本发明专利技术公开了一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统及CO2捕集方法，以空气、氧气及再循环烟气的混合气作为助燃剂的部分富氧方法，使锅炉出口烟气CO2气体浓度提高至30％～60％，此烟气进入基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，钙基反应性大为提高，CO2捕捉效率达到95％以上，并提高了总发电量。本发明专利技术兼顾了制氧成本、载碳体成本、能耗和CO2捕捉效率的综合效率最佳，将部分富氧燃烧和钙基化学链两种先进的碳捕捉技术相结合，具有经济性好，工艺简单，能耗低、碳捕捉效率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统及CO2捕集方法
本专利技术涉及燃煤发电技术与电力行业CO2捕捉领域，特别涉及一种联合钙基化学链的部分富氧燃烧的燃煤发电系统及CO2捕集方法。
技术介绍
自从工业文明以来，地球大气中的CO2浓度由于人类的生产活动而急剧上升。中国人口众多，经济发展水平相对较低，正处于工业化、城镇化加快发展的重要阶段，CO2的控制面临着巨大压力和特殊困难。电力生产是一个集中的CO2排放源，控制和减缓电力生产中CO2排放对于解决温室效应问题具有重要意义。根据联合国政府间气候变化委员会(IPCC)的调查，将碳捕获与封存技术(CCS)技术应用于燃料能源利用过程中，能将全球CO2排放量减少20％～40％，将对减缓气候变化产生积极的影响。电力行业的CO2捕集主要有燃烧前捕获、燃烧后捕获及富氧燃烧捕获3种技术路线。其中富氧燃烧技术又被称为氧燃料燃烧技术(Oxy-FuelCombustion)，是指锅炉尾部排烟的一部分烟气经再循环系统送至炉前，与空气分离装置制取的高浓度氧气(O2含量在95％以上)按一定比例混合后，携带燃料经燃烧器送入炉膛进行燃烧，并完成传热过程。富氧燃烧的吸引力在于烟气量小，CO2浓度提升，不需要溶剂，便于大规模化、低成本地压缩冷却回收CO2；系统设备尺寸相对较小，与现有电厂在主流技术上有良好的承接性，适用于现有改造和新建机组，容易被电力行业接受。但是由于富氧燃烧需要大量的纯氧供燃料燃烧，目前工业化应用的空气分离器能耗过高，使得全厂效率降低8～10％左右，大大增加了发电成本，严重制约了该技术的发展。此外，富氧燃烧会导致锅炉炉内温度较高，既需要新增大功率的再循环风机，通入大量循环烟气以维持燃烧温度，炉体还需要采用耐高温材料。部分富氧燃烧采用混合空气、氧气和循环烟气的方式降低了炉温，减少了所需的氧气量和循环烟气量，从而降低了空气分离器和循环风机的能耗，也降低了对炉体和燃烧器材料的要求，有利于减少锅炉和燃烧器成本。但是部分富氧燃烧使得锅炉出口烟气CO2浓度下降，降低了CO2捕捉率。基于钙基的化学链燃烧具备CO2分离的特点，单独作为燃烧后捕捉方式，载碳体与CO2浓度为10～15％左右的烟气反应活性略差，CO2捕捉率不高，但其便于与其他系统耦合实现CO2高效捕捉。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，在实现部分富氧燃烧过程的同时有效降低需氧量和制氧能耗，在实现基于钙基化学链的燃烧后捕捉CO2的同时，增强载碳体反应活性，提高CO2捕捉效率和发电量。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述发电系统的CO2捕集方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，包括：烟气循环部分富氧燃煤锅炉，主蒸汽发电系统，基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，CO2冷却压缩装置和空气分离器；空气分离器分别与燃煤锅炉和化学链燃烧后捕捉装置连接，燃煤锅炉的烟气其中一路进入化学链燃烧后捕捉装置，然后化学链燃烧后捕捉装置继续与CO2冷却压缩装置连接；同时燃煤锅炉与主蒸汽发电系统连接。优选的，在燃煤锅炉中进行部分富氧燃烧，所产生的热量通过主汽水循环，推动主汽轮机(6)做功，主发电机(17)发电。优选的，燃煤锅炉烟气出口依次连接空气预热器(2)和除尘器(3)，除尘器经主循环风机(5)又连接回空气预热器(2)，燃煤锅炉(1)出口的烟气经过空气预热器(2)和除尘器(3)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第一路经主循环风机(5)进入空气预热器(2)，并与预热空气和空气分离器制取的氧气混合后进入燃煤锅炉。进一步的，除尘器(3)继续连接冷循环风机(7)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第二路作为煤仓的燃煤输送动力，经冷循环风机(7)携带煤粉送入燃煤锅炉(1)炉膛。进一步的，除尘器(3)继续连接压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第三路通过压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)进入化学链燃烧后捕捉装置。优选的，除尘器(3)出口与脱硫设备(4)相连，脱硫设备(4)连接冷循环风机(7)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第二路作为煤仓的燃煤输送动力，流经脱硫设备(4)后，经冷循环风机(7)携带煤粉送入燃煤锅炉(1)炉膛。进一步的，脱硫设备(4)继续连接压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)，燃煤锅炉(1)出口的烟气经过脱硫设备(4)净化后第三路通过压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)进入化学链燃烧后捕捉装置。