一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，主要由電廠發電子系統、二氧化碳捕集子系統、中低溫地熱能子系統以及相關的控制部件組成。各部分主要通過煙氣凈化裝置、再沸器、地熱換熱器進行連接，從而形成整個系統。經過與地熱流體換熱后的工作流體依次通過再沸器和電廠低壓給水換熱器，在提供二氧化碳捕集過程中再沸器的熱量的同時，也能提供電廠低壓給水換熱器的熱需求，降低電廠低壓給水加熱的抽汽。本實用新型充分實現了地熱能的梯級利用，可大幅降低從電廠汽輪機中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩定性的同時實現可再生能源利用與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動我國地熱能與煙氣捕集集成技術的大規模應用。
【專利說明】
一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集集成技術，具體涉及中低溫地熱能與電廠煙氣中二氧化碳捕集子系統以及電廠給水加熱系統的集成，利用地熱能提供二氧化碳捕集子系統的能量補償，同時給給水加熱系統提供低溫熱，在實現地熱能梯級利用的同時，有效地降低電廠因抽蒸汽所帶來的效率下降。
【背景技術】
[0002]CO2的捕集、利用與封存被視為減排CO2的戰略性技術和重要途徑，是現階段可以實現大規模CO2減排的最直接技術，也是未來具有最大減排潛力的碳捕集技術。目前我國發電廠以火力發電為主，其燃燒發電過程排放的二氧化碳占到了總排放量的近六成，因此，電廠應該加快節能減排的進程，尤其是實現發電過程中CO2的捕集。
[0003]針對既有電廠方面煙氣中CO2的捕集，燃燒后碳捕集這一技術方案被廣泛認可，也是一種對現有電廠所需改造最少的捕集方式。在目前發展的捕集技術中，以化學吸收法，尤其是以單乙醇胺(MEA)為吸收劑的捕集方法發展最為快速和成熟，具有在示范和商業中應用的前景。但是，CO2捕集過程中需要消耗大量熱能，對MEA法而言，再沸器的耗能達到3-4GJ/噸C02，其熱需求通常來源于電廠汽輪機中低壓缸中的抽汽，從而造成電廠發電效率下降 15-30 %。
[0004]地熱能作為一種清潔能源，具有溫度分布廣泛，開發利用潛力十分巨大的特點。據原地礦部統計，我國地熱資源十分豐富，其探明的藏南、滇西、川西以及臺灣省的地熱資源尤為豐富，且多為150°C以上的高溫地熱資源，而其開發利用目前仍處于初級階段。將地熱能與現有的二氧化碳捕集子系統結合，利用地熱的中低溫熱進行捕集系統解吸的用熱需求以及電廠低壓給水預熱，可大幅降低從電廠汽輪機中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩定性的同時實現可再生能源與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動我國地熱能與煙氣捕集集成技術的大規模應用。
【實用新型內容】
[0005]為了降低電廠CO2捕集對電廠的影響，本實用新型提出了一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，根據不同的集成方式實現地熱能不同溫度區間的梯級利用。在提供CO2捕集解吸熱的同時降低電廠抽汽系統的影響。
[0006]為了有效地解決上面的技術問題，本實用新型一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，包括電廠發電子系統、二氧化碳捕集子系統、中低溫地熱能子系統;所述電廠發電子系統包括輸煤器，鍋爐、汽輪機、乏汽凝汽器、第一栗、低壓給水換熱器和高壓給水換熱器;所述鍋爐、汽輪機、乏汽凝汽器、第一栗、低壓給水換熱器和高壓給水換熱器依次串聯構成了一蒸汽循環系統;所述二氧化碳捕集子系統包括煙氣凈化處理裝置、吸收塔、富液栗、貧/富液換熱器、貧液栗、解吸塔、再沸器以及多級壓縮裝置;所述鍋爐的煙氣出口與所述煙氣凈化處理裝置的入口連接，所述煙氣凈化處理裝置的出口連接至吸收塔下部的氣體入口 ；所述貧/富液換熱器分別與所述貧液栗的出口、所述解吸塔上部的富液噴淋入口、所述富液栗的出口及所述吸收塔的上部貧液噴淋入口相連;所述解吸塔底部的入口分別與所述再沸器的出口及所述貧液栗的入口相連，所述解吸塔頂部的氣體出口連接到所述多級壓縮裝置的入口 ；所述汽輪機與所述再沸器之間的連接管路上設有抽汽閥門；所述中低溫地熱能子系統包括第二栗和依次與生產井串聯的第一控制閥、過濾器、地熱換熱器、第三栗以及注入井;所述地熱換熱器的低溫測出口與再沸器的高溫側入口連接，所述汽輪機的抽汽口與所述再沸器的高溫側入口連接，所述再沸器的高溫側出口與第二栗的入口端之間的連接關系包括以下兩種情形;一種是:所述再沸器的高溫側出口與第二栗的入口端直接相連;另一種是;所述再沸器的高溫側出口與低壓給水換熱器的熱源端入口連接，所述低壓給水換熱器的熱源端出口與第二栗的入口端相連;所述第二栗的出口端連接至所述地熱換熱器的低溫測入口。
[0007]本實用新型中，電廠發電子系統中鍋爐燃燒后會產生大量含有一定濃度的煙氣，煙氣經過預處理裝置處理后從塔底進入吸收塔，與塔頂噴淋的化學吸收液進行接觸，吸收煙氣中的二氧化碳，形成富液，富液經富液栗與貧/富液換熱器換熱后從塔頂噴淋到解吸塔進行再生，同時再沸器提供解吸所需的熱量，解吸出的二氧化碳經過壓縮后進行存儲。解吸出二氧化碳后的貧液經貧液栗、貧/富液換熱器后重新噴淋到吸收塔并形成整個吸收解吸循環。
[0008]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0009](I)地熱能與CO2捕集系統及電廠的結合，在利用CO2捕集降低電廠CO2排放降低的同時，引入的地熱能也實現了碳減排的效果，同時也提升了可再生能源的占比。
[0010](2)地熱能的回灌溫度較低，既可以利用地熱能直接提供⑶2捕集的再生能耗，經過CO2捕集的低溫地熱也可以與電廠低壓給水集成，實現地熱能的梯級利用，避免了低品位能源的浪費。
[0011](3)與其它可再生能源相比，地熱能具有的穩定性可以實現集成系統的穩定運行，并且基本能消除傳統電廠抽汽方式對汽輪機的不利影響。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統實施例1的示意圖；
[0013]圖2為本實用新型地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統實施例2的示意圖。
[0014]圖中:1-輸煤器，2-鍋爐，3-煙氣凈化處理裝置，4-汽輪機，5-吸收塔，6_解吸塔，7_多級壓縮裝置，8-再沸器，9-貧/富液換熱器，10-富液栗，11-貧液栗，12-低壓給水換熱器，13-高壓給水換熱器，14-乏汽凝汽器，15-第一栗，16-抽汽閥門，17-控制閥，18-第二控制閥，19-第一控制閥，20-過濾器，21-地熱換熱器，22-第三栗，23-第二栗，24-生產井，25-注入井。
【具體實施方式】
[0015]下面結合【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細地描述。
[0016]如圖1和圖2所示，本實用新型一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，包括電廠發電子系統、二氧化碳捕集子系統和中低溫地熱能子系統。
[0017]所述電廠發電子系統包括輸煤器I，鍋爐2、汽輪機4、乏汽凝汽器14、第一栗15、低壓給水換熱器12和高壓給水換熱器13;所述鍋爐2、汽輪機4、乏汽凝汽器14、第一栗15、低壓給水換熱器12和高壓給水換熱器13依次串聯，所述輸煤器I出口與鍋爐2入口相連;從鍋爐2出口的蒸汽依次經過汽輪機4、乏汽凝汽器14、低壓給水換熱器12、高壓給水換熱器13后進入鍋爐2中，從而構成了蒸汽發電系統。
