[發明專利]一種低能耗實現燃氣機組熱電冷三聯產零碳排放的方法

有效

• 申請號: 201610825258.4
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106194283B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 段倫博;陳健;石田;周琳緋;趙長遂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F01D15/10;F01K17/06;F01K19/04;F24D1/04;F25B15/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明是一種低能耗實現燃氣機組零碳排放的方法，屬于能源技術與環境保護技術交叉領域。

背景技術

熱電冷三聯產系統是一種重要的節能技術，符合能源梯級利用準則。首先利用天然氣高品位熱能驅動發電機發電，隨后又利用發電所產生的廢熱進行供熱和制冷。其中，利用廢熱制冷，可以有效減少夏季空調的需求，緩解了夏季用電緊張的局面。但是在熱電冷三聯產系統中，天然氣等燃氣的燃燒會排放大量CO₂，加劇了溫室效應。

鈣循環工藝捕捉CO₂是一種目前具有廣泛應用前景的CO₂減排技術，因工藝所需原料(鈣基吸收劑)價格低廉、儲量豐富等優點深受全世界關注。鈣循環工藝主要利用了鈣基吸收劑的可逆反應，即碳酸化反應和煅燒反應。然而在煅燒反應中，通常采取燃料的富氧燃燒提供熱量。為實現富氧燃燒，必須增加空氣分離器，這極大地增加了資金投入和運行成本。

化學鏈燃燒是一種清潔無污染的新型燃料利用方式，主要通過載氧體實現燃料反應器和空氣反應器之間氧的轉移，不僅符合能源梯級利用的原則，而且還可以得到高濃度的可供后續壓縮儲存的CO₂。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種低能耗實現燃氣機組熱電冷三聯產零碳排放的方法，以燃氣機組熱電冷三聯產系統作為基礎，首先耦合了鈣循環工藝，實現了燃氣機組熱電冷三聯產系統的零碳排放，然后耦合了化學鏈燃燒，為鈣循環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存的CO₂和N₂。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種低能耗實現燃氣機組熱電冷三聯產零碳排放的方法，壓氣機、燃氣輪機或內燃機、發電機、碳酸化爐、膨脹機、余熱鍋爐、熱交換器A、熱交換器B、吸收式制冷機組、煅燒爐/燃料反應器、熱交換器C、壓縮機A、熱交換器D、壓縮機B、熱交換器E、壓縮機C、空氣反應器、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，燃氣輪機或內燃機的出口與碳酸化爐的底部連接，用于將燃氣輪機或內燃機產生的富含大量CO₂的燃氣通入碳酸化爐中，進而脫除燃氣中CO₂；天然氣在煅燒爐/燃料反應器中無焰燃燒煅燒鈣基吸收劑，實現鈣基吸收劑的再生。具體步驟如下：

步驟一.空氣經壓氣機壓縮至指定壓力后，送入燃氣輪機或內燃機中，隨后與噴入的天然氣混合燃燒，產生高溫高壓的燃氣推動葉輪旋轉，帶動發電機發電；

步驟二.當燃氣在燃氣輪機或內燃機內因膨脹做功溫度降低至650～700℃時，將這部分仍然帶有一定壓力的燃氣送入裝有煅燒后的鈣基吸收劑的碳酸化爐中，此時在碳酸化爐中，煅燒后的鈣基吸收劑中的主要成分CaO與燃氣中的CO₂反應，生成CaCO₃，從而脫除了燃氣中的CO₂；

步驟三.碳酸化后的鈣基吸收劑經單向控制閥C送入煅燒爐/燃料反應器中煅燒再生，煅燒后的鈣基吸收劑經單向控制閥D重新回到碳酸化爐中，繼續吸收燃氣中的CO₂，實現一個完整的循環；多次循環后失活的鈣基吸收劑從煅燒爐/燃料反應器的排渣口排出，同時添加適量新鮮的鈣基吸收劑；

步驟四.經空氣反應器氧化生成的載氧體與天然氣在煅燒爐/燃料反應器內無焰燃燒，提供煅燒鈣基吸收劑所需的熱量；在煅燒爐/燃料反應器內被還原的載氧體經單向控制閥F重新回到空氣反應器中，與空氣發生氧化反應實現再生；再生后的載氧體經單向控制閥E進入煅燒爐/燃料反應器中與天然氣反應，繼續為煅燒鈣基吸收劑提供熱量；多次循環后失活的載氧體從空氣反應器的排渣口排出，同時添加適量新鮮的載氧體；

步驟五.煅燒鈣基吸收劑時釋放的CO₂和天然氣無焰燃燒生成的CO₂經過熱交換器C放出熱量后，依次進入壓縮機A、壓縮機B和壓縮機C進行多級壓縮后儲存；其中，熱交換器D、熱交換器E分別對前級壓縮后的CO₂氣流冷凝除水和降低溫度；

步驟六.在碳酸化爐中脫除CO₂后的燃氣繼續送入膨脹機內膨脹做功，帶動步驟五中所提及的壓縮機A、壓縮機B和壓縮機C壓縮CO₂氣流；在膨脹機內做完功后的燃氣送入余熱鍋爐中加熱水蒸氣，回收余熱后的燃氣送入熱交換器A中，經冷凝除水后，熱交換器A出口可以得到高濃度的N₂；