CN101539037A - 增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法 - Google Patents

增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法 Download PDF

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Abstract

增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法，是针对煤增压部分气化/半焦增压流化床燃烧联合循环发电系统提出的一种以石灰石或白云石煅烧产生的CaO作为吸收剂捕捉CO2的方法，煤进入以空气为气化剂的增压流化床气化炉内部分气化，生成煤气和半焦，煤气净化后燃烧产生高温燃气进入燃气轮机做功发电。含有CO2的乏气进入碳酸化炉和煅烧炉双流化床系统，利用CaO的循环碳酸化/煅烧反应捕捉乏气中的CO2。在煤气冷却器和双流化床系统内产生的蒸汽进入汽轮机系统做功发电，如此组成捕捉二氧化碳的燃气/蒸汽联合循环发电系统。该系统发电效率高，氧耗低，可实现SO2、CO2等多种污染物的近零排放。

Description

增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及一种增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法。
背景技术
近年来，以CO2为主体的温室气体大量排放对全球变暖的影响日益严重。目前已有众多的CO2减排方式，如O2/CO2循环燃烧方式、化学链燃烧法、膜分离法和MEA法等，但技术经济性是捕捉CO2方式选择时考虑的重要因素。国外学者提出了煤在增压流化床燃烧后利用钙基吸收剂如石灰石和白云石等煅烧后产生的CaO在炉内直接循环捕捉CO2的方法，引起了世界各国学者的广泛关注。石灰石和白云石等价格低廉、储量丰富，其煅烧后产生的CaO对CO2具有较强的吸收能力。煤进入增压循环流化床燃烧室(碳酸化炉)燃烧，产生的CO2被CaO捕捉形成CaCO3，除去CO2的烟气经高温除尘净化后进入燃气轮机做功。CaCO3从碳酸化炉进入到流化床煅烧炉内再生为CaO。煅烧炉内的热量由煤纯氧条件下燃烧产生，便于回收高浓度CO2。煅烧炉内产生的CaO再进入到碳酸化炉内捕捉CO2，这样反应循环进行。显然这种捕捉CO2的方法是基于第1代增压流化床燃烧联合循环方式提出的。该CO2捕捉方式最大缺点是增压流化床炉膛出口烟温度小于950℃，温度再高会导致炉内发生结焦现象，这样燃气轮机的做功能力受到了极大限制。因此在循环捕捉CO2过程中，同时保持高发电效率是十分重要的。
为了提高燃气轮机入口温度、进而提高联合循环发电系统捕捉CO2过程中的发电效率，将煤首先在增压条件下部分气化，生成的煤气燃烧后能产生1300℃以上的高温燃气，这样既使燃气轮机做功能力增强、又使燃气循环效率提高，同时采用石灰石和白云石等煅烧后产生的CaO循环捕捉乏气中的CO2。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于煤增压部分气化/半焦增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法。该燃气/蒸汽联合循环发电系统发电效率高，氧耗低，可实现SO2、CO2等多种污染物的近零排放。
技术方案：煤首先进入以空气为气化剂的增压流化床气化炉内部分气化，生成煤气和半焦，煤气脱硫冷却后经过滤除尘进入燃烧室燃烧，产生的高温燃气进入燃气轮机做功发电。含有CO2的乏气进入流化床碳酸化炉，在该炉内CaO捕捉乏气中的CO2发生碳酸化反应，生成CaCO3。通过来自流化床煅烧炉的CaO/灰带来的显热和燃气轮机乏气的热量使流化床碳酸化炉达到CaO捕捉CO2的最佳反应温度650℃～700℃。流化床碳酸化炉内生成的CaCO3进入流化床煅烧炉，利用半焦/CaCO3的显热和由半焦燃烧产生的热量使CaCO3在该炉内分解为CaO和CO2，CaO再进入碳酸化炉内，这样循环捕捉CO2，同时在煅烧炉内补充新鲜的吸收剂。煅烧炉采用纯氧燃烧方式，可使煅烧炉排放烟气中的CO2含量高达95％以上，便于浓缩封存。在煅烧和碳酸化反应过程中半焦燃烧形成的SO2同时被CaO吸收，可实现CO2和SO2的近零排放。在煤气冷却器、流化床煅烧炉和流化床碳酸化炉内产生的蒸汽进入汽轮发电机发电，如此组成高效的燃气/蒸汽联合循环发电系统。
有益效果：
1.与煤在增压流化床直接燃烧CaO床内脱除CO2相比，该联合循环方式中采用CaO捕捉CO2的方法具有更高的系统发电效率。因为该系统能够合理实现煤的分级转化并提高燃气轮机入口温度。
2.与O2/CO2循环燃烧等方式相比，该联合循环方式捕捉CO2过程中的耗氧少，计算表明仅为它们的1/3左右，减少了制氧系统的能耗，降低了运行成本。
3.与MEA、膜分离法及化学链燃烧技术等方法相比，采用价格低廉、分布广泛的石灰石和白云石等的煅烧产物CaO作为CO2吸收剂，从技术经济性角度具有更强的竞争力。
4.与煤在增压流化床直接燃烧CaO床内脱除CO2相比，该联合循环方式由于捕捉了煤在气化中产生的硫化物，使进入碳酸化反应器和煅烧炉内的硫大量减少，这样就降低了SO2对钙基吸收剂造成的损耗，因为CaSO4在循环煅烧/碳酸化过程中是稳定的，这样可使更多的钙基吸收剂能够参与循环捕捉CO2，降低了新鲜钙基吸收剂的添加量，也降低了运行成本。
5.该联合循环方式捕捉CO2过程中能够实现CO2、SO2等污染物的协同脱除，排放出的失活吸收剂可以用作建筑材料。
附图说明
图1为基于煤增压部分气化/半焦增压流化床燃烧联合循环方式捕捉CO2的示意图。
具体实施方式
煤首先进入以空气为气化剂的增压流化床气化炉内部分气化，生成煤气和半焦，煤气经过脱硫剂(石灰石)脱硫冷却后经过滤除尘，脱硫产物CaS进入氧化器，与空气反应成为CaSO4排出。空气通过压缩机进入到燃烧室，净化的煤气在燃烧室内燃烧产生高温燃气，进入燃气轮机做功发电。含有CO2的乏气进入流化床碳酸化炉，在该炉内CaO捕捉乏气中的CO2发生碳酸化反应，生成CaCO3。通过来自流化床煅烧炉的CaO/灰带来的显热和燃气轮机乏气的热量使流化床碳酸化炉达到CaO捕捉CO2的最佳反应温度650℃～700℃。在碳酸化炉内生成的CaCO3进入流化床煅烧炉，利用半焦/CaCO3的显热和由半焦燃烧产生的热量使CaCO3在该炉内分解为CaO和CO2，CaO再进入碳酸化炉内，这样循环捕捉CO2，同时在煅烧炉内补充新鲜的CaCO3。煅烧炉采用纯氧燃烧方式，可使煅烧炉排放烟气中的CO2含量高达95％以上，便于浓缩封存。在煅烧和碳酸化反应过程中半焦燃烧形成的SO2同时被CaO吸收。在煤气冷却器、流化床煅烧炉和流化床碳酸化炉内产生的蒸汽进入汽轮发电机发电，如此组成高效的捕捉二氧化碳的燃气/蒸汽联合循环发电系统。

