一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置及方法，該裝置包括發(fā)電鍋爐(1)、煅燒爐(2)、碳酸化爐(3)、水合反應(yīng)器(4)、CaO存儲(chǔ)罐(5)、CaCO3存儲(chǔ)罐(6)、換熱器(7)、壓縮機(jī)(8)、燃燒式加熱器(9)以及第一單向控制閥(21)、第二單向控制閥(22)、第三單向控制閥(23)、第四單向控制閥四(31)、第五單向控制閥(32)、第六單向控制閥(33)；其中，發(fā)電鍋爐(1)的爐膛出口與煅燒爐(2)的底部高溫?zé)煔馊肟谶B接，用于將發(fā)電鍋爐(1)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ腱褵隣t(2)中，提供煅燒所需熱量。本發(fā)明發(fā)揮碳捕集電廠自我儲(chǔ)能調(diào)峰的功能，緩解傳統(tǒng)火電機(jī)組調(diào)峰難的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明利用鈣循環(huán)捕集CO2技術(shù)作為儲(chǔ)能手段應(yīng)用于電廠調(diào)峰，屬于能源技術(shù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的逐步提高，我國(guó)用電結(jié)構(gòu)和特性發(fā)生了巨大變化，出現(xiàn)了日負(fù)荷率、發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)逐年下降的趨勢(shì)，而對(duì)調(diào)峰容量需求逐年增加，調(diào)峰矛盾日趨突出。我國(guó)大多數(shù)電網(wǎng)仍以火電機(jī)組為主，水電、風(fēng)電和核電所占比重仍然較小，具有明顯的資源分布不均性，因此，要求火電機(jī)組參與調(diào)峰是必然趨勢(shì)，然而火電機(jī)組頻繁啟?；虻拓?fù)荷運(yùn)行調(diào)峰又會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組健康水平和經(jīng)濟(jì)性能，縮短發(fā)電設(shè)備的使用壽命，探索更加安全經(jīng)濟(jì)的火電機(jī)組調(diào)峰方法，顯得重要而且緊迫。
[0003]近年來(lái)，CO2等溫室氣體的大量排放，導(dǎo)致全球氣候變暖，引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，減排CO2已成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心戰(zhàn)略和重要共識(shí)。作為全球碳排放量最大的國(guó)家，我國(guó)面臨著巨大的減排壓力。我國(guó)的火力發(fā)電行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中最大的CO2排放源，基于我國(guó)煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，以及火力發(fā)電為主的電力結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展碳捕集電廠，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。碳捕集電廠是指在傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)上，弓丨入了碳捕集系統(tǒng)，利用CO2捕集和封存技術(shù)(S卩CCS技術(shù))使電廠具備了捕集CO2的功能。其工藝流程主要包括:鈣基吸收劑首先進(jìn)入煅燒反應(yīng)器分解為CaO與CO2，煙氣中CO2濃度達(dá)95 %以上，可以直接回收;生成的CaO進(jìn)入碳酸化反應(yīng)器捕集煙氣中的C02，煙氣中CO2濃度將降至5%以下，生成的CaCO3返回煅燒反應(yīng)器，進(jìn)行煅燒反應(yīng)。如此反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行，適時(shí)補(bǔ)充新鮮的鈣基吸收劑和排出部分失活的吸收劑以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。該工藝中的碳酸化反應(yīng)放熱，煅燒反應(yīng)吸熱。存在著能量的儲(chǔ)存及釋放。在電廠運(yùn)行中捕集CO2需要耗費(fèi)大量能量，通過(guò)合理分配這部分捕集用能，可以實(shí)現(xiàn)電廠的自調(diào)峰功能，這對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提供一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置及方法，以鈣劑吸收劑作為儲(chǔ)能介質(zhì)，緩解常規(guī)火力發(fā)電廠調(diào)峰時(shí)負(fù)荷變化較大的狀況，并能實(shí)現(xiàn)CO2的捕集，減少溫室氣體排放。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置，該裝置包括發(fā)電鍋爐、煅燒爐、碳酸化爐、水合反應(yīng)器、CaO存儲(chǔ)罐、CaCO3存儲(chǔ)罐、換熱器、壓縮機(jī)、燃燒式加熱器以及第一單向控制閥、第二單向控制閥、第三單向控制閥、第四單向控制閥四、第五單向控制閥、第六單向控制閥；其中，
