CN113339786A - 一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统。燃煤锅炉排出的烟气通入CO2分离器，将其中的CO2分离出来，CO2通入电催化反应器和光催化反应器，在风能和太阳能所发电作用以及太阳光辐照作用下，电催化反应器和光催化反应器把CO2催化转化成含CO和CH4的可燃气体，将可燃气体存储到高压气体储罐，在锅炉低负荷(低于30％额定负荷)运行时将可燃气体从高压气体储罐送到锅炉的助燃气体燃烧器进行燃烧，实现燃煤锅炉的低负荷稳燃。本发明利用风能、太阳能提供的电能和光能为CO2转化成CO和CH4提供所需的能量，采用CO和CH4辅助燃煤锅炉低负荷稳燃，降低生产成本和碳排放，提高锅炉运行稳定性。

Description

一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统
技术领域
本发明属于燃煤发电领域，特别涉及一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统。
背景技术
随着我国风力发电、太阳能发电等可再生能源发电装机容量和发电量的不断增加，传统燃煤火力发电在电网中的角色从带基本负荷逐渐转变为电网调峰，燃煤锅炉时常运行在30％负荷甚至更低的负荷下。低负荷运行时，锅炉炉膛温度下降，炉内流场均匀性变差，炉内燃烧稳定性下降，存在灭火风险，给锅炉安全运行造成极大威胁。因此，如何在低负荷下保证燃煤锅炉的稳定燃烧，是当前燃煤锅炉面临的突出问题。针对该问题，已有锅炉低负荷稳燃技术包括采用低负荷稳燃燃烧器、低负荷燃油助燃、燃气助燃等，但已有技术均存在不足，如采用低负荷稳燃燃烧器对锅炉低负荷稳燃的改善能力有限，一般锅炉负荷低至额定负荷 30％以下时，仅依靠低负荷稳燃燃烧器时锅炉灭火风险很大；燃油、燃气助燃是稳定低负荷燃烧的有效方式，但锅炉助燃的燃油、燃气耗量巨大，电厂依靠采购燃油、燃气的方式将会极大提升运行成本。
发明内容
本发明提出一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统包含在煤粉锅炉周边建设风力发电、光伏发电、CO2分离器、电催化反应器、光催化反应器、高压气体储罐，锅炉排出的燃煤烟气通过CO2分离器将其中的CO2分离出来后通入电催化反应器和光催化反应器，在风能和太阳能所发电作用以及太阳光辐照作用下，电催化反应器和光催化反应器把CO2催化转化成含CO和CH4的可燃气体，将可燃气体输送到高压气体储罐，在锅炉低负荷(低于30％额定负荷)运行时将可燃气体从高压气体储罐送到锅炉的助燃气体燃烧器进行燃烧，实现煤粉燃烧的低负荷稳燃，兼具燃煤烟气碳减排功能。
所述风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统实现锅炉低负荷稳燃方法为：锅炉排放的烟气经过脱硫脱硝除尘后，通入CO2分离器，经过物理吸附或化学吸附将其中的CO2分离出来，其余成分排放至烟囱；分离出来的CO2混合水蒸气后进入电催化反应器和光催化反应器，电催化反应器在风力发电或光伏发电的电能作用下，在反应器内部催化剂的催化下将CO2与H2O反应转化成含CO、CH4的可燃气体，光催化反应器在阳光辐照提供能量的作用下将CO2和H2O催化转变成含CO、CH4的可燃气体；反应生成的可燃气体通过压气机进入高压气体储罐进行存储；在锅炉低负荷(小于30％额定负荷)燃烧时，将高压气体储罐内的可燃气体通过管道引入锅炉煤粉燃烧器下部的助燃气体燃烧器进行燃烧，产生的助燃火炬将稳定锅炉低负荷下的煤粉燃烧。
所述助燃气体燃烧器包括在锅炉煤粉燃烧器下部单独布置和嵌入煤粉燃烧器中间两种布置方式。
所述电催化反应器优选碳基单原子铁和镍催化剂、铜基催化剂，所述光催化反应器优选二氧化钛催化剂。
所述可燃气体中CO和CH4的摩尔分数之和大于50％。
所述CO2分离器优选钙基吸收剂循环煅烧碳酸化方法，或乙醇胺吸附法，或分子筛吸附法，实现CO2的吸附、分离。
本发明的有益效果是，首先由于气体燃料CO和CH4极易着火燃烧的特性，在锅炉低负荷运行时作为一个稳定的点火源，能够对锅炉产生极佳的低负荷稳燃效果，锅炉能够在低于 30％额定负荷下稳定燃烧，然后通过风能、太阳能提供的电能和光能为电催化反应器和光催化反应器提供CO2转化成CO和CH4所需的能量，节省了购买助燃气体的费用，降低生产成本，同时有效利用可再生能源；多余的CO和CH4可作为化工原料加以利用，实现燃煤烟气的碳捕集利用，降低碳排放。
附图说明
图1为助燃气体燃烧器在锅炉煤粉燃烧器下部单独布置的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统。
图2为助燃气体燃烧器嵌入煤粉燃烧器中间的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统。
其中，说明书附图标记如下：1、锅炉；2、风力发电机；3、光伏发电；4、光催化反应器；5、压缩机；6、高压气体储罐；7、烟囱；8、CO2分离系统；9、电催化反应器；10、风机；11、空气预热器；12、助燃气体燃烧器；13、煤粉燃烧器。
具体实施方式
本发明提出一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，下面结合附图予以说明。
如图1所示的助燃气体燃烧器在锅炉煤粉燃烧器下部单独布置的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，锅炉排出的烟气，一部分进入8CO2分离器，另一部分直接进入到7 烟囱进行排放；进入到8CO2分离器的烟气，通过物理吸附或化学吸附将其中的CO2分离出来，其余成分排放到7烟囱；分离出来的CO2与H2O按照摩尔比例1∶1浓度混合，然后通入 9电催化反应器和4光催化反应器；9电催化反应器接受来自2风力发电和3光伏发电的电能，在其中催化剂的作用下，将CO2与H2O混合气转化成含CO、CH4的可燃气体；4光催化反应器在阳光辐照和其中光催化剂作用下，将CO2与H2O混合气转化成含CO、CH4的可燃气体；在9电催化反应器和4光催化反应器中产生的可燃气体，经过5压缩机的加压后，进入 6气体储罐进行存储；在1锅炉低负荷(小于30％额定负荷)运行时，将6气体储罐中的可燃气体通入12助燃气体燃烧器，来自10风机的空气通过11空气预热器的加热后，通入12 助燃气体燃烧器，与其中的可燃气体混合后燃烧；12助燃气体燃烧器布置在13煤粉燃烧器下方，气体燃烧产生的火焰对13煤粉燃烧器中的煤粉气流产生稳定的点火作用，实现低负荷稳燃。电催化反应器9采用碳基单原子铁和镍催化剂、铜基催化剂，光催化反应器4采用二氧化钛催化剂。CO2分离器8采用钙基吸收剂循环煅烧碳酸化方法，或乙醇胺吸附法，或分子筛吸附法，实现CO2的吸附、分离。
图2所示为助燃气体燃烧器嵌入煤粉燃烧器中间的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其与图1的区别在于12助燃气体燃烧器嵌入13煤粉燃烧器，来自12助燃气体燃烧器的火焰与来自13煤粉燃烧器的煤粉气流混合，气体火焰对煤粉气流产生稳定的点火作用，实现低负荷稳燃。