Claims (1)

1.一种增压流化床燃烧联合循环发电捕捉二氧化碳的方法，其特征在于，煤首先进入以空气为气化剂的增压流化床气化炉内部分气化，生成煤气和半焦，煤气脱硫冷却后经过滤除尘进入燃烧室燃烧产生高温燃气，再进入燃气轮机做功发电，含有CO2的乏气进入流化床碳酸化炉，在该炉内CaO捕捉乏气中的CO2，生成CaCO3，CaCO3进入流化床煅烧炉，在该炉内分解为CaO，CaO再进入碳酸化炉内，这样循环捕捉CO2，同时在煅烧炉内补充新鲜的吸收剂和排出失活的吸收剂。利用来自煅烧炉的CaO/灰带来的显热和燃气轮机乏气的热量使碳酸化炉达到CaO捕捉CO2的最佳反应温度650℃～700℃。在煅烧炉内利用半焦/CaCO3的显热和由半焦纯氧燃烧产生的热量使CaCO3分解为CaO，使煅烧炉排放烟气中的CO2含量高达95％以上，便于浓缩封存；在煅烧和碳酸化反应过程中半焦燃烧形成的SO2同时被CaO吸收；在煤气冷却器、流化床煅烧炉和流化床碳酸化炉内产生的蒸汽进入汽轮发电机发电，如此组成捕捉二氧化碳的燃气、蒸汽联合循环发电系统。
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