一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法，所述系统包括依次连接的气体压缩单元、二氧化碳分离单元和透平发电单元，所述气体压缩单元包括至少两级压缩机，每级压缩机后均设有换热器，二氧化碳分离单元包括二氧化碳分离器和液态二氧化碳储罐，二氧化碳分离器的液相出口与液态二氧化碳储罐相连，二氧化碳分离器的气相出口与透平发电单元相连，透平发电单元包括至少两级膨胀机，每级膨胀机的入口前均串联有换热器。本发明专利技术所述系统根据烟气组成将其进行压缩储能，并通过降温将二氧化碳液化分离，再以压缩气体进行膨胀发电，充分利用烟气压缩的能量，既实现了烟气的碳捕集，同时发挥烟气压缩储能系统对电网调峰调频的作用。作用。作用。

A system and method of flue gas compression energy storage coupled with carbon capture

【技术实现步骤摘要】
一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法


[0001]本专利技术属于压缩储能
，涉及一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法。

技术介绍

[0002]在目前碳达峰、碳中和的新形势下，火电机组作为重要的控制碳排放的对象，传统技术难以进一步实现碳减排；而随着电力政策的变化，火电厂的主要职能也需要发生转变，由供电主力转变为参与配合电网进行深度调峰，从而建立新的电力系统，因而需要新能源技术的参与。储能技术作为支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，其规模化发展成为必然趋势。
[0003]气体压缩储能是一种能够实现大容量和长时间电能储存的储能技术，若是使用火电机组的烟气，与空气压缩储能相比，烟气中含有大量的二氧化碳，其作为温室气体，直接排放容易引起温室效应等环境问题，且与其他组分的性质存在差异，影响压缩储能过程，因而需要将烟气中的二氧化碳进行捕集并分离出来，剩余气体继续进行压缩储能，将两者耦合能够在电网调峰调频中起到更好的作用。
[0004]目前，二氧化碳的捕集通常是采用化学法，但对于烟气中的二氧化碳的捕集，化学吸收法存在着设备庞大、再生能耗高等问题，同时化学法容易产生二次废液，需要进一步处理，且与压缩储能设备并无关联，造成两者耦合时设备结构复杂，因而需要寻求将碳捕集和压缩储能相结合的系统及工艺。
[0005]CN 109812304A公开了一种集成二氧化碳循环与液化空气储能的调峰发电系统及方法，该系统包括液空储能子系统和超临界二氧化碳循环子系统；前者包括空分装置、液氮及液氧储罐、液氮及液氧泵、高低压氮气透平、氮气收集装置、第一发电机、储热装置、传热介质泵、切换阀等，后者包括二氧化碳循环泵、高低温换热器、燃烧室、二氧化碳透平、第二发电机、水分离器、冷却器、液体二氧化碳收集装置等。该系统中空气储能和二氧化碳循环仍是相对独立进行，并不涉及到二氧化碳的捕集分离，还包括空气的深冷空分，而非延期的处理。
[0006]CN 112833416A公开了一种火电厂空分储能耦合富氧燃烧碳捕集一体化集成系统及方法，包括锅炉、透平、发电机、空分装置、氧气储存罐、防爆增压风机、送风机、烟气处理系统和尾气分离回收系统，锅炉连接透平，透平连接发电机；发电机的输出端分为两路，一路能够与电网连接，一路与空分装置连接；空分装置与氧气储存罐及防爆增压风机连接，氧气储存罐的出口与防爆增压风机连接；送风机与锅炉的氧气入口连接，防爆增压风机的出口与送风机出口连通；烟气处理系统与锅炉的烟气出口连接，尾气分离回收系统与烟气处理系统出口连接。该系统中的空分储能是利用火电厂锅炉蒸汽，而非是对烟气进行压缩储能，烟气处理只是针对锅炉烟气的，并未与储能系统结合。
[0007]综上所述，对于烟气压缩储能系统的结构，需要根据烟气特性将碳捕集和压缩储能耦合，既能够将火电机组烟气充分利用，减少碳排放，又有助于电网的调峰调频。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统及方法，所述系统根据烟气组成将其进行压缩储能，并同时通过降温将二氧化碳液化分离，实现碳捕集，再以压缩气体进行膨胀发电，将碳捕集技术和压缩储能技术耦合，对电网起到调峰调频的作用。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一方面，本专利技术提供了一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统，所述系统包括依次连接的气体压缩单元、二氧化碳分离单元和透平发电单元，所述气体压缩单元包括至少两级压缩机，每级压缩机后均设有换热器，所述二氧化碳分离单元包括二氧化碳分离器和液态二氧化碳储罐，所述二氧化碳分离器的液相出口与液态二氧化碳储罐相连，所述二氧化碳分离器的气相出口与透平发电单元相连，所述透平发电单元包括至少两级膨胀机，每级膨胀机的入口前均串联有换热器。
[0011]本专利技术中，对于火电厂的燃煤相关机组产生的烟气，通常需要经过脱硫等除杂工艺，但排放时仍会含大量二氧化碳，且火电厂中锅炉蒸汽除用于发电，还会与压缩空气储能系统性结合，因而本专利技术中针对火电厂烟气，将其进行压缩储能的同时，分离回收二氧化碳，将碳捕集和气体压缩储能相耦合，即先通过气体压缩单元将烟气多次升压并换热降温，使得二氧化碳液化分离，剩余压缩气体则通过换热升温及透平膨胀进行发电，充分利用烟气压缩的能量，既实现了烟气的碳捕集，避免二氧化碳的大量排放，同时将烟气进行压缩储能，与火力发电系统共同组成新的电力系统，发挥对电网调峰调频的作用，更好地满足电力需求；所述系统设备不复杂，可实现循环储能，有利于工程应用。
[0012]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述系统还包括烟气预处理单元，所述烟气预处理单元的出口通过引风机与气体压缩单元的入口相连。
