太陽能梯級相變蓄熱間接蒸汽輔助二氧化碳捕集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能輔助電廠二氧化碳捕集技術(shù)，具體涉及一種太陽能梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽輔助電廠二氧化碳捕集系統(tǒng)。利用中溫太陽能集熱器結(jié)合梯級蓄熱技術(shù)實現(xiàn)太陽能與電廠抽蒸汽能量互補匹配進行二氧化碳捕集，通過梯級換熱保證換熱溫差提高換熱效率的同時，實現(xiàn)電廠二氧化碳穩(wěn)定捕集，減少蒸汽輪機的抽蒸汽量，提高蒸汽鍋爐的給水溫度，也可用于用電負荷較低時利用汽輪機抽氣進行蓄熱，有效降低火力電廠由于碳捕集系統(tǒng)的加入所帶來效率和效益下降問題。
【背景技術(shù)】
[0002]化石燃料的燃燒排放導致大氣中二氧化碳的濃度逐漸增大，全球氣候變暖日益嚴重，因此，控制溫室效應和全球氣候變化，關(guān)鍵是控制二氧化碳的排放?；厥辗蛛x二氧化碳有著巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，將二氧化碳純化后可以有多種用途，不僅可以被用來作為碳元素的來源，還可以通過不同的反應途徑，生成多種關(guān)乎國計民生的碳產(chǎn)品。
[0003]作為一種較成熟的二氧化碳脫除工藝，胺法化學捕集系統(tǒng)在捕集電廠煙氣二氧化碳方面有著廣闊的市場前景，但是解吸再生所需能耗高已成為制約其推廣的主要瓶頸之一。太陽能中高溫集熱技術(shù)在我國發(fā)展較成熟，中高溫集熱器集熱溫段也恰好吻合二氧化碳解吸時所需要的溫度。
[0004]針對太陽能的周期特性和二氧化碳解吸所需熱量特點及特性，如果能實現(xiàn)太陽能對二氧化碳捕捉系統(tǒng)進行穩(wěn)定能量供應，既能實現(xiàn)對電廠二氧化碳的減排要求，又能最大限度地利用可再生能源，提高二氧化碳捕集的經(jīng)濟性，同時還能減少由于碳捕集系統(tǒng)的加入所帶來的效率下降問題，進而提高進行二氧化碳捕集電廠的整體效率和效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于:克服可再生能源自身的缺點及現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過對太陽能集熱梯級蓄熱與電廠抽蒸汽聯(lián)合運行進行電廠的二氧化碳捕集，同時利用中溫集熱器回流提高凝結(jié)水溫度的太陽能輔助電廠二氧化碳捕集的系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明太陽能梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽輔助電廠二氧化碳捕集系統(tǒng)裝置包括:發(fā)電子系統(tǒng)、二氧化碳捕集子系統(tǒng)、梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)、中溫太陽能集熱子系統(tǒng)。所述系統(tǒng)間通過流量控制閥、止回閥、旁通閥、三通閥疏水閥和混合閥等進行能量和流量控制；所述發(fā)電子系統(tǒng)由蒸汽鍋爐、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、汽輪機低壓缸、冷凝器、3臺高壓給水加熱器、4臺低壓凝結(jié)水加熱器、除氧器、給水泵及發(fā)電機經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成；所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)由分離器、冷凝器、壓縮機、吸收塔、解吸塔、富液循環(huán)泵、貧液循環(huán)泵、貧富液熱交換器、貧液冷凝器以及再沸器經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成二氧化碳吸收-解吸循環(huán)系統(tǒng)；所述梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)由一級相變蓄熱體、二級相變蓄熱體、三級相變蓄熱體…η級相變蓄熱體以及氣液分離器經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成；所述中溫太陽能集熱子系統(tǒng)由太陽能中溫集熱器陣列、中溫傳熱介質(zhì)循環(huán)泵以及凝結(jié)水加熱換熱器經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成。