Claims (6)

1.一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统包含在煤粉锅炉周边建设风力发电、光伏发电、CO2分离器、电催化反应器、光催化反应器、高压气体储罐，锅炉排出的燃煤烟气通过CO2分离器将其中的CO2分离出来后通入电催化反应器和光催化反应器，在风能和太阳能所发电作用以及太阳光辐照作用下，电催化反应器和光催化反应器把CO2催化转化成含CO和CH4的可燃气体，将可燃气体存储到高压气体储罐，在锅炉低负荷(小于30％额定负荷)运行时将可燃气体从高压气体储罐送到锅炉的助燃气体燃烧器进行燃烧，实现煤粉燃烧的低负荷稳燃。
2.根据权利要求1所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述助燃气体燃烧器单独布置在锅炉煤粉燃烧器下部或嵌入煤粉燃烧器中间。
3.根据权利要求1所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述可燃气体中CO和CH4的摩尔分数之和大于50％。
4.根据权利要求1所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，一种风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统实现锅炉低负荷稳燃方法，其特征在于，锅炉排放的烟气经过脱硫脱硝除尘后，通入CO2分离器，经过物理吸附或化学吸附将其中的CO2分离出来，其余成分排放至烟囱；分离出来的CO2混合水蒸气后进入电催化反应器和光催化反应器，电催化反应器在风力发电或光伏发电的电能作用下，在反应器内部催化剂的催化下将CO2与H2O反应转化成含CO、CH4的可燃气体，光催化反应器在阳光辐照提供能量的作用下将CO2和H2O催化转变成含CO、CH4的可燃气体；反应生成的可燃气体通过压气机进入高压气体储罐进行存储；在锅炉低负荷(小于30％额定负荷)燃烧时，将高压气体储罐内的可燃气体通过管道引入锅炉煤粉燃烧器下部的助燃气体燃烧器进行燃烧，产生的助燃火炬将稳定锅炉低负荷下的煤粉燃烧。
5.根据权利要求1所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述电催化反应器采用碳基单原子铁和镍催化剂、铜基催化剂，所述光催化反应器采用二氧化钛催化剂。
6.根据权利要求1所述的风能和太阳能辅助燃煤锅炉低负荷稳燃系统，其特征在于，所述CO2分离器采用钙基吸收剂循环煅烧碳酸化方法，或乙醇胺吸附法，或分子筛吸附法实现CO2的吸附、分离。
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