專利名稱：與余熱驅動制冷相結合的CO₂壓縮液化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于(X)2后處理技術領域，特別涉及一種與余熱驅動制冷相結合的(X)2壓縮液化系統(tǒng)。
背景技術：
目前，由于動力系統(tǒng)CO2排放導致的溫室效應越來越嚴重，因而，CO2的捕獲、封存以及利用成為目前國內外研究的熱點。從動力系統(tǒng)中捕獲的CO2在埋存前需要壓縮到SObar 甚至更高的壓力變?yōu)橐簯B(tài)，利于遠距離傳輸。然而這個過程要耗費大量功。傳統(tǒng)方法通常采用多級串聯逐級壓縮的方式，將CO2氣體壓縮至臨界壓力以上來液化CO2,可以同時獲得高壓和液態(tài)的CO2，這是目前流行的主要技術路線。這種直接壓縮的方法多采用分級壓縮中間冷卻的措施，冷源采用常溫的循環(huán)冷卻水。該方法設備結構簡單，操作方便，可以實現 CO2的增壓和液化。但是由于(X)2的臨界壓力很高(達到7. 38MPa)，一般的壓縮都是從常壓 (0. IMPa)開始壓縮，壓比過大使得壓縮機功耗過高，又因為使用常溫的循環(huán)水冷卻，使得壓縮機入口氣體的溫度過高，又進一步增加了壓縮功耗。這就使得壓縮液化(X)2的總功耗過高，造成能源的浪費和經濟效益的損失。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決傳統(tǒng)壓縮液化CO2系統(tǒng)壓縮功耗過高的問題，提出了一種與余熱驅動制冷相結合的壓縮液化(X)2的系統(tǒng)，可有效地降低壓縮液化(X)2過程的壓縮功，總的能耗也能保持在較低的范圍。本發(fā)明采用的技術方案為在由多級壓縮機、冷卻器、循環(huán)水系統(tǒng)組成的壓縮液化 CO2系統(tǒng)的基礎上增加了 (X)2氣體預冷系統(tǒng)、氨吸收式制冷系統(tǒng)、分級冷卻系統(tǒng)、余熱抽汽系統(tǒng)、液氧泵增壓系統(tǒng)以及液態(tài)(X)2冷量回收系統(tǒng)。所述(X)2氣體預冷系統(tǒng)及分級冷卻系統(tǒng)為在每一級壓縮機前以及最末級壓縮機后的(X)2管道上均分別設置兩級串聯的蒸發(fā)器，前一級蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為-15°c，后一級蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為-30°C。所述氨吸收式制冷系統(tǒng)為氨吸收式制冷系統(tǒng)的出口與所述各個蒸發(fā)器連接，使用制冷機制取的冷量來冷卻壓縮機入口的(X)2氣體，并帶走(X)2液化時的潛熱；循環(huán)水系統(tǒng)用作氨吸收式制冷機的低溫熱源。所述余熱抽汽系統(tǒng)為設置與氨吸收式制冷系統(tǒng)連接的抽氣管道，抽取原發(fā)電機組或其它汽源的低溫蒸汽用于滿足氨吸收式制冷系統(tǒng)對熱能的需求。所述液氧泵增壓系統(tǒng)以及液態(tài)CO2冷量回收為在最末級蒸發(fā)器后，串聯用于加壓液態(tài)(X)2的液氧泵，并在第一級壓縮機與最末級壓縮機之間的所有蒸發(fā)器前以及最末級壓縮機后的第一級蒸發(fā)器前分別設置與液氧泵連接的換熱器；液氧泵將液態(tài)(X)2升至指定壓力，CO2液體流經各級回熱器，與液化之前的(X)2氣體進行熱交換，回收(X)2液體的冷能。所述氨吸收式制冷系統(tǒng)的具體結構為精餾塔、發(fā)生器、溶液熱交換器、第一級吸收器、第一級溶液升壓泵、第二級吸收器、第二級溶液升壓泵依次串聯，然后返回溶液熱交換器換熱后再返回精餾塔，組成局部回路；精餾塔的氨氣出口與冷凝器連接，然后分別連接到各級蒸發(fā)器上。本發(fā)明的有益效果為本系統(tǒng)可以在完成(X)2氣體壓縮液化的同時，增加余熱利用，降低壓縮機的功耗， 減少有用功損失，減少耗電量，使(X)2壓縮液化的總的能耗降低，并提高全廠的熱效率。采用傳統(tǒng)設備壓縮液化(X)2的能耗主要來自于壓縮機的耗功，壓縮機耗能巨大，由電動機驅動，消耗的是高品質的電能。本系統(tǒng)引入了氨吸收式制冷機。在有充足的或富余的低溫余熱可資利用的火力發(fā)電廠或其它需要壓縮液化(X)2的場合，氨吸收式制冷機可以充分利用這些余熱制取冷量來冷卻CO2,不耗費電能。在低溫下，升至相同的壓力，壓縮機的功耗可以大大減少。又因為采用低溫冷卻，使得(X)2的飽和壓力降低，縮小了氣態(tài)(X)2的升壓范圍，這又進一步降低了壓縮機的功耗。


圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結構示意圖。圖中標號0-液態(tài)CO2出口 ；I-CO2氣體入口 ；2-第一級蒸發(fā)器；3-第二級蒸發(fā)器；4-第一級壓縮機；5-第三級蒸發(fā)器；6-第四級蒸發(fā)器；7-第二級壓縮機；8-第五級蒸發(fā)器；9-第六級蒸發(fā)器；10-第三級壓縮機；11-第七級蒸發(fā)器；12-第八級蒸發(fā)器；13-液氧泵；14-冷凝器；15-精餾塔；16-發(fā)生器；17-溶液熱交換器；18-第一級吸收器；19-第一級溶液升壓泵；20-第二級吸收器；21-第二級溶液升壓泵。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種與余熱驅動制冷相結合的CO2壓縮液化系統(tǒng)，下面通過

和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的結構圖如圖1所示C02氣體從0)2氣體入口 1進入，依次流過第一級蒸發(fā)器2、第二級蒸發(fā)器3、第一級壓縮機4、第三級蒸發(fā)器5、第四級蒸發(fā)器6、第二級壓縮機7、 第五級蒸發(fā)器8、第六級蒸發(fā)器9、第三級壓縮機10、第七級蒸發(fā)器11、第八級蒸發(fā)器12以及液氧泵13，然后再依次經過安裝在第四級蒸發(fā)器6、第三級蒸發(fā)器5前的換熱器，以及安裝在第六級蒸發(fā)器9、第五級蒸發(fā)器8、第七級蒸發(fā)器11前的換熱器，將冷能釋放后由出口 0流出。本系統(tǒng)的氨吸收式制冷部分為精餾塔15、發(fā)生器16、溶液熱交換器17、第一級吸收器18、第一級溶液升壓泵19、第二級吸收器20、第二級溶液升壓泵21依次串聯，然后返回溶液熱交換器17換熱后再返回精餾塔15，組成局部回路；精餾塔15的氨氣出口與冷凝器 14連接，然后分別連接到各級蒸發(fā)器上。采用氨水為制冷劑，提供兩個制冷溫度。在第一級蒸發(fā)器2、第三級蒸發(fā)器5、第五級蒸發(fā)器8、第七級蒸發(fā)器11中的蒸發(fā)溫度為_15°C，在第二級蒸發(fā)器3、第四級蒸發(fā)器6、第六級蒸發(fā)器9、第八級蒸發(fā)器12中的蒸發(fā)溫度為-30°C。 CO2先流經較高溫度的蒸發(fā)器，再流經較低溫度的蒸發(fā)器，利用分級冷卻，可以降低換熱溫差，減少損失。
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引入的氨吸收式制冷方法如下氨吸收式制冷機采用低品位的余熱驅動，不消耗電能和機械功。余熱抽汽引至發(fā)生器16，加熱高濃度的氨水溶液，產生氨氣；由冷凝器14來的高壓的液氨分成八股，分別在兩兩串聯的四組蒸發(fā)器(第一級蒸發(fā)器2和第二級蒸發(fā)器 3，第三級蒸發(fā)器5和第四級蒸發(fā)器6，第五級蒸發(fā)器8和第六級蒸發(fā)器9，第七級蒸發(fā)器11 和第八級蒸發(fā)器12)內蒸發(fā)，每一組串聯的蒸發(fā)器有_15°C和-30°C兩個蒸發(fā)溫度。CO2總是先流經-15°C的蒸發(fā)器，溫度降低后再流經_30°C的蒸發(fā)器。引入ω2的預冷方法如下ω2的初始狀態(tài)接近于常溫常壓，在進入第一級壓縮機 4進行壓縮之前，先依次流經前兩級蒸發(fā)器，使溫度逐級降低至約-30°C ；在之后的每一級壓縮之前，都經過類似冷卻，使(X)2的壓縮保持在低溫進行。引入的CO2液化后再升壓的方法如下經過低溫冷卻，CO2保持在了較低的溫度，飽和壓力隨之降低，在第八級蒸發(fā)器12中(X)2已經實現液化，但壓力仍然不能滿足要求，增加液氧泵13，將液態(tài)的(X)2進一步升壓至指定壓力。引入的冷量回收方法如下液氧泵13出來的液態(tài)CO2溫度很低，攜帶有大量的冷能，然后再依次經過安裝在第四級蒸發(fā)器6、第三級蒸發(fā)器5前的換熱器，以及安裝在第六級蒸發(fā)器9、第五級蒸發(fā)器8、第七級蒸發(fā)器11前的換熱器，冷卻從各級壓縮機出來的較高溫度的(X)2氣體，同時使自身溫度升高，釋放冷能。下面結合實際生產，對本發(fā)明的效果做一下詳細說明。對比例子中選取了初態(tài)為30°C，壓力為0. IMPa的CO2氣體為研究對象，需要將其壓縮至8. IMPa的超臨界狀態(tài)。使用常規(guī)壓縮液化的方法需要使用四級壓縮機，每級壓比為3，壓縮機效率為0. 75，最終的總耗為358. 