专利名称：采用跨临界二氧化碳热泵为ccs提供热量的系统的利记博彩app
技术领域：
本发明属于能源利用和燃煤发电领域，特别涉及一种采用跨临界二氧化碳热泵为i;然;):某
电厂ccs (二氧化碳捕获与封存)提供热量的系统。具体的说是将跨临界二氧化碳高温热
泵装置应用于燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳的系统中，从而提高燃煤电厂化学吸收法 捕获二氧化碳的经济性，并且能够减少燃煤电厂的水消耗量，同时也实现了二氧化碳的资 源化利用。
背景技术：
二氧化碳等温室气体的减排已越来越受到国际社会的广泛关注，己成为国际能源领域 研发的热点。全球应对气候变化的核心是减少温室气体排放，其中主要是减少能源消费的 二氧化碳排放。燃煤电厂二氧化碳排放是我国温室气体的最主要排放源，约占我国二氧化
碳排放总量的50%。近年来，随着火电装机容量的迅速增多，燃煤电厂二氧化碳排放的绝 对数量和相对比例还将进一步增加。由于我国能源结构以燃煤发电为主，以及今后对燃煤 发电的长期投入，从燃煤烟气中有效的脱除二氧化碳将刻不容缓。目前燃煤电厂捕获烟气 中二氧化碳的方法主要有吸收法、吸附法以及膜分离法等，化学吸收法是目前技术上最成 熟的方法。该方法捕获二氧化碳所采用的化学吸收剂是在80-120'C解吸，现有加热技术是 抽取蒸汽进行加热，使发电效率大幅下降。而目前燃煤电厂汽轮机出口乏汽的冷凝废热一 般是采用通过湿式冷却塔散热，这样不但浪费了大量能量，而且会对环境造成影响。 一方 面是抽取蒸汽加热化学吸收剂造成发电效率下降，另一方面又浪费了大量的冷凝废热。因 此化学吸收法难以在燃煤电厂推广应用。
图l所示为目前使用的典型燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统，其结构如下引 风机3的出口处与吸收塔4下部相连，吸收塔4下部与富液泵9进口处相连，富液泵9出 口处与换热器8的通路m进口相连，换热器8的通路m出口与再生塔10上部相连，再生 塔10下部与换热器8的通路n进口相连，换热器8的通路n出口与贫液泵7进口相连， 贫液泵7出口与水冷器6进口相连，水冷器6出口与吸收塔4上部相连。再生塔10中部
3(上)与煮沸器12进口 h相连，煮沸器12出口 f与再生塔10中部(下)相连。再生塔 10顶部与冷却器11进口相连，冷却器ll出口与分离器13进口相连。地下槽17与再生塔 IO上部相连。洗涤液储液槽2与吸收塔4上部相连，如图1所示。
图1所示燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统，烟气自下向上流经吸收塔4，与从 上部入塔的吸收液形成逆流接触，使二氧化碳得到脱除。净化后的脱碳烟气从塔顶排出。 吸收了酸气的吸收液(富液)通过富液泵9加压送至再生塔10。为减少富液再生时蒸汽的 消耗量，利用再生后的吸收溶液(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，富液和贫液在贫富液换热器8中进行热交换。富液从再生塔10上部进入，通 过汽提解吸部分二氧化碳，然后进入煮沸器12，被蒸汽16加热，使其中的二氧化碳进一 歩解吸。解吸二氧化碳后的贫液由再生塔10底流出，经贫富液换热器8换热后，用贫液 泵7送至水冷器6，冷却后进入吸收塔4。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的 工艺过程。从再生塔10顶出来的二氧化碳及蒸汽混合物通过冷却器11冷却冷凝，经由分 离器13汽水分离，冷凝水通过回流补液返回系统，分离出二氧化碳气体进入后续的压縮 处理程序。该系统，由于抽取蒸汽加热化学吸收剂，使发电效率大幅下降。
另外，我国燃煤电厂用水中的效率低下和浪费触目惊心， 一个30万千瓦电站每小时 需要补充冷却水500-2000吨，其中65%以上是通过冷却塔排到大气中。华北地区是我国重 要的工业生产基地，水资源只占全国的4.6%，人均占有量不足全国人均的l/5;而我国火 屯、冶金和石油化工等耗水行业多根据矿产资源条件分布在水资源相对缺乏的北方地区， 加剧了当地水资源短缺的局面。缺水极大地限制了工业生产的发展，也给人民生活造成了 很大影响，燃煤电厂节水工作刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是克服上述系统的缺陷，提供一种采用跨临界二氧化碳热泵为ccs (二
氧化碳捕获与封存)提供热量的系统，采用跨临界二氧化碳高温热泵装置，从燃煤电厂冷 凝废热中吸取热量，通过热泵循环提高二氧化碳温度，使其能够直接加热燃煤电厂捕获烟 气中二氧化碳用的化学吸收剂，完成解吸过程。
本发明采用的技术方案
采用跨临界二氧化碳热泵为ccs提供热量的系统，包括跨临界二氧化碳热泵系统和燃
煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统两个部分；
所述两部分通过煮沸器12相连接；
