一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统的制作方法

1.本实用新型属于电站节能减排、超净排放领域，特别涉及一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统。


背景技术：

2.二氧化碳等温室气体的大量排放是引起温室效应的主要因素，根据国际社会对碳减排领域的相关要求，在未来必须减少人类活动造成的二氧化碳排放，因此，二氧化碳的捕集技术相继被提出和应用起来，这些方法机理不同，各有优缺，以下对常见的二氧化碳捕集技术进行简单探讨。
3.目前的碳捕集技术主要有四种：燃烧后分离（post-combustioncapture,pcc）、燃烧前分离、富氧燃烧和工业过程捕集。其中，燃烧后分离的原理相对简单，处理对象为燃烧后的烟气，因此改造的成本也更低，适用于现有的燃煤电厂。
4.目前，燃烧后碳捕集技术主要有吸附法、吸收法和膜分离法。吸附法是指通过吸附剂对含有二氧化碳的混合气体进行选择性的吸附来捕集二氧化碳，再通过改变温度、压力等条件排除吸附剂中的二氧化碳，实现吸附剂的再生，吸附法多使用容量大、成本低、便于使用的固体吸附剂，如活性炭、沸石、金属氧化物、表面改性多孔材料；吸收法利用二氧化碳在吸收剂中的溶解性或二氧化碳与吸收剂发生化学反应的特性对二氧化碳进行吸收，前者称为物理吸收，后者称为化学吸收，物理吸收法一般通过升温或降压来回收吸收剂，化学吸收法通过可逆化学反应来回收吸收剂，常用的吸收剂为甲醇、碳酸丙烯酯、多氮有机胺等；膜分离法利用对二氧化碳有选择透过性的膜来分离气体混合物中的二氧化碳，目前对膜分离法捕集二氧化碳的研究大多仍处于实验室研究阶段，膜材料与分离过程均有较大的研究空间。
5.目前国内外的碳捕集技术均不成熟，高能耗是现阶段制约其发展的重要因素，阻止了其技术的广泛商业应用。采用吸收法捕集二氧化碳时，二氧化碳捕集设备运行过程中的主要运行成本来自能耗，占到总成本的75%~80%，能耗成本大致为每吨二氧化碳35~70美元，用于吸收剂加热再生的热能消耗是能耗的主要组成部分，加热吸收剂的过程消耗了电厂大量的中压、低压蒸汽的热量，此外，溶液的循环输送及二氧化碳的压缩设备也消耗了电厂的电能，脱碳系统的运行将使电厂的热效率下降10%~40%。
6.本实用新型利用垃圾焚烧锅炉生产的中压蒸汽，先加热燃煤机组回热系统的给水，节约汽轮机抽汽，提高汽轮机出功，之后蒸汽再输送到二氧化碳捕集系统，驱动该系统脱除烟气中的二氧化碳。本实用新型充分利用了垃圾焚烧的能量，也有效为燃煤机组二氧化碳捕集系统提供了充分的热源。


