浅谈火电厂二氧化碳捕集技术的应用

安景伟

(华能北京热电厂检修部,北京 100082)

浅谈火电厂二氧化碳捕集技术的应用

安景伟

(华能北京热电厂检修部,北京 100082)

烟气二氧化碳捕集技术(PCC)于 2007年引入中国,在华能北京热电厂试验成功。经过几年运行,取得了较好的经济效益,在火电厂节能减排、产业链延伸实现循环经济上是一次新突破。

捕集;二氧化碳;节能减排;循环经济

由于燃煤电厂粉尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳的减排问题,所以一直被人们称作“环境杀手”。华能北京热电厂主要污染物排放优于欧洲国家标准,优于天燃气发电机组的排放水平,达到世界领先水平。

烟气二氧化碳捕集技术是澳大利亚联邦科学工业研究组织(CSIRO)最新的科研成果。该技术对烟气中的二氧化碳吸收率超过 85%,是目前燃煤火电厂大范围降低二氧化碳排放的唯一可行方法。

华能北京热电厂担负北京市 10%供电、70%供气、30%的供热任务,年耗煤 250万 t,年排放二氧化碳 3 500多 t。应用烟气二氧化碳捕集技术后,二氧化碳的排放完全得到扼制,烟气二氧化碳的排放浓度由 12%降至 2%之下,基本实现零排放。同时每年可捕获 99.5%以上的二氧化碳产品 3 000 t,保证企业可持续发展,把资源优势转化为产业优势、经济优势。

1 烟气二氧化碳捕集回收系统

烟气二氧化碳捕集技术(PCC)工作原理:让燃煤火电厂排放出来的气体经过可以吸收二氧化碳气体的化学物质,对烟气二氧化碳进行捕获。

二氧化碳捕集回收系统主要设备由缓冲罐、原料气除湿器、活性炭过滤器、电加热器、冷凝器、提纯塔过冷器、二氧化碳压缩机、罗茨鼓风机、充车泵、氨压缩机、二氧化碳贮槽等部件组成。

该厂二氧化碳捕获装置与锅炉烟气系统接入如图 1所示。

1.1 工艺流程

该厂二氧化碳捕集回收系统主要包括捕集和精制部分。

烟气二氧化碳捕获设备安装在烟气脱硫、脱硝之后(其它电厂烟气经过脱硫、脱销之后直接排入大气)。原料气通过不锈钢管(利用原烟道排风机,0.02MP压力下)引入二氧化碳净化系统吸收塔中。利用 MEA法回收烟气中二氧化碳二氧化碳气体,其基本工艺流程如图 2所示。

精制部分工艺流程如图 3所示。

图1 二氧化碳捕获装置与锅炉烟气系统接入示意图

图2 捕集部分工艺流程图

图3 精制部分工艺流程图

1.2 流程原理

从烟塔中捕集来的二氧化碳原料气,在 0.02 MPa左右压力下(其压力大小取决于缓冲罐容积)由不锈钢管道引入二氧化碳净化系统缓冲罐,然后进入冷却除湿器内,与低温气态氨进行冷交换,冷凝分离出二氧化碳原料气中的水分,通过二氧化碳原料气压缩机进行二氧化碳原料气压缩。二氧化碳原料气经冷却冷并分离饱和水后,依次进入活性炭过滤器、脱硫塔,脱除原料气中的微量 NOx和二氧化硫(此时的脱硫和脱硝不是电厂对烟尘的脱硫和脱硝,而是对捕获的二氧化碳原料气中的硫和硝进行清洁)。脱硝、脱硫合格后的二氧化碳净化气进入干燥工序,在常温下利用分子筛塔 3A分子筛吸附气体中的饱和水。干燥系统设 2台分子筛塔,1台运行,1台再生,由 DCS系统实现远程自动控制。分子筛塔的再生用气源采用热空气及提纯塔放空尾气。其中空气由罗茨风机输送至电加热器加热,加热后的热空气对分子筛床层进行再生;分子筛塔再生空气出口温度超过环境温度 100℃以上时,再生第一阶段结束,然后通过 DCS程序控制,自动切换至提纯塔低温放空尾气对分子筛床层进行降温,床层温度至常温后作为备用。

脱水合格的二氧化碳净化气由冷凝器顶部进入冷凝器,通过管壁与设备内氨进行冷交换,实现二氧化碳气体低温液化。液化后的液体二氧化碳进入提纯塔;提纯塔换热段热源采用分子筛塔出口气体,保持塔底温度为 -15℃左右。进入提纯塔的液体二氧化碳与换热段的上升气体进行传热传质,将低沸点杂质蒸发后进入塔底;不凝性气体(N2)上升时,通过提纯塔上段冷却器内液氨,将与上升气体一起蒸发的二氧化碳重新冷凝。提纯后的液体二氧化碳产品由提纯塔底部放出,进入过冷器过冷,经计量后进入液体二氧化碳储槽储存。N2等不凝性气体由提纯塔顶部经冷凝分离夹带的液体二氧化碳后,用于分子筛塔内 3A分子筛降温,然后放空。二氧化碳储槽内的产品,用充车泵充装。

