一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统

本技术属于电站节能减排、能源，特别涉及一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统。

背景技术：

1、碳捕集技术方面，以乙醇胺溶液作为二氧化碳气体吸收剂的燃烧后碳捕集技术，对原有机组改造小、设备较简单且相对容易维护，同时兼具工艺成熟、与已建成的煤粉电站有较好兼容性等优势；乙醇胺溶液是目前燃煤烟气等二氧化碳捕集工业示范的主流吸收剂，具有捕集效率高(>90％)、纯度高(>99％)的优势，其能够与酸性二氧化碳气体发生反应，并且在吸收过程中体现出强大的化学反应活性和解吸特性，低温时能够高效地快速吸收二氧化碳气体，对其进行加热后又可以将二氧化碳释放出来。

2、供热技术方面，通过碳捕集装置处理后的二氧化碳气体还具有一部分热量可以被利用，若能通过吸收式热泵回收利用余热承担一部分供热任务，不仅有效回收利用了这部分余热，同时实现了能量的梯级利用，保证供热需求提高机组的能源利用率，具有重要的节能潜力与发展意义。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统。其特征在于该系统包括燃烧后碳捕集系统、二氧化碳多级压缩系统、汽轮机发电系统和吸收式热泵等部分，锅炉产生的烟气进入燃烧后碳捕集系统，二氧化碳含量显著降低，达到了降低温室气体排放量的目的；同时吸收式热泵以二氧化碳多级压缩单元出口二氧化碳作为高温驱动热源，以地源作为低温热源，加热热网水为居民供热，实现了能源的有效利用。

2、为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、锅炉出口与静电除尘器入口相连，静电除尘器与脱硫塔入口相连，脱硫塔出口与吸收塔入口相连，吸收塔出口与富液泵入口相连，富液泵出口与贫/富液交换器入口相连，贫/富液交换器出口与再生塔入口及贫液泵入口相连，贫液泵出口与1#冷却器入口相连，1#冷却器出口与吸收塔相连，汽轮机中压缸出口与除氧器入口相连，汽轮机低压缸出口与凝汽器入口相连，气液分离罐出口与主压缩机入口相连，再压缩机出口与吸收式热泵入口相连，主压缩机出口与主预冷器入口相连，主预冷器出口与次压缩机入口相连，次压缩机出口与次预冷器入口相连，次预冷器出口与再压缩机入口相连。

4、进入锅炉的一定参数的给水在锅炉中吸收煤燃烧产生的热量变为高温高压的水蒸气，水蒸气进入汽轮机高压缸做功，依次流经汽轮机中压缸和汽轮机低压缸继续做功；在这个过程中，汽轮机适当的位置抽出部分蒸汽，作为汽轮机发电机组回热系统中的高压加热器、低压加热器的热源；同时，锅炉产生的烟气经静电除尘器、脱硫塔预处理后进入碳捕集装置吸收塔，烟气中的二氧化碳被吸收后进入再生塔，利用汽轮机中压缸部分抽气提供的热量使得二氧化碳再生，依次经过气液分离罐、二氧化碳多级压缩单元后进入吸收式热泵作为高温驱动热源放热。

5、所述锅炉排出的高温烟气经过静电除尘器、脱硫塔等初步处理后进入二氧化碳吸收塔，此时吸收塔中喷淋着用以吸收烟气中二氧化碳的乙醇胺溶液；烟气在此经过化学反应后二氧化碳气体含量显著降低，从吸收塔顶部排出并最终通过烟囱排放至大气中；而吸收过二氧化碳的乙醇胺贫液变为乙醇胺富液，从吸收塔底部经富液泵、贫富液交换器后流入再生塔；再生塔中利用汽轮机中压缸部分抽气提供的再生热量使二氧化碳再生，再生后的二氧化碳依次经过2#冷却器、气液分离罐、二氧化碳多级压缩单元后进入吸收式热泵作为高温驱动热源放热；反应后的乙醇胺富液再次恢复为乙醇胺贫液，经过贫富液交换器、贫液泵、1#冷却器冷却之后进入吸收塔中继续吸收烟气中的二氧化碳。

6、所述二氧化碳多级压缩单元中主预冷器及次预冷器的冷却水由汽轮机发电系统低压加热器的给水提供。所述吸收式热泵以二氧化碳多级压缩单元出口二氧化碳作为高温驱动热源，以地源作为低温驱动热源，加热热网水为居民供热。

7、本实用新型的有益效果为：

8、本实用新型提出的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，该系统由燃烧后碳捕集系统、二氧化碳多级压缩系统、汽轮机发电系统和吸收式热泵等部分组成。

9、受碳捕集技术影响，考虑到燃烧后碳捕集技术对原有机组改造小、设备较简单且相对容易维护，技术也较为成熟，其中以微碱性乙醇胺溶液作为吸收剂得到广泛认可，其能够与酸性二氧化碳气体发生反应，并且在吸收过程中体现出强大的化学反应活性和解吸特性，低温时能够高效地快速吸收二氧化碳气体，对其进行加热后又可以将二氧化碳释放出来，以此来实现降低燃煤机组碳排放量的目标。

10、另外该系统利用碳捕集系统出口二氧化碳作为高温驱动热源，以地源作为低温驱动热源，有效地回收利用了二氧化碳余热和地源热量，本系统利用吸收来的热量通过吸收式热泵加热热网水为居民供热，在回收余热的同时实现了能量的梯级利用。

