二氧化碳分离回收系统和重沸器输入热量测量方法 |
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申请号 | CN201110324009.4 | 申请日 | 2011-10-21 | 公开(公告)号 | CN102527194A | 公开(公告)日 | 2012-07-04 |
申请人 | 株式会社东芝; | 发明人 | 大桥幸夫; 小川斗; 北村英夫; 平田东彦; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及二 氧 化 碳 分离回收系统和重沸器输入热量测量方法。根据一个 实施例 ,二氧化碳分离回收系统包括:使包含在燃烧废气中的二氧化碳被吸收到吸收液的吸收塔、使吸收液再生的再生塔、连接到再生塔并通过加热介质对再生塔的吸收液加热的重沸器、以及测量从加热介质供应到吸收液的热量的测量设备。测量设备包括对从重沸器排出的加热介质进行冷却的冷却器,并且该测量设备通过从供应到重沸器的加热介质保持的热量中减去由冷却器冷却的加热介质保持的热量和从冷却器中的加热介质除去的热量来获得从加热介质供应到吸收液的热量。 | ||||||
权利要求 | 1.一种二氧化碳分离回收系统,包括: |
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说明书全文 | 二氧化碳分离回收系统和重沸器输入热量测量方法技术领域[0001] 此处描述的实施例总体上涉及二氧化碳分离回收系统和重沸器输入热量测量方法。 背景技术[0002] 在近些年中,关于使用大量矿物燃料的热电站,一直对下面的分离和回收二氧化碳的方法进行持续研究,即通过使得燃烧废气与基于胺的吸收液互相接触而对包含在燃烧废气中的二氧化碳进行分离与回收;并且一直对存储已回收的二氧化碳而非排出已回收的二氧化碳的方法进行持续研究。 [0003] 具体地,已知的二氧化碳回收系统包括吸收塔和再生塔。在二氧化碳回收系统中,吸收塔使得包含在燃烧废气中的二氧化碳被吸收到基于胺的吸收液,而再生塔被供应了具有从吸收塔吸收了二氧化碳的吸收液(富液)并且通过对富液加热使二氧化碳气体从富液中排出而使吸收液再循环。二氧化碳回收系统将再循环的吸收液(贫液)供应到吸收塔以便重新使用再循环的吸收液(贫液)。 [0004] 在从富液排出二氧化碳的步骤中,设置在再生塔附近的重沸器对再生塔中的吸收液进行循环和加热。经常将所产生的要在热电站、工厂等中使用的水蒸汽的一部分供应到作为加热介质的重沸器。在该情况中,根据在重沸器入口处的水蒸汽的热量与在重沸器出口处的水的热量之间的差值来确定从重沸器的加热介质供应到再生塔吸收液的热量。通过测量水蒸汽的温度和压力而确定的每单位重量保持的热量(焓:kJ/kg)与水蒸汽的质量流率(kg/sec)的乘积来计算在重沸器入口处的水蒸汽热量。另外,通过测量水的温度和压力而确定的每单位重量保持的热量(焓:kJ/kg)与水的质量流率(kg/sec)的乘积来计算在重沸器出口处的水的热量。 [0005] 然而,供应到重沸器的部分水蒸汽不凝结(不变为水),而是保持水蒸汽的形式。即,在重沸器出口处存在的流体是水蒸汽和水共存的气-液二相流体。而且,水蒸汽和水的流率之间的比例依照二氧化碳回收系统的工作状况而变化。还没有确立准确地测量水蒸汽和水的流率之间的比例的方法。 [0006] 出于该原因,利用相关技术中的确定重沸器入口处的水蒸汽的热量和重沸器出口处的水的热量之间差值的上述方法,很难准确地测量从重沸器的加热介质供应到再生塔吸收液的热量。发明内容 [0007] 根据一个实施例,二氧化碳分离回收系统包括:使包含在燃烧废气中的二氧化碳被吸收到吸收液的吸收塔、使吸收液再生的再生塔、连接到再生塔并通过使用加热介质对再生塔的吸收液加热的重沸器、以及测量从加热介质供应到吸收液的热量的测量设备。