优选的，化学链燃烧后捕捉装置包括依次连接的煅烧反应器(12)、载碳体循环换热设备(13)和吸收反应器(11)，空气分离器(19)制取的氧气其中一路送入煅烧反应器(12)与煤燃烧，为CaCO3煅烧提供热量，燃煤锅炉的烟气其中一路进入吸收反应器(11)，烟气在吸收反应器(11)脱除杂质包括CO2和SO2；生成的CaCO3通过载碳体循环换热设备(13)进入煅烧反应器(12)裂解和再生。优选的，化学链燃烧后捕捉装置连接次蒸汽发电系统，次蒸汽发电系统包括汽水系统、次汽轮机(14)和次发电机(18)，吸收反应器(11)出口连接烟气冷却器(20)，煅烧反应器(12)连接二氧化碳冷却器(15)，吸收反应器(11)出口的净化烟气和煅烧反应器(12)的高纯CO2气体温度高，所携带热量分别通过烟气冷却器(20)和二氧化碳冷却器(15)被回收利用，以增加次蒸汽发电系统发电量。优选的，吸收反应器(11)出口的已被脱碳脱硫的高温净化烟气，依次经过烟气冷却器(20)和换热器(9)降温后，被排出。优选的，除尘器(3)还与灰斗(21)连接。优选的，空气分离器(19)采用深冷法制取纯度90％以上的氧气。一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统CO2捕集方法，以空气、氧气及再循环烟气的混合气作为助燃剂的部分富氧方法，使锅炉出口烟气CO2气体浓度提高至30％～60％，此烟气进入基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，再进行深度脱除CO2。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)将部分富氧燃烧技术与基于钙链化学链燃烧技术集成，与单独的富氧燃烧技术相比，能减少了所需的氧气量和循环烟气量，从而降低了空气分离器和循环风机的能耗，也降低了对炉体和燃烧器材料的要求，有利于减少锅炉和燃烧器成本，并增加发电量。(2)将部分富氧燃烧技术与基于钙链化学链燃烧技术集成，与单独的化学链燃烧后捕捉技术相比，经部分富氧循环燃烧后烟气中CO2浓度提升，钙基吸附剂与CO2的反应活性提高，有效控制锅炉排烟中CO2浓度进一步富集到95％以上。(3)第二路循环烟气作为煤仓的燃煤输送动力，经冷循环风机携带煤粉送入燃煤锅炉炉膛，节约了煤粉输送的能耗，也有利于锅炉的稳燃。附图说明图1是实施例系统结构示意图。图1中：1-锅炉；2-空气预热器；3-除尘器；4-脱硫设备；5-主循环风机；6-主汽轮机；7-冷循环风机；8-压缩机；9-换热器；10-引风机；11-吸收反应器；12-煅烧反应器；13-载碳体循环换热设备；14-次汽轮机；15-二氧化碳冷却器，16-二氧化碳压缩机；17-主发电机；18-次发电机；19-空气分离器；20-烟气冷却器，21-灰斗。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，包括：烟气循环部分富氧燃煤锅炉，主蒸汽发电系统，基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，CO2冷却压缩装置和空气分离器；空气分离器分别与燃煤锅炉和化学链燃烧后捕捉装置连接，燃煤锅炉的烟气其中一路进入化学链燃烧后捕捉装置，然后化学链燃烧后捕捉装置继续与CO2冷却压缩装置连接；同时燃煤锅炉与主蒸汽发电系统连接。
【技术特征摘要】
1.联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，包括：烟气循环部分富氧燃煤锅炉，主蒸汽发电系统，基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，CO2冷却压缩装置和空气分离器；空气分离器分别与燃煤锅炉和化学链燃烧后捕捉装置连接，燃煤锅炉的烟气其中一路进入化学链燃烧后捕捉装置，然后化学链燃烧后捕捉装置继续与CO2冷却压缩装置连接；同时燃煤锅炉与主蒸汽发电系统连接。2.根据权利要求1所述的联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，在燃煤锅炉中进行部分富氧燃烧，所产生的热量通过主汽水循环，推动主汽轮机(6)做功，主发电机(17)发电。3.根据权利要求1所述的联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，燃煤锅炉烟气出口依次连接空气预热器(2)和除尘器(3)，除尘器经主循环风机(5)又连接回空气预热器(2)，燃煤锅炉(1)出口的烟气经过空气预热器(2)和除尘器(3)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第一路经主循环风机(5)进入空气预热器(2)，并与预热空气和空气分离器制取的氧气混合后进入燃煤锅炉。4.根据权利要求3所述的联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，除尘器(3)继续连接冷循环风机(7)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第二路作为煤仓的燃煤输送动力，经冷循环风机(7)携带煤粉送入燃煤锅炉(1)炉膛。5.根据权利要求3所述的联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，其特征在于，除尘器(3)继续连接压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)，燃煤锅炉(1)出口的烟气第三路通过压缩机(8)、换热器(9)和引风机(10)进入化学链燃烧后捕捉装置。6.根据权利要求3或4所述的联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐玉婷，郑楚鹏，曾详浩，马晓茜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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