[0014]优选地，所述烟气预处理单元包括依次连接的烟气冷凝器、除雾器、碱洗塔和除尘器，所述除尘器可选择静电除尘器。
[0015]本专利技术中，由于火电厂烟气通常组分较为复杂，因而需要进行预处理，通过降温冷凝、除雾除尘及碱洗等操作，充分降低烟气中水分及腐蚀性物质如二氧化硫的含量，避免对后续气体压缩单元的影响。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，所述气体压缩单元的压缩机包括两级或三级，对应的为第一压缩机和第二压缩机或第一压缩机、第二压缩机和第三压缩机。
[0017]优选地，相邻两级压缩机之间以及最后一级压缩机之后均至少设有一级换热器，例如一级、两级或三级等。
[0018]优选地，所述第一压缩机和第二压缩机之间还设有气体纯化装置，位于换热器后方，与二级压缩机直接相连。
[0019]本专利技术中，气体压缩单元主要是通过压缩机对气体进行升压，此时温度也会升高，每级压缩后通过换换热器降温，根据换热降温的温度需求，选择冷却水或制冷剂作为冷源；根据压缩机的性能以及气体的压缩需求，选择合适的压缩机数量，同时根据烟气的组成，还可进一步进行气体的纯化。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，所述二氧化碳分离器的入口处设有节流阀。
[0021]优选地，所述二氧化碳分离器前还设有制冷装置。
[0022]优选地，所述二氧化碳分离器包括液化分离器。
[0023]优选地，所述二氧化碳分离器和透平发电单元之间还设有压缩气体储罐。
[0024]本专利技术中，根据压缩烟气的主要组成氮气、氧气和二氧化碳，其中二氧化碳最易液化，通过降温将大部分二氧化碳液化并分离，剩余压缩气体则可用于后续的透平发电单元。
[0025]优选地，所述二氧化碳分离器和透平发电单元之间还设有气体液化单元，所述气体液化单元包括依次连接的深冷设备、膨胀设备、气液分离设备和升压设备，所述升压设备再连接至透平发电单元的换热器。
[0026]优选地，所述气液分离设备的气相出口返回连接至深冷设备作为冷源，所述气液分离设备的液相出口还连接有液相气体储罐，再连接至升压设备。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟气压缩储能耦合碳捕集的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的气体压缩单元、二氧化碳分离单元和透平发电单元，所述气体压缩单元包括至少两级压缩机，每级压缩机后均设有换热器，所述二氧化碳分离单元包括二氧化碳分离器和液态二氧化碳储罐，所述二氧化碳分离器的液相出口与液态二氧化碳储罐相连，所述二氧化碳分离器的气相出口与透平发电单元相连，所述透平发电单元包括至少两级膨胀机，每级膨胀机的入口前均串联有换热器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括烟气预处理单元，所述烟气预处理单元的出口通过引风机与气体压缩单元的入口相连；优选地，所述烟气预处理单元包括依次连接的烟气冷凝器、除雾器、碱洗塔和除尘器。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气体压缩单元的压缩机包括两级或三级，对应的为第一压缩机和第二压缩机或第一压缩机、第二压缩机和第三压缩机；优选地，相邻两级压缩机之间以及最后一级压缩机之后均至少设有一级换热器；优选地，所述第一压缩机和第二压缩机之间还设有气体纯化装置，位于换热器后方，与二级压缩机直接相连。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳分离器的入口处设有节流阀；优选地，所述二氧化碳分离器前还设有制冷装置；优选地，所述二氧化碳分离器包括液化分离器；优选地，所述二氧化碳分离器和透平发电单元之间还设有压缩气体储罐；优选地，所述二氧化碳分离器和透平发电单元之间还设有气体液化单元，所述气体液化单元包括依次连接的深冷设备、膨胀设备、气液分离设备和升压设备，所述升压设备再连接至透平发电单元的换热器；优选地，所述气液分离设备的气相出口返回连接至深冷设备作为冷源，所述气液分离设备的液相出口还连接有液相气体储罐，再连接至升压设备。5.根据权利要求1
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4任一项所述的系统，其特征在于，所述透平发电单元中膨胀机的级数与气体压缩单元中的压缩机的级数相同；优选地，沿流体的流向所述膨胀机依次包括第一膨胀机和第二膨胀机或第一膨胀机、第二膨胀机和第三膨胀机；优选地，所述膨胀机和压缩机连接的换热器相对应，第一级膨胀机的换热器和最后一级压缩机的换热器对应，最后一级膨胀机的换热器和第一级压缩机的换热器对应；优选地，对应位置的两个换热器中，压缩机换热器的冷源和膨胀机换热器的热源构成循环系统。6.一种采用权利要求1
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5任一项所述的系统进行烟气压缩储能耦合碳捕集的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将待处理烟气进行至少两级压缩，每级压缩后均换热降温，得到压缩流体；(2)将步骤(1)得到的压缩流体进行气液分离，得到液态二氧化碳和压缩气体；(3)将步骤(2)得到的压缩气体交替进行换热升温和膨胀发电，最终排出气体。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：李振亚，刘传亮，李健，郝宁，边文杰，蒋励，张广源，王宇轩，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
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