该测量设备包括对从重沸器排出的加热介质进行冷却的冷却器,并且该测量设备通过从供应到重沸器的加热介质保持的热量中减去由冷却器冷却的加热介质保持的热量和从冷却器的加热介质除去的热量来获得从加热介质供应到吸收液的热量。附图说明 [0008] 图1是示出根据本发明第一实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构图; [0009] 图2是示出根据本发明第二实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构图;以及[0010] 图3是示出根据本发明第三实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构图。 具体实施方式[0011] 以下将参考附图来描述本发明的实施例。 [0012] (第一实施例) [0013] 图1是示出根据本发明第一实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构图。此处,通过使用能够吸收二氧化碳的吸收液体,二氧化碳分离回收系统对在由矿物燃料燃烧产生的燃烧废气中包含的二氧化碳进行回收。 [0014] 如图1所示,二氧化碳分离回收系统1包括吸收塔3和再生塔5。吸收塔3使包含在燃烧废气2a中的二氧化碳被吸收到吸收液中。再生塔5被供应了已经从吸收塔3吸收了二氧化碳的吸收液(在下文中,被称为富液4a);通过对富液4a加热从吸收液排出包含水蒸汽的二氧化碳气体;排出包含二氧化碳气体和水蒸汽的废气2d;并且使吸收液再生。 [0015] 例如,将在诸如热电站等发电设施中产生的燃烧废气2a通过废气引入管道8供应到吸收塔3的下部,并且从吸收塔3的顶部排出二氧化碳已经被除去的燃烧废气2b。 [0016] 吸收塔3包括用于存储由吸收液吸收二氧化碳而产生的富液4a的吸收塔罐3a。同样地,再生塔5包括用于存储由富液4a排出二氧化碳气体而再生的吸收液(在下文中,被称为贫液4b)的再生塔罐5a。 [0017] 此处,例如,将通过使胺化合物溶解在水中而获得的胺化合物水溶液用作能够吸收二氧化碳的吸收液。 [0018] 如图1所示,再生塔5设置有重沸器6。通过将从发电设施供应的诸如工厂蒸汽(水蒸汽)等加热介质101用作热源,重沸器6通过对存储在再生塔罐5a中的部分贫液4b进行加热而使贫液4b的温度升高并且产生蒸汽。然后,重沸器6将蒸汽供应到再生塔5。重沸器6设置有重沸器输入热量测量设备100,该重沸器输入热量测量设备100对从加热介质101供应到存储在再生塔5中的吸收液(贫液4b)的热量进行测量。以下将描述重沸器输入热量测量设备100的细节。 [0019] 当在重沸器6中对贫液4b加热时,二氧化碳气体从贫液4b中排出并且与吸收液蒸汽一起被供应到再生塔5。吸收液蒸汽在再生塔5中上升并经过填充层5b,并且吸收液蒸汽对富液4a加热。相应地,从富液4a排出二氧化碳气体。填充层5b由具有例如多孔结构、蜂窝状结构等的材料构成并且具有搅乱通过填充层5b的吸收液的功能。 [0020] 包含从再生塔5排出的吸收液蒸汽和二氧化碳气体的废气2d通过气体管道35,并且气体冷却器31使包含在废气中的水分凝结。然后,气-液分离器32将废气分离成二氧化碳气体和包含吸收液成分的回流水。由气-液分离器32分离的二氧化碳气体2e通过回收二氧化碳排出管道33排出并存储在存储设施(未示出)中。另外,由气-液分离器32分离的回流水通过回流管道34返回再生塔5。 [0021] 再生式热交换器7设置在吸收塔3和再生塔5之间。该再生式热交换器7通过将从再生塔5供应到吸收塔3的贫液4b用作热源而对从吸收塔3供应到再生塔5的富液4a进行加热。因此,回收了贫液4b的热量。此处,当在再生塔5中从富液4a排出二氧化碳气体时,如以上所述地,通过将从重沸器6供应的高温蒸汽用作热源而对富液4a加热。因此,供应到再生式热交换器7的贫液4b的温度相对较高,并且将贫液4b用作热源。 [0022] 在吸收塔3和再生式热交换器7之间连接富液管道11,通过该富液管道11,富液4a从吸收塔罐3a的底部供应到再生式热交换器7。在富液管道11上设置富液泵12,该富液泵12将富液4a从吸收塔3馈送到再生式热交换器7。 [0023] 在再生式热交换器7和再生塔5之间连接富液管道13,通过该富液管道13,富液4a从再生式热交换器7供应到再生塔5的上部。 [0024] 在再生塔5和再生式热交换器7之间连接贫液管道14,通过该贫液管道14,贫液4b从再生塔罐5a的底部供应到再生式热交换器7。在贫液管道14上设置贫液泵15,该贫液泵15将贫液4b从再生塔5馈送到再生式热交换器7。 [0025] 在缓冲罐10中存储来自再生式热交换器7的贫液4b。泵16将存储在缓冲罐10中的贫液4b馈送到吸收塔3的上部。在泵16和吸收塔3之间设置吸收液冷却器17。通过将冷却水(冷却介质)用作冷却源,吸收液冷却器17对供应到吸收塔3的吸收液进行冷却。 [0026] 供应到吸收塔3上部的吸收液从吸收塔3的上部向吸收塔罐3a下降。同时,供应到吸收塔3的燃烧废气2a从吸收塔3的下部向顶部上升。出于该原因,吸收液和包含二氧化碳的燃烧废气2a在填充层3b中互相逆流接触(直接接触),使得吸收液吸收包含在燃烧废气2a中的二氧化碳。因此,产生了富液4a。从吸收塔3的顶部排出二氧化碳已经被除去的燃烧废气2b,而富液4a被存储在吸收塔3的吸收塔罐3a中。填充层3b由具有例如多孔结构、蜂窝状结构等的材料构成并且可以具有搅乱通过填充层3b的吸收液的功能。 [0027] 在气体冷却器21对从吸收塔3顶部排出的燃烧废气2b进行冷却而使得包含在燃烧废气2b中的水分凝结之后,气-液分离器22将燃烧废气2b分离成废气和包含吸收液成分的回流水。将由气-液分离器22分离的废气2c通过废气排出管道23排出到系统之外,而回流水通过回流管道24返回到吸收塔3。 [0028] 接下来,将描述重沸器输入热量测量设备100。该重沸器输入热量测量设备100通过供应管道105将诸如水蒸汽等加热介质101供应到重沸器6。在供应管道105上设置测量加热介质101温度的温度传感器102、测量加热介质101压力的压力传感器103和测量加热介质101流率的流量传感器104。即,温度传感器102、压力传感器103和流量传感器104测量在重沸器6的入口处的加热介质101的温度、压力和流率。 [0029] 通过排出管道110排出已经在重沸器6中将热量供应给吸收液的加热介质101。将用于对从重沸器6排出的加热介质101进行冷却的冷却器120设置在排出管道110上。 如果供应到重沸器6的加热介质101已经是水蒸汽,则从重沸器6排出的加热介质101是包含水(液体)和水蒸汽(气体)的气-液二相流体。冷却器120使包含在从重沸器6排出的加热介质101中的全部水蒸汽凝结。因此,流经位于冷却器120下游侧的排出管道110的加热介质101变成水(液体)。 [0030] 在冷却器120下游侧的排出管道110上设置测量加热介质101温度的温度传感器111。 [0031] 通过供应管道125将冷却介质121供应到冷却器120,冷却介质121对从重沸器6排出的加热介质101进行冷却。冷却介质121例如是水。在供应管道125上设置测量冷却介质121温度的温度传感器122和测量冷却介质121流率的流量传感器123。即,温度传感器122和流量传感器123测量在冷却器120入口处的冷却介质121的温度和流率。 [0032] 通过排出管道126,从冷却器120排出已经在冷却器120中冷却加热介质101的冷却介质121。将用于对从冷却器121排出的冷却介质121的温度进行测量的温度传感器127设置在排出管道126上。即,温度传感器127测量在冷却器120出口处的冷却介质121的温度。 [0033] 从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量Q对应于一个值,该值是通过从加热介质的流率(Gi)与重沸器6入口处的每单位重量的加热介质101保持的热量(焓:Hi)和在冷却器120下游侧的每单位重量的加热介质101保持的热量(焓Hlo)之差的乘积值(乘法)减去冷却器120中的加热介质101除去的热量Qr而获得的;并且从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量Q可以由以下表达式1表示。 [0034] 表达式1:Q=Gi×(Hi-Hlo)-Qr [0035] 通过使用由温度传感器102和压力传感器103测量的值,可以从由日本机械工程师协会等制作的蒸汽表获得重沸器6入口处的每单位重量的加热介质101保持的热量(焓Hi)。加热介质的流率(Gi)是由流量传感器104测量的值。 [0036] 另外,可以利用温度传感器111和压力传感器103测量的值来获得冷却器120下游侧每单位重量的加热介质101保持的热量(焓Hlo)。 [0037] 而且,通过使用由温度传感器122测量的值Ti、由温度传感器127测量的值To、由流量传感器123测量的值Gr和冷却介质121的比热Cpr,可以利用以下表达式2获得在冷却器120中除去的热量Qr。 [0038] 表达式2:Qr=Gr×Cpr×(To-Ti) [0039] 因此,通过将由各个传感器测量的值代入表达式1和2,可以获得从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量Q。 [0040] 例如,运算单元150获取由温度传感器102、压力传感器103、流量传感器104、温度传感器111、温度传感器122、流量传感器123和温度传感器127测量的值;参考存储在存储单元151中的蒸汽表获得焓Hi和焓Hlo;并且计算由表达式1和2计算的热量Q。 [0041] 如上所述,在该实施例中,在冷却器120使从重沸器6排出的加热介质101凝结而将全部加热介质101转换成液体之后,获得每单位重量的加热介质保持的热量(焓:Hlo)。而且,通过从重沸器6入口处的加热介质101保持的热量中减去由冷却器120下游侧的加热介质101保持的热量和在冷却器120中除去的热量Qr来获得从重沸器6中的加热介质 101供应到吸收液的热量Q。 [0042] 出于该原因,即使当改变二氧化碳分离回收系统1的工作状况而使从重沸器6排出的加热介质101的液体成分和蒸汽成分的流率之间的比例改变时,也可以容易且准确地计算从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量Q。 [0043] 同时,在上述的实施例中,已经在供应管道105上设置了用于测量加热介质101流率的流量传感器104。然而,可以在冷却器120下游侧的排出管道110上设置流量传感器104。对此的原因在于:测量液体流率比测量蒸汽(气体)流率更加容易。 [0044] 另外,在上述的实施例中,可以在冷却器120下游侧的排出管道110上设置压力传感器,并且可以基于由压力传感器和温度传感器111测量的值来获得在冷却器120下游侧的每单位重量的加热介质101保持的热量(焓:Hlo)。 [0045] 而且,在上述的实施例中,流量传感器123不仅可以设置在供应管道125上而且可以设置在排出管道126上。 [0046] (第二实施例) [0047] 图2示出了根据本发明第二实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构图。就重沸器输入热量测量设备100而言,该实施例不同于图1中示出的第一实施例。在图2中,相同的附图标记表示与图1所示的第一实施例中的部分相同的部分。将省略对其的描述。 [0048] 如图2所示,将从重沸器6排出的加热介质101通过排出管道110供应到气-液分离器130。该气-液分离器130将液相成分140和气相成分141与加热介质101分离。