[发明专利]一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法

说明书

技术领域

本发明利用钙循环捕集CO₂技术作为储能手段应用于电厂调峰，属于能源技术与环境保护技术交叉领域。

背景技术

随着国家经济的快速发展及人民生活水平的逐步提高，我国用电结构和特性发生了巨大变化，出现了日负荷率、发电设备年利用小时数逐年下降的趋势，而对调峰容量需求逐年增加，调峰矛盾日趋突出。我国大多数电网仍以火电机组为主，水电、风电和核电所占比重仍然较小，具有明显的资源分布不均性，因此，要求火电机组参与调峰是必然趋势，然而火电机组频繁启停或低负荷运行调峰又会严重影响机组健康水平和经济性能，缩短发电设备的使用寿命，探索更加安全经济的火电机组调峰方法，显得重要而且紧迫。

近年来，CO₂等温室气体的大量排放，导致全球气候变暖，引起了国际社会的广泛关注，减排CO₂已成为全球应对气候变化、实现可持续发展的核心战略和重要共识。作为全球碳排放量最大的国家，我国面临着巨大的减排压力。我国的火力发电行业是国民经济中最大的CO₂排放源，基于我国煤炭为主的能源结构，以及火力发电为主的电力结构，大力发展碳捕集电厂，具有重大的现实意义。碳捕集电厂是指在传统发电厂发电设备的基础上，引入了碳捕集系统，利用CO₂捕集和封存技术(即CCS技术)使电厂具备了捕集CO₂的功能。其工艺流程主要包括：钙基吸收剂首先进入煅烧反应器分解为CaO与CO₂，烟气中CO₂浓度达95％以上，可以直接回收；生成的CaO进入碳酸化反应器捕集烟气中的CO₂，烟气中CO₂浓度将降至5％以下，生成的CaCO₃返回煅烧反应器，进行煅烧反应。如此反应循环进行，适时补充新鲜的钙基吸收剂和排出部分失活的吸收剂以实现整个系统的连续运行。该工艺中的碳酸化反应放热，煅烧反应吸热。存在着能量的储存及释放。在电厂运行中捕集CO₂需要耗费大量能量，通过合理分配这部分捕集用能，可以实现电厂的自调峰功能，这对于电网的安全运行具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法，以钙剂吸收剂作为储能介质，缓解常规火力发电厂调峰时负荷变化较大的状况，并能实现CO₂的捕集，减少温室气体排放。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置，该装置包括发电锅炉、煅烧炉、碳酸化炉、水合反应器、CaO存储罐、CaCO₃存储罐、换热器、压缩机、燃烧式加热器以及第一单向控制阀、第二单向控制阀、第三单向控制阀、第四单向控制阀四、第五单向控制阀、第六单向控制阀；其中，

发电锅炉的炉膛出口与煅烧炉的底部高温烟气入口连接，用于将发电锅炉产生的高温烟气通入煅烧炉中；

煅烧炉上部的烟气出口与碳酸化炉的未处理烟气入口相连，上部CO₂气体出口与换热器的CO₂气体入口相连，换热器的气体出口出来的CO₂气体，进入压缩机经压缩后储存；煅烧炉底部的CaO物料出口与CaO存储罐的物料入口相连，CaO存储罐的物料出口与碳酸化炉的CaO物料入口相连；

碳酸化炉底部的烟气入口，接收来自锅炉烟道出口和煅烧炉上部烟气出口输出的未经脱碳处理的烟气；上部蒸汽出口的过热水蒸气进入汽轮机冲转发电；下部的碳酸钙物料出口与CaO存储罐的物料入口和煅烧炉的CaCO₃物料入口相连；下部的CaO物料入口与煅烧炉的CaO物料出口和CaO存储罐的物料出口相连；

在煅烧炉的CaO物料出口和CaO存储罐的物料入口之间、煅烧炉的CaO物料出口和碳酸化炉的CaO物料入口之间以及CaO存储罐的物料出口与碳酸化炉的CaO物料入口之间，分别设置第一单向控制阀、第二单向控制阀和第三单向控制阀；

碳酸化炉的CaCO₃物料出口与CaCO₃存储罐的物料入口之间、碳酸化炉的CaCO₃物料出口与煅烧炉的CaCO₃物料入口之间以及CaCO₃存储罐的物料出口与煅烧炉的CaCO₃物料入口之间，分别设置第四单向控制阀、第五单向控制阀、第六单向控制阀；