[0006]發(fā)電鍋爐的爐膛出口與煅燒爐的底部高溫?zé)煔馊肟谶B接，用于將發(fā)電鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ腱褵隣t中；
[0007]煅燒爐上部的煙氣出口與碳酸化爐的未處理煙氣入口相連，上部⑶2氣體出口與換熱器的CO2氣體入口相連，換熱器的氣體出口出來(lái)的CO2氣體，進(jìn)入壓縮機(jī)經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存；煅燒爐底部的CaO物料出口與CaO存儲(chǔ)罐的物料入口相連，CaO存儲(chǔ)罐的物料出口與碳酸化爐的CaO物料入口相連；
[0008]碳酸化爐底部的煙氣入口，接收來(lái)自鍋爐煙道出口和煅燒爐上部煙氣出口輸出的未經(jīng)脫碳處理的煙氣;上部蒸汽出口的過(guò)熱水蒸氣進(jìn)入汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)發(fā)電；下部的碳酸鈣物料出口與CaO存儲(chǔ)罐的物料入口和煅燒爐的Ca⑶3物料入口相連;下部的CaO物料入口與煅燒爐的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐的物料出口相連；
[0009]在煅燒爐的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐的物料入口之間、煅燒爐的CaO物料出口和碳酸化爐的CaO物料入口之間以及CaO存儲(chǔ)罐的物料出口與碳酸化爐的CaO物料入口之間，分別設(shè)置第一單向控制閥、第二單向控制閥和第三單向控制閥；
[0010]碳酸化爐的CaCO3物料出口與CaCO3存儲(chǔ)罐的物料入口之間、碳酸化爐的CaCO3物料出口與煅燒爐的Ca⑶3物料入口之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐的物料出口與煅燒爐的Ca⑶3物料入口之間，分別設(shè)置第四單向控制閥、第五單向控制閥、第六單向控制閥；
[0011]煅燒爐中失活CaO排出口與水合反應(yīng)器的物料進(jìn)口相連，水合反應(yīng)器的Ca(OH)2物料出口與煅燒爐的物料入口相連。
[0012]燃燒式加熱器設(shè)有CH4和空氣入口，上部高溫?zé)煔獬隹谂c煅燒爐的底部高溫?zé)煔馊肟谙噙B。
[0013]本發(fā)明還提供了一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，該方法包括以下主要步驟:
[0014]步驟一、發(fā)電鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠旨訜峤o水，進(jìn)入通常的汽水系統(tǒng)直接發(fā)電，一部分進(jìn)入煅燒爐，提供鈣基吸收劑循環(huán)煅燒所需的部分能量;鈣基吸收劑的主要成分是CaCO3
[0015]步驟二、鈣基吸收劑進(jìn)入煅燒爐，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接換熱，在900 0C?950 °C下進(jìn)行煅燒分解，生成CaO ；
[0016]步驟三、煅燒后的鈣基吸收劑進(jìn)入碳酸化爐，與來(lái)自尾部煙道和煅燒爐的未經(jīng)脫碳處理的煙氣相混合，在650°C?700°C下，進(jìn)行CO2捕集反應(yīng)，反應(yīng)釋放的大量熱能用于加熱水蒸氣進(jìn)入汽水系統(tǒng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量回收;鈣基吸收劑主要為CaO;
[0017]步驟四、用電低谷階段，在保證發(fā)電鍋爐出力穩(wěn)定不變條件下，根據(jù)實(shí)際用電量，將過(guò)量的高溫?zé)煔庥糜陟褵^(guò)量的CaCO3,生成的CaO除去進(jìn)入碳酸化爐反應(yīng)外的多余部分送入CaO存儲(chǔ)罐儲(chǔ)存?zhèn)溆茫陟褵隣t和碳酸化爐之間、煅燒爐和CaO存儲(chǔ)罐之間以及CaO存儲(chǔ)罐與碳酸化爐之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第二閥門(mén)、第一閥門(mén)和第三閥門(mén)，控制CaO的流動(dòng)方向；
[0018]用電高峰階段，將CaO存儲(chǔ)罐中的CaO送入碳酸化爐中捕集⑶2，生成的Ca⑶3送入CaCO3存儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，同樣在碳酸化爐與煅燒爐之間、碳酸化爐與CaCO3存儲(chǔ)罐之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐與煅燒爐之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第五閥門(mén)、第四閥門(mén)和第六閥門(mén)，控制CaCO3的流動(dòng)方向，降低或停止煅燒爐的運(yùn)行，更多的高溫?zé)煔庥糜诩訜崴魵庵苯影l(fā)電，從而產(chǎn)生更多的電能以滿(mǎn)足用電需求；
