一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能系统及方法与流程

本发明涉及余热利用，具体涉及一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能系统及方法。

背景技术：

1、钢铁长流程冶炼行业碳排放总量高、减排压力巨大，ccus碳捕集利用与封存技术是实现行业深度脱碳不可或缺的核心技术路径。其中胺法二氧化碳捕集技术成熟、捕集效率稳定，已逐步在钢铁项目开展工业化示范应用。

2、传统胺液再生工艺需要消耗110℃、0.3-0.4mpa高品质蒸汽供热，蒸汽能耗占整套脱碳装置能耗比重极高，大幅抬高脱碳系统运行成本，成为制约富氢碳循环氧气高炉配套ccus技术规模化推广的关键瓶颈。与此同时，高炉配套烧结工序存在大量闲置低品位余热资源：烧结环冷机冷却烧结矿过程可持续产出85-90℃闭式循环热水，整套产线对应余热总热量可达57gw，热源温度完全匹配77℃胺液再生的热需求。但当前行业对烧结余热的回收利用仅聚焦高温段烟气产中高压蒸汽，85-90℃低温热水因缺乏适配的下游热用户，绝大多数直接送入冷却塔冷却放空，余热综合利用率不足30%，大量低品位热能被无端损耗，能源浪费问题突出。

3、现阶段对低品位工业余热耦合胺液再生的相关研究多为电厂低温烟气、钢厂冲渣水等余热，针对烧结环冷机低温余热耦合脱碳胺液再生的节能方案尚未成熟，现有技术仍存在以下缺陷：一、换热点位设置不合理，富液低压升温阶段co2预解吸量最高达27000nm3/h，气液两相大幅增大换热器体积与设备投资；二、换热设备耐蚀、防堵、抗气蚀性能不足，胺液杂质、腐蚀介质易造成设备泄漏、频繁停机，连续运行时长难以满足钢铁长周期生产；三、流量、温度调控逻辑单一，无法适配半贫液-富液工艺77℃±2℃精准温控要求，余热波动直接干扰脱碳主系统稳定；四、缺乏温度、压力、压差、co2解吸量多参数联动智能调控体系，无自动冲洗、压力微调等工况自稳定机制，系统投用率偏低。

4、综上所述，为解决上述问题，有必要设计一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能系统及方法，用以解决现有技术下富氢碳循环氧气高炉配套脱碳装置蒸汽消耗高，且未充分利用烧结环冷机低品位余热，造成能源浪费的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能系统及方法，以解决现有技术下富氢碳循环氧气高炉配套脱碳装置蒸汽消耗高，且未充分利用烧结环冷机低品位余热，造成能源浪费的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能系统，包括吸收塔，所述吸收塔出气口连通有净化气分离器，所述吸收塔进液口连通有再生塔，所述吸收塔和再生塔连通的管线上串联有贫液冷却器和第一贫液泵，所述吸收塔排液口连通有板式换热器，所述板式换热器上连通有烧结环冷机热水管和闪蒸罐，所述闪蒸罐底部的液相出口与再生塔连通，所述再生塔上连通有再沸器，所述再沸器的热源出口设有凝结水分离器，所述再生塔塔顶的气相出口串联有再生气冷却器和再生气分离器，所述再生气分离器液相出口与再生塔连通，所述再生气分离器与再生塔连通的管线上设有回流泵。

3、本发明的有益效果在于：（1）本发明通过回收烧结环冷机85-90℃废弃循环热水作为热源，同时配备聚氨酯保温输配管网，将管路散热损失控制在3%以内，搭配3000m3/h变频闭式软水泵站稳定输送余热，可稳定替代脱碳装置每小时40吨以上高品质蒸汽，余热利用率从原有不足30%提升至85%以上，大幅降低了脱碳系统运行燃料成本，同步减少蒸汽生产带来的化石能源消耗，从源头降低钢铁ccus项目的运营门槛，解决了传统胺液脱碳工艺能耗高、经济性差的产业化痛点；

4、（2）本发明将板式换热器布设在吸收塔减压阀前≥1.6mpa高压富液管段，依靠高压工况搭配77℃低温换热形成协同作用，从根本上抑制富液升温过程中co2提前析出。传统工艺加热阶段co2预解吸量高达27000nm3/h，本发明可将预解吸量控制在3000nm3/h 以内，解析抑制率超88.9%，换热器设备体积相较传统方案缩减80%以上，大幅降低了设备采购与土建投资；同时配套定制板式换热器，胺液侧运行压降稳定≤28kpa，减少富液输送泵动力损耗；在温度异常时调节热水流量，预解吸量超标时微调胺液压力至1.7mpa，全程稳定控制工况，避免大量预解析气增加压缩机、闪蒸罐处理负荷；