[0007]本發(fā)明所述系統(tǒng)經(jīng)中溫太陽能集熱子系統(tǒng)集熱，熱量在梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)經(jīng)相變蓄熱材料進行相變存儲熱量并產(chǎn)生蒸汽輸送給再沸器用于提供解吸二氧化碳所需熱量；通過調(diào)節(jié)四級抽氣控制閥門、五級抽氣控制閥門及六級抽氣控制閥門從汽輪機抽氣提經(jīng)混合閥形成再沸器解吸二氧化碳所需參數(shù)的蒸汽為再沸器提供解吸熱量，回流蒸汽進5號低壓凝結(jié)水加熱器和6號低壓凝結(jié)水加熱器間的凝結(jié)水管上；所述太陽能中溫集熱子系統(tǒng)從相變蓄熱體回流的導熱油經(jīng)凝結(jié)水加熱換熱器將熱量釋放給凝結(jié)回水，減少給水在鍋爐中的吸熱量。
[0008]本發(fā)明是為了降低由于二氧化碳捕集系統(tǒng)的加入引起電廠效率和效益的下降，根據(jù)太陽能的供能特點和二氧化碳吸收-解吸需能特性而設計的。太陽能集熱高溫段可以提供再沸器解吸耗能用于輔助電廠捕集二氧化碳，低溫段可以經(jīng)過凝結(jié)水加熱換熱器提高凝結(jié)水的溫度，在太陽能連續(xù)不足的白天及夜間用電低負荷的情況下可以利用抽蒸汽進行二氧化碳解吸的同時也可進行蓄熱。設置梯級蓄熱的目的是為了在換熱時保持相變蓄熱體與傳熱介質(zhì)之間的換熱溫差，從而提高換熱系數(shù)和效率，增強換熱效果。設置氣液分離器旁通閥的目的是為了在夜間用電負荷很低時，在滿足再沸器解吸二氧化碳所需能耗的同時，可以抽取更多的蒸汽進行蓄熱，用以滿足清晨和早上用電負荷突增但是太陽能又不能滿足二氧化碳解吸所需能耗。設置凝結(jié)水加熱換熱器的目的是將太陽能集熱經(jīng)蓄熱后回流的導熱介質(zhì)與凝結(jié)水進行換熱，提高凝結(jié)水的溫度，從而提高發(fā)電效率。設置四級抽氣控制閥門、五級抽氣控制閥門、六級抽氣控制閥門、三通閥和混合閥的目的是產(chǎn)生與再沸器特性相匹配的抽氣蒸汽用于提供再沸器解吸二氧化碳所需能量。
[0009]本發(fā)明所述系統(tǒng)提供四種工作模式:模式I太陽能充足的情況下，中溫太陽能集熱子系統(tǒng)集熱后經(jīng)梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)蓄熱的同時產(chǎn)生蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸，回流導熱油經(jīng)凝結(jié)水加熱換熱器將熱量傳遞給凝結(jié)水；模式2無太陽能且蓄熱不能滿足再沸器解吸所需熱量時，通過調(diào)節(jié)四級抽氣控制閥門、五級抽氣控制閥門、六級抽氣控制閥門、三通閥和混合閥產(chǎn)生蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸；模式3有太陽但輻射量不足時(陰天或者霧霾天氣)，太陽不能滿足再沸器用于二氧化碳解吸能耗，通過調(diào)節(jié)四級抽氣控制閥門、五級抽氣控制閥門、六級抽氣控制閥門、三通閥和混合閥產(chǎn)生蒸汽提供再沸器用于二氧化碳解吸，太陽能集熱回流經(jīng)凝結(jié)水加熱換熱器用于加熱凝結(jié)水；模式4無太陽能但梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)儲熱量充足，經(jīng)相變釋熱產(chǎn)生蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]I)充分利用相變蓄熱材料的相變潛熱特性及利用適宜傳熱溫差增加換熱效果的特性進行梯級相變蓄熱，產(chǎn)生與再沸器解吸二氧化碳相匹配的蒸汽進行二氧化碳解吸，既提高換熱過程中的換熱效率，又充分利用了可再生能源，提高太陽能的可靠性及保證度。
[0012]2)蓄熱不足或者夜間用電負荷較小時，可以抽蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸的同時，也可以進行蓄熱，以滿足用電負荷突增且太陽能不足時的二氧化碳解吸所需的能耗。
