[发明专利]联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统及CO2捕集方法

说明书

本发明公开了一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统及CO₂捕集方法，以空气、氧气及再循环烟气的混合气作为助燃剂的部分富氧方法，使锅炉出口烟气CO₂气体浓度提高至30％～60％，此烟气进入基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，钙基反应性大为提高，CO₂捕捉效率达到95％以上，并提高了总发电量。本发明兼顾了制氧成本、载碳体成本、能耗和CO₂捕捉效率的综合效率最佳，将部分富氧燃烧和钙基化学链两种先进的碳捕捉技术相结合，具有经济性好，工艺简单，能耗低、碳捕捉效率高等优点。

技术领域

本发明涉及燃煤发电技术与电力行业CO₂捕捉领域，特别涉及一种联合钙基化学链的部分富氧燃烧的燃煤发电系统及CO₂捕集方法。

背景技术

自从工业文明以来，地球大气中的CO₂浓度由于人类的生产活动而急剧上升。中国人口众多，经济发展水平相对较低，正处于工业化、城镇化加快发展的重要阶段，CO₂的控制面临着巨大压力和特殊困难。电力生产是一个集中的CO₂排放源，控制和减缓电力生产中CO₂排放对于解决温室效应问题具有重要意义。根据联合国政府间气候变化委员会(IPCC)的调查，将碳捕获与封存技术(CCS)技术应用于燃料能源利用过程中，能将全球CO₂排放量减少20％～40％，将对减缓气候变化产生积极的影响。

电力行业的CO₂捕集主要有燃烧前捕获、燃烧后捕获及富氧燃烧捕获3种技术路线。其中富氧燃烧技术又被称为氧燃料燃烧技术(Oxy-Fuel Combustion)，是指锅炉尾部排烟的一部分烟气经再循环系统送至炉前，与空气分离装置制取的高浓度氧气(O₂含量在95％以上)按一定比例混合后，携带燃料经燃烧器送入炉膛进行燃烧，并完成传热过程。富氧燃烧的吸引力在于烟气量小，CO₂浓度提升，不需要溶剂，便于大规模化、低成本地压缩冷却回收CO₂；系统设备尺寸相对较小，与现有电厂在主流技术上有良好的承接性，适用于现有改造和新建机组，容易被电力行业接受。

但是由于富氧燃烧需要大量的纯氧供燃料燃烧，目前工业化应用的空气分离器能耗过高，使得全厂效率降低8～10％左右，大大增加了发电成本，严重制约了该技术的发展。此外，富氧燃烧会导致锅炉炉内温度较高，既需要新增大功率的再循环风机，通入大量循环烟气以维持燃烧温度，炉体还需要采用耐高温材料。部分富氧燃烧采用混合空气、氧气和循环烟气的方式降低了炉温，减少了所需的氧气量和循环烟气量，从而降低了空气分离器和循环风机的能耗，也降低了对炉体和燃烧器材料的要求，有利于减少锅炉和燃烧器成本。但是部分富氧燃烧使得锅炉出口烟气CO₂浓度下降，降低了CO₂捕捉率。

基于钙基的化学链燃烧具备CO₂分离的特点，单独作为燃烧后捕捉方式，载碳体与CO₂浓度为10～15％左右的烟气反应活性略差，CO₂捕捉率不高，但其便于与其他系统耦合实现CO₂高效捕捉。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，在实现部分富氧燃烧过程的同时有效降低需氧量和制氧能耗，在实现基于钙基化学链的燃烧后捕捉CO₂的同时，增强载碳体反应活性，提高CO₂捕捉效率和发电量。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述发电系统的CO₂捕集方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种联合钙基链的部分富氧燃烧的发电系统，包括：烟气循环部分富氧燃煤锅炉，主蒸汽发电系统，基于钙基的化学链燃烧后捕捉装置，CO₂冷却压缩装置和空气分离器；