本發(fā)明是一種低能耗實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組零碳排放的方法，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)：

熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種重要的節(jié)能技術(shù)，符合能源梯級(jí)利用準(zhǔn)則。首先利用天然氣高品位熱能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，隨后又利用發(fā)電所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行供熱和制冷。其中，利用廢熱制冷，可以有效減少夏季空調(diào)的需求，緩解了夏季用電緊張的局面。但是在熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，天然氣等燃?xì)獾娜紵龝?huì)排放大量CO₂，加劇了溫室效應(yīng)。

鈣循環(huán)工藝捕捉CO₂是一種目前具有廣泛應(yīng)用前景的CO₂減排技術(shù)，因工藝所需原料(鈣基吸收劑)價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)深受全世界關(guān)注。鈣循環(huán)工藝主要利用了鈣基吸收劑的可逆反應(yīng)，即碳酸化反應(yīng)和煅燒反應(yīng)。然而在煅燒反應(yīng)中，通常采取燃料的富氧燃燒提供熱量。為實(shí)現(xiàn)富氧燃燒，必須增加空氣分離器，這極大地增加了資金投入和運(yùn)行成本。

化學(xué)鏈燃燒是一種清潔無(wú)污染的新型燃料利用方式，主要通過(guò)載氧體實(shí)現(xiàn)燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器之間氧的轉(zhuǎn)移，不僅符合能源梯級(jí)利用的原則，而且還可以得到高濃度的可供后續(xù)壓縮儲(chǔ)存的CO₂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種低能耗實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)零碳排放的方法，以燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，首先耦合了鈣循環(huán)工藝，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的零碳排放，然后耦合了化學(xué)鏈燃燒，為鈣循環(huán)工藝中煅燒鈣基吸收劑提供熱量，最終還可以獲得高濃度的可供壓縮儲(chǔ)存的CO₂和N₂。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低能耗實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)零碳排放的方法，壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、碳酸化爐、膨脹機(jī)、余熱鍋爐、熱交換器A、熱交換器B、吸收式制冷機(jī)組、煅燒爐/燃料反應(yīng)器、熱交換器C、壓縮機(jī)A、熱交換器D、壓縮機(jī)B、熱交換器E、壓縮機(jī)C、空氣反應(yīng)器、熱交換器F、單向控制閥A、單向控制閥B、單向控制閥C、單向控制閥D、單向控制閥E、單向控制閥F；其中，燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的出口與碳酸化爐的底部連接，用于將燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的富含大量CO₂的燃?xì)馔ㄈ胩妓峄癄t中，進(jìn)而脫除燃?xì)庵蠧O₂；天然氣在煅燒爐/燃料反應(yīng)器中無(wú)焰燃燒煅燒鈣基吸收劑，實(shí)現(xiàn)鈣基吸收劑的再生。具體步驟如下：

步驟一.空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮至指定壓力后，送入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中，隨后與噴入的天然氣混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；

步驟二.當(dāng)燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)內(nèi)因膨脹做功溫度降低至650～700℃時(shí)，將這部分仍然帶有一定壓力的燃?xì)馑腿胙b有煅燒后的鈣基吸收劑的碳酸化爐中，此時(shí)在碳酸化爐中，煅燒后的鈣基吸收劑中的主要成分CaO與燃?xì)庵械腃O₂反應(yīng)，生成CaCO₃，從而脫除了燃?xì)庵械腃O₂；

步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥C送入煅燒爐/燃料反應(yīng)器中煅燒再生，煅燒后的鈣基吸收劑經(jīng)單向控制閥D重新回到碳酸化爐中，繼續(xù)吸收燃?xì)庵械腃O₂，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)；多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從煅燒爐/燃料反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)添加適量新鮮的鈣基吸收劑；

步驟四.經(jīng)空氣反應(yīng)器氧化生成的載氧體與天然氣在煅燒爐/燃料反應(yīng)器內(nèi)無(wú)焰燃燒，提供煅燒鈣基吸收劑所需的熱量；在煅燒爐/燃料反應(yīng)器內(nèi)被還原的載氧體經(jīng)單向控制閥F重新回到空氣反應(yīng)器中，與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再生；再生后的載氧體經(jīng)單向控制閥E進(jìn)入煅燒爐/燃料反應(yīng)器中與天然氣反應(yīng)，繼續(xù)為煅燒鈣基吸收劑提供熱量；多次循環(huán)后失活的載氧體從空氣反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)添加適量新鮮的載氧體；

