[发明专利]采用跨临界二氧化碳热泵为CCS提供热量的系统

说明书

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燃煤 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，已成为国际能源领域 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℃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1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 (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 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缩 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1/5；而我国火 电、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；