[0019]步驟五、多次反應(yīng)后失活的鈣基吸收劑經(jīng)水和反應(yīng)器再生后重新進(jìn)入煅燒爐循環(huán)利用，并定時(shí)補(bǔ)充新鮮CaCO3。
[0020]優(yōu)選的，步驟一所述的進(jìn)入煅燒爐的高溫?zé)煔?，煙溫?100°C?1200°C，抽取位置在爐膛出口附近。
[0021]優(yōu)選的，步驟二所述的鈣基吸收劑為CaCO3或以CaCO3為主要成分的天然礦物或廢棄物;通過(guò)在碳酸化爐中布置受熱面，吸收碳酸化反應(yīng)放出的大量熱能，加熱水蒸氣進(jìn)行發(fā)電。
[0022]優(yōu)選的，煅燒爐采用套管爐裝置，高溫?zé)煔鈴南虏窟M(jìn)入爐內(nèi)，沖刷套管壁，鈣基吸收劑從上部進(jìn)入管內(nèi)，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接地逆流換熱，從而實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)速率，得到高濃度CO2氣體，從煅燒爐頂部出來(lái)的高溫CO2氣體通過(guò)換熱器回收熱量之后，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮儲(chǔ)存。
[0023]優(yōu)選的，步驟三所述的碳酸化爐是流化床鍋爐，用煙氣作流化風(fēng)，或是其他形式的鍋爐。
[0024]優(yōu)選的，單向控制閥是電動(dòng)閥，或者是氣動(dòng)的密封返料閥。
[0025]優(yōu)選的，CaO存儲(chǔ)罐和CaCO3存儲(chǔ)罐內(nèi)的物料通過(guò)氣力輸送或通過(guò)機(jī)械輸送送入碳酸化爐和煅燒爐。
[0026]優(yōu)選的，步驟四、五所述的設(shè)置單向閥控制鈣基吸收劑的流向，各閥門(mén)之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
[0027]優(yōu)選的，步驟四、五所述的各閥門(mén)具體開(kāi)關(guān)狀態(tài)為，在非峰谷用電期間，只有閥門(mén)第二閥門(mén)和第五閥門(mén)同時(shí)正常開(kāi)啟工作；在用電低谷階段，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)第一閥門(mén)和第六閥門(mén)，達(dá)到煅燒過(guò)量CaCO3,儲(chǔ)存能量的目的；進(jìn)入用電高峰階段，關(guān)閉第一閥門(mén)和第六閥門(mén)，同時(shí)開(kāi)啟第三閥門(mén)和第四閥門(mén)，關(guān)閉或關(guān)小閥門(mén)第二閥門(mén)和第五閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)利用存儲(chǔ)罐中的CaO進(jìn)入碳酸化爐反應(yīng)，釋放能量。
[0028]優(yōu)選的，步驟六所述的失活鈣基吸收劑水合再生過(guò)程利用的水合介質(zhì)是來(lái)自汽輪機(jī)低壓缸的末級(jí)抽氣。
[0029]有益效果:
[0030]1.充分利用碳捕集系統(tǒng)天然存在能量?jī)?chǔ)存和釋放的特點(diǎn)，發(fā)揮碳捕集電廠自我調(diào)峰的功能，緩解傳統(tǒng)火電機(jī)組調(diào)峰難的問(wèn)題；
[0031]2.電站鍋爐可長(zhǎng)期在額定負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效捕集⑶2，保證最好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；
[0032]3.打破了因?yàn)橘Y源分布不均導(dǎo)致的水電、風(fēng)電機(jī)組調(diào)峰的局限性，為火電機(jī)組參與調(diào)峰提供了可能。降低燃油、燃?xì)怆娬镜恼{(diào)峰份額，提高經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明裝置示意圖。
[0034]主要包含的裝置有:發(fā)電鍋爐1、煅燒爐2、碳酸化爐3、水合反應(yīng)器4、CaO存儲(chǔ)罐5、CaCO3存儲(chǔ)罐6、換熱器7、壓縮機(jī)8、燃燒式加熱器9以及第一單向控制閥21、第二單向控制閥22、第三單向控制閥23、第四單向控制閥四31、第五單向控制閥32、第六單向控制閥33。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步地解釋。下述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
