淺談火電廠二氧化碳捕集技術的應用

安景偉

(華能北京熱電廠檢修部,北京 100082)

淺談火電廠二氧化碳捕集技術的應用

安景偉

(華能北京熱電廠檢修部,北京 100082)

煙氣二氧化碳捕集技術(PCC)于 2007年引入中國,在華能北京熱電廠試驗成功。經過幾年運行,取得了較好的經濟效益,在火電廠節能減排、產業鏈延伸實現循環經濟上是一次新突破。

捕集;二氧化碳;節能減排;循環經濟

由于燃煤電廠粉塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳的減排問題,所以一直被人們稱作“環境殺手”。華能北京熱電廠主要污染物排放優于歐洲國家標準,優于天燃氣發電機組的排放水平,達到世界領先水平。

煙氣二氧化碳捕集技術是澳大利亞聯邦科學工業研究組織(CSIRO)最新的科研成果。該技術對煙氣中的二氧化碳吸收率超過 85%,是目前燃煤火電廠大范圍降低二氧化碳排放的唯一可行方法。

華能北京熱電廠擔負北京市 10%供電、70%供氣、30%的供熱任務,年耗煤 250萬 t,年排放二氧化碳 3 500多 t。應用煙氣二氧化碳捕集技術后,二氧化碳的排放完全得到扼制,煙氣二氧化碳的排放濃度由 12%降至 2%之下,基本實現零排放。同時每年可捕獲 99.5%以上的二氧化碳產品 3 000 t,保證企業可持續發展,把資源優勢轉化為產業優勢、經濟優勢。

1 煙氣二氧化碳捕集回收系統

煙氣二氧化碳捕集技術(PCC)工作原理:讓燃煤火電廠排放出來的氣體經過可以吸收二氧化碳氣體的化學物質,對煙氣二氧化碳進行捕獲。

二氧化碳捕集回收系統主要設備由緩沖罐、原料氣除濕器、活性炭過濾器、電加熱器、冷凝器、提純塔過冷器、二氧化碳壓縮機、羅茨鼓風機、充車泵、氨壓縮機、二氧化碳貯槽等部件組成。

該廠二氧化碳捕獲裝置與鍋爐煙氣系統接入如圖 1所示。

1.1 工藝流程

該廠二氧化碳捕集回收系統主要包括捕集和精制部分。

煙氣二氧化碳捕獲設備安裝在煙氣脫硫、脫硝之后(其它電廠煙氣經過脫硫、脫銷之后直接排入大氣)。原料氣通過不銹鋼管(利用原煙道排風機,0.02MP壓力下)引入二氧化碳凈化系統吸收塔中。利用 MEA法回收煙氣中二氧化碳二氧化碳氣體,其基本工藝流程如圖 2所示。

精制部分工藝流程如圖 3所示。

圖1 二氧化碳捕獲裝置與鍋爐煙氣系統接入示意圖

圖2 捕集部分工藝流程圖

圖3 精制部分工藝流程圖

1.2 流程原理

從煙塔中捕集來的二氧化碳原料氣,在 0.02 MPa左右壓力下(其壓力大小取決于緩沖罐容積)由不銹鋼管道引入二氧化碳凈化系統緩沖罐,然后進入冷卻除濕器內,與低溫氣態氨進行冷交換,冷凝分離出二氧化碳原料氣中的水分,通過二氧化碳原料氣壓縮機進行二氧化碳原料氣壓縮。二氧化碳原料氣經冷卻冷并分離飽和水后,依次進入活性炭過濾器、脫硫塔,脫除原料氣中的微量 NOx和二氧化硫(此時的脫硫和脫硝不是電廠對煙塵的脫硫和脫硝,而是對捕獲的二氧化碳原料氣中的硫和硝進行清潔)。脫硝、脫硫合格后的二氧化碳凈化氣進入干燥工序,在常溫下利用分子篩塔 3A分子篩吸附氣體中的飽和水。干燥系統設 2臺分子篩塔,1臺運行,1臺再生,由 DCS系統實現遠程自動控制。分子篩塔的再生用氣源采用熱空氣及提純塔放空尾氣。其中空氣由羅茨風機輸送至電加熱器加熱,加熱后的熱空氣對分子篩床層進行再生;分子篩塔再生空氣出口溫度超過環境溫度 100℃以上時,再生第一階段結束,然后通過 DCS程序控制,自動切換至提純塔低溫放空尾氣對分子篩床層進行降溫,床層溫度至常溫后作為備用。

脫水合格的二氧化碳凈化氣由冷凝器頂部進入冷凝器,通過管壁與設備內氨進行冷交換,實現二氧化碳氣體低溫液化。液化后的液體二氧化碳進入提純塔;提純塔換熱段熱源采用分子篩塔出口氣體,保持塔底溫度為 -15℃左右。進入提純塔的液體二氧化碳與換熱段的上升氣體進行傳熱傳質,將低沸點雜質蒸發后進入塔底;不凝性氣體(N2)上升時,通過提純塔上段冷卻器內液氨,將與上升氣體一起蒸發的二氧化碳重新冷凝。提純后的液體二氧化碳產品由提純塔底部放出,進入過冷器過冷,經計量后進入液體二氧化碳儲槽儲存。N2等不凝性氣體由提純塔頂部經冷凝分離夾帶的液體二氧化碳后,用于分子篩塔內 3A分子篩降溫,然后放空。二氧化碳儲槽內的產品,用充車泵充裝。

