CN104456512A - 利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统 - Google Patents

利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，利用塔式太阳能集热系统集热，然后在煅烧炉内加热CaCO3使其吸热分解为CaO和CO2，通过分离器之后CO2被加压并降温捕集，高温CaO被送入高温CaO储罐储存，需要时再送入碳酸化炉吸收烟气中的CO2并放出热量加热蒸汽，CaO会再次转变为CaCO3，经过分离器分离之后，CaCO3被送入CaCO3储罐储存，需要时再送入煅烧炉。利用CaCO3和CaO的化学转换储存热量可实现太阳能的高品位储存，得到较高的热转化效率，同时可捕集燃煤电厂烟气中的CO2，降低碳排放。该系统将太阳能利用和CO2捕集综合为一体，可实现节能减排的目的。

Description

利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能辅助燃煤发电系统，具体涉及一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统。
背景技术
太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，在我国总量丰富。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，理论储量达每年17000亿吨标准煤，约等于数万个三峡工程发电量的总和，因而充分利用太阳能，可以为我国的能源行业做出巨大贡献。但太阳能热发电技术也面临很多问题，尤为重要的一个就是太阳能热发电系统的储热子系统的储热问题。于是科研工作者提出了一种新型联合系统——太阳能辅助燃煤发电系统，该系统是将太阳能与常规燃煤火电系统藕合，用以替代部分燃煤消耗，在减小燃料消耗的同时不改变或增加发电量。这种方法减少了燃煤消耗，节约能源并且可以在一定程度上减少CO2排放。
由于槽式太阳能集热系统的研究技术相对较为成熟，因此热源主要选用槽式太阳能系统为太阳能能量来源，但因其采用线聚焦，聚光比不高，一般仅在50左右，运行温度一般不超过400℃，太阳能品味偏低。虽然利用塔式或者蝶式太阳能集热系统，可以获得高品位的太阳能，但如何储存高品位太阳能又是一个严峻的问题。
全球气候变暖与大气中CO2浓度的迅速增加有非常强的相关性，控制和减缓化石能源燃烧所排放的CO2是缓解全球气候变暖的重要措施。目前，煤炭占我国一次能源消耗的70％左右，其中有50％左右的煤炭用于发电，燃煤火电厂贡献了我国CO2排放量的50％。因此，实现燃煤火电厂大规模减排CO2势在必行。目前，利用钙基吸收剂从电厂尾气中分离CO2的方法已经研究得比较先进，并且具有广阔的应用前景。
目前，科研工作者主要是把太阳能的利用和CO2减排分开在研究，虽然这两个方面都取得了重大成就，但经济效益是不容乐观的，如何能将二者联系在一起成为一个新的课题。
发明内容
本发明目的是提供一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，将塔式太阳能集热系统与燃煤发电系统通过钙基转换系统相耦合发电，实现太阳能的高品位储存，并捕集烟气中的CO2，实现节能减排的目的。
本发明采用以下技术方案：
一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，包括塔式太阳能集热系统(I)、钙基转换系统(II)和燃煤发电系统(III)，
塔式太阳能集热系统(I)包括吸热器(1)；钙基转换系统(II)包括煅烧炉(2)、第一分离器(3)、过热器(4)、CO2储罐(5)、高温CaO储罐(6)、CaCO3储罐(7)；吸热器(1)通过传热介质连接煅烧炉(2)；煅烧炉(2)进口连接CaCO3储罐(7)，出口连接第一分离器(3)；第一分离器(3)固体出口连接高温CaO储罐(6)，气体出口连接过热器(4)；过热器(4)CO2出口连接CO2储罐(5)；
燃煤发电系统(III)包括碳酸化炉(8)、省煤器(9)、屏式过热器(11)、锅筒(15)、第三分离器(20)、第二分离器(21)；第二分离器(21)设置在燃煤发电系统(III)的锅炉水平烟道出口，连接碳酸化炉(8)气体进口；碳酸化炉(8)固体进口连接高温CaO储罐(6)，出口连接第三分离器(20)，蒸汽进口连接锅筒(15)，蒸汽出口分别连接过热器(4)和屏式过热器(11)；过热器(4)蒸汽出口和屏式过热器(11)连接；第三分离器(20)固体出口连接CaCO3储罐(7)，气体出口连接省煤器(9)。
所述碳酸化炉(8)为流化床锅炉。
所述过热器(4)和CO2储罐(5)之间连接加压器。
本发明的有益效果：
1、本发明系统将塔式太阳能集热系统与燃煤发电系统通过钙基转换系统相耦合发电，利用CaCO3和CaO的化学转换储存热量可实现太阳能的高品位储存，得到较高的热转化效率，同时可捕集燃煤电厂烟气中的CO2，降低碳排放。该系统将太阳能利用和CO2捕集综合为一体，可实现节能减排的目的。
2、CaO是一种较为廉价的化工产品，利用CaO作为储能物质，可在储存高品位太阳能工业中降低成本。
3、高温CaO在储罐里可长期储存，因此可实现即需即取。
4、本发明系统利用太阳能产生的热量来取代部分燃煤系统产生的热量，可以高效的利用太阳能，节约燃煤量，减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明太阳能辅助燃煤发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，如图1所示，包括塔式太阳能集热系统I、钙基转换系统II和燃煤发电系统III。将塔式太阳能集热系统I与燃煤发电系统III通过钙基转换系统II相耦合实现太阳能的高品位储存并捕集烟气中的CO2。其中，塔式太阳能集热系统I和现有的塔式太阳能集热系统结构相同。燃煤发电系统II在现有的燃煤发电系统的锅炉水平烟道出口增加第二分离器21、碳酸化炉8、第三分离器20，其它结构相同。具体结构如下：
塔式太阳能集热系统I包括吸热器1。钙基转换系统II包括煅烧炉2、第一分离器3、过热器4、CO2储罐5、高温CaO储罐6、CaCO3储罐7。吸热器1通过传热介质连接煅烧炉2；煅烧炉2进口连接CaCO3储罐7，出口连接第一分离器3；第一分离器3固体出口连接高温CaO储罐6，气体出口连接过热器4；过热器4CO2出口连接CO2储罐5。优选地，过热器(4)和CO2储罐(5)之间连接加压器，用于加压CO2，之后再储存，减小存储所需空间。高温CaO和CaCO3各建立一个独立储罐，以便需要时再取，这样可最大限度收集太阳能。
燃煤发电系统III包括碳酸化炉8、省煤器9、空气预热器10、屏式过热器11、高温过热器12、再热器13、炉膛14、锅筒15、送风机16、磨煤机17、给煤机18、原煤斗19、第三分离器20、第二分离器21。原煤斗19连接给煤机18，给煤机18连接磨煤机17，磨煤机17连接送风机16，送风机16连接炉膛14。锅炉水平烟道出口设置第二分离器21。碳酸化炉8气体进口连接第二分离器21，固体进口连接高温CaO储罐6，出口连接第三分离器20，蒸汽进口连接锅筒15，蒸汽出口分别连接过热器4和屏式过热器11；过热器4蒸汽出口和屏式过热器11连接。第三分离器20固体出口连接CaCO3储罐7，气体出口连接省煤器9。省煤器9和空气预热器10连接，空气预热器10出口分别连接磨煤机17和排烟管道。
所述碳酸化炉8是一个反应炉，提供CaO和CO2反应的场所，一般控制温度在600℃-800℃；同时又是一个传热炉，里面会单独布置受热面，利用CaO和CO2反应放出的热量来加热蒸汽。可以选用流化床锅炉。
本发明太阳能辅助燃煤发电系统工作流程如下：
吸热器1吸收太阳能，使其传热介质温度在1000℃以上，通过传热介质传递给煅烧炉2，将来自于CaCO3储罐7CaCO3加热分解为CaO和CO2。反应产物经过第一分离器3分离，固体进入高温CaO储罐6储存，高温CaO储罐6是密封的，可长期储存CaO，需要时再送入碳酸化炉8吸收烟气中的CO2并放出热量加热蒸汽；气体进入过热器4，温度在900℃以上，被蒸汽冷却后加压储存在CO2储罐5中。
原煤在原煤斗19中经过给煤机18送入磨煤机17，空气经过空气预热器10加热之后也进入磨煤机17，在送风机16的作用下将煤粉和预热空气送入炉膛14中进行燃烧。燃烧后的烟气经过炉内受热面换热后，从锅炉水平烟道出口进入第二分离器21分离，分离后的烟气进入碳酸化炉8，与CaO(后续由高温CaO储罐6提供)反应，生成CaCO3并放热。反应产物经过第三分离器20分离，固体产物储存在CaCO3储罐7中，需要时再送入煅烧炉2反应以提供后续需要的CaO；气体产物进入省煤器9中用于加热水，之后进入空气预热器10加热空气，最后由排烟管道排出。上述水经过省煤器9加热后进入炉膛水冷壁被加热成汽水混合物，汽水混合物进入锅筒15进行分离，其中蒸汽进入碳酸化炉8加热，一部分进入屏式过热器11，另一部分进入过热器4继续加热之后再进入屏式过热器11混合，再到高温过热器12加热，最后进入汽轮机做工；做工后的蒸汽经过再热器13再热，再进入汽轮机做工。

