CN115634561A - 火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法，所述装置包括二氧化碳捕集***、二氧化碳压缩***、外部热循环***。所述方法如下，操作二氧化碳捕集***，以利用吸收剂溶液从发电厂的废气中吸收二氧化碳，并从吸收剂溶液中释放所吸收的二氧化碳以形成二氧化碳气流；将二氧化碳气流输送到二氧化碳压缩***，该二氧化碳压缩***压缩和冷却二氧化碳气流；外部热循环***用于再沸器的加热。该火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法提高了吸收效率，降低了综合的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电领域，具体涉及火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法。
背景技术
目前国内在二氧化碳捕集纯化***节能降耗方面取得了巨大的进步，在单项技术节能、工艺调整合等方面取得了重大进展，先后建立了一批示范工程，取得了较好的经济效益和社会效益，但由于二氧化碳捕集***点多面广线长、混和气吸收、分离解析、换热器换热等过程中用热点多，工艺复杂，对整个***的能耗情况、节点相互影响，能量利用的薄弱环节缺乏整体把握，目前的二氧化碳捕集纯化***节能工作还缺乏整体规划，节能工作还存在一定的盲区。再沸器需要提供大量的蒸汽，为了使再沸器产生大量蒸汽，需要从涡轮抽汽***或涡轮排放***向再沸器供应大量蒸汽。然而，这会使汽轮机的输出减少与从抽汽***供应的蒸汽相对应的量，导致汽轮机效率降低。二氧化碳捕集纯化***的运行主要采用分块管理的模式运行，缺乏整体协调优化，***能量的利益仍然存在不合理的地方。
工业上化学吸收法工艺中存在如下问题：
(1)捕集工艺能耗大。吸收塔操作温度为40～65℃，这意味着烟气进入吸收塔前必须降温；再生塔操作温度为100～120℃；出口烟气在进入大气前需要重新加温。
(2)吸收剂效率低吸收剂在循环过程中对CO2吸收效率不高，运行过程中损失大，吸收剂溶液氧化损耗，并对***产生腐蚀以及发泡现象。
(3)CO2回收成本高利用现有的工艺回收CO2费用每吨在500～600元左右，回收成本偏高，可能使得电厂的费用增加1/3。CO2捕集分离的目标是使CO2回收过程经济可行，这对分离工艺的模拟优化改进提出了严峻要求。
发明内容
本发明的目的在于提供火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法，其提高了吸收效率，降低了综合的能耗。
在本发明的一个方面，本发明提出了火电厂二氧化碳捕集洗涤装置。根据本发明的实施例，所述装置包括：
二氧化碳捕集***，所述二氧化碳捕集***包括吸收塔和再生塔，所述吸收塔通过吸收剂脱除由火电厂产生的烟气中的二氧化碳，所述再生塔用于接收吸收塔中的吸收剂富液并进行汽提解吸；
二氧化碳压缩***，所述二氧化碳压缩***包括压缩机和二氧化碳储存罐，所述压缩机用于对再生塔塔顶排除的二氧化碳气体进行压缩，所述二氧化碳储存罐用于储存压缩机压缩之后的二氧化碳气体；
外部热循环***，所述外部热循环***包括空预器和再沸器，所述空预器分别与吸收塔和再沸器连接，所述再沸器与再生塔连接。
另外，根据本发明上述实施例的火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括：
与吸收塔连接的减温装置，所述减温装置与脱硫装置连接，所述脱硫装置与脱硝装置连接；
与吸收塔塔底连接的富液泵，所述富液泵与贫富液换热器连接，所述贫富液换热器与再生塔塔顶连接，所述再生塔塔底之间连接有贫液泵；
与再生塔塔底连接的贫液泵，所述贫液泵与贫富液换热器连接，所述贫富液换热器分别与贫液冷却器、胺回收加热器连接，所述贫液冷却器与活性炭过滤装置连接，所述活性炭过滤装置与吸收塔塔底连接；
与再生塔塔底连接的冷凝器，所述冷凝器与回流罐连接，所述回流罐与再生塔塔底连接。
在本发明的一些实施例中，二氧化碳压缩***还包括与回流罐连接的备用冷却器，所述备用冷却器与冷却塔连接，所述冷却塔与三个中冷器连接，所述中冷器分别与压缩机连接，所述压缩机由电机带动工作，所述中冷器与二氧化碳储存罐连接。
在本发明的一些实施例中，所述空预器的烟道内布置凝结水换热器。
