[發(fā)明專利]一種碳捕集加壓燃煤供熱系統(tǒng)及運(yùn)行方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011068137.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN112175675A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭慶杰;郭欣桐;潘鑫;胡修德;李彥坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧夏大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/56
• 分類號(hào): C10J3/56
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種碳捕集的加壓燃煤供熱系統(tǒng)及運(yùn)行方法，首先空氣與還原態(tài)載氧體反應(yīng)，氧化結(jié)束載氧體儲(chǔ)熱為還原反應(yīng)初期煤氣化供熱，氧化態(tài)載氧體與煤氣化產(chǎn)物反應(yīng)放出反應(yīng)熱為煤氣化持續(xù)供熱。利用載氧體氧化反應(yīng)熱和還原反應(yīng)富余反應(yīng)熱向用戶供熱，回收尾氣潛熱用于氣化劑和空氣預(yù)熱。加壓燃煤供熱系統(tǒng)包含兩套反應(yīng)器，分別循環(huán)交替進(jìn)行還原和氧化過程，在實(shí)現(xiàn)CO₂捕集的同時(shí)可連續(xù)供熱。本發(fā)明方法與現(xiàn)有煤化學(xué)鏈燃燒技術(shù)相比能夠顯著提升供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷和加壓裝置運(yùn)行效率，直接捕集高壓高濃度CO₂便于儲(chǔ)存和下游加工。加壓將載氧體氧解耦吸熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化為載氧體還原放熱反應(yīng)，無(wú)需外部熱能供給，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)碳捕集的加壓燃煤供熱系統(tǒng)及運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)燃煤鍋爐存在能量利用效率低，煙氣中污染物排放不達(dá)標(biāo)以及CO₂捕集能耗大的現(xiàn)狀，面對(duì)當(dāng)前煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用的時(shí)代要求，煤化學(xué)鏈燃燒技術(shù)成為了解決該難題的重要手段。利用載氧體的氧化吸氧和還原釋氧過程，燃煤和空氣的非接觸無(wú)火焰燃燒，避免熱力型和快速型NO_X污染物的產(chǎn)生。此外，煙氣經(jīng)冷凝氣液分離后即可獲取高濃度的CO₂，極大地降低了后續(xù)碳捕集成本和效率。

傳統(tǒng)煤化學(xué)鏈燃燒供熱裝置常采用循環(huán)流化床反應(yīng)器，載氧體在燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器間進(jìn)行還原氧化循環(huán)，雙床間的物料平衡影響著整套供熱裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，載氧體的循環(huán)流率控制存在著較大的困難。此外，還原反應(yīng)器中選用氧解耦類型載氧體時(shí)，例如鈷氧化物、錳氧化物和銅氧化物等，在高溫下釋放分子氧的分解反應(yīng)與煤氣化反應(yīng)同為吸熱過程，需要外部供熱來補(bǔ)充富氧燃燒反應(yīng)的放熱不足，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行能耗偏高。在煤炭高效清潔轉(zhuǎn)化的倡導(dǎo)下，有必要設(shè)計(jì)開發(fā)一種低能耗、高負(fù)荷、可直接實(shí)現(xiàn)高壓CO₂捕集儲(chǔ)存的加壓煤化學(xué)鏈燃燒供熱系統(tǒng)及運(yùn)行方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)煤化學(xué)鏈燃燒技術(shù)采用常壓循環(huán)流化床反應(yīng)器時(shí)系統(tǒng)平衡操控難度大，燃料反應(yīng)器外部供熱能耗高，捕集的CO₂需進(jìn)一步壓縮儲(chǔ)存等不足，提出了一種采用煤化學(xué)鏈燃燒方法實(shí)現(xiàn)碳捕集的加壓燃煤供熱系統(tǒng)及運(yùn)行方法，采用該方法可以輕松實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、顯著地降低外部供熱功率、增大熱負(fù)荷、直接實(shí)現(xiàn)CO₂捕集壓縮儲(chǔ)存。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種碳捕集的加壓燃煤供熱系統(tǒng)，包括：空氣壓縮機(jī)（C1）、氣化劑進(jìn)料泵（P1）氣化劑一級(jí)預(yù)熱器（E1）、氣化劑二級(jí)預(yù)熱器（E2）、壓縮空氣一級(jí)預(yù)熱器（E3）、壓縮空氣二級(jí)預(yù)熱器（E4）、第一熱媒換熱器（E5）、第二熱媒換熱器（E6）、第一熱媒循環(huán)泵（P2）、第二熱媒循環(huán)泵（P3）、第一反應(yīng)器（R1）、第二反應(yīng)器（R2）、進(jìn)料煤倉(cāng)（T1）、氣液分離罐（T2）、氣化劑質(zhì)量流量控制器（V1/V3）、壓縮空氣質(zhì)量流量控制器（V2/V4）、高壓煙氣背壓閥（V5/V7）、低氧空氣背壓閥（V6/V8）、煤倉(cāng)進(jìn)料球閥（V9/V10）、煤倉(cāng)加壓截止閥（V11）、低氧空氣減壓閥（V12）。

第一反應(yīng)器（R1）和第二反應(yīng)器（R2）均為流化床式反應(yīng)器。爐膛為燃燒室，裝有載氧體床料；水冷壁內(nèi)為熱媒室，與熱媒換熱器（E5、E6）熱端、熱媒循環(huán)管路和熱媒循環(huán)泵（P2、P3）構(gòu)成熱媒循環(huán)回路。熱媒換熱器（E5、E6）冷端與供熱管網(wǎng)相連，通過供熱介質(zhì)向用戶供熱。

所述第一熱媒換熱器（E5）和第一熱媒循環(huán)泵（P2）設(shè)置在第一反應(yīng)器（R1）上，第二熱媒換熱器（E6）和第二熱媒循環(huán)泵（P3）設(shè)置在第二反應(yīng)器（R2）上。

氣化劑和壓縮空氣通過質(zhì)量流量控制器（V1/V3、V2/V4）的開閉切換，分別單獨(dú)送入兩臺(tái)反應(yīng)器（R1、R2）中參與載氧體氧化和還原反應(yīng)過程，交替循環(huán)，其中還原過程通過煤倉(cāng)（T1）進(jìn)料。