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(shù)的應(yīng)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(shù)(PCC)于 2007年引入中國,在華能北京熱電廠試驗(yàn)成功。經(jīng)過幾年運(yùn)行,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,在火電廠節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)鏈延伸實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)上是一次新突破。

捕集;二氧化碳;節(jié)能減排;循環(huán)經(jīng)濟(jì)

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(huán)境殺手”。華能北京熱電廠主要污染物排放優(yōu)于歐洲國家標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)于天燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的排放水平,達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

煙氣二氧化碳捕集技術(shù)是澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織(CSIRO)最新的科研成果。該技術(shù)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(dān)負(fù)北京市 10%供電、70%供氣、30%的供熱任務(wù),年耗煤 250萬 t,年排放二氧化碳 3 500多 t。應(yīng)用煙氣二氧化碳捕集技術(shù)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(shí)現(xiàn)零排放。同時(shí)每年可捕獲 99.5%以上的二氧化碳產(chǎn)品 3 000 t,保證企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

1 煙氣二氧化碳捕集回收系統(tǒng)

煙氣二氧化碳捕集技術(shù)(PCC)工作原理:讓燃煤火電廠排放出來的氣體經(jīng)過可以吸收二氧化碳?xì)怏w的化學(xué)物質(zhì),對煙氣二氧化碳進(jìn)行捕獲。

二氧化碳捕集回收系統(tǒng)主要設(shè)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(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、充車泵、氨壓縮機(jī)、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(tǒng)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(tǒng)主要包括捕集和精制部分。

煙氣二氧化碳捕獲設(shè)備安裝在煙氣脫硫、脫硝之后(其它電廠煙氣經(jīng)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(fēng)機(jī),0.02MP壓力下)引入二氧化碳凈化系統(tǒng)吸收塔中。利用 MEA法回收煙氣中二氧化碳二氧化碳?xì)怏w,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(tǒng)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(tǒng)緩沖罐,然后進(jìn)入冷卻除濕器內(nèi),與低溫氣態(tài)氨進(jìn)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(jī)進(jìn)行二氧化碳原料氣壓縮。二氧化碳原料氣經(jīng)冷卻冷并分離飽和水后,依次進(jìn)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(shí)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(jìn)行清潔)。脫硝、脫硫合格后的二氧化碳凈化氣進(jìn)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(tǒng)設(shè) 2臺(tái)分子篩塔,1臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)再生,由 DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)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(fēng)機(jī)輸送至電加熱器加熱,加熱后的熱空氣對分子篩床層進(jìn)行再生;分子篩塔再生空氣出口溫度超過環(huán)境溫度 100℃以上時(shí),再生第一階段結(jié)束,然后通過 DCS程序控制,自動(dòng)切換至提純塔低溫放空尾氣對分子篩床層進(jìn)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(jìn)入冷凝器,通過管壁與設(shè)備內(nèi)氨進(jìn)行冷交換,實(shí)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w低溫液化。液化后的液體二氧化碳進(jìn)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(jìn)入提純塔的液體二氧化碳與換熱段的上升氣體進(jìn)行傳熱傳質(zhì),將低沸點(diǎn)雜質(zhì)蒸發(fā)后進(jìn)入塔底;不凝性氣體(N2)上升時(shí),通過提純塔上段冷卻器內(nèi)液氨,將與上升氣體一起蒸發(fā)的二氧化碳重新冷凝。提純后的液體二氧化碳產(chǎn)品由提純塔底部放出,進(jìn)入過冷器過冷,經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入液體二氧化碳儲(chǔ)槽儲(chǔ)存。N2等不凝性氣體由提純塔頂部經(jīng)冷凝分離夾帶的液體二氧化碳后,用于分子篩塔內(nèi) 3A分子篩降溫,然后放空。二氧化碳儲(chǔ)槽內(nèi)的產(chǎn)品,用充車泵充裝。

在此過程中,系統(tǒng)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(tǒng)的氣氨用于二氧化碳壓縮機(jī)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(zhǔn)備

各動(dòng)力設(shè)備單體試車與負(fù)荷試車通過單項(xiàng)驗(yàn)收;系統(tǒng)吹掃、試壓、試漏合格;系統(tǒng)全部自動(dòng)控制調(diào)試合格、模擬試驗(yàn)全部通過,無異?，F(xiàn)象。檢查系統(tǒng)進(jìn)出口閥門處于正常開關(guān)狀態(tài),電器儀表正常,貯氨器液位正常,所有調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)且關(guān)的位置(各調(diào)節(jié)閥的前后閥處于打開狀況)。檢查二氧化碳壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)的供油供水情況(溫度和壓力),是否符合設(shè)備說明書中的指標(biāo)要求;系統(tǒng)進(jìn)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(nèi) 3A分子篩處于干燥備用狀況。

1.3.2 啟動(dòng)