在本发明的另一方面，本发明提出了火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法。根据本发明的实施例，包括以下步骤：
(1)由燃煤锅炉产生的烟气先进入空预器，然后经脱硝、脱硫后进入吸收塔，在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入吸收塔的吸收剂形成逆流接触，使CO2得到脱除，净化后的脱碳烟气从吸收塔的塔顶排出；
(2)从吸收塔底部流出的56℃吸收剂富液提温到98℃进入再生塔进行汽提解吸；
(3)解吸CO2后的吸收剂贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，送至贫液冷却器，冷却后进入吸收塔进行循环利用；
(4在再生塔内解吸后的CO2温度在100～120℃，再生塔后冷凝器与回流罐回收大量的饱和水和极低浓度的胺溶液，从回流罐分离出的液态水输送到再生塔顶部喷淋，降低塔顶温度，保证再生塔内的温度梯度；
(5)再生塔内通过汽提解吸的部分CO2进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸后回到再生塔内；
(6)从再生塔顶排出的二氧化碳气体，在常压、低于40℃条件下，通过鼓风机进入冷却塔中洗掉烟气中带过来的溶剂等杂质，然后经中冷器用低温液氨降低烟气的露点，气体进入压缩机，压缩机采用三级压缩，每一级压缩后的气体都进入中冷器降温进入下一级压缩，经过三级压缩、冷却，通过二氧化碳储存罐进行二氧化碳储存。
另外，根据本发明上述实施例的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中，空预器的烟道内布置凝结水换热器，凝结水换热器再将烟气温度降低至100～120℃，高于烟气酸露点温度，用于再沸器的加热；
在吸收塔前设置喷水减温装置，当工况波动下出现烟气温度超温时，启动喷水减温装置将烟气温度降到50℃以下；
吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过水洗，降低烟气中的乙醇胺蒸汽含量，洗涤水循环利用随着洗涤水中乙醇胺的不断富集，将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水通过再生气冷凝水来保持，保证了水平衡。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中，从吸收塔底部流出的56℃吸收剂富液经富液泵到贫富液换热器提温到98℃进入再生塔进行汽提解吸。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)具体如下，从再生塔底部流出的吸收剂贫液经过贫液泵进入贫富液换热器，使吸收剂贫液温度降至到56℃后再经贫液冷却器降至40℃进入吸收塔；
在进入吸收塔的贫液管路上旁路设置活性炭过滤器，根据溶液分析得到的污染程度，调整溶液通过活性碳过滤器的比例，保持溶液的清洁；
在富液换热器与贫液冷却器之间设置胺回收加热器，间歇性投运，将胺回收加热器中热稳定盐加热分解生成乙醇胺溶液，回收利用，不可再生的降解产物则从胺回收加热器排放，并进行无害化处理。
在本发明的一些实施例中，所述吸收塔、再生塔采用填料塔。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(6)中，二氧化碳经过三级加压到2.5～3.0MPa，用中冷器冷却温度到-8℃以下液化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明中，吸收塔和再生塔的设计采用高效填料设备，可以大大提高热、质的传递效率，降低过程的不可逆程度，获得良好的经济效果。
2)相比其他回收装置，本发明火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法能够将热能的合理循环利用和低位热能的回收，提高***的热能利用率及降低能耗，也可以起到节约能源的作用。
3)相比原来从蒸汽轮机获取热量，本发明火电厂二氧化碳捕集洗涤装置及方法，采用空预器余热加热再沸器，避免从蒸汽轮机供应到二氧化碳捕集洗涤设备中包括的再生塔的再沸器的抽汽量，更好利用低能量成本的空预器余热。本发明不影响蒸汽轮机的效率和输出的降低，同时，不管从供应的加热蒸汽的量如何变化，空预器连接到再沸器，使再沸器产生的蒸汽的温度和压力的变化最小化，并在再生塔中稳定地进行从吸收剂中分离二氧化碳的反应。