4所述跨临界二氧化碳热泵系统的压縮机22出口与煮沸器12进口 g相连，煮沸器12 出口 e与内部换热器21通路d进口相连，内部换热器21通路d出口与节流阀19进口相 连，节流阀19出口与蒸发器20通路a进口相连，蒸发器20通路a出口与内部换热器21 通路c进口相连，内部换热器21通路c出口与压縮机22进口相连，蒸发器20通路b出 口与凝汽器18进口 j相连，凝汽器18出口 i与蒸发器20通路b进口相连，凝汽器18进 口 k与汽轮机乏汽出口相连，凝汽器18出口 1与锅炉冷凝水入口相连。
所述跨临界二氧化碳热泵系统釆用二氧化碳作为工质，其工质来源于煮沸器12中发生 的解吸反应。
所述二氧化碳工质在煮沸器12内放热降温，加热燃煤电厂捕获烟气中二氧化碳用的化 学吸收剂，使其完成解吸过程。
所述跨临界二氧化碳热泵系统的热量来源于汽轮机乏汽中的冷凝废热。
所述凝汽器18，用于汽轮机乏汽与冷却水的换热。
所述蒸发器20，用于来自于凝汽器18的出水与二氧化碳工质的换热。
所述内部换热器21，用于二氧化碳工质与煮沸器中出来的高温二氧化碳工质换热，增 加其过热度，减少压縮机功量。
所述压縮机22出口的二氧化碳工质温度为80 140度。
所述煮沸器12即为跨临界二氧化碳热泵系统的气冷器。
本发明采用跨临界二氧化碳高温热泵装置从冷凝废热中吸取热量，用于加热化学吸收 剂， 一方面避免了抽取蒸汽造成的发电效率下降，另一方面减少了冷凝废热排放对环境造 成的环境。另外，流经湿式冷却塔的冷却水流量大大减小，降低了湿式冷却塔的水消耗量， 起到了节水的效果，同时也实现了二氧化碳的资源化利用。
图1为典型的燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统示意图2为采用跨临界二氧化碳热泵的燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统示意图。 l-除盐水或再生气冷凝水；2-洗涤液储液槽；3-引风机；4-吸收塔；5_脱碳烟气；6水 冷器；7-贫液泵；8-换热器；9-富液泵；10_再生塔；11_冷却器；12-煮沸器/气冷器；13-分离器；16-蒸气进口； 17-地下槽；18-凝汽器；19-节流阀；20_蒸发器；21-内部换热
器；22-压縮机
具体实施例方式
下面结合附图2进行说明。
图2所示的采用跨临界二氧化碳热泵的燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统，引风 机3的出口处与吸收塔4下部相连，吸收塔4下部与富液泵9进口处相连，富液泵9出口 处与换热器8的通路m进口相连，换热器8的通路m出口与再生塔10上部相连，再生塔 10下部与换热器8的通路n进口相连，换热器8的通路n出口与贫液泵7进口相连，贫液 泵7出口与水冷器6进口相连，水冷器6出口与吸收塔4上部相连。再生塔10中部(上) 与煮沸器12进口h相连，煮沸器12出口 f与再生塔10中部(下)相连。再生塔10顶部 与冷却器11进口相连，冷却器11出口与分离器13进口相连。地下槽17与再生塔10顶 部相连。洗涤液储液槽2与吸收塔4上部相连。压縮机22出口与煮沸器12进口 g相连， 煮沸器12出口 e与内部换热器21通路d进口相连，内部换热器21通路d出口与节流阀 19进口相连，节流阀19出口与蒸发器20通路a进口相连，蒸发器20通路a出口与内部 换热器21通路c进口相连，内部换热器21通路c出口与压縮机22进口相连。蒸发器20 通路b出口与凝汽器18进口 j相连，凝汽器18出口 i与蒸发器20通路b进口相连。凝 汽器(18)进口 (k)与汽轮机乏汽出口相连，凝汽器(18)出口 (1)与锅炉冷凝水入口 相连。
采用了跨临界二氧化碳热泵的燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统，烟气自下向上 流经吸收塔4，与从上部入塔的吸收液形成逆流接触，使二氧化碳得到脱除。净化后的脱 碳烟气从塔顶排出。吸收了酸气的吸收液(富液)通过富液泵9加压送至再生塔10。为减 少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再生后的吸收溶液(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，富液和贫液在贫富液换热器8中进行热交换。富液从再生 塔10上部进入，通过汽提解吸部分二氧化碳，然后进入煮沸器12，被来自压縮机22的二 氧化碳工质加热，使富液中的二氧化碳进一步解吸。解吸二氧化碳后的贫液由再生塔10 底流出，经贫富液换热器8换热后，用贫液泵7送至水冷器6，冷却后进入吸收塔4。溶 剂往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。从再生塔10顶出来的二氧化碳及 蒸汽混合物通过冷却器ll冷却冷凝，经由分离器13汽水分离，冷凝水通过回流补液返回 系统，分离出二氧化碳气体进入后续的压縮处理程序。汽轮机乏汽流经凝汽器18，与冷却 水换热。冷却水被乏汽加热后，流经跨临界二氧化碳热泵系统的蒸发器20，与二氧化碳换 热，将热量传给二氧化碳，使节流后的二氧化碳吸热蒸发。二氧化碳吸热后，流经内部换热器21增加其过热度，然后进入压縮机22，出口的二氧化碳温度达到120度。然后，高 温的二氧化碳被送入煮沸器12，加热化学吸收剂使其解吸，二氧化碳释放热量温度降低。 二氧化碳流出煮沸器12后，进入内部换热器21进行回热，然后在节流阀19绝热节流， 接下来进入蒸发器20，完成热泵循环。