[0036]本發(fā)明中，電站鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠旨訜峤o水，進(jìn)入常規(guī)蒸汽循環(huán)發(fā)電；一部分進(jìn)入煅燒爐煅燒鈣基吸收劑;鈣基吸收劑進(jìn)入煅燒爐，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接換熱，在900°C?950°C下進(jìn)行煅燒分解;分解后的鈣基吸收劑送入碳酸化爐與未處理的低溫?zé)煔饨佑|，在650°C?700°C下，進(jìn)行碳酸化反應(yīng);用電低谷階段，根據(jù)實(shí)際用電量，將過(guò)量的高溫?zé)煔庥糜陟褵^(guò)量的CaCO3,生成的CaO除去進(jìn)入碳酸化爐反應(yīng)外的多余部分送入存儲(chǔ)罐儲(chǔ)存?zhèn)溆?在用電高峰階段，將存儲(chǔ)罐中的CaO送入碳酸化爐中捕集CO2，生成的過(guò)量CaCO3送入存儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存?zhèn)溆茫ㄟ^(guò)單向閥門(mén)控制鈣基吸收劑的移動(dòng)方向，降負(fù)荷或停止運(yùn)行煅燒爐，更多的高溫?zé)煔庥糜诩訜崴魵庵苯影l(fā)電，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)電廠儲(chǔ)能調(diào)峰發(fā)電和0)2捕捉的效果；多次反應(yīng)后失活的鈣基吸收劑進(jìn)入水和反應(yīng)器再生后重新進(jìn)入煅燒爐循環(huán)利用，并定時(shí)補(bǔ)充新鮮的CaCO3。
[0037]本發(fā)明提供的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置，該裝置包括發(fā)電鍋爐
1、煅燒爐2、碳酸化爐3、水合反應(yīng)器4、CaO存儲(chǔ)罐5、CaCO3存儲(chǔ)罐6、換熱器7、壓縮機(jī)8、燃燒式加熱器9以及第一單向控制閥21、第二單向控制閥22、第三單向控制閥23、第四單向控制閥四31、第五單向控制閥32、第六單向控制閥33;其中，
[0038]發(fā)電鍋爐I的爐膛出口與煅燒爐2的底部高溫?zé)煔馊肟谶B接，用于將發(fā)電鍋爐I產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ腱褵隣t2中；
[0039]煅燒爐2上部的煙氣出口與碳酸化爐3的未處理煙氣入口相連，上部⑶2氣體出口與換熱器7的CO2氣體入口相連，換熱器7的氣體出口出來(lái)的CO2氣體，進(jìn)入壓縮機(jī)8經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存;煅燒爐2底部的CaO物料出口與CaO存儲(chǔ)罐5的物料入口相連，CaO存儲(chǔ)罐5的物料出口與碳酸化爐3的CaO物料入口相連；
[0040]碳酸化爐3底部的煙氣入口，接收來(lái)自鍋爐煙道出口和煅燒爐2上部煙氣出口輸出的未經(jīng)脫碳處理的煙氣;上部蒸汽出口的過(guò)熱水蒸氣進(jìn)入汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)發(fā)電；下部的碳酸鈣物料出口與CaO存儲(chǔ)罐5的物料入口和煅燒爐2的CaCO3物料入口相連;下部的CaO物料入口與煅燒爐2的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐5的物料出口相連；
[0041 ]在煅燒爐2的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐5的物料入口之間、煅燒爐2的CaO物料出口和碳酸化爐3的CaO物料入口之間以及CaO存儲(chǔ)罐5的物料出口與碳酸化爐3的CaO物料入口之間，分別設(shè)置第一單向控制閥21、第二單向控制閥22和第三單向控制閥23;
[0042]碳酸化爐3的Ca⑶3物料出口與Ca⑶3存儲(chǔ)罐6的物料入口之間、碳酸化爐3的CaW3物料出口與煅燒爐2的CaCO3物料入口之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐6的物料出口與煅燒爐2的CaCO3物料入口之間，分別設(shè)置第四單向控制閥31、第五單向控制閥32、第六單向控制閥33;
[0043]煅燒爐2中失活CaO排出口與水合反應(yīng)器4的物料進(jìn)口相連，水合反應(yīng)器4的Ca(0H) 2物料出口與煅燒爐2的物料入口相連。
[0044]該裝置還包括燃燒式加熱器9，其設(shè)有CH4和空氣入口，上部高溫?zé)煔獬隹谂c煅燒爐2的底部高溫?zé)煔馊肟谙噙B。
[0045]本發(fā)明還提供了一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，該方法包括以下主要步驟:
[0046]步驟一、發(fā)電鍋爐I燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠旨訜峤o水，進(jìn)入通常的汽水系統(tǒng)直接發(fā)電，一部分進(jìn)入煅燒爐2，提供鈣基吸收劑循環(huán)煅燒所需的部分能量;鈣基吸收劑的主要成分是CaCO3
[0047]步驟二、鈣基吸收劑進(jìn)入煅燒爐2，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接換熱，在9000C?950°C下進(jìn)行煅燒分解，生成CaO;