步驟五.煅燒鈣基吸收劑時(shí)釋放的CO₂和天然氣無(wú)焰燃燒生成的CO₂經(jīng)過(guò)熱交換器C放出熱量后，依次進(jìn)入壓縮機(jī)A、壓縮機(jī)B和壓縮機(jī)C進(jìn)行多級(jí)壓縮后儲(chǔ)存；其中，熱交換器D、熱交換器E分別對(duì)前級(jí)壓縮后的CO₂氣流冷凝除水和降低溫度；

步驟六.在碳酸化爐中脫除CO₂后的燃?xì)饫^續(xù)送入膨脹機(jī)內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)步驟五中所提及的壓縮機(jī)A、壓縮機(jī)B和壓縮機(jī)C壓縮CO₂氣流；在膨脹機(jī)內(nèi)做完功后的燃?xì)馑腿胗酂徨仩t中加熱水蒸氣，回收余熱后的燃?xì)馑腿霟峤粨Q器A中，經(jīng)冷凝除水后，熱交換器A出口可以得到高濃度的N₂；

步驟七.余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣一部分通過(guò)單向控制閥A進(jìn)入熱交換器B，經(jīng)熱交換器B調(diào)節(jié)溫度后作為熱源進(jìn)行供暖，剩余的水蒸氣通過(guò)單向控制閥B送入吸收式制冷機(jī)組，為工質(zhì)再生提供熱量。

其中：

步驟一所述的燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)可以用其他具有相同功效的設(shè)備代替，并不僅局限于燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)這兩種形式。

步驟二中鈣基吸收劑為CaCO₃或以CaO/Ca(OH)₂/CaCO₃為主要成分的天然礦物或廢棄物。碳酸化爐中，反應(yīng)溫度為650～700℃，反應(yīng)壓力由進(jìn)入碳酸化爐內(nèi)的燃?xì)獾膲毫Q定，燃?xì)鈮毫?huì)隨燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)型號(hào)不同而有所區(qū)別，但通常高于常壓。

步驟三中煅燒鈣基吸收劑所需要的溫度為900～950℃，反應(yīng)壓力為常壓。鈣基吸收劑在碳酸化爐和煅燒爐中的循環(huán)分別可以通過(guò)兩級(jí)鎖氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

步驟四中載氧體是可以實(shí)現(xiàn)空氣反應(yīng)器和燃料反應(yīng)器間氧轉(zhuǎn)移的金屬氧化物，主要包括鎳基載氧體、銅基載氧體、錳基載氧體或鐵基載氧體。對(duì)于天然氣無(wú)焰燃燒煅燒鈣基吸收劑，采取間接傳熱，或采取直接傳熱；對(duì)于間接傳熱，采用套管爐，內(nèi)部為煅燒爐，外部為燃料反應(yīng)器，反之也可；對(duì)于直接傳熱，此時(shí)載氧體與鈣基吸收劑之間的密度差必須足夠大，反應(yīng)結(jié)束后兩者可以利用密度差通過(guò)旋風(fēng)分離器有效分離。

步驟五中熱交換器C出口的CO₂根據(jù)所需CO₂的壓力確定壓縮機(jī)組級(jí)數(shù)。

步驟七中通過(guò)控制單向控制閥A和單向控制閥B的開度，從而控制制冷負(fù)荷和供暖負(fù)荷。

有益效果：本發(fā)明將鈣循環(huán)工藝、化學(xué)鏈燃燒和燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了深層次耦合，首先利用鈣循環(huán)工藝實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的零碳排放，其次又利用化學(xué)鏈燃燒實(shí)現(xiàn)鈣循環(huán)工藝中鈣基吸收劑的低能耗再生，最終又可以獲得高濃度的可供壓縮存儲(chǔ)的副產(chǎn)品CO₂和N₂，充分發(fā)揮了鈣循環(huán)工藝高效捕集CO₂、燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級(jí)利用以及化學(xué)鏈燃燒低能耗、CO₂內(nèi)分離的優(yōu)勢(shì)，

1.不僅可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電、供熱、制冷三種收益，而且還可以獲得高濃度的CO₂、N₂；

2.充分符合能源梯級(jí)利用原則，低能耗；

3.整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了CO₂的零排放，有利于緩解溫室效應(yīng)；

4.多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑可以作為水泥生產(chǎn)廠的原料，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例示意圖。