4)本发明液化气体二氧化碳主利用中压设备，投资少、综合耗能少、危险性小、安全性高。
5)本发明利用化学吸收法原理的方法，可以用于火电厂二氧化碳捕集洗涤，避免了上述二氧化碳捕集设备的局限性。
附图说明
图1是本发明实施例1中火电厂二氧化碳捕集洗涤装置的结构示意图；
图中，1、锅炉，2、空预器，3、脱硝装置，4、脱硫装置，5、减温装置，6、吸收塔， 7、富液泵，8、贫富液换热器，9、贫液冷却器，10、活性炭过滤装置，11、贫液泵，12、再生塔，13、再沸器，14、冷凝器，15、回流罐，16、胺回收加热器，17、备用冷却器， 18、冷却塔，19、中冷器，20、压缩机，21、电机，22、二氧化碳储存罐.。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，包括：用于发电的火电厂，火力发电厂包括：燃烧化石燃料产生蒸汽的锅炉1。
二氧化碳捕集***，二氧化碳捕集***包括吸收塔6和再生塔12，吸收塔6通过吸收剂脱除由锅炉1产生的烟气中的二氧化碳，再生塔12用于接收吸收塔6中的吸收剂富液并进行汽提解吸；吸收塔6、再生塔12采用压降小、不易起泡的填料塔。填料空隙率大，气液两相能均匀通过，压降低，流通量高；溶液能在孔板表面形成稳定液膜，润湿率高，具有较高的传质效率；具有很好的润湿性能和自分布能力，气液分布比较均匀，几乎无放大效应。
二氧化碳捕集***还包括，与吸收塔6连接的减温装置5，减温装置5与脱硫装置4连接，脱硫装置4与脱硝装置3连接；与吸收塔6塔底连接的富液泵7，富液泵7与贫富液换热器8连接，贫富液换热器8与再生塔12塔顶连接，再生塔12塔底之间连接有贫液泵11；与再生塔12塔底连接的贫液泵11，贫液泵11与贫富液换热器8连接，贫富液换热器8分别与贫液冷却器9、胺回收加热器16连接，贫液冷却器9与活性炭过滤装置10 连接，活性炭过滤装置10与吸收塔6塔底连接；与再生塔12塔底连接的冷凝器14，冷凝器14与回流罐15连接，回流罐15与再生塔12塔底连接。
二氧化碳压缩***，二氧化碳压缩***包括压缩机20和二氧化碳储存罐22，压缩机 20用于对再生塔12塔顶排除的二氧化碳气体进行压缩，二氧化碳储存罐22用于储存压缩机20压缩之后的二氧化碳气体；与回流罐15连接的备用冷却器17，备用冷却器17与冷却塔18连接，冷却塔18与三个中冷器19连接，中冷器19分别与压缩机20连接，压缩机20由电机21带动工作，中冷器19与二氧化碳储存罐22连接。
外部热循环***，外部热循环***包括空预器2和再沸器13，空预器2分别与吸收塔 6和再沸器13连接，再沸器13与再生塔12连接。空预器2的烟道内布置凝结水换热器，空预器2的进烟口处还设有脱硝装置3。
还包括加热***，用于将从空预器2余热提取的蒸汽供应到再沸器13。
工作原理：操作二氧化碳捕集***，以利用吸收剂溶液从发电厂的废气中吸收二氧化碳，并从吸收剂溶液中释放所吸收的二氧化碳以形成二氧化碳气流；将二氧化碳气流输送到二氧化碳压缩***，该二氧化碳压缩***压缩和冷却二氧化碳气流；外部热循环***用于再沸器13的加热。
实施例2
本发明提出了火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)由燃煤锅炉产生的烟气先进入空预器，然后经脱硝、脱硫后进入吸收塔，在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入吸收塔的吸收剂形成逆流接触，使CO2得到脱除，净化后的脱碳烟气从吸收塔的塔顶排出。
空预器的烟道内布置凝结水换热器，凝结水换热器将烟气温度降低至100～120℃，高于烟气酸露点温度，用于再沸器的加热。
在吸收塔与脱硫装置之间设置喷水减温装置，当工况波动下出现烟气温度超温时，启动喷水减温装置将烟气温度降到50℃以下；燃煤锅炉产生的烟气温度一般在160℃，将烟气温度降低到50℃进入吸收塔进行二氧化碳分离，利用这一部分热能，可以将这部分热能用在再生过程解吸吸收剂所需的反应热中，在吸收塔烟气进口处和再生塔底部设一个换热器，进行热交换，提高***的热能利用率。
乙醇胺具有较高的蒸汽压，为减少乙醇胺蒸汽随烟气带出而造成吸收剂损失，吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过水洗，降低烟气中的乙醇胺蒸汽含量，洗涤水循环利用随着洗涤水中乙醇胺的不断富集，将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水通过再生气冷凝水来保持，保证了水平衡。