5、（3）本发明换热核心选用全焊接板式换热器，结合胺液在线旁滤装置提前拦截铁锈、粉尘、腐蚀沉淀物，解决了腐蚀性胺液工况下换热器堵塞、泄漏、气蚀的问题，核心换热设备连续稳定运行时长可达8000小时以上；工艺运行不影响高炉煤气脱碳净化效果，在稳定产出合格循环冶金煤气与高纯co2产品气的基础上，每年可减少超10.5万吨碳排放，实现了烧结废热零浪费，兼具工业实用价值与显著环保效益。

6、方案二，此为基础方案的优选，所述再生塔上连通有胺液旁滤器，所述再生塔与胺液旁滤器连通的管线上设有第二贫液泵。胺液旁滤器能够过滤胺液中的铁锈、腐蚀沉淀物、粉尘杂质，避免板式换热器、贫富液换热器流道堵塞；从而减少杂质进入再生塔，降低胺液降解速率，延长溶剂更换周期。

7、方案三，此为基础方案的优选，所述吸收塔与净化气分离器连通的管线上设有净化气膨胀机，所述吸收塔和板式换热器连通的管线上设有胺液液力透平机。净化气膨胀机能够回收脱碳后高压高炉煤气余压，并转化为电能降低系统泵类耗电；胺液液力透平机能够回收吸收塔底高压富液压力能，降低富液输送泵能耗；进一步降低了脱碳装置综合电耗。

8、方案四，此为基础方案的优选，所述烧结环冷机热水管上设有聚氨酯保温层，所述聚氨酯保温层外设有外护管。大幅降低热水管路散热损失，保证85-90℃热水到达板式换热器时温度达标；减少余热浪费，稳定富液换热至77℃±2℃区间。

9、方案五，一种富氢碳循环氧气高炉烧结低品位余热耦合脱碳胺液再生的节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

10、s1：co2捕集：首先将高炉煤气送入吸收塔底部，使高炉煤气自下而上穿过塔内填料层，此时再生塔中的贫液经第一贫液泵进入贫液冷却器降温后，输送至吸收塔塔顶并自上而下喷淋，同时与上升的高炉煤气逆流接触，此时贫液选择性吸收高炉煤气中的co2后生成富液；

11、s2：耦合换热：首先通过胺液液力透平机对吸收塔底的高压富液进行能量回收，接着将富液送入板式换热器，通过烧结环冷机循环热水与富液间接换热，换热升温后的富液进入闪蒸罐闪蒸并释放出含h2、co的气体，释放出的闪蒸气自闪蒸罐顶部汇入煤气压缩机进气总管；

12、s3：胺液再生：首先将闪蒸罐底部的富液送入再生塔，使富液在再生塔上部进行再生，再生完成的贫液则汇集于再生塔塔底，接着再生塔底部贫液经第二贫液泵进入胺液旁滤器过滤杂质、腐蚀产物后由再生塔底部进入再沸器，通入蒸汽加热贫液，使部分胺液汽化形成气液混合物，然后气液混合物从再沸器返回再生塔下段，为再生塔提供解吸所需的高温蒸汽。

13、废热资源化利用，从源头减少蒸汽消耗，降低碳捕集运行成本。

14、方案六，此为方案五的优选，在s1中，脱除co2后的净化煤气则从吸收塔塔顶排出后经过净化气膨胀机回收净化煤气余压，接着再通过净化气分离器收集净化煤气中的游离水分与冷凝液，随后将净化煤气冷却后送入高炉作为循环冶金煤气使用。同步回收煤气余压发电，实现能量多级回收；分离器去除煤气夹带胺液雾滴，避免胺液随循环煤气流失，降低药剂消耗。

15、方案七，此为方案五的优选，在s2中，烧结环冷机循环热水温度为85-90℃，换热前富液温度为45℃，换热后富液温度为77±2℃，富液流量为3400m3/h。

16、方案八，此为方案五的优选，在s2中，若胺液换热温度＜75℃时，则将烧结环冷机循环热水流量调整为3200m3/h；当胺液换热温度＞79℃时，则将烧结环冷机循环热水流量调整为2800m3/h、富液压力调整为1.7mpa。

17、方案九，此为方案五的优选，在s3中，富液再生产生的富含co2的解析气，经再生气冷却器降温后进入再生气分离器进行分液处理，分离出的气体送往放散系统，冷凝胺液和凝结水则通过回流泵回流至再生塔；co2解吸量≤3000nm3/h。冷凝胺液全部回流至再生塔，大幅降低胺液补充量，节约药剂成本。