煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统及其控制方法技术方案

技术编号：44302052 阅读：5 留言：0更新日期：2025-02-18 20:19

本发明专利技术公开了一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统及其控制方法，涉及煤电机组节能减碳、储能等技术领域，具体涉及一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统及其控制方法，包括：锅炉排烟管道、多个换热器和依次由吸附分离塔模块、压缩机、二氧化碳高压储罐和透平组成的循环管路，锅炉排烟管道连接于透平和吸附分离塔模块之间；多个换热器分别设置于：锅炉排烟管道和吸附分离塔模块之间、压缩机和二氧化碳高压储罐之间、二氧化碳高压储罐和透平之间。其好处在于：增强碳捕集能力，提升运行灵活性，提高能源利用效率，增强顶峰出力能力，促进可再生能源整合，经济效益和社会效益，资源循环利用。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤电机组节能减碳、储能等，具体涉及一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统及其控制方法。

技术介绍

1、本专利技术涉及节能减碳、储能技术等领域，特别是在煤电机组的高效运行和碳排放控制方面。随着全球能源结构的转型和环境保护意识的增强，减少煤电机组的碳排放和提高其运行灵活性成为迫切需要解决的问题。现有的煤电机组技术和碳捕集利用技术（ccus）存在以下不足：

2、1. 运行灵活性受限：传统煤电机组主要设计用于基荷发电，难以适应电网对于快速响应和深度调峰的需求。这不仅影响了电力系统的稳定性，也限制了煤电机组在可再生能源占比逐渐增加的电力市场中的竞争力。

3、2. 碳排放控制挑战：煤电机组是主要的二氧化碳排放源之一。现有的ccus技术虽然能够捕集二氧化碳，但存在能耗高、成本大、捕集效率有限等问题，限制了其大规模应用。

4、3. 能源效率低下：煤电机组在运行过程中，存在余热资源未被有效利用，导致整体能源效率不高。此外，煤电机组在部分负荷下运行时，效率下降明显，进一步增加了能源消耗和碳排放。

5、4. 调峰与顶峰能力不足：煤电机组由于其固有特性，在夏季高峰负荷期，调峰能力受到限制，难以满足电网对于顶峰出力的需求。这不仅影响了电力系统的供需平衡，也增加了电力系统的运行成本。

6、5. 可再生能源的整合：随着风电和光电等可再生能源的快速发展，其间歇性和不稳定性对电力系统提出了新的挑战。如何有效整合可再生能源，减少其对电网的冲击，是当前电力系统面临的重要问题之一。

<p>7、因此，开发一种能够提高煤电机组运行灵活性、降低碳排放、有效利用余热资源、增强调峰和顶峰能力的综合处理系统，对于实现电力系统的低碳转型和可持续发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本专利技术旨在克服上述现有技术的缺点，提供一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统及其控制方法。

2、本专利技术采用的技术方案如下：

3、一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，包括：锅炉排烟管道、多个换热器和依次由吸附分离塔模块、压缩机、二氧化碳高压储罐和透平组成的循环管路，锅炉排烟管道连接于透平和吸附分离塔模块之间；

4、多个换热器分别设置于：锅炉排烟管道和吸附分离塔模块之间、压缩机和二氧化碳高压储罐之间、二氧化碳高压储罐和透平之间。

5、进一步的，吸附分离塔模块包括至少两个吸附分离塔，吸附分离塔间设置有塔间换热器。

6、进一步的，吸附分离塔模块在循环管路外单独设置有进烟口和出烟口。

7、进一步的，多个换热器在循环管路外单独设置有换热管路。

8、进一步的，压缩机和二氧化碳高压储罐之间设置有多个换热器。

9、进一步的，包括控制系统，锅炉排烟管道、换热器、吸附分离塔模块、压缩机、二氧化碳高压储罐和透平均电性连接于控制系统。

10、进一步的，循环管路设置有多个单向阀。

11、进一步的，一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统的控制方法，包括以下步骤：

12、s1: 当系统首次启动时，来自锅炉排烟的烟气经过与换热器与汽轮机凝结水换热冷却后流入吸附分离塔模块，烟气中二氧化碳完成吸附，剩余气体则通过出烟口排出；

13、s2: 当其中一个吸附分离塔吸附饱和后，控制系统将烟气切换至另一个吸附分离塔开始吸附分离；

14、s3: 从进烟口引入一股高温烟气或蒸汽进入吸附饱和的吸附分离塔，使其升温，其中二氧化碳解吸附出来，流入压缩机加压，随后经过换热器换热后冷却为液态存储于高压储罐中；

15、s4: 当其中一个吸附分离塔解吸附完成后，另一吸附分离塔完成吸附，控制系统通过塔间换热器把完成解吸附的吸附分离塔热量输送至待解吸附吸附分离塔，使其中的二氧化碳开始解吸附并输入压缩机完成液化储存，同时完成解吸附的吸附分离塔降温后又开始吸附烟气中二氧化碳，至此循环往复；