在此过程中,系统中的能量 -冷热资源得以充分综合利用,提纯塔放空尾气用于分子筛再生过程中的冷却用气。氨冷系统的气氨用于二氧化碳压缩机前工艺气体的冷凝除水等。

1.3 使用与维修

1.3.1 开车前准备

各动力设备单体试车与负荷试车通过单项验收;系统吹扫、试压、试漏合格;系统全部自动控制调试合格、模拟试验全部通过,无异常现象。检查系统进出口阀门处于正常开关状态,电器仪表正常,贮氨器液位正常,所有调节阀处于手动且关的位置(各调节阀的前后阀处于打开状况)。检查二氧化碳压缩机、氨压缩机的供油供水情况(温度和压力),是否符合设备说明书中的指标要求;系统进口缓冲罐和冷却除湿器的共用水封是否充满水(充水至溢流为止)。分子筛塔内 3A分子筛处于干燥备用状况。

1.3.2 启动

提纯塔压力自动调节设定为 0.00～2.35 MPa(根据产品纯度控制)。

a.输送二氧化碳原料气,关闭分子筛塔进口阀门,开启脱硫塔出口放空阀门,按规定的程序启动二氧化碳压缩机。调节脱硫塔出口放空阀门开启度,控制系统在 0.0～2.0MPa压力下运行。

b.微开启分子筛塔进出口截止阀,按 DCS设定的程序打开分子筛塔的进出口电动门,手动关闭脱硫塔出口放空阀门,通过分子筛塔出口手动阀门调节,将干燥过程控制在 2.0～2.4 MPa压力下操作。

c.干燥器出口气体中的微量水分≤20μL/L后,微开启冷凝器进口的提纯塔加热段流量调节阀门,开启提纯塔压力调节旁路阀门,气体在 0.2～0.5MPa的较低压力下进入冷凝器及提纯塔进行置换。合格后关闭提纯塔出口压力调节旁路阀门进行充压(同时将二氧化碳储槽置换并充压至 1.6 MPa以上,避免液体二氧化碳进入储罐时发生节流膨胀、产生干冰而堵塞管道)。

d.将提纯塔操作压力设定 2.35 MPa(直接进入自动控制)。

e.系统压力至 1.8 MPa以后,开启冷凝器加氨阀,通过液氨的汽化制冷,将气态二氧化碳冷凝液化,然后通过管道将 -15℃的液体二氧化碳引入提纯塔上部进口管(提前通过 DCS手动向提纯塔顶部冷却段加液氨,液位控制在 50%);迅速建立提纯塔塔顶液位,液位控制在 80%左右,保证塔底盘管浸泡在液体二氧化碳中。在冷凝器等设备充氨、气氨总管压力上升后,按规程启动氨压缩机,同时根据进口气氨压力(0.00～0.02 MPa)调节氨压缩机负荷,注意防止气氨带液。

f.建立提纯塔塔底液位,达到指标范围后,开启过冷器加氨阀,通过提纯塔自动液位调节阀往储槽输送产品。二氧化碳储槽的压力由自力式压力调节阀稳定控制在 1.95～2.15 MPa。正常生产时根据产品纯度及放空量大小,调节提纯塔冷却段的加氨量及提纯塔底用于换热的二氧化碳气量。

g.经检测,液体二氧化碳纯度达 99.9%以上,放空气二氧化碳含量≤80%,提纯塔转入自调操作。

h.系统满负荷稳定运行后,系统各自控阀门均进入自动调节状态。

1.3.3 日常维护

1.3.3.1 存在问题a.电动机变频器装置调节能力不稳定。b.电加热系统不定期跳闸,或越级跳闸。c.管道法兰腐蚀严重,有渗漏现象。

d.热工测点测量值和实际值不符,造成 DCS系统误判。

1.3.3.2 处理方法

a.电动机变频器易受干扰,因此在变频器处加装隔离开关,可以保证变频器正常运行,进行正常调节。

b.在电加热器电源加装漏电保护器,增加温度测点,定期进行巡检,检查电加热器外观,防止局部过热导致外皮损坏,电加热器加热丝短路,造成电源开关跳闸。

c.根据化学特性,对管道法兰进行选型,更换耐腐蚀高质量的法兰器具。

d.对热工 DCS系统进行程序优化,对热工测点进行精确校验,根据测点设备工作环境进行选型,在重点设备就地加装指针式压力表、液位计、温度表等,定期对设备运行数值进行记录,相互比对,保证系统稳定运行。

2 企业经济效益

a.可实现“循环经济”,变废为宝、实现循环再利用,延伸电厂产业链,年捕获二氧化碳3 000 t,获利 500多万元。

b.可实现“低碳经济”,把我国二氧化碳排放量指标销售给欧洲发达国家,可创外汇(每吨二氧化碳 12.5欧元)。

c.得到国家对治污企业政策的支持,上网电价1 kW◦h可提高 0.015元,年获利为 7 500多万元(2007年该厂发电 50亿 kW◦h),真正实现绿色经济。

3 结束语

中国是世界上耗煤大国,年耗煤在 12.8亿 t左右,其中 69%～75%用于发电,仅电厂二氧化碳排放一项就有 134.6万 t以上。烟气二氧化碳捕集技术在华能电厂的成功应用,很值得全国电厂借鉴,很有推广价值。

Discussion on the app lication of the post-combustion carbon capture for the thermal power plant

AN Jingwei
(Maintenance Department of Huaneng Beijing Thermal Power Plant,Beijing 100082,China)

The post-combustion carbon capture(PCC),which has been introduced since the year of 2007,has been tested to be a success in Huaneng Beijing Thermal Power Plant.After several years of operation,the planthas achieved remarkable economic results andmad a breakthrough on realizing cyclic economy by saving energy and reducing emission and extending industrial chain.

capture;carbon dioxide;saving energy and reducing emission;cyclic economy

X 701

B

1002-1663(2010)01-0047-03

2009-10-19

安景伟(1980-),男,2003年毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业。

(责任编辑 侯世春)