煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)及其控制方法技術(shù)方案

技術(shù)編號：44302052 閱讀：13 留言：0更新日期：2025-02-18 20:19

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)及其控制方法，涉及煤電機組節(jié)能減碳、儲能等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)及其控制方法，包括：鍋爐排煙管道、多個換熱器和依次由吸附分離塔模塊、壓縮機、二氧化碳高壓儲罐和透平組成的循環(huán)管路，鍋爐排煙管道連接于透平和吸附分離塔模塊之間；多個換熱器分別設(shè)置于：鍋爐排煙管道和吸附分離塔模塊之間、壓縮機和二氧化碳高壓儲罐之間、二氧化碳高壓儲罐和透平之間。其好處在于：增強碳捕集能力，提升運行靈活性，提高能源利用效率，增強頂峰出力能力，促進可再生能源整合，經(jīng)濟效益和社會效益，資源循環(huán)利用。

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【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及煤電機組節(jié)能減碳、儲能等，具體涉及一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)及其控制方法。

技術(shù)介紹

1、本專利技術(shù)涉及節(jié)能減碳、儲能技術(shù)等領(lǐng)域，特別是在煤電機組的高效運行和碳排放控制方面。隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護意識的增強，減少煤電機組的碳排放和提高其運行靈活性成為迫切需要解決的問題。現(xiàn)有的煤電機組技術(shù)和碳捕集利用技術(shù)（ccus）存在以下不足：

2、1.?運行靈活性受限：傳統(tǒng)煤電機組主要設(shè)計用于基荷發(fā)電，難以適應(yīng)電網(wǎng)對于快速響應(yīng)和深度調(diào)峰的需求。這不僅影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也限制了煤電機組在可再生能源占比逐漸增加的電力市場中的競爭力。

3、2.?碳排放控制挑戰(zhàn)：煤電機組是主要的二氧化碳排放源之一。現(xiàn)有的ccus技術(shù)雖然能夠捕集二氧化碳，但存在能耗高、成本大、捕集效率有限等問題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

4、3.?能源效率低下：煤電機組在運行過程中，存在余熱資源未被有效利用，導(dǎo)致整體能源效率不高。此外，煤電機組在部分負荷下運行時，效率下降明顯，進一步增加了能源消耗和碳排放。

5、4.?調(diào)峰與頂峰能力不足：煤電機組由于其固有特性，在夏季高峰負荷期，調(diào)峰能力受到限制，難以滿足電網(wǎng)對于頂峰出力的需求。這不僅影響了電力系統(tǒng)的供需平衡，也增加了電力系統(tǒng)的運行成本。

6、5.?可再生能源的整合：隨著風(fēng)電和光電等可再生能源的快速發(fā)展，其間歇性和不穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。如何有效整合可再生能源，減少其對電網(wǎng)的沖擊，是當前電力系統(tǒng)面臨的重要問題之一。

<p>7、因此，開發(fā)一種能夠提高煤電機組運行靈活性、降低碳排放、有效利用余熱資源、增強調(diào)峰和頂峰能力的綜合處理系統(tǒng)，對于實現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)及其控制方法。

2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：

3、一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，包括：鍋爐排煙管道、多個換熱器和依次由吸附分離塔模塊、壓縮機、二氧化碳高壓儲罐和透平組成的循環(huán)管路，鍋爐排煙管道連接于透平和吸附分離塔模塊之間；