16、s5:后续运行中由于塔间换热器存在不可避免的换热损失，控制系统根据热量损失的多少通过进烟口投入高温烟气或蒸汽来补充吸附分离塔模块的热量。

17、进一步的，在煤电机组零供电运行时：在碳捕集制液态二氧化碳运行基础上，为了消耗掉煤电机组扣除厂用电后的全部电力，控制系统提高压缩机转速，提高压缩机功耗，实现不停机零供电运行；此时通过控制系统调整输入的烟气量保证系统中两个塔的吸附与解吸附速率保持一致。

18、进一步的，在煤电机组顶峰运行时：在制液态二氧化碳运行基础上，控制系统控制高压储罐中存储的高压二氧化碳经过换热器吸热后流入透平膨胀做功发电，做完功的低压二氧化碳汇入锅炉排烟管道，通过换热器与凝结水换热冷却后流入处于吸附状态的吸附分离塔中吸附存储，此时通过控制系统调整输入烟气流量使得两个塔的吸附速率与解吸附速率保持一致。

19、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：

20、1. 增强碳捕集能力：该系统具有高效的碳捕集功能，能够实现对煤电机组排烟中二氧化碳（co2）的连续稳定捕集、分离、压缩和液化存储。相比于传统ccus系统，利用低压吸附技术分离并存储排烟中的co2，大幅减小占地面积和投资成本，实现匹配大功率煤电机组的大规模储能的市场化应用，有助于大幅减少煤电机组的碳排放，符合全球低碳经济发展趋势。

21、2. 提升运行灵活性：系统通过集成透平发电系统和先进的控制系统，显著增强了煤电机组的调峰能力。能够实现不停机零供电运行，以及在低负荷和高峰负荷之间的快速转换，提高了电力系统的稳定性和响应能力。

22、3. 提高能源利用效率：通过优化设计的换热器系统，该系统能够有效回收利用锅炉排烟中的余热资源，显著提高煤电机组的整体能源利用效率。这不仅减少了能源浪费，还降低了运行成本。

23、4. 增强顶峰出力能力：在高峰负荷期，系统能够通过释放存储的高压二氧化碳，经过透平膨胀做功发电，有效增加煤电机组的顶峰出力能力，满足电网对于高峰电力的需求。

24、5. 促进可再生能源整合：该系统能够利用无法上网的低价风电和光电等可再生能源作为压缩机的动力来源，进一步降低煤电机组的煤耗和碳排放。同时，通过将可再生能源转化为高品质电量上网，提高了可再生能源的利用效率。

25、6. 经济效益和社会效益：通过提高煤电机组的运行灵活性和碳排放控制能力，该系统能够为电厂带来显著的经济效益和社会效益。此外，通过减少碳排放和优化能源结构，有助于实现国家的节能减排目标和可持续发展战略。

26、7. 资源循环利用：捕集的二氧化碳不仅可以存储用于工业生产，如碳酸饮料、食品加工、化工原料等，还可以通过地质封存等方式实现碳的长期固定，进一步推动碳循环经济的发展。

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【技术保护点】

1.一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于，包括：锅炉排烟管道(8)、多个换热器(5)和依次由吸附分离塔模块(2)、压缩机(4)、二氧化碳高压储罐(6)和透平(7)组成的循环管路(1)，所述锅炉排烟管道(8)连接于透平(7)和吸附分离塔模块(2)之间；

2.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述吸附分离塔模块(2)包括至少两个吸附分离塔(3)，所述吸附分离塔(3)间设置有塔间换热器(9)。

3.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述吸附分离塔模块(2)在循环管路(1)外单独设置有进烟口(10)和出烟口(11)。

4.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述多个换热器(5)在循环管路(1)外单独设置有换热管路(12)。

5.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述压缩机(4)和二氧化碳高压储罐(6)之间设置有多个换热器(5)。

6.根据权

7.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述循环管路(1)设置有多个单向阀。

8.一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统的控制方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统的控制方法，其特征在于：在煤电机组零供电运行时：在碳捕集制液态二氧化碳运行基础上，为了消耗掉煤电机组扣除厂用电后的全部电力，控制系统提高压缩机(4)转速，提高压缩机(4)功耗，实现不停机零供电运行；此时通过控制系统调整输入的烟气量保证系统中两个塔的吸附与解吸附速率保持一致。

10.根据权利要求8中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统的控制方法，其特征在于：在煤电机组顶峰运行时：在制液态二氧化碳运行基础上，控制系统控制高压储罐(6)中存储的高压二氧化碳经过换热器(5)吸热后流入透平(7)膨胀做功发电，做完功的低压二氧化碳汇入锅炉排烟管道(8)，通过换热器(5)与凝结水换热冷却后流入处于吸附状态的吸附分离塔(3)中吸附存储，此时通过控制系统调整输入烟气流量使得两个塔的吸附速率与解吸附速率保持一致。

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：所述多个换热器(5)在循环管路(1)外单独设置有换热管路(12)。

6.根据权利要求1中所述的一种煤电排烟碳捕集与二氧化碳储能一体化系统，其特征在于：包括控制系统，所述锅炉排烟管道(8)、换热器(5)、吸附分离塔模块(2)、压缩机(4)、二氧化碳高...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙奇，宋放放，王磊，谢林贵，夏开君，刘兴超，张文祥，翟璇，王松，张文挺，陈显辉，范立华，张磊，王俊皓，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：

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