技术特征：

1.一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，主要包括锅炉(1)、汽轮机高压缸(2)、汽轮机中压缸(3)、汽轮机低压缸(4)、发电机(5)、凝汽器(6)、低压加热器(7)、除氧器(8)、高压加热器(9)、静电除尘器(10)、脱硫塔(11)、吸收塔(12)、富液泵(13)、贫/富液交换器(14)、贫液泵(15)、1#冷却器(16)、烟囱(17)、再生塔(18)、再沸器(19)、2#冷却器(20)、气液分离罐(21)、吸收式热泵(22)、二氧化碳多级压缩单元(23)、主预冷器(24)、次预冷器(25)、主压缩机(26)、次压缩机(27)、再压缩机(28)、热网加热器(29)，其特征在于锅炉(1)出口与静电除尘器(10)入口相连，静电除尘器(10)与脱硫塔(11)入口相连，脱硫塔(11)出口与吸收塔(12)入口相连，汽轮机中压缸(3)出口与除氧器(8)入口相连，汽轮机低压缸(4)出口与凝汽器(6)入口相连，气液分离罐(21)出口与主压缩机(26)入口相连，再压缩机(28)出口与吸收式热泵(22)入口相连；进入锅炉(1)的一定参数的给水吸收煤燃烧产生的热量变为高温高压的水蒸气，水蒸气进入汽轮机高压缸(2)做功，依次流经汽轮机中压缸(3)和汽轮机低压缸(4)继续做功，在这个过程中，汽轮机适当的位置抽出部分蒸汽，作为汽轮机发电机组回热系统中的高压加热器(9)、低压加热器(7)的热源；同时，锅炉(1)产生的烟气经静电除尘器(10)、脱硫塔(11)预处理后进入碳捕集装置吸收塔(12)，烟气中的二氧化碳被吸收后进入再生塔(18)，利用汽轮机中压缸(3)部分抽气提供的热量使得二氧化碳再生，依次经过气液分离罐(21)、二氧化碳多级压缩单元(23)后进入吸收式热泵(22)作为高温驱动热源放热。

2.根据权利要求1所述的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，其特征在于碳捕集系统包括吸收塔(12)、富液泵(13)、贫/富液交换器(14)、贫液泵(15)、1#冷却器(16)、烟囱(17)、再生塔(18)、再沸器(19)、2#冷却器(20)、气液分离罐(21)；吸收塔(12)出口与富液泵(13)入口相连，富液泵(13)出口与贫/富液交换器(14)入口相连，贫/富液交换器(14)出口与再生塔(18)入口及贫液泵(15)入口相连，贫液泵(15)出口与1#冷却器(16)入口相连，1#冷却器(16)出口与吸收塔(12)相连。

3.根据权利要求1所述的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，其特征在于二氧化碳多级压缩单元(23)中，主压缩机(26)出口与主预冷器(24)入口相连，主预冷器(24)出口与次压缩机(27)入口相连，次压缩机(27)出口与次预冷器(25)入口相连，次预冷器(25)出口与再压缩机(28)入口相连；气液分离罐(21)出口的二氧化碳被输送至主压缩机(26)进行压缩，压缩后的二氧化碳进入主预冷器(24)进行预冷，预冷后的二氧化碳进入次压缩机(27)进行二次压缩，压缩后的二氧化碳进入次预冷器(25)进行预冷，预冷后的二氧化碳进入再压缩机(28)进行压缩，压缩后的二氧化碳进入吸收式热泵(22)完成后续循环。

4.根据权利要求1所述的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，其特征在于二氧化碳多级压缩单元(23)中主预冷器(24)及次预冷器(25)的冷却水由汽轮机发电系统低压加热器(7)的给水提供。

5.根据权利要求1所述的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，其特征在于汽轮机中压缸(3)抽气分为三股，第一股进入汽轮机低压缸(4)继续做功，第二股进入碳捕集装置再沸器(19)用于二氧化碳的再生，第三股进入热网加热器(29)加热热网回水。

6.根据权利要求1所述的一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，其特征在于吸收式热泵(22)以二氧化碳多级压缩单元(23)中再压缩机(28)出口二氧化碳作为高温驱动热源，以地源作为低温热源，加热热网水为居民供热。

技术总结本发明涉及一种集成吸收式热泵和碳捕集装置的燃煤热电联产系统，该系统包括：燃烧后碳捕集系统、二氧化碳多级压缩系统、汽轮机发电系统和吸收式热泵等部分。给水在锅炉中吸收煤燃烧产生的热量变为高温高压水蒸气，依次流经汽轮机高压缸、中压缸和低压缸做功；锅炉产生的烟气经静电除尘器、脱硫塔预处理后进入碳捕集装置吸收塔，烟气中的二氧化碳被吸收后进入再生塔，利用汽轮机中压缸部分抽气提供的热量使得二氧化碳再生，经二氧化碳多级压缩单元后进入吸收式热泵作为高温驱动热源放热；同时，汽轮机中压缸部分抽气进入热网加热器加热热网回水。综上，整个系统实现了热电联产和能量的梯级利用，有效降低了燃煤机组碳排放量。技术研发人员：赵淑媛,袁鑫,李·萨仁高娃,陈衡,王修彦,徐钢受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：20231115技术公布日：2024/7/23