适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置制造方法及图纸

技术编号:15753946 阅读:272 留言:0更新日期:2017-07-05 00:12
适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置,主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO

Device for continuous collection and generation of carbon dioxide in flue gas of cement kiln

Suitable for carbon dioxide cement kiln flue gas continuous trapping device and power generation, including the tail exhaust fan, electric valve, three ventilation chimney, flue gas purifier, oxidation membrane separation device, cooler, gas compressor, CO

【技术实现步骤摘要】
适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置
本专利技术涉及环保低碳与能源
,尤其涉及一种利用水泥生产线工艺装备特点及烟气成份特性,以水泥生产过程中产生的废弃余热能和/或造成不利影响的高温热能为主要能源的CO2连续捕集及发电的装置。
技术介绍
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一,而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因,我国作为世界上最大的发展中国家,以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构,随着经济总量的迅速增长,一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点,而当前碳减排和应对气候变化的CCS或CCUS技术的高投资、高捕集成本的运气经济性成为了推广应用的严重障碍,现有的CCS或CCUS技术的研究及示范应用主要集中在必须分离去除高浓度CO2的煤化工、合成气与煤电领域,而煤电领域集中在以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术的应用中。由于目前最大的CO2排放点源主要是以煤为原料的电厂,在CO2捕集
或CCS技术方面将CO2的捕获技术方法及系统称之为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集。(1)燃烧前捕集:主要是以IGCC煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC)技术为基础,先将煤气化,得到CO和H2,再经过水蒸气变换,CO转为CO2,然后通过分离或CO2捕获技术,分别得到高浓度的H2和CO2,H2可以燃烧发电或作为无碳能源输出。IGCC技术中实施CO2的捕集将使能源消耗增加10~40%,吨CO2捕集成本达20~50美元,其中CO2捕集液再生能源约占60%。(2)燃烧中捕集:又称富氧燃烧捕集技术,空气中所含大量的氮气除去,得到高纯度的O2,然后将高浓度O2引入燃烧系统,利于CO2的进一步捕获和处理,或以纯氧作为助燃剂,同时在燃烧过程中对锅炉内加压,使得燃烧后烟气中的主要成分为CO2和水,分离水后,这样烟气中高浓度的CO2气体可以直接进行压缩捕捉。富氧燃烧捕集技术除投资高、运行成本高外,增加能源消耗20~50%,吨CO2捕集成本达50~90美元。(3)燃烧后捕集:指直接对电厂燃烧后的烟气实施CO2的分离和捕集,捕集装置位于电厂烟气排放下游,可分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。由于电厂排放的CO2浓度低、压力小,导致能耗及成本过大,尚不适宜大规模推广。目前,CO2捕集即CO2的分离和提纯过程,已实现工业化的方法包括溶剂吸收法、吸附法、膜法和低温分离法等,这些方法大多能采用的是间隙式捕集。其中的溶剂吸收法包括化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法,已经被证实是目前所有CO2吸收方法当中技术最成熟、应用最广泛,而且具有适合进行大规模CO2捕捉潜力的技术方案。但捕获工艺复杂,投资大,易产生二次污染且有些溶剂具有毒性,溶剂需要再生需消耗大量能源,捕集成本高。其中的膜分离技术是借助混合气体中各组分在膜中渗透速率的不同而获得分离的方法,目前用于分离CO2的膜材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚碳酸酯等聚合物。对于大规模的CO2捕集系统,膜方法在成本上及可靠性要求上还有较大的差距。其中的变压吸附法(PSA)的基本原理是利用吸附剂对不同气体的吸附量随压力的变化而不同,该技术具有工艺过程相对简单,能耗较低,能够从合成氨变换气中脱除和回收CO2。其中的低温分馏分离技术是在低温下将气体中各种组分按照工艺和要求CO2冷却下来,然后用蒸馏法将其中各类物质按照蒸发温度的不同逐一加以分离。该方法适用于天然气中CO2、H2S含量较高,以及在用CO2进行3次采油时,采出气中CO2含量和流量出现较大波动等情形,工艺设备投资费用较大,能耗较高。迄今为止,大多数的CO2捕集技术仍处于研发阶段,即便是实施IGCC的煤气化、燃气-蒸汽联合循环发电,CO2捕集电厂与未实施捕集技术的电厂相比,需要多消耗10%~40%的能源,CO2捕集的高成本造成燃煤电厂也难有实施CO2捕集的积极意愿。而当前各国CCS或CCUS技术的CO2应用技术也集中于液化C0驱油、驱气、地质与海洋封注的研究与应用,而地质与海洋封注客观上造成的环境危害不可预期。至今,在世界范围内的水泥生产领域虽有强调水泥企业的低碳减排问题,但尚未见任何具体的二氧化碳捕集、封闭和应用的研究或实践报道。而我国的水泥实际产能已逾35亿吨,干法回转窑生产线达1700多条。水泥生产企业为公认的高耗能高污染企业,是二氧化碳的主要排放源之一,不仅一次能源(煤)和二次能源(电)消耗大,且有大量的废弃余热和废气污染物排放,烟气环保达标排放时其排放的废气中污染物成份大多波动在CO212~29%、SO280~200mg/Nm3、NOx100~400mg/Nm3、粉尘10~30mg/Nm3,且含有少量碳氢化合物、氟氯化合物和重金属,水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异。水泥生产的CO2排放可分为原料碳酸盐的分解和燃料的燃烧产生的CO2的直接排放、及生产工艺过程消耗的外部电力等产生的间接排放。据中国建筑材料科学研究总院对我国水泥工业CO2排放分析,我国水泥生产过程原料分解、燃料燃烧和电力消耗的CO2排放量分别占水泥生产总排放量的59%、26%、12%,综合CO2排放系数为0.8045t/t,水泥行业CO2排放因子干法水泥为0.867t/t。我国水泥产能逾35亿吨,由此推断我国水泥工业的CO2年排放量达30亿吨。可见,我国水泥企业实施CO2减排更凸显紧迫性和必要性,但因尚缺失针对水泥窑烟气具体的CO2捕集技术的研究开发,加之现有CO2捕集技术应用的高成本问题已经远远超出水泥企业可承受的能力极限,且水泥生产因其工艺过程特性其窑炉烟气成分及流体性质与煤化工合成气、天然气、煤电烟气乃至IGCC气有显著的差异,对于本身价低(水泥价格低)利薄的水泥行业,至今尚未见任何水泥窑烟气中CO2捕集和应用技术的具体研究和实践报道。其次,水泥生产过程中还有持续产生的大量的废弃余热,且废弃余热的温度随原燃材料及窑系统工况的变化波动大。虽然政策性节能减排几乎所有水泥厂都建设了(窑尾)“预热器废气余热锅炉+(窑头)篦冷机废气余热锅炉的发电系统”,一般利用的是窑头篦冷机中温段抽取的300~400℃的废气余热和预热器300℃以上的废气余热,大量的80℃~300℃的废气余热不能利用而直接排空造成热污染,同时,还有大量的其他高温设备辐射余热及高温物料的高温热能造成一些影响窑工况等不利影响的高温热能,如水泥生产的主要设备—窑头罩(内顶部可达800℃至1450℃造成烧蚀)、篦冷机内1300℃以上的熟料熔结堆雪人停窑、窑尾预热器与入窑下料管850℃~950℃高温结皮粘堵事故、以及回转窑胴体(高温段达300℃~500℃,低温段达150℃~300℃)和窑尾烟室(烟室区域内部温度达800~1200℃)的熔粘结皮与高温热辐射污染,这些水泥生产中的高温设备现有的余热锅炉不能直接用来产生高温高压水蒸汽,为能减少工作环境的强烈热辐射污染和利用这些高温设备的辐射热能,的中国专利ZL201420380874.X、ZL201420562882.6所公开的“利用回转窑筒体辐射热能供余热发电的装置”及ZL201420382011.6所公开的本文档来自技高网...
适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置