[0018]所述二氧化碳捕集子系統包括煙氣凈化處理裝置3、吸收塔5、富液栗10、貧/富液換熱器9、貧液栗11、解吸塔6、再沸器8以及多級壓縮裝置7;所述鍋爐2的煙氣出口與所述煙氣凈化處理裝置3的入口連接，從而使所述鍋爐2的出口煙氣進入煙氣凈化處理裝置3中。所述煙氣凈化處理裝置3的出口連接至吸收塔5下部的氣體入口，經過凈化處理裝置8除塵后的煙氣從吸收塔5的底部進入塔內進行二氧化碳捕集;從吸收塔5出口的富液與富液栗10的入口連接;所述貧/富液換熱器9分別與所述貧液栗11的出口、所述解吸塔6上部的富液噴淋入口、所述富液栗10的出口及所述吸收塔5的上部貧液噴淋入口相連;所述解吸塔6底部的入口分別與所述再沸器8的出口及所述貧液栗11的入口相連，所述解吸塔6頂部的氣體出口連接到所述多級壓縮裝置7的入口，經過多級壓縮后的CO2進入輸運與存儲系統。所述電廠發電子系統中的所述汽輪機4根據捕集溫度的需要從中引出抽汽，因此，所述汽輪機4的抽汽口與所述再沸器8的高溫側入口連接。所述汽輪機4與所述再沸器8之間的連接管路上設有抽汽閥門16，以控制從汽輪機4中的抽汽量。經過再沸器8換熱后的蒸汽分成兩支路，一支路進入中低溫地熱能子系統，另一路通過控制閥17的控制進入到電廠發電子系統中。
[0019]所述中低溫地熱能子系統包括第二栗23和依次與生產井24串聯的第一控制閥19、過濾器20、地熱換熱器21、第三栗22以及注入井25;所述生產井24提供的地熱能的溫度在100°C以上。所述地熱換熱器21的低溫測出口與再沸器8的高溫側入口連接，所述汽輪機4的抽汽口與所述再沸器8的高溫側入口連接，所述再沸器8高溫側出口通過第二栗23的連接；所述地熱換熱器21的低溫側入口與第二栗23的出口連接，所述地熱換熱器21的低溫側出口則通過第二控制閥18匯入抽汽管道。
[0020]本實用新型中，根據中低溫地熱能回灌溫度的不同(即地熱能是否梯級利用)，中低溫地熱能子系統與電廠發電子系統及二氧化碳捕集子系統之間有兩種集成方式，即所述中低溫地熱能的熱量輸出端與所述再沸器和電廠的低壓給水換熱器12之間的連接關系包括下述兩種情形之一:一種是:所述地熱換熱器21的低溫側出口與再沸器8高溫側入口相連，再沸器8的高溫側出口與低壓給水換熱器12的熱源端入口相連，低壓給水換熱器12的熱源端出口則通過第二栗23重新返回地熱換熱器21，從而構成循環;這種連接方式可以將中溫地熱能根據品位的不同依次實現再沸器8與低壓給水換熱器12的梯級利用，減少汽輪機4抽汽，同時實現地熱流體的低溫回灌；另一種是:所述地熱換熱器21的低溫側出口與再沸器8的高溫側入口相連，再沸器8的高溫側出口直接經第二栗23返回地熱換熱器21，這種連接方式可以只利用地熱能為再沸器8提供熱量，在簡化系統的同時降低了地熱換熱器21的溫差。上述兩種連接方式均設計了從汽輪機4抽汽的連接管路，這樣可以在地熱能不足時利用抽汽提供熱量。
[0021]實施例1:
[0022]當中低溫地熱能進行梯級利用時，中低溫地熱能子系統與電廠發電子系統及二氧化碳捕集子系統之間的連接關系是:如圖1所示，所述中低溫地熱能子系統中的生產井24經過第一控制閥19、過濾器20、地熱換熱器21以及第三栗22的依次串聯后，換熱后的地熱水再回灌入注入井25，以保持地熱水的平衡。所述再沸器8的熱源端出口工質與低壓給水換熱器12的熱源端入口相連，低壓給水換熱器12的熱源端出口則與第二栗23入口相連，從而實現中低溫地熱能的梯級利用。實施例1的連接方式可以利用120-130Γ左右的地熱能，通過地熱換熱器21后首先提供給再沸器8所需溫度的熱量，經過再沸器8換熱后再繼續與低壓給水換熱器12換熱，將低溫地熱能梯級供給電廠低壓給水換熱器12。經過梯級利用后的地熱水的溫度可以降低到35°C左右。同時地熱能不足的部分則可以通過控制電廠抽汽來解決，這樣既實現了能量品位的梯級利用，減少了電廠抽汽的不可逆損失，同時低溫地熱水也便于回灌。
[0023]實施例2:
[0024]當中低溫地熱能只實現再沸器8供能利用時，中低溫地熱能子系統與電廠發電子系統及二氧化碳捕集子系統之間的連接關系是:如圖2所示，所述再沸器8的熱源端出口直接與第二栗23連接，第二栗23的出口與地熱換熱器21的低溫端入口相連，地熱換熱器21的低溫端出口則匯入抽汽管道，并與再沸器8熱源端相連，以提供再沸器8所需熱能。實施例2的連接方式只利用地熱能提供再沸器8所需的熱量，其優點是簡化了系統結構，降低了地熱換熱器21的換熱溫差;缺點是地熱水回灌溫度過高，地熱能利用不充分。