(2)从吸收塔底部流出的56℃吸收剂富液经富液泵到贫富液换热器提温到98℃进入再生塔进行汽提解吸，减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再生后的吸收剂贫液的余热对富液进行加热，同时也达到冷却再生溶液的目的。
(3)解吸CO2后的吸收剂贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，送至贫液冷却器，冷却后进入吸收塔进行循环利用。
从再生塔底部流出的吸收剂贫液经过贫液泵进入贫富液换热器，使吸收剂贫液温度降至到56℃后再经贫液冷却器降至40℃进入吸收塔，过程中使用的冷却水将一部分热能带走用于***的别处或者用作别的***中所需热能；贫液冷却器将贫液从56℃降低到40℃，再生塔顶部的冷凝器将再生气从98℃降低到40℃，这部分由冷却水带走的热能数量大，温位低，这部分热能温位低，工艺利用价值不大，用作生活取暖或者用作加热锅炉给水，以降低能耗，起到节约能源的作用。
在进入吸收塔的贫液管路上旁路设置活性炭过滤器，根据溶液分析得到的污染程度，调整溶液通过活性碳过滤器的比例，保持溶液的清洁，约10％～15％的贫液经过活性炭过滤器过滤，其还可脱除吸收剂中的铁锈等固体杂质。
在富液换热器与贫液冷却器之间设置胺回收加热器，间歇性投运，将胺回收加热器中热稳定盐加热分解生成乙醇胺溶液，回收利用，不可再生的降解产物则从胺回收加热器排放，并进行无害化处理。需要时，将部分贫液送入胺回收加热器中，加入碱溶液，通过蒸汽加热再生回收。
所述吸收塔、再生塔采用压降小、不易起泡的填料塔。填料空隙率大，气液两相能均匀通过，压降低，流通量高；溶液能在孔板表面形成稳定液膜，润湿率高，具有较高的传质效率；具有很好的润湿性能和自分布能力，气液分布比较均匀，几乎无放大效应。
(4)在再生塔内解吸后的CO2温度在100～120℃，再生塔后冷凝器与回流罐回收大量的饱和水和极低浓度的胺溶液，这部分水分和溶液，维持再生塔***水平衡及吸收剂溶液浓度稳定；从回流罐分离出的液态水再输送到再生塔顶部喷淋，降低塔顶温度，保证再生塔内的温度梯度，同时也维持了***水平衡。
(5)再生塔内通过汽提解吸的部分CO2进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸后回到再生塔内；再沸器的设计中采用立式自然差压再沸器，使溶液从再生塔内较高的高位进入再沸器底部，加热上升后的气态混合物进入再生塔底，再生溶液气从再生塔的高位流出、低位进塔，其高度差是促使溶液在再沸器内自然流动的动力。流程布置既保留了立式再沸器结构紧凑、传热系数高，又避免了热虹吸的不稳定问题。
(6)从再生塔顶排出的二氧化碳气体及蒸汽混合物在常压、低于40℃条件下，然后经中冷器用低温液氨降低烟气的露点，气体进入压缩机，压缩机采用三级压缩，每一级压缩后的气体都进入中冷器降温进入下一级压缩，二氧化碳经过三级加压到2.5～3.0MPa，用中冷器冷却温度到-8℃以下液化，通过二氧化碳储存罐进行二氧化碳储存。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，其特征在于，包括：
二氧化碳捕集***，所述二氧化碳捕集***包括吸收塔和再生塔，所述吸收塔通过吸收剂脱除由火电厂产生的烟气中的二氧化碳，所述再生塔用于接收吸收塔中的吸收剂富液并进行汽提解吸；
二氧化碳压缩***，所述二氧化碳压缩***包括压缩机和二氧化碳储存罐，所述压缩机用于对再生塔塔顶排除的二氧化碳气体进行压缩，所述二氧化碳储存罐用于储存压缩机压缩之后的二氧化碳气体；
外部热循环***，所述外部热循环***包括空预器和再沸器，所述空预器分别与吸收塔和再沸器连接，所述再沸器与再生塔连接。
2.根据权利要求1所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，其特征在于，所述二氧化碳捕集***还包括：
与吸收塔连接的减温装置，所述减温装置与脱硫装置连接，所述脱硫装置与脱硝装置连接；
与吸收塔塔底连接的富液泵，所述富液泵与贫富液换热器连接，所述贫富液换热器与再生塔塔顶连接，所述再生塔塔底之间连接有贫液泵；
与再生塔塔底连接的贫液泵，所述贫液泵与贫富液换热器连接，所述贫富液换热器分别与贫液冷却器、胺回收加热器连接，所述贫液冷却器与活性炭过滤装置连接，所述活性炭过滤装置与吸收塔塔底连接；