提純塔壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定為 0.00～2.35 MPa(根據(jù)產(chǎn)品純度控制)。

a.輸送二氧化碳原料氣,關(guān)閉分子篩塔進(jìn)口閥門,開啟脫硫塔出口放空閥門,按規(guī)定的程序啟動(dòng)二氧化碳壓縮機(jī)。調(diào)節(jié)脫硫塔出口放空閥門開啟度,控制系統(tǒng)在 0.0～2.0MPa壓力下運(yùn)行。

b.微開啟分子篩塔進(jìn)出口截止閥,按 DCS設(shè)定的程序打開分子篩塔的進(jìn)出口電動(dòng)門,手動(dòng)關(guān)閉脫硫塔出口放空閥門,通過分子篩塔出口手動(dòng)閥門調(diào)節(jié),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(jìn)口的提純塔加熱段流量調(diào)節(jié)閥門,開啟提純塔壓力調(diào)節(jié)旁路閥門,氣體在 0.2～0.5MPa的較低壓力下進(jìn)入冷凝器及提純塔進(jìn)行置換。合格后關(guān)閉提純塔出口壓力調(diào)節(jié)旁路閥門進(jìn)行充壓(同時(shí)將二氧化碳儲(chǔ)槽置換并充壓至 1.6 MPa以上,避免液體二氧化碳進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí)發(fā)生節(jié)流膨脹、產(chǎn)生干冰而堵塞管道)。

d.將提純塔操作壓力設(shè)定 2.35 MPa(直接進(jìn)入自動(dòng)控制)。

e.系統(tǒng)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(tài)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(jìn)口管(提前通過 DCS手動(dòng)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(shè)備充氨、氣氨總管壓力上升后,按規(guī)程啟動(dòng)氨壓縮機(jī),同時(shí)根據(jù)進(jìn)口氣氨壓力(0.00～0.02 MPa)調(diào)節(jié)氨壓縮機(jī)負(fù)荷,注意防止氣氨帶液。

f.建立提純塔塔底液位,達(dá)到指標(biāo)范圍后,開啟過冷器加氨閥,通過提純塔自動(dòng)液位調(diào)節(jié)閥往儲(chǔ)槽輸送產(chǎn)品。二氧化碳儲(chǔ)槽的壓力由自力式壓力調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定控制在 1.95～2.15 MPa。正常生產(chǎn)時(shí)根據(jù)產(chǎn)品純度及放空量大小,調(diào)節(jié)提純塔冷卻段的加氨量及提純塔底用于換熱的二氧化碳?xì)饬俊?/p>

g.經(jīng)檢測,液體二氧化碳純度達(dá) 99.9%以上,放空氣二氧化碳含量≤80%,提純塔轉(zhuǎn)入自調(diào)操作。

h.系統(tǒng)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行后,系統(tǒng)各自控閥門均進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。

1.3.3 日常維護(hù)

1.3.3.1 存在問題a.電動(dòng)機(jī)變頻器裝置調(diào)節(jié)能力不穩(wěn)定。b.電加熱系統(tǒng)不定期跳閘,或越級跳閘。c.管道法蘭腐蝕嚴(yán)重,有滲漏現(xiàn)象。

d.熱工測點(diǎn)測量值和實(shí)際值不符,造成 DCS系統(tǒng)誤判。

1.3.3.2 處理方法

a.電動(dòng)機(jī)變頻器易受干擾,因此在變頻器處加裝隔離開關(guān),可以保證變頻器正常運(yùn)行,進(jìn)行正常調(diào)節(jié)。

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

c.根據(jù)化學(xué)特性,對管道法蘭進(jìn)行選型,更換耐腐蝕高質(zhì)量的法蘭器具。

d.對熱工 DCS系統(tǒng)進(jìn)行程序優(yōu)化,對熱工測點(diǎn)進(jìn)行精確校驗(yàn),根據(jù)測點(diǎn)設(shè)備工作環(huán)境進(jìn)行選型,在重點(diǎn)設(shè)備就地加裝指針式壓力表、液位計(jì)、溫度表等,定期對設(shè)備運(yùn)行數(shù)值進(jìn)行記錄,相互比對,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

a.可實(shí)現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”,變廢為寶、實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用,延伸電廠產(chǎn)業(yè)鏈,年捕獲二氧化碳3 000 t,獲利 500多萬元。

b.可實(shí)現(xiàn)“低碳經(jīng)濟(jì)”,把我國二氧化碳排放量指標(biāo)銷售給歐洲發(fā)達(dá)國家,可創(chuàng)外匯(每噸二氧化碳 12.5歐元)。

c.得到國家對治污企業(yè)政策的支持,上網(wǎng)電價(jià)1 kW?h可提高 0.015元,年獲利為 7 500多萬元(2007年該廠發(fā)電 50億 kW?h),真正實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)。

3 結(jié)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(fā)電,僅電廠二氧化碳排放一項(xiàng)就有 134.6萬 t以上。煙氣二氧化碳捕集技術(shù)在華能電廠的成功應(yīng)用,很值得全國電廠借鑒,很有推廣價(jià)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(yè)于華北電力大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

(責(zé)任編輯 侯世春)