一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置及方法与流程

1.本发明属于烟气回收领域，具体涉及一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置及方法。


背景技术：

2.二氧化碳等温室气体减排已经成为人类社会共同面临的严峻挑战之一，二氧化硫是形成酸雨和灰霾的重要前体物，燃煤烟气中的so2已经成为大气污染的主要原因。减少so2污染已成为当今大气环境治理的当务之急。二氧化碳与二氧化硫捕集技术的发展方向是降低该技术的运行能耗。
3.二氧化碳捕集工艺可以分为燃烧后捕集技术、燃烧前捕集技术、富氧燃烧技术。目前采用较多的是燃烧后捕集技术，即在燃烧设备后排放的烟气中捕集二氧化碳；烟气脱硫是目前控制大气中二氧化硫排放浓度与总量最有效、应用最广范的脱硫技术，但现有技术中缺少一种能实现烟气中二氧化碳和二氧化硫的捕集、并充分利用烟气热量的方法。


技术实现要素：

4.本发明提出一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置及方法，以解决现有技术不涉及碳和硫的捕集、热量回收率较低的问题。
5.为解决上述问题，本发明提出如下技术方案：
6.一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、二氧化碳解吸塔、二氧化硫解吸塔和吸收塔；
7.第一换热器上设有第一换热器烟气入口、第一换热器烟气出口和第一换热器热网水入口；第一换热器烟气入口连通第一换热器烟气出口；
8.第二换热器上设有第二换热器烟气入口、第二换热器烟气出口、第二换热器离子液体入口和第二换热器离子液体出口；第二换热器烟气入口连通第二换热器烟气出口，第二换热器离子液体入口连通第二换热器离子液体出口；
9.第三换热器上设有第三换热器烟气入口、第三换热器烟气出口、第三换热器离子液体入口和第三换热器离子液体出口；第三换热器烟气入口连通第三换热器烟气出口，第三换热器离子液体入口连通第三换热器离子液体出口；
10.第四换热器上设有第四换热器热网水入口、第四换热器热网水出口、第四换热器离子液体入口和第四换热器离子液体出口；第四换热器热网水入口连通第四换热器热网水出口，第四换热器离子液体入口连通第四换热器离子液体出口；
11.二氧化碳解吸塔上设有二氧化碳解吸塔离子液体入口和二氧化碳解吸塔离子液体出口；
12.二氧化硫解吸塔上设有二氧化硫解吸塔离子液体入口和二氧化硫解吸塔离子液体出口；
13.吸收塔上设有吸收塔烟气入口、吸收塔离子液体入口和吸收塔离子液体出口；
14.第一换热器烟气出口连接第二换热器烟气入口，第二换热器烟气出口连接第三换热器烟气入口，第三换热器烟气出口连接吸收塔烟气入口，吸收塔离子液体出口连接第三换热器离子液体入口，第三换热器离子液体出口连接二氧化硫解吸塔离子液体入口，二氧化硫解吸塔离子液体出口连接第二换热器离子液体入口，第二换热器离子液体出口连接二氧化碳解吸塔离子液体入口，二氧化碳解吸塔离子液体出口连接第四换热器离子液体入口，第四换热器离子液体出口连接吸收塔离子液体入口；
15.第四换热器热网水出口连接第一换热器热网水入口。
16.优选的，第一换热器上设有第一换热器热网水出口；第一换热器热网水入口连通第一换热器热网水出口；第一换热器热网水出口连接热网。
17.优选的，二氧化碳解吸塔上设有二氧化碳出口；二氧化碳出口连接二氧化碳储罐。
18.优选的，二氧化硫解吸塔上设有二氧化硫出口，二氧化硫出口连接二氧化硫储罐，连接烟囱。
19.优选的，吸收塔上设有吸收塔烟气出口；
20.优选的，二氧化碳解吸塔离子液体出口位于二氧化碳解吸塔底部，二氧化碳出口位于二氧化碳解吸塔顶部；
21.优选的，二氧化硫解吸塔离子液体出口位于二氧化硫解吸塔底部，二氧化硫出口位于二氧化硫解吸塔顶部；
22.优选的，吸收塔离子液体出口位于吸收塔底部,吸收塔烟气出口位于吸收塔顶部。
23.一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收方法，烟气进入第一换热器，在第一换热器中与热网水换热，热网水升温，经第一换热器热网水出口排出进入热网，烟气降温，进入第二换热器；