从气-液分离器130的上部排出气相成分141。利用重力在气-液分离器130下部收集液相成分140并且通过排出管道131排出液相成分140。 [0049] 在排出管道131上设置测量液相成分140温度的温度传感器132、测量液相成分140压力的压力传感器133和测量液相成分140流率的流量传感器134。 [0050] 可以利用以下表达式3计算由液相成分140保持的热量Qlo。 [0051] 表达式3:Qlo=Go×Hlo [0052] 此处,可以利用由温度传感器132和压力传感器133测量的值来获得每单位重量的液相成分140保持的热量(焓Hlo)。另外,液相成分140的流率Go是由流量传感器134测量的值。 [0053] 下面的表达式4通过使用在重沸器6入口处的加热介质101的流率Gi(由流量传感器104测量的值)来表示从气-液分离器130排出的气相成分141的流率Gvo。 [0054] 表达式4:Gvo=Gi-Go [0055] 温度传感器135测量由气-液分离器130分离的气相成分141的温度,并且压力传感器136测量气相成分141的压力。可以利用温度传感器135和压力传感器136测量的值来获得每单位重量的气相成分141保持的热量(焓Hi′)。通过以下的表达式5表示从气-液分离器130排出的作为气相成分141的热量Qvo。 [0056] 表达式5:Qvo=Gvo×Hi′ [0057] 因此,可以利用以下表达式6获得从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量Q。 [0058] 表达式6:Q=Gi×Hi-Gvo×Hi′-Qlo [0059] =Gi×Hi-(Gi-Go)×Hi′-Go×Hlo [0060] =Gi×(Hi-Hi′)+Go×(Hi′-Hlo) [0061] 如上所述,根据该实施例,温度传感器102和压力传感器103测量重沸器6入口处的加热介质101的温度和压力;温度传感器132、压力传感器133和流量传感器134测量由气-液分离器130分离的加热介质101的液相成分140的温度、压力和流率;并且温度传感器135和压力传感器136测量气相成分141的温度和压力。将测量的值代入上述的表达式6,以便获得热量Q。即,通过将重沸器6入口处的加热介质101的流率和在重沸器6入口处的每单位重量的气相成分141保持的热量与重沸器6入口处的每单位重量的加热介质101保持的热量之间差的乘积值,加到液相成分140的流率(=在重沸器6中凝结的加热介质 101的流率)和每单位重量的气相成分141保持的热量与每单位重量的液相成分140保持的热量之间差的乘积值,获得热量Q。 [0062] 出于该原因,即使当改变二氧化碳分离回收系统1的工作状况而使从重沸器6排出的加热介质101的液体成分和蒸汽成分的流率之间的比例改变时,也可以容易且准确地计算从重沸器6中的加热介质101供应到吸收液的热量。 [0063] 同时,由于不将由流量传感器104测量的值用在表达式6表示的该实施例的热量Q的计算中,所以流量传感器104不被重复。 [0064] (第三实施例) [0065] 图3示出了根据本发明第三实施例的二氧化碳分离回收系统的示意结构。该实施例与图2所示的第二实施例的不同之处在于:加热设备40设置在富液管道13上。在图3中,相同的附图标记表示与图2所示的第二实施例中的部分相同的部分。不再重复对其的描述。 [0066] 通过使用从气-液分离器130排出的作为热源的加热介质101的气相成分141,加热设备40对富液4a加热。将加热设备40加热的富液4a供应到再生塔5。 [0067] 如上所述,在该实施例中,利用在使加热介质101(水蒸汽)凝结时产生的巨大潜在热量来加热富液4a。出于该原因,即使加热介质101的流率低于富液4a的流率,也可以升高富液4a的温度并且减少从外部供应到再生塔5来使吸收液再生的热量。 |