[0025]在本實用新型一種利用中低溫地熱能輔助電廠二氧化碳捕集的梯級利用系統工作過程中，再沸器8的熱量需求由生產井24提供的地熱能和電廠低壓抽汽共同提供，兩者通過抽汽閥門16與第二控制閥18進行切換與調節。在地熱能能夠完全滿足再沸器8熱需求時，抽汽閥門16關閉；在地熱能部分滿足再沸器8熱需求時，抽汽閥門16開啟，同時利用地熱能和抽汽提供熱量。
[0026]本實用新型中低溫地熱能既可以是地熱水、熱液，也可以是地熱蒸汽，其形式取決于地熱資源及開采情況。
[0027]本實用新型中低溫地熱與再沸器的利用為間接換熱形式，即中低溫地熱經過地熱換熱器21與再沸器8的熱源端流體進行換熱，也可以利用直接換熱形式，即中低溫地熱直接作為再沸器8熱源端工作流體，省去地熱換熱器21。
[0028]本實用新型中所述二氧化碳捕集子系統主要適用于化學吸收法捕集，吸收劑主要以醇胺類物質或無機氨水溶液為基礎。
[0029]本實用新型中所述中低溫地熱能溫度主要由所述二氧化碳捕集部分的解吸溫度決定。
[0030]本實用新型系統充分實現了地熱能的梯級利用，可大幅降低從電廠汽輪機4中抽蒸汽的能耗，在維持電廠穩定性的同時實現可再生能源利用與電廠二氧化碳減排的雙重功效，有力推動我國地熱能與煙氣捕集集成技術的大規模應用。
[0031]盡管上面結合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內。
【主權項】
1.一種利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，包括電廠發電子系統、二氧化碳捕集子系統、中低溫地熱能子系統;其特征在于: 所述電廠發電子系統包括輸煤器(I)，鍋爐(2)、汽輪機(4)、乏汽凝汽器(14)、第一栗(15)、低壓給水換熱器(12)和高壓給水換熱器(13);所述鍋爐(2)、汽輪機(4)、乏汽凝汽器(14)、第一栗(15)、低壓給水換熱器(12)和高壓給水換熱器(13)依次串聯構成了一蒸汽循環系統； 所述二氧化碳捕集子系統包括煙氣凈化處理裝置(3)、吸收塔(5)、富液栗(10)、貧/富液換熱器(9)、貧液栗(11)、解吸塔(6)、再沸器(8)以及多級壓縮裝置(7);所述鍋爐(2)的煙氣出口與所述煙氣凈化處理裝置(3)的入口連接，所述煙氣凈化處理裝置(3)的出口連接至吸收塔(5)下部的氣體入口；所述貧/富液換熱器(9)分別與所述貧液栗(11)的出口、所述解吸塔(6)上部的富液噴淋入口、所述富液栗(10)的出口及所述吸收塔(5)的上部貧液噴淋入口相連;所述解吸塔(6)底部的入口分別與所述再沸器(8)的出口及所述貧液栗(11)的入口相連，所述解吸塔(6)頂部的氣體出口連接到所述多級壓縮裝置(7)的入口；所述汽輪機(4)與所述再沸器(8)之間的連接管路上設有抽汽閥門(15); 所述中低溫地熱能子系統包括第二栗(23)和依次與生產井(24)串聯的第一控制閥(19)、過濾器(20)、地熱換熱器(21)、第三栗(22)以及注入井(25);所述地熱換熱器(21)的低溫測出口與再沸器(8)的高溫側入口連接，所述汽輪機(4)的抽汽口與所述再沸器(8)的高溫側入口連接， 所述再沸器(8)的高溫側出口與第二栗(23)的入口端之間的連接關系包括以下兩種情形； 一種是:所述再沸器(8)的高溫側出口與第二栗(23)的入口端直接相連； 另一種是;所述再沸器(8)的高溫側出口與低壓給水換熱器(12)的熱源端入口連接，所述低壓給水換熱器(12)的熱源端出口與第二栗(23)的入口端相連； 所述第二栗(23)的出口端連接至所述地熱換熱器(21)的低溫測入口。2.根據權利要求1所述利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，其特征在于，所述二氧化碳捕集子系統適用于以化學吸收法捕集的系統，其中吸收劑為有機醇胺類或無機氨水類。3.根據權利要求1所述利用中低溫地熱能輔助二氧化碳捕集的梯級利用系統，其特征在于，所述生產井(24)提供的地熱能的溫度在100°C以上。
【文檔編號】C01B31/20GK205556107SQ201620129849
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月19日
【發明人】王甫, 趙軍, 嚴晉躍, 鄧帥, 孫太尉
【申請人】天津大學