4、多個換熱器分別設(shè)置于：鍋爐排煙管道和吸附分離塔模塊之間、壓縮機和二氧化碳高壓儲罐之間、二氧化碳高壓儲罐和透平之間。

5、進一步的，吸附分離塔模塊包括至少兩個吸附分離塔，吸附分離塔間設(shè)置有塔間換熱器。

6、進一步的，吸附分離塔模塊在循環(huán)管路外單獨設(shè)置有進煙口和出煙口。

7、進一步的，多個換熱器在循環(huán)管路外單獨設(shè)置有換熱管路。

8、進一步的，壓縮機和二氧化碳高壓儲罐之間設(shè)置有多個換熱器。

9、進一步的，包括控制系統(tǒng)，鍋爐排煙管道、換熱器、吸附分離塔模塊、壓縮機、二氧化碳高壓儲罐和透平均電性連接于控制系統(tǒng)。

10、進一步的，循環(huán)管路設(shè)置有多個單向閥。

11、進一步的，一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

12、s1:?當系統(tǒng)首次啟動時，來自鍋爐排煙的煙氣經(jīng)過與換熱器與汽輪機凝結(jié)水換熱冷卻后流入吸附分離塔模塊，煙氣中二氧化碳完成吸附，剩余氣體則通過出煙口排出；

13、s2:?當其中一個吸附分離塔吸附飽和后，控制系統(tǒng)將煙氣切換至另一個吸附分離塔開始吸附分離；

14、s3:?從進煙口引入一股高溫?zé)煔饣蛘羝M入吸附飽和的吸附分離塔，使其升溫，其中二氧化碳解吸附出來，流入壓縮機加壓，隨后經(jīng)過換熱器換熱后冷卻為液態(tài)存儲于高壓儲罐中；

15、s4:?當其中一個吸附分離塔解吸附完成后，另一吸附分離塔完成吸附，控制系統(tǒng)通過塔間換熱器把完成解吸附的吸附分離塔熱量輸送至待解吸附吸附分離塔，使其中的二氧化碳開始解吸附并輸入壓縮機完成液化儲存，同時完成解吸附的吸附分離塔降溫后又開始吸附煙氣中二氧化碳，至此循環(huán)往復(fù)；

16、s5:后續(xù)運行中由于塔間換熱器存在不可避免的換熱損失，控制系統(tǒng)根據(jù)熱量損失的多少通過進煙口投入高溫?zé)煔饣蛘羝麃硌a充吸附分離塔模塊的熱量。

17、進一步的，在煤電機組零供電運行時：在碳捕集制液態(tài)二氧化碳運行基礎(chǔ)上，為了消耗掉煤電機組扣除廠用電后的全部電力，控制系統(tǒng)提高壓縮機轉(zhuǎn)速，提高壓縮機功耗，實現(xiàn)不停機零供電運行；此時通過控制系統(tǒng)調(diào)整輸入的煙氣量保證系統(tǒng)中兩個塔的吸附與解吸附速率保持一致。

18、進一步的，在煤電機組頂峰運行時：在制液態(tài)二氧化碳運行基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)控制高壓儲罐中存儲的高壓二氧化碳經(jīng)過換熱器吸熱后流入透平膨脹做功發(fā)電，做完功的低壓二氧化碳匯入鍋爐排煙管道，通過換熱器與凝結(jié)水換熱冷卻后流入處于吸附狀態(tài)的吸附分離塔中吸附存儲，此時通過控制系統(tǒng)調(diào)整輸入煙氣流量使得兩個塔的吸附速率與解吸附速率保持一致。

19、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)的有益效果是：

20、1.?增強碳捕集能力：該系統(tǒng)具有高效的碳捕集功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤電機組排煙中二氧化碳（co2）的連續(xù)穩(wěn)定捕集、分離、壓縮和液化存儲。相比于傳統(tǒng)ccus系統(tǒng)，利用低壓吸附技術(shù)分離并存儲排煙中的co2，大幅減小占地面積和投資成本，實現(xiàn)匹配大功率煤電機組的大規(guī)模儲能的市場化應(yīng)用，有助于大幅減少煤電機組的碳排放，符合全球低碳經(jīng)濟發(fā)展趨勢。

21、2.?提升運行靈活性：系統(tǒng)通過集成透平發(fā)電系統(tǒng)和先進的控制系統(tǒng)，顯著增強了煤電機組的調(diào)峰能力。能夠?qū)崿F(xiàn)不停機零供電運行，以及在低負荷和高峰負荷之間的快速轉(zhuǎn)換，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。

