CN111420516A - 一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统中再沸器通过供低压过饱和蒸汽管路与汽轮机的低压缸相连通，减温单元对低压过饱和蒸汽进行冷却减温，再沸器通过供凝结水管路与低压闪蒸单元相连通，低压闪蒸单元通过供低温蒸汽管路与低温多效蒸馏单元相连通，低压闪蒸单元内的冷凝水在70℃以下返回余热锅炉的汽水循环系统。本发明中在进行碳捕获的条件下，利用捕获机组余热进行海水淡化或高盐度废水处理，不仅实现天然气‑蒸汽联合循环‑CO2捕获机组能源的梯级利用，同时实现了联产，增加了整体的经济性，还降低了返回余热锅炉的汽水循环系统中冷凝水的温度，进而使得余热锅炉系统内的烟气余热得到充分利用。
Description
技术领域
本发明涉及蒸汽余热利用技术领域，特别是涉及一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统。
背景技术
天然气-蒸汽联合循环发电是把燃气轮机的伯莱顿(Brayton)循环与蒸汽轮机的朗肯(Rankin)循环组合在一起，形成联合循环系统。以美国GE公司的9F级燃机为例，燃气初温为1427℃，ISO工况下的简单循环功率接近300MW，效率超过38％；燃机排气温度可达600℃以上，流量超过2400t/h，满足三压再热汽水循环的设计要求(燃机排烟温度高于560℃，流量大于120kg/s)。蒸汽轮机采用超高压循环，ISO工况下汽轮机的出力约为153MW，联合循环的发电效率达到56％。
燃烧后化学吸收法CO2捕获系统的基本流程包括：原烟气由火电厂烟道引出，降温后从吸收塔底部进入，与吸收剂贫液逆流直接接触反应，净化后的烟气经水洗后排入大气；吸收CO2后的富液经贫富液换热器(再沸器)加热后从再生塔上部进入，与塔内蒸汽逆流操作；富液经二次升温、汽提后，解吸出的CO2混合气经冷凝、气水分离后进入压缩液化，解吸后的贫液经冷却后再次进入吸收塔循环吸收；再生塔底部再沸器所需的换热蒸汽一般由电厂蒸汽系统提供。
碳捕获系统与电厂蒸汽系统集成界面包括以下5个方面：1)原烟气进入碳捕获系统的直接接触冷却塔；2)汽轮机低压蒸汽抽取作为再生塔釜式再沸器热源；3)再沸器冷凝水回注至汽水循环作为余热锅炉给水；4)电厂水处理系统为碳捕获提供工艺用水和冷却水；5)厂用电系统为碳捕获用电设备提供电力。其中，对发电系统热效率影响最大的是低压蒸汽抽取以及再沸器高温冷凝水回注，余热锅炉给水温度过高，改变了余热锅炉末端省煤器换热温差，进而导致烟气余热没有得到充分利用。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种蒸汽余热利用效果好且有效降低CO2捕获系统集成对天然气-蒸汽联合循环热效率影响的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，所述碳捕获吸收剂再生系统包括相连通的再生塔和再沸器，所述蒸汽余热梯级利用系统包括减温单元、低压闪蒸单元和低温多效蒸馏单元，所述再沸器通过供低压过饱和蒸汽管路与汽轮机的低压缸相连通，所述减温单元对低压过饱和蒸汽进行冷却减温，所述再沸器通过供凝结水管路与所述低压闪蒸单元相连通，所述低压闪蒸单元通过供低温蒸汽管路与所述低温多效蒸馏单元相连通，所述低压闪蒸单元内的冷凝水在70℃以下返回余热锅炉的汽水循环系统。
优选地，所述减温单元将低压过饱和蒸汽的参数调整为压力0.4MPa、温度140～160℃，所述减温单元为用于冷却所述供低压过饱和蒸汽管路的冷却风机，或者为设置在所述供低压过饱和蒸汽管路上且直接对低压过饱和蒸汽进行减温减压的变频式减温减压装置；
优选地，低压过饱和蒸汽的温度为150℃；
优选地，所述供凝结水管路中经所述再沸器产生的凝结水参数为压力0.4MPa、温度135～145℃；
优选地，凝结水的温度为140℃；
优选地，所述低压闪蒸单元为闪蒸器，所述闪蒸器为所述低温多效蒸馏单元供给的蒸汽温度低于70℃。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统中在进行碳捕获的条件下，利用捕获机组余热进行海水淡化或高盐度废水处理，不仅实现天然气-蒸汽联合循环-CO2捕获机组能源的梯级利用，同时实现了联产，增加了整体的经济性，还降低了返回余热锅炉的汽水循环系统中冷凝水的温度，进而使得余热锅炉系统内的烟气余热得到充分利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统的工艺流程图；
图2是本发明低温多效蒸馏单元的工艺流程图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，所述碳捕获吸收剂再生系统包括相连通的再生塔和再沸器，所述蒸汽余热梯级利用系统包括减温单元、低压闪蒸单元和低温多效蒸馏单元，所述再沸器通过供低压过饱和蒸汽管路与汽轮机的低压缸相连通，所述减温单元对低压过饱和蒸汽进行冷却减温，所述再沸器通过供凝结水管路与所述低压闪蒸单元相连通，所述低压闪蒸单元通过供低温蒸汽管路与所述低温多效蒸馏单元相连通，所述低压闪蒸单元内的冷凝水在70℃以下返回余热锅炉的汽水循环系统。
