[发明专利]一种纯氧燃烧实现CO2捕集和水循环利用的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯氧燃烧实现CO₂捕集和水循环利用的方法，属于能源技术与环境保护技术交叉领域。

背景技术

O₂/CO₂燃烧技术，也叫富氧燃烧技术，是一种以减少温室气体排放为主要目的新型燃烧方式。O₂/CO₂技术在实现电力生产及CO₂液化的同时能实现燃煤电站零排放。与常压富氧燃烧技术相比，增压O₂/CO₂燃烧从空气分离装置、富氧燃烧及锅炉换热，直到烟气压缩净化装置均在高压下运行，可实现压力的梯级利用。增压条件下，锅炉排烟的水蒸气凝结温度大幅度提升，能大量回收烟气水分潜热，以部分弥补空气分离装置和压缩净化装置的电能损耗；由于传热系数与烟气密度成正比，增压锅炉的换热面积将大幅下降，占地面积较小。

而水煤浆是一种较为高效、清洁的煤基燃料，它是由65%~70%不同粒度分布的煤，29%~34%左右的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。其具有石油一样的流动性且燃烧效率高、污染物排放低。

目前大部分的增压O₂/CO₂燃烧研究主要集中于粒煤或粉煤，对于以水煤浆为燃料的O₂/CO₂燃烧研究较少。且O₂/CO₂燃烧中循环风机的设置消耗了大量的能量，对于烟气冷凝换热及压缩净化处理中产生的冷凝水也缺乏合理的利用方式。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种纯氧燃烧实现CO₂捕集和水循环利用的系统及方法，结合增压燃烧技术及水煤浆燃烧技术的优点，同时通过对烟气中水蒸气的综合利用达到提高系统效率且节约电厂用水量的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纯氧燃烧实现CO₂捕集和水循环利用的系统，包括空气分离系统、增压燃烧及烟气换热系统、烟气净化压缩系统、水煤浆制备系统，其中：

所述空气分离系统包括依次相连的空气分离装置和氧气压缩机；

所述增压燃烧及烟气换热系统包括依次相连的增压锅炉、辐射换热器、对流换热器；

所述烟气净化压缩系统包括依次相连的烟气冷凝器、CO₂净化装置、CO₂压缩机，所述烟气冷凝器和CO₂净化装置均连接冷凝水处理装置，冷凝水处理装置连接有冷却塔；

所述水煤浆制备系统包括依次相连的磨煤机、搅拌池、浆液泵；

空气分离系统的氧气压缩机连接增压燃烧及烟气换热系统的增压锅炉；增压燃烧及烟气换热系统的对流换热器连接烟气净化压缩系统的烟气冷凝器；烟气净化压缩系统的冷凝水处理装置连接水煤浆制备系统的搅拌池；水煤浆制备系统的浆液泵连接增压燃烧及烟气换热系统的增压锅炉。

进一步的，所述增压锅炉为增压流化床锅炉或其他形式的增压水煤浆锅炉。

进一步的，所述CO₂净化装置依次连接有两个CO₂压缩机，两个CO₂压缩机之间接有中间冷却器。

一种纯氧燃烧实现CO₂捕集和水循环利用的方法，包括以下步骤：

步骤一、空气进入空气分离装置，生成较为纯净的氧气，氧气经氧气压缩机增压后送入增压锅炉；

步骤二、来自于水煤浆制备系统的水煤浆燃料与纯氧在增压锅炉内组织燃烧，生成的烟气经过辐射换热器与对流换热器换热后，进入烟气冷凝器，烟气经冷凝换热后释放出潜热，并产生部分凝结水；

步骤三、经换热后的烟气进入CO₂净化装置，除去其中大部分的SO₂、NO_x等有害气体后进CO₂压缩机，生成较为纯净的液态CO₂；

步骤四、烟气冷凝器及CO₂净化装置所生成的凝结水经净化处理后，一部分进入水煤浆制备系统与破碎筛分好的煤粉及添加剂一起制备形成水煤浆燃料，再通过浆液泵打入炉内，另一部分凝结水做其他用途。

进一步的，凝结水除用来制备水煤浆外，其余凝结水作为冷却塔的冷却水或锅炉补给水。