[0048]步驟三、煅燒后的鈣基吸收劑進(jìn)入碳酸化爐，與來(lái)自尾部煙道和煅燒爐2的未經(jīng)脫碳處理的煙氣相混合，在650°C?700°C下，進(jìn)行CO2捕集反應(yīng)，反應(yīng)釋放的大量熱能用于加熱水蒸氣進(jìn)入汽水系統(tǒng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量回收;鈣基吸收劑主要為CaO;
[0049]步驟四、用電低谷階段，在保證發(fā)電鍋爐I出力穩(wěn)定不變條件下，根據(jù)實(shí)際用電量，將過(guò)量的高溫?zé)煔庥糜陟褵^(guò)量的CaCO3,生成的CaO除去進(jìn)入碳酸化爐3反應(yīng)外的多余部分送入CaO存儲(chǔ)罐5儲(chǔ)存?zhèn)溆?，在煅燒爐2和碳酸化爐3之間、煅燒爐2和CaO存儲(chǔ)罐5之間以及CaO存儲(chǔ)罐5與碳酸化爐3之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第二閥門(mén)22、第一閥門(mén)21和第三閥門(mén)23，控制CaO的流動(dòng)方向；
[0050]用電高峰階段，將CaO存儲(chǔ)罐5中的CaO送入碳酸化爐3中捕集CO2，生成的CaCO3送入CaCO3存儲(chǔ)罐6中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，同樣在碳酸化爐3與煅燒爐2之間、碳酸化爐3與CaCO3存儲(chǔ)罐6之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐6與煅燒爐2之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第五閥門(mén)32、第四閥門(mén)31和第六閥門(mén)33，控制CaCO3的流動(dòng)方向，降低或停止煅燒爐的運(yùn)行，更多的高溫?zé)煔庥糜诩訜崴魵庵苯影l(fā)電，從而產(chǎn)生更多的電能以滿(mǎn)足用電需求；
[0051]步驟五、多次反應(yīng)后失活的鈣基吸收劑經(jīng)水和反應(yīng)器再生后重新進(jìn)入煅燒爐2循環(huán)利用，并定時(shí)補(bǔ)充新鮮CaCO3。
[0052]步驟一所述的進(jìn)入煅燒爐的高溫?zé)煔?，煙溫?100°C?1200°C，抽取位置在爐膛出口附近。
[0053]步驟二所述的鈣基吸收劑為CaCO3或以CaCO3為主要成分的天然礦物或廢棄物;通過(guò)在碳酸化爐中布置受熱面，吸收碳酸化反應(yīng)放出的大量熱能，加熱水蒸氣進(jìn)行發(fā)電。
[0054]煅燒爐采用套管爐裝置，高溫?zé)煔鈴南虏窟M(jìn)入爐內(nèi)，沖刷套管壁，鈣基吸收劑從上部進(jìn)入管內(nèi)，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接地逆流換熱，從而實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)速率，得到高濃度CO2氣體，從煅燒爐頂部出來(lái)的高溫CO2氣體通過(guò)換熱器回收熱量之后，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮儲(chǔ)存。
[0055]步驟三所述的碳酸化爐是流化床鍋爐，用煙氣作流化風(fēng)，或是其他形式的鍋爐。
[0056]單向控制閥是電動(dòng)閥，或者是氣動(dòng)的密封返料閥。
[0057]CaO存儲(chǔ)罐和Ca⑶3存儲(chǔ)罐內(nèi)的物料通過(guò)氣力輸送或通過(guò)機(jī)械輸送送入碳酸化爐和煅燒爐。
[0058]步驟四、五所述的設(shè)置單向閥控制鈣基吸收劑的流向，各閥門(mén)之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
[0059]步驟四、五所述的各閥門(mén)具體開(kāi)關(guān)狀態(tài)為，在非峰谷用電期間，只有閥門(mén)第二閥門(mén)22和第五閥門(mén)32同時(shí)正常開(kāi)啟工作;在用電低谷階段，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)第一閥門(mén)21和第六閥門(mén)33，達(dá)到煅燒過(guò)量CaCO3,儲(chǔ)存能量的目的；進(jìn)入用電高峰階段，關(guān)閉第一閥門(mén)21和第六閥門(mén)33，同時(shí)開(kāi)啟第三閥門(mén)23和第四閥門(mén)31，關(guān)閉或關(guān)小閥門(mén)第二閥門(mén)22和第五閥門(mén)32，實(shí)現(xiàn)利用存儲(chǔ)罐中的CaO進(jìn)入碳酸化爐反應(yīng)，釋放能量。
[0060]步驟六所述的失活鈣基吸收劑水合再生過(guò)程利用的水合介質(zhì)是來(lái)自汽輪機(jī)低壓缸的末級(jí)抽氣，以提尚水合反應(yīng)速率。