24.烟气在第二换热器中与来自二氧化硫解吸塔的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体换热，离子液体升温后进入二氧化碳解吸塔，烟气降温后进入第三换热器，烟气在第三换热器中与来自吸收塔的离子液体换热，离子液体升温后进入二氧化硫解吸塔，烟气降温后进入吸收塔；
25.吸收塔中烟气与离子液体接触，得到富二氧化碳和二氧化硫的离子液体以及贫二氧化碳和二氧化硫的烟气，烟气进入烟囱，富二氧化碳和二氧化硫的离子液体进入第三换热器，在第三换热器中升温后进入二氧化硫解吸塔，在二氧化硫解吸塔中富二氧化碳和二氧化硫的离子液体发生解吸，解吸出的二氧化硫进入二氧化硫储罐，剩余的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体进入第二换热器，在第二换热器中升温后进入二氧化碳解吸塔，并在二氧化碳解吸塔中发生解吸，解吸出的二氧化碳经二氧化碳出口排出，进入二氧化碳储罐，剩余的贫二氧化碳贫二氧化硫的离子液体进入第四换热器；
26.热网水进入第四换热器，第四换热器中热网水与来自二氧化碳解吸塔的离子液体换热，离子液体降温，进入吸收塔，热网水升温，进入第一换热器。
27.优选的，热网水在第一换热器中升温后，温度大于100摄氏度，小于130摄氏度。
28.本发明有益之处在于：
29.通过烟气与离子液体的多级换热，实现烟气的梯级降温和热网回水的梯级升温，实现了烟气余热的梯级利用，提高了热量利用效率。
30.同时实现烟气中二氧化碳和二氧化硫的捕集。
31.通过对烟气中余热的回收利用，增加了供热收入，提高了电厂的经济效益。
32.能够提供温度最高达130℃的热网水。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
34.图1为一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置示意图；
35.图中，1为第一换热器，2为第二换热器，3为第三换热器，4为第四换热器，5为二氧化碳解吸塔，6为二氧化硫解吸塔，7为吸收塔；
36.11为第一换热器烟气入口，12为第一换热器烟气出口，13为第一换热器热网水入口，14为第一换热器热网水出口；
37.21为第二换热器烟气入口，22为第二换热器烟气出口，23为第二换热器离子液体入口，24为第二换热器离子液体出口；
38.31为第三换热器烟气入口，32为第三换热器烟气出口，33为第三换热器离子液体入口，34为第三换热器离子液体出口；
39.41为第四换热器热网水入口，42为第四换热器热网水出口，43为第四换热器离子液体入口，44为第四换热器离子液体出口；
40.51为二氧化碳解吸塔离子液体入口，52为二氧化碳解吸塔离子液体出口，53为二氧化碳出口；
41.61为二氧化硫解吸塔离子液体入口，62为二氧化硫解吸塔离子液体出口，63为二氧化硫出口；
42.71为吸收塔烟气入口，72为吸收塔烟气出口，73为吸收塔离子液体入口，74为吸收塔离子液体出口。
具体实施方式
43.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
45.实施例1：
46.请参阅图1所示，本发明公开一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，包括：第一换热器1、第二换热器2、第三换热器3、第四换热器4、二氧化碳解吸塔5、二氧化硫解吸塔6和吸收塔7；
47.第一换热器1上设有第一换热器烟气入口11、第一换热器烟气出口12、第一换热器热网水入口13和第一换热器热网水出口14；第一换热器烟气入口11连通第一换热器烟气出口12，第一换热器热网水入口13连通第一换热器热网水出口14；第一换热器热网水出口14连接热网；第一换热器烟气入口11连通烟气入口；
48.第二换热器2上设有第二换热器烟气入口21、第二换热器烟气出口22、第二换热器离子液体入口23和第二换热器离子液体出口24；第二换热器烟气入口21连通第二换热器烟气出口22，第二换热器离子液体入口23连通第二离子液体出口24；