发电机组按发电效率40%计算，燃煤发热量为330/40%=825丽，排放的热量为495丽。 机组CCS所需热量约为165MW，如果用C0P=3. 5的热泵，从冷凝废热中提取CCS所需的165MW 热量，热泵运转需耗电47丽，发电厂输出电量为330丽-47MW二283丽，发电效率由原来的 40%降为283丽/825MW^34. 3%，下降了 5.7%。采用湿式冷却塔，冷凝废热495MW中，按冷
却水进、出塔温差8. 5'C计算，冷却水流量为40032m:i/h，冷却水散热量为395MW;烟气散
失量为IOOMW。冷却水损失量约为400 600 mVh。
采用热泵提取165MW用于CCS，冷却水量由40032m7h减少为23310 mVh，循环流量 减少了 16722m7h,冷却水损失量减少167 251 m7h，减少比例为41.8%。
权利要求
1、采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，包括跨临界二氧化碳热泵系统和燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统两个部分，其特征在于，所述两部分通过煮沸器(12)相连接；所述跨临界二氧化碳热泵系统的压缩机(22)出口与煮沸器(12)进口(g)相连，煮沸器(12)出口(e)与内部换热器(21)通路(d)进口相连，内部换热器(21)通路(d)出口与节流阀(19)进口相连，节流阀(19)出口与蒸发器(20)通路(a)进口相连，蒸发器(20)通路(a)出口与内部换热器(21)通路(c)进口相连，内部换热器(21)通路(c)出口与压缩机(22)进口相连，蒸发器(20)通路(b)出口与凝汽器(18)进口(j)相连，凝汽器(18)出口(i)与蒸发器(20)通路(b)进口相连，凝汽器(18)进口(k)与汽轮机乏汽出口相连，凝汽器(18)出口(1)与锅炉冷凝水入口相连。
2、 根据权利要求1所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在于， 所述跨临界二氧化碳热泵系统采用二氧化碳作为工质。
3、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在 于，所述二氧化碳工质在煮沸器(12)内放热降温，加热燃煤电厂捕获烟气中二氧化 碳用的化学吸收剂，使其完成解吸过程。
4、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在于，所述跨临界二氧化碳热泵系统的热量來源于汽轮机乏汽中的冷凝废热。
5、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在于，所述凝汽器(18)，用于汽轮机乏汽与冷却水的换热。
6、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在 于，所述蒸发器(20)，用于来自于凝汽器(18)的出水与二氧化碳工质的换热。
7、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在 于，所述内部换热器(21)，用于二氧化碳工质与煮沸器中出来的高温二氧化碳工质换 热，增加其过热度，减少压縮机功量。
8、 根据权利要求1或2所述采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统，其特征在 于，所述压縮机(22)出口的二氧化碳工质温度为80 140度。
全文摘要
本发明公开了属于能源利用和燃煤发电领域的采用跨临界二氧化碳热泵为CCS(二氧化碳捕获与封存)提供热量的系统。包括跨临界二氧化碳热泵系统和燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统两个部分，通过煮沸器12将两个部分连接成一个可节约能源的系统，燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳系统的煮沸器12即为跨临界二氧化碳热泵系统的气冷器，采用该热泵装置可提高燃煤电厂化学吸收法捕获二氧化碳的经济性，并且能够减少燃煤电厂的水消耗量。
文档编号B01D53/18GK101485952SQ200910076649
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者姜培学, 张富珍, 张有为, 王淑娟 申请人:清华大学