[0061]以某300MW燃煤電廠為例，發(fā)電鍋爐I燃燒燃料產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，一部分加熱給水，直接發(fā)電，一部分被抽送入煅燒爐2，提供鈣基吸收劑煅燒分解所需要的部分熱能，高溫?zé)煔獾某槿↑c(diǎn)在爐膛出口附近，煙溫在1100°C?1120°C之間，煅燒爐2采用套管爐的結(jié)構(gòu)，高溫?zé)煔鈴南虏窟M(jìn)入爐內(nèi)沖刷管壁，鈣基吸收劑從上部進(jìn)入，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接的逆流換熱，從煅燒爐上部出口得到高濃度⑶2，便于后續(xù)的壓縮儲(chǔ)存。煅燒爐工作溫度為900 0C?950°C，維持高溫的能量由來(lái)自碳酸化爐3的鈣基吸收劑所攜帶的顯熱以及高溫?zé)煔獾臒崮芴峁?br>[0062]當(dāng)然，高溫?zé)煔鈴?2000C降到900 V的熱量不足以提供煅燒全部Ca⑶3所需的熱量，為實(shí)現(xiàn)CO2的全部捕捉，我們提供一種備選方案，增加甲烷燃燒式加熱器9，產(chǎn)生高溫?zé)煔庋a(bǔ)充實(shí)現(xiàn)全部捕捉CO2的所需要的能量。煅燒爐上管口出來(lái)的高溫高濃度CO2氣體，通過(guò)換熱器7加熱水蒸氣，實(shí)現(xiàn)能量的回收，最后經(jīng)壓縮機(jī)8壓縮后儲(chǔ)存。發(fā)生的主要反應(yīng)為:
[0063]CaC03^Ca0+C02
[0064]煅燒后的鈣基吸收劑(主要為CaO)進(jìn)入碳酸化爐3，在650°C?700°C條件下，與來(lái)自尾部煙道和煅燒爐的待處理煙氣接觸，發(fā)生捕集CO2的反應(yīng):
[0065]Ca0+C02^CaC03
[0066]如果煙氣中含有SO2氣體，還將發(fā)生固硫反應(yīng):
[0067]CaC03+S02+l/202—CaS04+C02、Ca0+S02+l/202—CaS04
[0068]實(shí)現(xiàn)煙氣中SO2的脫除；由于CaO吸收CO2的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要在碳酸化爐中布置受熱面，吸收反應(yīng)放出的熱量，以維持反應(yīng)溫度較為恒定。
[0069]每日用電低谷階段，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)21、22、32和33，保證鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的條件下，根據(jù)實(shí)際用電量，利用過(guò)量的高溫?zé)煔忪褵^(guò)量的CaCO3,生成的CaO送入存儲(chǔ)罐5存儲(chǔ)備用；在用電高峰階段，關(guān)閉閥門(mén)21和33，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)23和31，關(guān)閉或關(guān)小閥門(mén)22和32，優(yōu)先使用存儲(chǔ)罐5中的CaO進(jìn)入碳酸化爐中捕集煙氣中的CO2，生成的過(guò)量CaCO3送入存儲(chǔ)罐6中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，暫時(shí)降低或停止煅燒爐的運(yùn)行，從而將原來(lái)進(jìn)入煅燒爐的高溫?zé)煔庥糜谥苯蛹訜峤o水發(fā)電，產(chǎn)生更多的電能以滿(mǎn)足用電需求。通過(guò)以上所述步驟，可以在保證發(fā)電鍋爐運(yùn)行負(fù)荷穩(wěn)定的條件下，實(shí)現(xiàn)電廠的調(diào)峰發(fā)電，該系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)是通過(guò)低谷階段增加用于煅燒的高溫?zé)煔饬?，高峰階段增加直接用于加熱水蒸氣發(fā)電的高溫?zé)煔饬?，?shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的。
[0070]經(jīng)過(guò)多次循環(huán)反應(yīng)的鈣基吸收劑會(huì)出現(xiàn)失活現(xiàn)象，定時(shí)將失活的CaO排出，進(jìn)入水合反應(yīng)器4再生，水合再生過(guò)程利用的是來(lái)自汽輪機(jī)低壓缸的末級(jí)抽氣，以提高水合反應(yīng)速率，之后送入煅燒爐中循環(huán)利用，同時(shí)需要補(bǔ)充新鮮的CaCO3,定期將煤灰經(jīng)排渣管排出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置，其特征在于，該裝置包括發(fā)電鍋爐(I)、煅燒爐(2)、碳酸化爐(3)、水合反應(yīng)器(4)、0&0存儲(chǔ)罐(5)、0&0)3存儲(chǔ)罐(6)、換熱器(7)、壓縮機(jī)(8)、燃燒式加熱器(9)以及第一單向控制閥(21)、第二單向控制閥(22)、第三單向控制閥(23 )、第四單向控制閥四(31 )、第五單向控制閥(32)、第六單向控制閥(33);其中， 發(fā)電鍋爐(I)的爐膛出口與煅燒爐(2)的底部高溫?zé)煔馊肟谶B接，用于將發(fā)電鍋爐(I)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ腱褵隣t(2)中； 