[发明专利]利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系统

说明书

技术领域

本发明属于垃圾填埋气的高效清洁利用技术范围，特别涉及基于循环载 氧体的燃烧发电过程的一种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系 统。

背景技术

垃圾填埋气是一种可再生能源，甲烷含量较高，热值与城市煤气相当， 约为天然气热值的一半，具有很好的利用价值，因此在治理垃圾填埋气污染 的同时，往往对其进行能源利用工作，以达到变废为宝、实现双赢的目的。 垃圾填埋气中二氧化碳的含量也很高，二氧化碳是诸多温室效应气体中影响 最大的温室气体，如何减排二氧化碳已成为人类可持续发展的重要内容之一。 常规的燃烧技术都是燃料和空气直接接触，产生的烟气中二氧化碳只占 10％-15％，分离处理成本太高，通常有以下方法：

1.燃烧后处理技术，如通过分子膜分离方法对二氧化碳进行分离提纯处 理，其分离效率低而且成本高。

2.燃烧前处理技术是燃料先在气化器内气化生成合成气H₂和CO，然后 进入水煤气反应器，将产生的CO₂分离后得到的H₂用于燃气轮机发电，然 而目前还没有大规模的气化电站在运行。

3.通过植物光合作用脱除二氧化碳，寻找高效生物藻类进行大规模脱 除二氧化碳，尚需技术突破。

本发明通过垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循 环发电系统三大系统的联合，在实现垃圾填埋气高效清洁利用的同时，使CO₂排放得到有效控制，并且通过气体分离装置得到高纯度的CO₂气体，应用 于其它化工领域。

发明内容

本发明的目的是提供基于循环载氧体的燃烧发电过程，在没有额外能 耗的 前提下，将二氧化碳从燃烧产物中分离出来的一种利用垃圾填埋气的化学链 式燃烧发电工艺及系统，其特征在于，所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧 发电系统由垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发 电系统联合组成，其具体结构为：垃圾填埋气集气系统1的出口与化学链式 燃烧系统2的燃料反应器21的进口相连，燃料反应器21出口与燃气蒸汽联 合循环发电系统3的第一燃气轮机31进口相连，第一燃气轮机31的出口与 第一余热锅炉32的烟气进口相连，第一蒸汽轮机33的进口与第一余热锅炉 32的水蒸汽出口相连，第一余热锅炉32的烟气出口与第一冷凝器34的进口 相连，第一冷凝器34的出口与压缩机35的进口相连，压缩机35的出口与储 气装置36的进口相连；化学链式燃烧系统2的空气反应器22出口与燃气蒸 汽联合循环系统3的第二燃气轮机37的进口相连，第二燃气轮机37的出口 与第二余热锅炉38的烟气进口相连，第二蒸汽轮机39的进口与第二余热锅 炉38的水蒸汽出口相连，第二余热锅炉38的烟气出口连到烟囱310上。

所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺是在由垃圾填埋气集气系 统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发电系统联合组成的发电系统内 进行，空气反应器内金属单质为Fe、Cu、Mn、Ni、Ca或Mg与空气进行氧化 反应，生成的金属氧化物随气流携带进入燃料反应器；在燃料反应器内垃圾 填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质、二氧化碳和水蒸汽，还 原后的金属单质经返料管返回到空气反应器，与空气发生氧化反应，完成金 属氧化物的再生过程；燃料反应器和空气反应器出口的气体分别通入两个单 独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收；发电过程中，在 燃料反应器内垃圾填埋气不直接和空气接触燃烧，而是通过在燃料反应器和 空气反应器之间的交替氧化-还原反应实现垃圾填埋气的燃烧过程，两个反应 器出口的尾气进入燃气蒸汽联合循环系统进行发电，即：当燃烧发生时，在 空气反应器内金属单质与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物随气流携带 进入燃料反应器；来自垃圾填埋气集气系统的垃圾填埋气与金属氧化物发生 还原反应，生成金属单质、二氧化碳和水蒸汽，金属单质经返料管返回到空 气反应器，与空气发生氧化反应，完成金属氧化物的再生过程；燃料反应器 和空气反应器出口的气体分别通入两个单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发 电以及二氧化碳的回收。在燃烧反应过程中，燃料反应器处于800℃～1000℃ 温度状态，出口处气体压力处于0.75Mpa～0.85Mpa压力范围，空气反应器处 于900℃～1100℃温度状态，出口处气体压力处于0.75Mpa～0.85Mpa压力范 围。