84kJ/kgC02，其中，僅壓縮機的功耗就高達 357. 56kJ/kgC02。而本系統(tǒng)采用三級氣體壓縮和一級液氧泵增壓，消耗的壓縮功較少，額外的氨吸收式制冷機僅需消耗部分低品位的熱能。當制冷機的熱力系數較高或消耗的低品質的熱能的做功能力很小時，制冷機額外消耗的這一部分熱能折成的功耗很小。制冷機消耗的蒸汽的品質用折功系數來衡量，即制冷循環(huán)消耗的中低溫熱能，如果用于做功所能輸出的功率與其熱量的比值。蒸汽品質越高，折功系數越大。從表1中可以看到，隨著折功系數增大，本系統(tǒng)的總能耗是逐漸升高的。另外，本系統(tǒng)的總能耗隨所用蒸汽品質不同而有所變化如果利用的是廠內原本廢棄的余熱，則折功系數為零，此時總的能耗只包括壓縮機消耗的功，僅為183. 56kJ/kgC02，較常規(guī)方法總能耗下降約48. 04%。通常，制冷循環(huán)中所用加熱蒸汽的溫度不超過165°C，相應的折功系數不大于0. 1，由表1可以看出，即使按最保守狀況估計，新方法的總能耗仍能比傳統(tǒng)方法下降27. 91%。表1 本系統(tǒng)中采用不同品質的蒸汽加熱氨吸收式制冷機的發(fā)生器時的總功耗比較
權利要求
1.與余熱驅動制冷相結合的CO2壓縮液化系統(tǒng)，其特征在于在由多級壓縮機、冷卻器、循環(huán)水系統(tǒng)組成的壓縮液化(X)2系統(tǒng)的基礎上增加了(X)2氣體預冷系統(tǒng)、氨吸收式制冷系統(tǒng)、分級冷卻系統(tǒng)、余熱抽汽系統(tǒng)、液氧泵增壓系統(tǒng)以及液態(tài)(X)2冷量回收系統(tǒng)；所述(X)2氣體預冷系統(tǒng)及分級冷卻系統(tǒng)為在每一級壓縮機前以及最末級壓縮機后的 CO2管道上均分別設置兩級串聯的蒸發(fā)器，前一級蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為-15°c，后一級蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為-30°C ；所述氨吸收式制冷系統(tǒng)為氨吸收式制冷機冷凝器出口與所述各個蒸發(fā)器連接，使用制冷機制取的冷量來冷卻壓縮機入口的(X)2氣體；所述余熱抽汽系統(tǒng)為設置與氨吸收式制冷系統(tǒng)連接的抽氣管道，抽取原發(fā)電機組或其它汽源的低溫蒸汽用于滿足氨吸收式制冷系統(tǒng)對熱能的需求；所述液氧泵增壓系統(tǒng)以及液態(tài)CO2冷量回收為在最末級蒸發(fā)器后，串聯用于加壓液態(tài)(X)2的液氧泵，并在第一級壓縮機與最末級壓縮機之間的所有蒸發(fā)器前以及最末級壓縮機后的第一級蒸發(fā)器前分別設置與液氧泵連接的換熱器；液氧泵將液態(tài)CO2升至指定壓力， CO2液體流經各級回熱器，與液化之前的(X)2氣體進行熱交換，回收(X)2液體的冷能。
2.根據權利要求1所述的與余熱驅動制冷相結合的(X)2壓縮液化系統(tǒng)，其特征在于，所述氨吸收式制冷系統(tǒng)的具體結構為精餾塔、發(fā)生器、溶液熱交換器、第一級吸收器、第一級溶液升壓泵、第二級吸收器、第二級溶液升壓泵依次串聯，然后返回溶液熱交換器換熱后再返回精餾塔，組成局部回路；精餾塔的氨氣出口與冷凝器連接，然后分別連接到各級蒸發(fā)器上。
全文摘要
本發(fā)明屬于CO2后處理技術領域，特別涉及一種與余熱驅動制冷相結合的CO2壓縮液化系統(tǒng)。本發(fā)明在由多級壓縮機、冷卻器、循環(huán)水系統(tǒng)組成的壓縮液化CO2系統(tǒng)的基礎上增加了CO2氣體預冷系統(tǒng)、氨吸收式制冷系統(tǒng)、分級冷卻系統(tǒng)、余熱抽汽系統(tǒng)、液氧泵增壓系統(tǒng)以及液態(tài)CO2冷量回收系統(tǒng)；結合電廠豐富的余熱環(huán)境，利用余熱驅動制冷機制取冷量，用低溫來降低CO2的液化壓力，CO2液化后再利用泵升壓等措施，以降低總的CO2壓縮功耗，節(jié)約電能，并提高全廠的熱效率。本發(fā)明適用于多種同時有余熱可供利用和需要壓縮液化CO2的場合，尤其是在需要回收CO2的火力發(fā)電廠，可有效的利用電廠余熱和降低CO2壓縮液化的能耗水平。
文檔編號F25J1/02GK102269509SQ20111019723
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權日2011年7月14日
發(fā)明者楊勇平, 段立強, 陳新明 申請人:華北電力大學