煅燒爐(2)上部的煙氣出口與碳酸化爐(3)的未處理煙氣入口相連，上部CO2氣體出口與換熱器(7)的CO2氣體入口相連，換熱器(7)的氣體出口出來(lái)的CO2氣體，進(jìn)入壓縮機(jī)(8)經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存;煅燒爐(2)底部的CaO物料出口與CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料入口相連，CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料出口與碳酸化爐(3)的CaO物料入口相連； 碳酸化爐(3)底部的煙氣入口，接收來(lái)自鍋爐煙道出口和煅燒爐(2)上部煙氣出口輸出的未經(jīng)脫碳處理的煙氣;上部蒸汽出口的過(guò)熱水蒸氣進(jìn)入汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)發(fā)電；下部的碳酸鈣物料出口與CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料入口和煅燒爐(2)的Ca⑶3物料入口相連;下部的CaO物料入口與煅燒爐(2)的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料出口相連； 在煅燒爐(2)的CaO物料出口和CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料入口之間、煅燒爐(2)的CaO物料出口和碳酸化爐(3)的CaO物料入口之間以及CaO存儲(chǔ)罐(5)的物料出口與碳酸化爐(3)的CaO物料入口之間，分別設(shè)置第一單向控制閥(21)、第二單向控制閥(22)和第三單向控制閥(23); 碳酸化爐(3)的CaCO3物料出口與CaCO3存儲(chǔ)罐(6)的物料入口之間、碳酸化爐(3)的CaCO3物料出口與煅燒爐(2)的Ca⑶3物料入口之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐(6)的物料出口與煅燒爐(2)的CaCO3物料入口之間，分別設(shè)置第四單向控制閥(31 )、第五單向控制閥(32 )、第六單向控制閥(33); 煅燒爐(2)中失活CaO排出口與水合反應(yīng)器(4)的物料進(jìn)口相連，水合反應(yīng)器(4)的Ca(0H) 2物料出口與煅燒爐(2)的物料入口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的裝置，其特征在于，該裝置還包括燃燒室加熱器(9)，燃燒式加熱器(9)設(shè)有CH4和空氣入口，上部高溫?zé)煔獬隹谂c煅燒爐(2)的底部高溫?zé)煔馊肟谙噙B。3.—種協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，該方法包括以下主要步驟: 步驟一、發(fā)電鍋爐(I)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠旨訜峤o水，進(jìn)入通常的汽水系統(tǒng)直接發(fā)電，一部分進(jìn)入煅燒爐(2)，提供鈣基吸收劑循環(huán)煅燒所需的部分能量;鈣基吸收劑的主要成分是CaCO3; 步驟二、鈣基吸收劑進(jìn)入煅燒爐(2)，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接換熱，在900°C?950°C下進(jìn)行煅燒分解，生成CaO ； 步驟三、煅燒后的鈣基吸收劑進(jìn)入碳酸化爐，與來(lái)自尾部煙道和煅燒爐(2)的未經(jīng)脫碳處理的煙氣相混合，在650 0C?700°C下，進(jìn)行CO2捕集反應(yīng)，反應(yīng)釋放的大量熱能用于加熱水蒸氣進(jìn)入汽水系統(tǒng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量回收;鈣基吸收劑主要為CaO; 步驟四、用電低谷階段，在保證發(fā)電鍋爐(I)出力穩(wěn)定不變條件下，根據(jù)實(shí)際用電量，將過(guò)量的高溫?zé)煔庥糜陟褵^(guò)量的CaCO3,生成的CaO除去進(jìn)入碳酸化爐(3)反應(yīng)外的多余部分送入CaO存儲(chǔ)罐(5)儲(chǔ)存?zhèn)溆?，在煅燒爐(2)和碳酸化爐(3)之間、煅燒爐(2)和CaO存儲(chǔ)罐(5)之間以及CaO存儲(chǔ)罐(5)與碳酸化爐⑶之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第二閥門(mén)(22)、第一閥門(mén)(21)和第三閥門(mén)(23)，控制CaO的流動(dòng)方向； 用電高峰階段，將CaO存儲(chǔ)罐(5)中的CaO送入碳酸化爐(3)中捕集CO2，生成的CaCO3送入CaCO3存儲(chǔ)罐(6)中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，同樣在碳酸化爐(3)與煅燒爐(2)之間、碳酸化爐(3)與CaCO3存儲(chǔ)罐(6)之間以及CaCO3存儲(chǔ)罐(6)與煅燒爐(2)之間，分別設(shè)置單向控制閥，即第五閥門(mén)(32)、第四閥門(mén)(31)和第六閥門(mén)(33)，控制CaCO3的流動(dòng)方向，降低或停止煅燒爐的運(yùn)行，更多的高溫?zé)煔庥糜诩訜崴魵庵苯影l(fā)電，從而產(chǎn)生更多的電能以滿(mǎn)足用電需求； 步驟五、多次反應(yīng)后失活的鈣基吸收劑經(jīng)水和反應(yīng)器再生后重新進(jìn)入煅燒爐(2)循環(huán)利用，并定時(shí)補(bǔ)充新鮮CaCO3。