圖2為一種低能耗實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)零碳排放方法的示意圖。

圖中有：壓氣機(jī)1、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)2、發(fā)電機(jī)3、碳酸化爐4、膨脹機(jī)5、余熱鍋爐6、熱交換器A 7、單向控制閥A 8、熱交換器B 9、單向控制閥B 10、吸收式制冷機(jī)組11、單向控制閥C 12、煅燒爐/燃料反應(yīng)器13、單向控制閥D 14、熱交換器C 15、壓縮機(jī)A 16、熱交換器D 17、壓縮機(jī)B 18、熱交換器E 19、壓縮機(jī)C 20、單向控制閥E 21、單向控制閥F 22、空氣反應(yīng)器23、熱交換器器F 24。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

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。

本發(fā)明的一種低能耗實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電冷三聯(lián)產(chǎn)零碳排放的方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟一.空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮至指定壓力后，送入燃?xì)廨啓C(jī)中，隨后與噴入的天然氣混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本實(shí)施例中燃燒裝置選用燃?xì)廨啓C(jī)，產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟群蛪毫Ψ謩e為852℃和0.98MPa。為保證碳酸化爐中鈣基吸收劑處于脫除CO₂的最佳溫度，本發(fā)明中燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度選定為650℃。經(jīng)計(jì)算，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)排氣壓力對(duì)應(yīng)為0.44MPa。

步驟二.將燃?xì)廨啓C(jī)排出的650℃、0.44MPa的燃?xì)馔ㄈ胩妓峄癄t中，爐中裝有煅燒后的鈣基吸收劑。燃?xì)庵械腃O₂和煅燒后的鈣基吸收劑發(fā)生碳酸化反應(yīng)，反應(yīng)方程為CaO+CO₂→CaCO₃，從而脫除了燃?xì)庵械腃O₂。與此同時(shí)，燃?xì)庾陨韼в械膲毫τ欣谔妓峄磻?yīng)的加速進(jìn)行。

步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑送入煅燒爐/燃料反應(yīng)器中煅燒，反應(yīng)方程為CaCO₃→CaO+CO₂。煅燒過(guò)后的鈣基吸收劑又重新送回碳酸化爐中繼續(xù)吸收燃?xì)庵械腃O₂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鈣基吸收劑的循環(huán)利用。煅燒爐中反應(yīng)溫度通常為900～950℃，本實(shí)施例中設(shè)置為950℃。多次循環(huán)后失活的鈣基吸收劑從煅燒爐的排渣口排出，同時(shí)添加適量新鮮的鈣基吸收劑，從而保證碳酸化爐中較高的CO₂脫除效率。

步驟四.載氧體與天然氣在煅燒爐/燃料反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行無(wú)焰燃燒，為鈣基吸收劑提供煅燒所需的熱量。本實(shí)施例中選取CuO作為載氧體，反應(yīng)方程為CH₄+8CuO→4Cu₂O+CO₂+2H₂O。被還原的載氧體送入空氣反應(yīng)器中，與空氣反應(yīng)得以再生，反應(yīng)方程為2Cu₂O+O₂→4CuO；再生后的載氧體又重新送入煅燒爐/燃料反應(yīng)器中與天然氣反應(yīng)，煅燒鈣基吸收劑。多次循環(huán)后失活的載氧體從空氣反應(yīng)器的排渣口排出，同時(shí)添加適量新鮮的載氧體以保證足夠的熱量煅燒鈣基吸收劑。

步驟五.煅燒鈣基吸收劑時(shí)釋放的CO₂和天然氣無(wú)焰燃燒生成的CO₂經(jīng)過(guò)熱交換器放出熱量后，送入多級(jí)壓縮機(jī)組壓縮后儲(chǔ)存。本實(shí)施例中選用三級(jí)壓縮機(jī)組壓縮CO₂，并且分別對(duì)前級(jí)壓縮過(guò)的CO₂氣流用熱交換器冷凝脫水和降低溫度。

步驟六.在碳酸化爐中脫除CO₂后的燃?xì)饫^續(xù)送入膨脹機(jī)內(nèi)膨脹做功，帶動(dòng)步驟五中所提及的三級(jí)壓縮機(jī)組壓縮CO₂氣流。在膨脹機(jī)內(nèi)做完功后的燃?xì)馑腿胗酂徨仩t中加熱水蒸氣，回收余熱后的燃?xì)馑腿霟峤粨Q器中，經(jīng)冷凝除水后，熱交換器出口可以得到高濃度的N₂。

步驟七.余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣一部分通過(guò)單向控制閥經(jīng)熱交換器調(diào)節(jié)溫度后作為熱源進(jìn)行供暖。剩余的水蒸氣通過(guò)單向控制閥送入吸收式制冷機(jī)組，為工質(zhì)再生提供熱量。