与再生塔塔底连接的冷凝器，所述冷凝器与回流罐连接，所述回流罐与再生塔塔底连接。
3.根据权利要求2所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，其特征在于，二氧化碳压缩***还包括与回流罐连接的备用冷却器，所述备用冷却器与冷却塔连接，所述冷却塔与三个中冷器连接，所述中冷器分别与压缩机连接，所述压缩机由电机带动工作，所述中冷器与二氧化碳储存罐连接。
4.根据权利要求2所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤装置，其特征在于：所述空预器的下烟道内布置凝结水换热器。
5.火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)由燃煤锅炉产生的烟气先进入空预器，然后经脱硝、脱硫后进入吸收塔，在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入吸收塔的吸收剂形成逆流接触，使CO2得到脱除，净化后的脱碳烟气从吸收塔的塔顶排出；
(2)从吸收塔底部流出的56℃吸收剂富液提温到98℃进入再生塔进行汽提解吸；
(3)解吸CO2后的吸收剂贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，送至贫液冷却器，冷却后进入吸收塔进行循环利用；
(4)在再生塔内解吸后的CO2温度在100～120℃，再生塔后冷凝器与回流罐回收大量的饱和水和极低浓度的胺溶液，从回流罐分离出的液态水输送到再生塔顶部喷淋，降低塔顶温度，保证再生塔内的温度梯度；
(5)再生塔内通过汽提解吸的部分CO2进入再沸器，使其中的CO2进一步解吸后回到再生塔内；
(6)从再生塔顶排出的二氧化碳气体，在常压、低于40℃条件下，通过鼓风机进入冷却塔中洗掉烟气中带过来的溶剂等杂质，然后经中冷器用低温液氨降低烟气的露点，气体进入压缩机，压缩机采用三级压缩，每一级压缩后的气体都进入中冷器降温进入下一级压缩，经过三级压缩、冷却，通过二氧化碳储存罐进行二氧化碳储存。
6.根据权利要求5所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，空预器的烟道内布置凝结水换热器，凝结水换热器将烟气温度降低至100～120℃，高于烟气酸露点温度，用于再沸器的加热；
在吸收塔前设置喷水减温装置，当工况波动下出现烟气温度超温时，启动喷水减温装置将烟气温度降到50℃以下；
吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过水洗，降低烟气中的乙醇胺蒸汽含量，洗涤水循环利用随着洗涤水中乙醇胺的不断富集，将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水通过再生气冷凝水来保持，保证了水平衡。
7.根据权利要求5所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，从吸收塔底部流出的56℃吸收剂富液经富液泵到贫富液换热器提温到98℃进入再生塔进行汽提解吸。
8.根据权利要求5所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于：所述步骤(3)具体如下，从再生塔底部流出的吸收剂贫液经过贫液泵进入贫富液换热器，使吸收剂贫液温度降至到56℃后再经贫液冷却器降至40℃进入吸收塔；
在进入吸收塔的贫液管路上旁路设置活性炭过滤器，根据溶液分析得到的污染程度，调整溶液通过活性碳过滤器的比例，保持溶液的清洁；
在富液换热器与贫液冷却器之间设置胺回收加热器，间歇性投运，将胺回收加热器中热稳定盐加热分解生成乙醇胺溶液，回收利用，不可再生的降解产物则从胺回收加热器排放，并进行无害化处理。
9.根据权利要求5所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于：所述吸收塔、再生塔采用填料塔。
10.根据权利要求5所述的火电厂二氧化碳捕集洗涤的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，二氧化碳经过三级加压到2.5～3.0MPa，用中冷器冷却温度到-8℃以下液化。
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