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，來(lái)自鍋爐出口的單位質(zhì)量燃料產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴?200°C降到900°C的熱量不足以提供煅燒相應(yīng)質(zhì)量CaCO3所需的熱量，為實(shí)現(xiàn)CO2的全部捕捉，將CH4和空氣混合后，經(jīng)燃料入口通入甲烷燃燒式加熱器(9)進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ腱褵隣t(2)底部的高溫?zé)煔馊肟凇?.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟一所述的進(jìn)入煅燒爐的高溫?zé)煔猓瑹煖貫?100°C?1200°C，抽取位置在爐膛出口附近。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟二所述的鈣基吸收劑為CaCO3或以CaCO3為主要成分的天然礦物或廢棄物;通過(guò)在碳酸化爐中布置受熱面，吸收碳酸化反應(yīng)放出的大量熱能，加熱水蒸氣進(jìn)行發(fā)電。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，煅燒爐采用套管爐裝置，高溫?zé)煔鈴南虏窟M(jìn)入爐內(nèi)，沖刷套管壁，鈣基吸收劑從上部進(jìn)入管內(nèi)，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行間接地逆流換熱，從而實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)速率，得到高濃度CO2氣體，從煅燒爐頂部出來(lái)的高溫CO2氣體通過(guò)換熱器回收熱量之后，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮儲(chǔ)存。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟三所述的碳酸化爐是流化床鍋爐，用煙氣作流化風(fēng)，或是其他形式的鍋爐。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，單向控制閥是電動(dòng)閥，或者是氣動(dòng)的密封返料閥。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，CaO存儲(chǔ)罐和CaCO3存儲(chǔ)罐內(nèi)的物料通過(guò)氣力輸送或通過(guò)機(jī)械輸送送入碳酸化爐和煅燒爐。11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟四、五所述的設(shè)置單向閥控制鈣基吸收劑的流向，各閥門(mén)之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟四、五所述的各閥門(mén)具體開(kāi)關(guān)狀態(tài)為，在非峰谷用電期間，只有閥門(mén)第二閥門(mén)(22)和第五閥門(mén)(32)同時(shí)正常開(kāi)啟工作;在用電低谷階段，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)第一閥門(mén)(21)和第六閥門(mén)(33)，達(dá)到煅燒過(guò)量CaCO3,儲(chǔ)存能量的目的；進(jìn)入用電高峰階段，關(guān)閉第一閥門(mén)(21)和第六閥門(mén)(33)，同時(shí)開(kāi)啟第三閥門(mén)(23)和第四閥門(mén)(31)，關(guān)閉或關(guān)小閥門(mén)第二閥門(mén)(22)和第五閥門(mén)(32)，實(shí)現(xiàn)利用存儲(chǔ)罐中的CaO進(jìn)入碳酸化爐反應(yīng)，釋放能量。13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的協(xié)同實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步驟六所述的失活鈣基吸收劑水合再生過(guò)程利用的水合介質(zhì)是來(lái)自汽輪機(jī)低壓缸的末級(jí) 抽氣。
【文檔編號(hào)】B01D53/81GK105854543SQ201610323102
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】段倫博, 蘇成林, 陳健, 段元強(qiáng), 余志健
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)