫側(cè)出口工質(zhì)與太陽能集熱系統(tǒng)中的集熱換熱器27進(jìn)行熱交換。
[0028]當(dāng)陰雨太陽能不足時(shí)，打開地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17和地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21，打開集熱場入口閥32和集熱場出口閥30，同時(shí)打開第一地?zé)峥刂崎y25、第二地?zé)峥刂崎y23、第一集熱控制閥26和第二集熱控制閥28，利用地?zé)岷吞柲芡瑫r(shí)提供再沸器15的熱量需求。
[0029]當(dāng)夜晚或無太陽能時(shí)，關(guān)閉集熱場入口閥32和集熱場出口閥30，關(guān)閉第一集熱控制閥26和第二集熱控制閥28，打開地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥17和地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥21，打開第一地?zé)峥刂崎y25和第二地?zé)峥刂崎y23，使從再沸器15高溫側(cè)出口工質(zhì)與地?zé)嵯到y(tǒng)中的地?zé)釗Q熱器19進(jìn)行熱交換，單獨(dú)利用地?zé)崽峁┰俜衅?5熱量。
[0030]綜上，本實(shí)用新型通過二氧化碳捕集系統(tǒng)進(jìn)行電廠煙氣中二氧化碳的脫除，二氧化碳捕集過程中再沸器所需的熱量由太陽能和地?zé)崮苈?lián)合提供，在白天太陽能充足條件下，再沸器熱量由太陽能集熱系統(tǒng)提供，在太陽能不足或晚上時(shí)再沸器所需熱量則由地?zé)崽峁?，兩者的耦合?shí)現(xiàn)了捕集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了電廠抽汽造成的輸出電力的下降，解決了可再生能源利用過程中的由于自身缺陷造成的弊端，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳捕集與可再生能源減排的雙重了功效，促進(jìn)了可再生能源與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的集成發(fā)展。
[0031]盡管上面結(jié)合圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，包括電廠發(fā)電系統(tǒng)、二氧化碳捕集系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)和地?zé)崮芟到y(tǒng);其特征在于: 所述電廠發(fā)電系統(tǒng)包括輸煤器(I)、鍋爐(2)、汽輪機(jī)(3)、乏汽凝汽器(4)、第一栗(5)、低壓回水加熱器(6)以及高壓回水加熱器(7)，所述乏汽凝汽器(4)、低壓回水加熱器(6)和高壓回水加熱器(7)均與所述汽輪機(jī)(3)相連，其中，所述鍋爐(2)、汽輪機(jī)(3)、乏汽凝汽器(4)、第一栗(5)、低壓回水加熱器(6)以及高壓回水加熱器(7)依次串聯(lián)構(gòu)成了一蒸汽發(fā)電系統(tǒng)； 所述二氧化碳捕集系統(tǒng)包括煙氣預(yù)處理裝置(8)、吸收塔(9)、富液栗(10)、貧/富液換熱器(11)、貧液栗(12)、解吸塔(13)、多級(jí)壓縮裝置(14)和再沸器(15);所述鍋爐(2)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)的出口連接至所述吸收塔(9)下部的氣體入口；所述貧/富液換熱器(11)分別與所述貧液栗(12)的出口、所述解吸塔(13)上部的富液噴淋入口、所述富液栗(10)的出口及所述吸收塔(9)上部的貧液噴淋入口相連;所述解吸塔(13)底部的入口分別與所述再沸器(15)的出口及所述貧液栗(12)的入口相連，所述解吸塔(13)頂部的氣體出口連接到所述多級(jí)壓縮裝置(14)的入口； 所述太陽能集熱系統(tǒng)由太陽能集熱場、集熱場入口閥(32 )、集熱換熱器(27 )、第二栗(29)以及集熱場出口閥(30)串聯(lián)組成;所述太陽能集熱場由太陽能集熱器陣列(31)構(gòu)成；所述地?zé)崮芟到y(tǒng)由地?zé)嵘a(chǎn)井(16 )、地?zé)嵯到y(tǒng)入口閥(17)、過濾器(18)、地?zé)釗Q熱器(19)、第三栗(20)、地?zé)嵯到y(tǒng)出口閥(21)以及注入井(22)串聯(lián)組成； 所述再沸器(15)高溫側(cè)流體分成第一和第二兩支路，其中，第一支路與所述集熱換熱器(27)連接，第二支路與地?zé)釗Q熱器(19)連接，第一支路上設(shè)有第一集熱控制閥(26)和第二集熱控制閥(28)，第二支路上設(shè)有第一地?zé)峥刂崎y(25)和第二地?zé)峥刂崎y(23);第一支路和第二支路中換熱后的工作流體匯合至主管路后通過第四栗(24)再進(jìn)入再沸器(15)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能與地?zé)崮苈?lián)合輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器陣列(31)由多組太陽能集熱器串、并聯(lián)而成，所述太陽能集熱器的類型是復(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。
【文檔編號(hào)】C01B31/20GK205549977SQ201620129921
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月19日
【發(fā)明人】王甫, 趙軍, 嚴(yán)晉躍, 鄧帥, 孫太尉
【申請人】天津大學(xué)