【技术保护点】
适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置,其特征在于,主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO

【技术特征摘要】
1.适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置,其特征在于,主要包括尾排风机、电动三通风阀、烟囱、烟气氧化净化器、膜分离装置、冷却器、烟气压缩机、CO2循环捕集塔、余热蓄能装置、脱水干燥器、CO2冷却器、CO2压缩机、液化CO2储罐、CO2高压泵、CO2蓄能装置、稳流器、涡轮机、发电机和回热器,所述电动三通风阀设于与窑尾除尘器相连的尾排风机和烟囱之间的烟气管道上,所述尾排风机的出气口与电动风阀的进气口相连通,电动三通风阀的第一排气口与烟气氧化净化器的烟气进口相连通,电动三通风阀的第二排气口与烟囱相连通,所述烟气氧化净化器的净化气出口和膜分离装置的气体进口相连通,所述膜分离装置的富N2出口与烟囱相连通,所述膜分离装置的富CO2出口与冷却器气体进口相连通,所述冷却器气体出口与烟气压缩机进口相连通,所述烟气压缩机出口与CO2循环捕集塔进气管道口相连通,所述CO2循环捕集塔的富N2排出管道出口与烟囱相连通,所述CO2循环捕集塔的CO2排出管道出口与脱水干燥器气体进口相连通,所述CO2循环捕集塔的热交换管道进口与余热蓄能装置的介质管道出口相连通,余热蓄能装置的介质管道进口与CO2循环捕集塔的热交换管道出口相连通,所述脱水干燥器气体出口与CO2冷却器气体进口相连通,CO2冷却器出口与CO2压缩机进口相连通,CO2压缩机出口与液化CO2储罐进口、回热器高压CO2流体进口相连通,回热器高压CO2流体出口与CO2蓄能装置进口相连通,CO2蓄能装置出口与稳流器的进口相连通,稳流器出口与涡轮机高压进口连通,涡轮机与发电机轴连接,涡轮机低压出口与回热器低压进口连通,回热器低压出口与CO2冷却器进口连通,液化CO2储罐出口与CO2高压泵进口相连通,CO2高压泵出口与CO2蓄能装置进口相连通。2.根据权利要求1所述的适应于水泥窑烟气中二氧化碳连续捕集及发电的装置,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:尹小林
申请(专利权)人:长沙紫宸科技开发有限公司
类型:发明
国别省市:湖南,43

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