22、3.?提高能源利用效率：通過優(yōu)化設(shè)計的換熱器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效回收利用鍋爐排煙中的余熱資源，顯著提高煤電機組的整體能源利用效率。這不僅減少了能源浪費，還降低了運行成本。

23、4.?增強頂峰出力能力：在高峰負荷期，系統(tǒng)能夠通過釋放存儲的高壓二氧化碳，經(jīng)過透平膨脹做功發(fā)電，有效增加煤電機組的頂峰出力能力，滿足電網(wǎng)對于高峰電力的需求。

24、5.?促進可再生能源整合：該系統(tǒng)能夠利用無法上網(wǎng)的低價風(fēng)電和光電等可再生能源作為壓縮機的動力來源，進一步降低煤電機組的煤耗和碳排放。同時，通過將可再生能源轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電量上網(wǎng)，提高了可再生能源的利用效率。

25、6.?經(jīng)濟效益和社會效益：通過提高煤電機組的運行靈活性和碳排放控制能力，該系統(tǒng)能夠為電廠帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。此外，通過減少碳排放和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，有助于實現(xiàn)國家的節(jié)能減排目標和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

26、7.?資源循環(huán)利用：捕集的二氧化碳不僅可以存儲用于工業(yè)生產(chǎn)，如碳酸飲料、食品加工、化工原料等，還可以通過地質(zhì)封存等方式實現(xiàn)碳的長期固定，進一步推動碳循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

1.一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于，包括：鍋爐排煙管道(8)、多個換熱器(5)和依次由吸附分離塔模塊(2)、壓縮機(4)、二氧化碳高壓儲罐(6)和透平(7)組成的循環(huán)管路(1)，所述鍋爐排煙管道(8)連接于透平(7)和吸附分離塔模塊(2)之間；

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述吸附分離塔模塊(2)包括至少兩個吸附分離塔(3)，所述吸附分離塔(3)間設(shè)置有塔間換熱器(9)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述吸附分離塔模塊(2)在循環(huán)管路(1)外單獨設(shè)置有進煙口(10)和出煙口(11)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述多個換熱器(5)在循環(huán)管路(1)外單獨設(shè)置有換熱管路(12)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述壓縮機(4)和二氧化碳高壓儲罐(6)之間設(shè)置有多個換熱器(5)。

6.根據(jù)權(quán)

7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述循環(huán)管路(1)設(shè)置有多個單向閥。

8.一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-7任意一項所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：在煤電機組零供電運行時：在碳捕集制液態(tài)二氧化碳運行基礎(chǔ)上，為了消耗掉煤電機組扣除廠用電后的全部電力，控制系統(tǒng)提高壓縮機(4)轉(zhuǎn)速，提高壓縮機(4)功耗，實現(xiàn)不停機零供電運行；此時通過控制系統(tǒng)調(diào)整輸入的煙氣量保證系統(tǒng)中兩個塔的吸附與解吸附速率保持一致。

10.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：在煤電機組頂峰運行時：在制液態(tài)二氧化碳運行基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)控制高壓儲罐(6)中存儲的高壓二氧化碳經(jīng)過換熱器(5)吸熱后流入透平(7)膨脹做功發(fā)電，做完功的低壓二氧化碳匯入鍋爐排煙管道(8)，通過換熱器(5)與凝結(jié)水換熱冷卻后流入處于吸附狀態(tài)的吸附分離塔(3)中吸附存儲，此時通過控制系統(tǒng)調(diào)整輸入煙氣流量使得兩個塔的吸附速率與解吸附速率保持一致。

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【技術(shù)特征摘要】

6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種煤電排煙碳捕集與二氧化碳儲能一體化系統(tǒng)，其特征在于：包括控制系統(tǒng)，所述鍋爐排煙管道(8)、換熱器(5)、吸附分離塔模塊(2)、壓縮機(4)、二氧化碳高...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫奇，宋放放，王磊，謝林貴，夏開君，劉興超，張文祥，翟璇，王松，張文挺，陳顯輝，范立華，張磊，王俊皓，
申請(專利權(quán))人：東方電氣集團東方汽輪機有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：

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