Claims (3)

1.一种利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于，包括塔式太阳能集热系统(I)、钙基转换系统(II)和燃煤发电系统(III)，
塔式太阳能集热系统(I)包括吸热器(1)；钙基转换系统(II)包括煅烧炉(2)、第一分离器(3)、过热器(4)、CO2储罐(5)、高温CaO储罐(6)、CaCO3储罐(7)；吸热器(1)通过传热介质连接煅烧炉(2)；煅烧炉(2)进口连接CaCO3储罐(7)，出口连接第一分离器(3)；第一分离器(3)固体出口连接高温CaO储罐(6)，气体出口连接过热器(4)；过热器(4)CO2出口连接CO2储罐(5)；
燃煤发电系统(III)包括碳酸化炉(8)、省煤器(9)、屏式过热器(11)、锅筒(15)、第三分离器(20)、第二分离器(21)；第二分离器(21)设置在燃煤发电系统(III)的锅炉水平烟道出口，连接碳酸化炉(8)气体进口；碳酸化炉(8)固体进口连接高温CaO储罐(6)，出口连接第三分离器(20)，蒸汽进口连接锅筒(15)，蒸汽出口分别连接过热器(4)和屏式过热器(11)；过热器(4)蒸汽出口和屏式过热器(11)连接；第三分离器(20)固体出口连接CaCO3储罐(7)，气体出口连接省煤器(9)。
2.根据权利要求1所述的利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于，所述碳酸化炉(8)为流化床锅炉。
3.根据权利要求1所述的利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于，所述过热器(4)和CO2储罐(5)之间连接加压器。
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