[0013]3)陰天或者霧霾天氣太陽能較弱時，可以進行抽蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸，太陽能集熱經(jīng)凝結(jié)水加熱換熱器換熱用于加熱凝結(jié)水，降低電廠因抽蒸汽進行二氧化碳捕集所導致的發(fā)電效率下降的問題。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)組成示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合圖1對本發(fā)明所述系統(tǒng)的技術(shù)方案進行進一步的描述。
[0016]本發(fā)明一種太陽能梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽輔助電廠二氧化碳捕集系統(tǒng)如圖1系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)
包括發(fā)電子系統(tǒng)、二氧化碳捕集子系統(tǒng)、梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)和中溫太陽能集熱子系統(tǒng)。
[0017]所述發(fā)電子系統(tǒng)(I)由蒸汽鍋爐Al、汽輪機高壓缸A2、汽輪機中壓缸A3、汽輪機低壓缸A4、冷凝器A5、3臺高壓給水加熱器A6-A8、4臺低壓凝結(jié)水加熱器A9-A12、除氧器A13、給水泵A14、發(fā)電機經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成；四級抽氣控制閥門V1、五級抽氣控制閥門V2、六級抽氣控制閥門V3、混合閥V4制抽氣量，通過三通閥和混合閥產(chǎn)生蒸汽提供給再沸器用于二氧化碳解吸，再沸器出口與六級加熱器AlO入口相連；
[0018]所述二氧化碳捕集子系統(tǒng)2由分離器B1、冷凝器B2、壓縮機B3、吸收塔B4、解吸塔B5、富液循環(huán)泵B6、貧液循環(huán)泵B7、貧富液熱交換器B8、貧液冷凝器B9以及再沸器BlO經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成吸收-解吸循環(huán)系統(tǒng)；煙氣依次經(jīng)過分離器B1、冷凝器B2、壓縮機B3進入吸收塔B4底部，貧胺溶液在吸收塔B4內(nèi)吸收二氧化碳后從吸收塔B4底部抽出，經(jīng)貧富液交換器B8換熱后溫度升高后從解吸塔B5頂部噴淋解吸，解吸塔B5底部再沸器BlO提供解吸所需熱量，解吸后的貧胺溶液從解吸塔BlO底部抽出通過貧液循環(huán)泵B7送往貧富液熱交換器B8換熱后溫度降低，進入貧液冷凝器B9進一步放熱后達到吸收控制參數(shù)進入吸收塔B4進行循環(huán)吸收二氧化碳，脫除二氧化碳后的煙氣由吸收塔B4頂部排出，分離后的二氧化碳經(jīng)解吸塔B5頂部餾出后壓縮待用。
[0019]所述梯級相變蓄熱間接產(chǎn)生蒸汽子系統(tǒng)3由一級相變蓄熱體Cl、二級相變蓄熱體C2、三級相變蓄熱體C3，一η級相變蓄熱體Cn以及氣液分離器CO經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成；所述系統(tǒng)所用相變材料為中溫段相變蓄熱材料，可以為有機相變材料或無機相變材料，相變溫度在100-150°C之間。蓄熱體內(nèi)分別填充不同相變溫度的相變材料，按照相變溫度從高至低依次串連設置，蓄熱體之間相互隔絕無傳熱傳質(zhì)；產(chǎn)生蒸汽側(cè)的低溫入口與再沸器相連，經(jīng)三級相變蓄熱體C4和二級相變蓄熱體C3后進入氣液分離器產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入一級相變蓄熱體C2再熱后進入再沸器BlO提供二氧化碳解吸所需熱量，氣液分離器Cl接有氣液分離器旁通閥V6。
[0020]所述中溫太陽能集熱子系統(tǒng)4由太陽能中溫集熱器陣列D1、中溫傳熱介質(zhì)循環(huán)泵D2以及凝結(jié)水加熱換熱器D3經(jīng)管道和多種閥門組合連接構(gòu)成；所述系統(tǒng)所用傳熱介質(zhì)可以為高溫導熱油、水、熔融鹽或者其他中高溫流體傳輸介質(zhì)。
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