本发明中所述减温单元将低压过饱和蒸汽的参数调整为压力0.4MPa、温度140～160℃，所述减温单元为用于冷却所述供低压过饱和蒸汽管路的冷却风机，或者为设置在所述供低压过饱和蒸汽管路上且直接对低压过饱和蒸汽进行减温减压的变频式减温减压装置；进一步，作为一种优选方案，本发明中低压过饱和蒸汽的温度为150℃；
本发明中所述供凝结水管路中经所述再沸器产生的凝结水参数为压力0.4MPa、温度135～145℃；进一步，作为一种优选方案，本发明中凝结水的温度为140℃；
本发明中所述低压闪蒸单元为闪蒸器，为了保证海水淡化效果，所述闪蒸器为所述低温多效蒸馏单元供给的蒸汽温度低于70℃。
结合上述公开的技术方案，本发明提供的以GE 9F天然气-蒸汽联合循环机组为例的具体实施方案，如下：
(1)热力系统参数
(2)CO2捕获系统参数
(3)发电机组与碳捕获集成后参数
(4)优化集成方案——以海水淡化为例
海水淡化技术中的低温多效蒸馏(Low-temperature Multi-EffectDesalination，LT-MED)工艺对热源温度要求不高，最高蒸发温度约70℃。输入一定量的蒸汽，经过多次蒸发冷凝，进而获得多倍的二次蒸汽。由于整体过程在负压下进行，蒸发温度较低，相应的对输入蒸汽温度要求不高，可以作为碳捕获机组余热利用的组合工艺，进而实现联产。
设计采用5效低温多效蒸馏，工艺流程如图2所示。
再沸器疏水温度为140℃，压力4bar，流量为275t/h，进入闪蒸器产生蒸汽。闪蒸罐压力为25kPa，闪蒸蒸汽量通过下式计算：
W·r＝F·C(ta-tb)
式中：W为闪蒸蒸汽量；r为水的汽化潜热；F为疏水流量；ta为疏水温度；tb为闪蒸罐操作压力下的饱和温度。
多级闪蒸器的热动力方程可由物质和能量平衡得到，本例采用以下公式进行计算，过程忽略热损失和冷凝温度下降：
式中：N为闪蒸级数；
为未加热的被蒸发海水温度；tF为加热后海水温度；θε为预热器中蒸汽的冷凝温度与海水被加热后出口温度之差；f'为常数，取0.238×10-3；Δhm为海水在各闪蒸器内汽化热平均值；ΔhH为加热室中加热蒸汽的汽化热，W为总产水量；D为再沸器疏水产生蒸汽流量。
闪蒸蒸汽流量为37t/h，温度65℃。将其作为首效热源，凝结水温度降至65℃左右与闪蒸罐冷凝水一起返回余热锅炉汽水循环。1～5效的操作温度分别为：60.7℃、56.6℃、52.8℃、49℃、45.1℃，回收再沸器疏水热量27.01MW，低温多效蒸馏装置产品水量为155t/h。
(5)优化集成的热经济性
优化集成后的系统主要性能参数
根据上述参数对优化集成系统进行
平衡计算，并对改造方案进行热经济学分析，以
成本来表征系统经济性能，计算公式为：
在本方案中中，其他估算参数包括：上网电价0.65元/kW·h，供热价格103.98元/GJ；碳税200元/吨；产品水售价4元/吨。集成了低温多效蒸馏后整体
效率提高了0.18％，利润率提高了0.2％。该集成方案对于碳捕获机组实现能源高效利用以及多产品输出具有一定的推广价值。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，所述碳捕获吸收剂再生系统包括相连通的再生塔和再沸器，其特征在于，所述蒸汽余热梯级利用系统包括减温单元、低压闪蒸单元和低温多效蒸馏单元，所述再沸器通过供低压过饱和蒸汽管路与汽轮机的低压缸相连通，所述减温单元对低压过饱和蒸汽进行冷却减温，所述再沸器通过供凝结水管路与所述低压闪蒸单元相连通，所述低压闪蒸单元通过供低温蒸汽管路与所述低温多效蒸馏单元相连通，所述低压闪蒸单元内的冷凝水在70℃以下返回余热锅炉的汽水循环系统。
2.根据权利要求1所述的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，其特征在于：所述减温单元将低压过饱和蒸汽的参数调整为压力0.4MPa、温度140～160℃，所述减温单元为用于冷却所述供低压过饱和蒸汽管路的冷却风机，或者为设置在所述供低压过饱和蒸汽管路上且直接对低压过饱和蒸汽进行减温减压的变频式减温减压装置。
3.根据权利要求2所述的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，其特征在于：低压过饱和蒸汽的温度为150℃。
4.根据权利要求2或3所述的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，其特征在于：所述供凝结水管路中经所述再沸器产生的凝结水参数为压力0.4MPa、温度135～145℃。
5.根据权利要求4所述的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，其特征在于：凝结水的温度为140℃。
6.根据权利要求1所述的用于碳捕获吸收剂再生系统的蒸汽余热梯级利用系统，其特征在于：所述低压闪蒸单元为闪蒸器，所述闪蒸器为所述低温多效蒸馏单元供给的蒸汽温度低于70℃。
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