技术实现要素：

7.本实用新型涉及一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统，该系统包括垃圾焚烧系统、燃煤发电系统和二氧化碳捕集系统。其特征在于以下耦合方式：垃
圾焚烧系统余热锅炉给水由燃煤发电系统的除氧器出口处获取；燃煤发电系统的部分给水吸收来自余热锅炉蒸汽的热量，达到进入省煤器的温度范围，放热后的余热锅炉蒸汽可继续为二氧化碳捕集系统提供能量；并且抽取燃煤机组回热系统的部分凝结水，回收垃圾焚烧系统烟气的余热后，为二氧化碳捕集系统提供能量。
8.二氧化碳捕集系统作用为捕集二氧化碳，可吸收燃煤发电系统与垃圾焚烧系统产生的烟气中的二氧化碳；二氧化碳吸收剂的回收需要消耗能量，这一部分能量由垃圾焚烧系统产生的、经利用后的低品位能量及垃圾焚烧系统的烟气余热提供，具体方式为：
9.垃圾焚烧系统产生的蒸汽在加热发电机组的给水后，温度由约400℃降至约160℃，这一部分能量利用可减少机组的高、中压抽汽，提高汽轮机出功，另一方面，余热锅炉排出的烟气在净化处理后仍有一部分余热，可将凝结水加热至150℃左右，与加热给水后的低温蒸汽混合，可为二氧化碳捕集系统吸收剂的回收供能。
10.本实用新型通过垃圾焚烧系统、燃煤发电系统和二氧化碳捕集系统的耦合，可实现高效利用垃圾焚烧产生的低品位热量，减少向二氧化碳捕集系统供能的工质蒸汽损耗，减少高品位热量的浪费，进而提高机组的运行效率，改善了脱碳机组的运行经济性；同时，通过对燃煤和垃圾焚烧产生烟气的脱碳处理，可以实现全厂的零碳排放，取得较好的环境效益。
11.本系统的结构细节为：
12.所述垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉、余热锅炉、烟气净化塔、布袋除尘器；其中余热锅炉给水由燃煤发电系统的除氧器供给，给水进入余热锅炉，在余热锅炉中吸收烟气热量后，出口的过热蒸汽进入燃煤发电系统的回热系统中的旁路给水加热器，加热给水至省煤器入口温度；余热锅炉出口烟气依次经烟气净化塔与布袋除尘器，再经烟气余热回收装置加热部分凝结水，进入二氧化碳捕集系统中脱去绝大部分二氧化碳后进入烟囱排向大气；旁路给水加热器蒸汽侧的出口蒸汽与烟气余热回收装置出口热水汇合，为二氧化碳捕集系统提供热量。
13.所述燃煤发电系统包括燃煤锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、凝汽器、凝结水泵、8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器、给水泵、3#高压加热器、2#高压加热器、1#高压加热器、静电除尘器、脱硫塔、烟囱；其中燃煤锅炉出口过热蒸汽进入汽轮机高压缸膨胀做功，汽轮机高压缸排汽进入燃煤锅炉再热，出口再热蒸汽进入汽轮机中压缸、汽轮机低压缸膨胀做功，带动发电机发电；汽轮机低压缸排汽进入凝汽器冷凝，凝汽器出口凝结水经凝结水泵加压后，依次经过8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器吸收热量，汽轮机低压缸抽汽作为低压加热器热源，5#低压加热器出口凝结水进入除氧器，汽轮机中压缸抽汽作为除氧器的热源，而后给水经给水泵加压后，流入主路的给水依次流经3#高压加热器、2#高压加热器、1#高压加热器，流入旁路的给水流经旁路给水加热器，而后进入燃煤锅炉成为新蒸汽，汽轮机中压缸抽汽作为3#高压加热器的热源，汽轮机高压缸部分排汽作为2#高压加热器的热源，汽轮机高压缸抽汽作为1#高压加热器的热源，余热锅炉产生蒸汽作为旁路给水加热器的热源；燃煤锅炉出口烟气依次经静电除尘器与脱硫塔以及二氧化碳捕集系统，后进入烟囱排向大气。
14.所述二氧化碳捕集系统的作用为，吸收、收集、存储燃煤发电系统与垃圾焚烧系统产生烟气中的二氧化碳。运行消耗热量主要来自垃圾焚烧系统的低品位热量与余热。
15.本实用新型的有益效果为：
16.1、基于二氧化碳捕集系统供能的需要设计了垃圾焚烧系统的耦合方式，通过设置旁路给水加热器和烟气余热回收装置，和为二氧化碳捕集系统供能，实现能量的梯级利用和充分利用，最大化了垃圾焚烧产生能量的利用效果；
17.2、通过大量利用垃圾焚烧系统的低品位能量为二氧化碳捕集系统供能，降低了燃煤发电系统中的能量损失，提升了发电功率；
18.3、通过一并脱去燃煤发电系统和垃圾焚烧系统产生烟气中的二氧化碳，可以实现整个系统的二氧化碳零排放，环境效益较好；
19.附图说明：
20.图1为一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统结构示意图。
21.图中：1-燃煤锅炉；2-汽轮机高压缸；3-汽轮机中压缸；4-汽轮机低压缸；5-发电机；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-8#低压加热器；9-7#低压加热器；10-6#低压加热器；11-5#低压加热器；12-除氧器；13-给水泵；14-3#高压加热器；15-2#高压加热器；16-1#高压加热器；17-静电除尘器；18-脱硫塔；19-二氧化碳捕集系统；20-烟囱；21-垃圾焚烧炉；22-余热锅炉；23-烟气净化塔；24-布袋除尘器；25-烟气余热利用装置；26-旁路给水加热器。
具体实施方式
22.本实用新型提供了一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及应用。
23.图1所示为一种用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统。
24.如图1所示，本实用新型提供的用于垃圾焚烧与燃煤耦合发电机组的二氧化碳捕集系统，是将垃圾焚烧系统、燃煤发电系统和二氧化碳捕集系统进行系统集成，利用余热锅炉22出口的过热蒸汽
①
加热旁路给水，且利用其剩余低品位热量为二氧化碳捕集系统供能，同时利用垃圾焚烧系统烟气的余热，在烟气余热回收装置25加热部分凝结水
④
，这部分经加热的凝结水与加热给水后的垃圾焚烧系统蒸汽
②
汇合，也为二氧化碳捕集系统供能，供能后的水汇入7#低压加热器出口，实现工质回收；垃圾焚烧系统的烟气在二氧化碳捕集系统19入口处与燃煤发电系统的烟气汇合，整个系统产生的烟气在二氧化碳捕集系统脱除绝大部分的二氧化碳。
25.具体地，除氧器12出口的给水，一部分进入余热锅炉22，成为过热蒸汽
①
，在旁路给水加热器26加热旁路给水后，进入二氧化碳捕集系统19为脱除二氧化碳过程供能后，汇入7#低压加热器9的出口，回到燃煤发电系统的回热系统，完成一次循环。
26.具体地，分出凝结水泵7出口的一部分凝结水
④
，进入烟气余热回收装置25被垃圾焚烧系统产生的烟气余热加热，进入二氧化碳捕集系统供能后，汇入7#低压加热器9的出口，回到燃煤发电系统的回热系统。
27.具体地，垃圾焚烧炉21出口烟气流入余热锅炉22，而后依次经烟气净化塔23、布袋除尘器24和烟气余热回收装置25，与来自燃煤锅炉1的，流经静电除尘器17与脱硫塔18后的烟气混合，一同进入二氧化碳捕集系统19，同时脱除绝大部分的二氧化碳后，进入烟囱20排向大气。
28.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。