[发明专利]一种低能耗实现燃气机组热电冷三联产零碳排放的方法

说明书

技术领域

本发明是一种低能耗实现燃气机组零碳排放的方法，属于能源技术与环境保护技术交叉领域。

背景技术

热电冷三联产系统是一种重要的节能技术，符合能源梯级利用准则。首先利用天然气高品位热能驱动发电机发电，随后又利用发电所产生的废热进行供热和制冷。其中，利用废热制冷，可以有效减少夏季空调的需求，缓解了夏季用电紧张的局面。但是在热电冷三联产系统中，天然气等燃气的燃烧会排放大量CO₂，加剧了温室效应。

钙循环工艺捕捉CO₂是一种目前具有广泛应用前景的CO₂减排技术，因工艺所需原料(钙基吸收剂)价格低廉、储量丰富等优点深受全世界关注。钙循环工艺主要利用了钙基吸收剂的可逆反应，即碳酸化反应和煅烧反应。然而在煅烧反应中，通常采取燃料的富氧燃烧提供热量。为实现富氧燃烧，必须增加空气分离器，这极大地增加了资金投入和运行成本。

化学链燃烧是一种清洁无污染的新型燃料利用方式，主要通过载氧体实现燃料反应器和空气反应器之间氧的转移，不仅符合能源梯级利用的原则，而且还可以得到高浓度的可供后续压缩储存的CO₂。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种低能耗实现燃气机组热电冷三联产零碳排放的方法，以燃气机组热电冷三联产系统作为基础，首先耦合了钙循环工艺，实现了燃气机组热电冷三联产系统的零碳排放，然后耦合了化学链燃烧，为钙循环工艺中煅烧钙基吸收剂提供热量，最终还可以获得高浓度的可供压缩储存的CO₂和N₂。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种低能耗实现燃气机组热电冷三联产零碳排放的方法，压气机、燃气轮机或内燃机、发电机、碳酸化炉、膨胀机、余热锅炉、热交换器A、热交换器B、吸收式制冷机组、煅烧炉/燃料反应器、热交换器C、压缩机A、热交换器D、压缩机B、热交换器E、压缩机C、空气反应器、热交换器F、单向控制阀A、单向控制阀B、单向控制阀C、单向控制阀D、单向控制阀E、单向控制阀F；其中，燃气轮机或内燃机的出口与碳酸化炉的底部连接，用于将燃气轮机或内燃机产生的富含大量CO₂的燃气通入碳酸化炉中，进而脱除燃气中CO₂；天然气在煅烧炉/燃料反应器中无焰燃烧煅烧钙基吸收剂，实现钙基吸收剂的再生。具体步骤如下：

步骤一.空气经压气机压缩至指定压力后，送入燃气轮机或内燃机中，随后与喷入的天然气混合燃烧，产生高温高压的燃气推动叶轮旋转，带动发电机发电；

步骤二.当燃气在燃气轮机或内燃机内因膨胀做功温度降低至650～700℃时，将这部分仍然带有一定压力的燃气送入装有煅烧后的钙基吸收剂的碳酸化炉中，此时在碳酸化炉中，煅烧后的钙基吸收剂中的主要成分CaO与燃气中的CO₂反应，生成CaCO₃，从而脱除了燃气中的CO₂；

步骤三.碳酸化后的钙基吸收剂经单向控制阀C送入煅烧炉/燃料反应器中煅烧再生，煅烧后的钙基吸收剂经单向控制阀D重新回到碳酸化炉中，继续吸收燃气中的CO₂，实现一个完整的循环；多次循环后失活的钙基吸收剂从煅烧炉/燃料反应器的排渣口排出，同时添加适量新鲜的钙基吸收剂；

步骤四.经空气反应器氧化生成的载氧体与天然气在煅烧炉/燃料反应器内无焰燃烧，提供煅烧钙基吸收剂所需的热量；在煅烧炉/燃料反应器内被还原的载氧体经单向控制阀F重新回到空气反应器中，与空气发生氧化反应实现再生；再生后的载氧体经单向控制阀E进入煅烧炉/燃料反应器中与天然气反应，继续为煅烧钙基吸收剂提供热量；多次循环后失活的载氧体从空气反应器的排渣口排出，同时添加适量新鲜的载氧体；

步骤五.煅烧钙基吸收剂时释放的CO₂和天然气无焰燃烧生成的CO₂经过热交换器C放出热量后，依次进入压缩机A、压缩机B和压缩机C进行多级压缩后储存；其中，热交换器D、热交换器E分别对前级压缩后的CO₂气流冷凝除水和降低温度；

步骤六.在碳酸化炉中脱除CO₂后的燃气继续送入膨胀机内膨胀做功，带动步骤五中所提及的压缩机A、压缩机B和压缩机C压缩CO₂气流；在膨胀机内做完功后的燃气送入余热锅炉中加热水蒸气，回收余热后的燃气送入热交换器A中，经冷凝除水后，热交换器A出口可以得到高浓度的N₂；