49.第三换热器3上设有第三换热器烟气入口31、第三换热器烟气出口32、第三换热器离子液体入口33和第三换热器离子液体出口34；第三换热器烟气入口31连通第三换热器烟气出口32，第三换热器离子液体入口33连通第三换热器离子液体出口34；
50.第四换热器4上设有第四换热器热网水入口41、第四换热器热网水出口42、第四换热器离子液体入口43和第四换热器离子液体出口44；第四换热器热网水入口41连通第四换热器热网水出口42，第四换热器离子液体入口43连通第四换热器离子液体出口44；第四换热器热网水出口42连接第一换热器热网水入口13；
51.二氧化碳解吸塔5上设有二氧化碳解吸塔离子液体入口51、二氧化碳解吸塔离子液体出口52和二氧化碳出口53；二氧化碳解吸塔离子液体出口52位于二氧化碳解吸塔5底部，二氧化碳出口53位于二氧化碳解吸塔5顶部；二氧化碳出口53连接二氧化碳储罐。
52.二氧化硫解吸塔6上设有二氧化硫解吸塔离子液体入口61、二氧化硫解吸塔离子液体出口62和二氧化硫出口63；二氧化硫解吸塔离子液体出口62位于二氧化硫解吸塔6底部，二氧化硫出口63位于二氧化硫解吸塔6顶部；二氧化硫出口63连接二氧化硫储罐。
53.吸收塔7上设有吸收塔烟气入口71、吸收塔烟气出口72、吸收塔离子液体入口73和吸收塔离子液体出口74；吸收塔离子液体出口74位于吸收塔7底部,吸收塔烟气出口72位于吸收塔7顶部；吸收塔烟气出口72连接烟囱。
54.第一换热器烟气出口12连接第二换热器烟气入口21，第二换热器烟气出口22连接第三换热器烟气入口31，第三换热器烟气出口32连接吸收塔烟气入口71，吸收塔离子液体出口74连接第三离子液体入口33，第三换热器离子液体出口34连接二氧化硫解吸塔离子液体入口61，二氧化硫解吸塔离子液体出口62连接第二离子液体入口23，第二换热器离子液体出口24连接二氧化碳解吸塔离子液体入口51，二氧化碳解吸塔离子液体出口52连接第四离子液体入口43，第四换热器离子液体出口44连接吸收塔离子液体入口73；
55.实施例2：
56.本实施例公开一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收方法，包括以下步骤：
57.烟气经由第一换热器烟气入口11进入第一换热器1，在第一换热器1中与热网水换热，热网水升温，经第一换热器热网水出口14排出进入热网，烟气降温，经第一换热器烟气出口12和第二换热器烟气入口21进入第二换热器2；
58.烟气在第二换热器2中与来自二氧化硫解吸塔6的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体换热，离子液体升温经第二离子液体出口24和二氧化碳解吸塔离子液体入口51进入二氧化碳解吸塔5，烟气降温后经第二换热器烟气出口22和第三换热器烟气入口31进入第三换热器3，烟气在第三换热器3中与来自吸收塔7的离子液体换热，离子液体升温后经第三换热器离子液体出口34和二氧化硫解吸塔离子液体入口61进入二氧化硫解吸塔6，烟气降温后经第三换热器烟气出口32和吸收塔烟气入口71进入吸收塔7；
59.吸收塔7中烟气与离子液体接触，得到富二氧化碳和二氧化硫的离子液体以及贫二氧化碳和二氧化硫的烟气，烟气经吸收塔烟气出口72排出进入烟囱，富二氧化碳和二氧化硫的离子液体经吸收塔离子液体出口74和第三换热器离子液体入口33进入第三换热器
3，在第三换热器3中升温后进入二氧化硫解吸塔6，在二氧化硫解吸塔6中富二氧化碳和二氧化硫的离子液体发生解吸，解吸出的二氧化硫经二氧化硫出口63进入二氧化硫储罐，剩余的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体经二氧化硫解吸塔离子液体出口62和第二换热器离子液体入口23进入第二换热器2，在第二换热器2中升温后经第二离子液体出口24和二氧化碳解吸塔离子液体入口51进入二氧化碳解吸塔5，并在二氧化碳解吸塔5中发生解吸，解吸出的二氧化碳经二氧化碳出口53排出，进入二氧化碳储罐，剩余的贫二氧化碳贫二氧化硫的离子液体经二氧化碳解吸塔离子液体出口52和第四换热器离子液体入口43进入第四换热器4；
60.热网水经第四换热器热网水入口41进入第四换热器4，第四换热器4中热网水与来自二氧化碳解吸塔5的离子液体换热，离子液体降温，经第四换热器离子液体出口44和吸收塔离子液体入口73进入吸收塔7，热网水升温，经第四换热器热网水出口42和第一换热器热网水入口13进入第一换热器1。