在此過程中,系統中的能量 -冷熱資源得以充分綜合利用,提純塔放空尾氣用于分子篩再生過程中的冷卻用氣。氨冷系統的氣氨用于二氧化碳壓縮機前工藝氣體的冷凝除水等。

1.3 使用與維修

1.3.1 開車前準備

各動力設備單體試車與負荷試車通過單項驗收;系統吹掃、試壓、試漏合格;系統全部自動控制調試合格、模擬試驗全部通過,無異常現象。檢查系統進出口閥門處于正常開關狀態,電器儀表正常,貯氨器液位正常,所有調節閥處于手動且關的位置(各調節閥的前后閥處于打開狀況)。檢查二氧化碳壓縮機、氨壓縮機的供油供水情況(溫度和壓力),是否符合設備說明書中的指標要求;系統進口緩沖罐和冷卻除濕器的共用水封是否充滿水(充水至溢流為止)。分子篩塔內 3A分子篩處于干燥備用狀況。

1.3.2 啟動

提純塔壓力自動調節設定為 0.00～2.35 MPa(根據產品純度控制)。

a.輸送二氧化碳原料氣,關閉分子篩塔進口閥門,開啟脫硫塔出口放空閥門,按規定的程序啟動二氧化碳壓縮機。調節脫硫塔出口放空閥門開啟度,控制系統在 0.0～2.0MPa壓力下運行。

b.微開啟分子篩塔進出口截止閥,按 DCS設定的程序打開分子篩塔的進出口電動門,手動關閉脫硫塔出口放空閥門,通過分子篩塔出口手動閥門調節,將干燥過程控制在 2.0～2.4 MPa壓力下操作。

c.干燥器出口氣體中的微量水分≤20μL/L后,微開啟冷凝器進口的提純塔加熱段流量調節閥門,開啟提純塔壓力調節旁路閥門,氣體在 0.2～0.5MPa的較低壓力下進入冷凝器及提純塔進行置換。合格后關閉提純塔出口壓力調節旁路閥門進行充壓(同時將二氧化碳儲槽置換并充壓至 1.6 MPa以上,避免液體二氧化碳進入儲罐時發生節流膨脹、產生干冰而堵塞管道)。

d.將提純塔操作壓力設定 2.35 MPa(直接進入自動控制)。

e.系統壓力至 1.8 MPa以后,開啟冷凝器加氨閥,通過液氨的汽化制冷,將氣態二氧化碳冷凝液化,然后通過管道將 -15℃的液體二氧化碳引入提純塔上部進口管(提前通過 DCS手動向提純塔頂部冷卻段加液氨,液位控制在 50%);迅速建立提純塔塔頂液位,液位控制在 80%左右,保證塔底盤管浸泡在液體二氧化碳中。在冷凝器等設備充氨、氣氨總管壓力上升后,按規程啟動氨壓縮機,同時根據進口氣氨壓力(0.00～0.02 MPa)調節氨壓縮機負荷,注意防止氣氨帶液。

f.建立提純塔塔底液位,達到指標范圍后,開啟過冷器加氨閥,通過提純塔自動液位調節閥往儲槽輸送產品。二氧化碳儲槽的壓力由自力式壓力調節閥穩定控制在 1.95～2.15 MPa。正常生產時根據產品純度及放空量大小,調節提純塔冷卻段的加氨量及提純塔底用于換熱的二氧化碳氣量。

g.經檢測,液體二氧化碳純度達 99.9%以上,放空氣二氧化碳含量≤80%,提純塔轉入自調操作。

h.系統滿負荷穩定運行后,系統各自控閥門均進入自動調節狀態。

1.3.3 日常維護

1.3.3.1 存在問題a.電動機變頻器裝置調節能力不穩定。b.電加熱系統不定期跳閘,或越級跳閘。c.管道法蘭腐蝕嚴重,有滲漏現象。

d.熱工測點測量值和實際值不符,造成 DCS系統誤判。

1.3.3.2 處理方法

a.電動機變頻器易受干擾,因此在變頻器處加裝隔離開關,可以保證變頻器正常運行,進行正常調節。

b.在電加熱器電源加裝漏電保護器,增加溫度測點,定期進行巡檢,檢查電加熱器外觀,防止局部過熱導致外皮損壞,電加熱器加熱絲短路,造成電源開關跳閘。

c.根據化學特性,對管道法蘭進行選型,更換耐腐蝕高質量的法蘭器具。

d.對熱工 DCS系統進行程序優化,對熱工測點進行精確校驗,根據測點設備工作環境進行選型,在重點設備就地加裝指針式壓力表、液位計、溫度表等,定期對設備運行數值進行記錄,相互比對,保證系統穩定運行。

2 企業經濟效益

a.可實現“循環經濟”,變廢為寶、實現循環再利用,延伸電廠產業鏈,年捕獲二氧化碳3 000 t,獲利 500多萬元。

b.可實現“低碳經濟”,把我國二氧化碳排放量指標銷售給歐洲發達國家,可創外匯(每噸二氧化碳 12.5歐元)。

c.得到國家對治污企業政策的支持,上網電價1 kW?h可提高 0.015元,年獲利為 7 500多萬元(2007年該廠發電 50億 kW?h),真正實現綠色經濟。

3 結束語

中國是世界上耗煤大國,年耗煤在 12.8億 t左右,其中 69%～75%用于發電,僅電廠二氧化碳排放一項就有 134.6萬 t以上。煙氣二氧化碳捕集技術在華能電廠的成功應用,很值得全國電廠借鑒,很有推廣價值。

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

安景偉(1980-),男,2003年畢業于華北電力大學電氣工程及其自動化專業。

(責任編輯 侯世春)