61.热网水在第一换热器1中升温后，温度大于100摄氏度，小于130摄氏度。
62.本发明利用离子液体对二氧化碳、二氧化硫的吸收量随温度增加而降低，且对不同气体的吸收量随温度增加而降低的幅度差异明显的特点，在低温时吸收二氧化碳和二氧化硫，中温时释放二氧化硫，高温时释放二氧化碳，实现了烟气中硫捕集与碳捕集的同时实现。并对烟气中的热量进行了梯级回收利用。烟气先后经第一换热器1、第二换热器2、第三换热器3换热降温，控制了进入吸收塔7的烟气温度，提高了二氧化碳和二氧化硫的吸收量；热网回水先后经过第四换热器4和第一换热器1换热升温，系统的热量利用效率较高，热网水最终可以达到100～130℃，该温度下的热网水价值较高。
63.通过热网回水作为冷源，减少了循环冷却水的用量和消耗，达到了一定的节水效果。通过设计不同温度的解吸塔，实现了二氧化碳和二氧化硫的分别脱除与捕集。通过烟气的梯级降温和热网回水的梯级升温，降低了进入吸收塔的烟气温度，提高了二氧化碳吸收量；同时实现了烟气余热的梯级利用，提高了热量利用效率，供热效益提高。
64.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
65.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，包括第一换热器(1)、第二换热器(2)、第三换热器(3)、第四换热器(4)、二氧化碳解吸塔(5)、二氧化硫解吸塔(6)和吸收塔(7)；第一换热器(1)上设有第一换热器烟气入口(11)、第一换热器烟气出口(12)和第一换热器热网水入口(13)；第一换热器烟气入口(11)连通第一换热器烟气出口(12)；第二换热器(2)上设有第二换热器烟气入口(21)、第二换热器烟气出口(22)、第二换热器离子液体入口(23)和第二换热器离子液体出口(24)；第二换热器烟气入口(21)连通第二换热器烟气出口(22)，第二换热器离子液体入口(23)连通第二离子液体出口(24)；第三换热器(3)上设有第三换热器烟气入口(31)、第三换热器烟气出口(32)、第三换热器离子液体入口(33)和第三换热器离子液体出口(34)；第三换热器烟气入口(31)连通第三换热器烟气出口(32)，第三换热器离子液体入口(33)连通第三换热器离子液体出口(34)；第四换热器(4)上设有第四换热器热网水入口(41)、第四换热器热网水出口(42)、第四换热器离子液体入口(43)和第四换热器离子液体出口(44)；第四换热器热网水入口(41)连通第四换热器热网水出口(42)，第四换热器离子液体入口(43)连通第四换热器离子液体出口(44)；二氧化碳解吸塔(5)上设有二氧化碳解吸塔离子液体入口(51)和二氧化碳解吸塔离子液体出口(52)；二氧化硫解吸塔(6)上设有二氧化硫解吸塔离子液体入口(61)和二氧化硫解吸塔离子液体出口(62)；吸收塔(7)上设有吸收塔烟气入口(71)、吸收塔离子液体入口(73)和吸收塔离子液体出口(74)；第一换热器烟气出口(12)连接第二换热器烟气入口(21)，第二换热器烟气出口(22)连接第三换热器烟气入口(31)，第三换热器烟气出口(32)连接吸收塔烟气入口(71)，吸收塔离子液体出口(74)连接第三换热器离子液体入口(33)，第三换热器离子液体出口(34)连接二氧化硫解吸塔离子液体入口(61)，二氧化硫解吸塔离子液体出口(62)连接第二换热器离子液体入口(23)，第二换热器离子液体出口(24)连接二氧化碳解吸塔离子液体入口(51)，二氧化碳解吸塔离子液体出口(52)连接第四换热器离子液体入口(43)，第四换热器离子液体出口(44)连接吸收塔离子液体入口(73)；第四换热器热网水出口(42)连接第一换热器热网水入口(13)。2.如权利要求1所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，第一换热器(1)上设有第一换热器热网水出口(14)；第一换热器热网水入口(13)连通第一换热器热网水出口(14)；第一换热器热网水出口(14)连接热网。3.如权利要求1所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，二氧化碳解吸塔(5)上设有二氧化碳出口(53)；二氧化碳出口(53)连接二氧化碳储罐。4.如权利要求1所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，二氧化硫解吸塔(6)上设有二氧化硫出口(63)，二氧化硫出口(63)连接二氧化硫储罐。5.如权利要求1所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，吸收塔(7)上设有吸收塔烟气出口(72)，吸收塔烟气出口(72)连接烟囱。6.如权利要求3所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，二氧化
碳解吸塔离子液体出口(52)位于二氧化碳解吸塔(5)底部，二氧化碳出口(53)位于二氧化碳解吸塔(5)顶部。7.如权利要求4所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，二氧化硫解吸塔离子液体出口(62)位于二氧化硫解吸塔(6)底部，二氧化硫出口(63)位于二氧化硫解吸塔(6)顶部。8.如权利要求5所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，其特征在于，吸收塔离子液体出口(74)位于吸收塔(7)底部，吸收塔烟气出口(72)位于吸收塔(7)顶部。9.一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置，包括如下步骤：烟气进入第一换热器(1)，在第一换热器(1)中与热网水换热，热网水升温，经第一换热器(1)排出进入热网，烟气降温，进入第二换热器(2)；烟气在第二换热器(2)中与来自二氧化硫解吸塔(6)的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体换热，离子液体升温后进入二氧化碳解吸塔(5)，烟气降温后进入第三换热器(3)，烟气在第三换热器(3)中与来自吸收塔(7)的离子液体换热，离子液体升温后进入二氧化硫解吸塔(6)，烟气降温后进入吸收塔(7)；吸收塔(7)中烟气与离子液体接触，得到富二氧化碳和二氧化硫的离子液体以及贫二氧化碳和二氧化硫的烟气，烟气进入烟囱，富二氧化碳和二氧化硫的离子液体进入第三换热器(3)，在第三换热器(3)中升温后进入二氧化硫解吸塔(6)，在二氧化硫解吸塔(6)中富二氧化碳和二氧化硫的离子液体发生解吸，解吸出的二氧化硫进入二氧化硫储罐，剩余的富二氧化碳贫二氧化硫的离子液体进入第二换热器(2)，在第二换热器(2)中升温后进入二氧化碳解吸塔(5)，并在二氧化碳解吸塔(5)中发生解吸，解吸出的二氧化碳经二氧化碳出口(53)排出，进入二氧化碳储罐，剩余的贫二氧化碳贫二氧化硫的离子液体进入第四换热器(4)；热网水进入第四换热器(4)，第四换热器(4)中热网水与来自二氧化碳解吸塔(5)的离子液体换热，离子液体降温，进入吸收塔(7)，热网水升温，进入第一换热器(1)。10.如权利要求9所述的一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收方法，其特征在于，热网水在第一换热器(1)中升温后，温度大于100摄氏度，小于130摄氏度。

技术总结
本发明属于烟气回收领域，具体涉及一种同时捕集碳和硫的烟气余热回收装置及方法，包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、二氧化碳解吸塔、二氧化硫解吸塔和吸收塔；烟气先后经第一换热器、第二换热器、第三换热器换热降温，控制了进入吸收塔的烟气温度，提高了二氧化碳和二氧化硫的吸收量；热网回水先后经过第四换热器和第一换热器换热升温，系统的热量利用效率较高，热网水最终可以达到100～130℃。～130℃。～130℃。


技术研发人员：安航 刘新国 李鹏 周贤 肖发亮 彭烁 徐世明 钟迪 白烨 姚国鹏 黄永琪 王会 蔡浩飞
受保护的技术使用者：华能营口热电有限责任公司
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2022/3/8