CN115387877A - 超临界二氧化碳—生物质联合发电系统及发电方法 - Google Patents
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Abstract
超临界二氧化碳—生物质联合发电系统及发电方法。现阶段生物质燃料主要为木材与农作物，对海洋生物质的研究还比较少。本发明组成包括：超临界CO2锅炉（1）、透平（2）和发电机（3），超临界CO2锅炉的烟气排管与吸收塔（4）连通，吸收塔与再生塔（5）连通，用于氨基甲酸盐加热分解还原为复合胺和CO2；再生塔与CO2溶解塔（6）连通，用于CO2与海水的溶解；CO2溶解塔内溶解CO2的海水通入到藻类植被养殖水域（7）内；藻类植被养殖水域内的藻类植被经过采集装置（8）采集后输送到藻类植被干燥装置（9）内；藻类植被干燥装置与超临界CO2锅炉的进料口连通。本发明用于超临界二氧化碳—生物质联合发电。
Description
技术领域：
本发明涉及一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统及发电方法。
背景技术：
超临界二氧化碳煤炭发电由于热源温度高，相比于水蒸气发电机组，具有明显效率优势，减少了CO2排放。生物质是指除化石燃料外的所有来源于可以生长的动植物和微生物的有机物质，生物质能是通过植物的光合作用将太阳光的物理能转化为化学能储存在生物体内的被作为能源利用的能量。生物质与煤相比，通常挥发分高，碳活性高，灰分低，燃烧利用过程中CO2可视为零排放等特点，被认为是当今最有前景的绿色可再生能源之一。现阶段生物质燃料主要为木材与农作物，对海洋生物质的研究还比较少。而海洋生物资源开发的潜力巨大，我国藻类具有种类多、分布广、产量高等特点。海藻相对于陆上生物质有其独特优势，生长在海里，不占用土地资源；生长速度快，便于养殖，种类繁多，可以交替大量繁殖，保证全年资源充足，解决了生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。国内外对于超临界CO2发电和生物质发电技术已经进行了大量的研究和设计工作，然而对于两种发电技术的联合设计研究还较少。
发明内容：
本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种为生物质发电系统提供充足的燃料，大幅减少CO2排放的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统及发电方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，其组成包括：超临界CO2锅炉、透平和发电机，所述的超临界CO2锅炉的烟气排管与吸收塔连通，用于烟气中的CO2与复合胺反应生成氨基甲酸盐；
所述的吸收塔与再生塔连通，用于氨基甲酸盐加热分解还原为复合胺和CO2；
所述的再生塔与CO2溶解塔连通，用于CO2与海水的溶解；
所述的CO2溶解塔内溶解CO2的海水通入到藻类植被养殖水域内；
所述的藻类植被养殖水域内的藻类植被经过采集装置采集后输送到藻类植被干燥装置内；
所述的藻类植被干燥装置与所述的超临界CO2锅炉的进料口连通。
所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，所述的藻类植被干燥装置包括箱体和搅拌装置，所述的箱体内连接有所述的搅拌装置，所述的箱体顶部具有热风进口，所述的箱体底部具有出料口。
一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，该方法包括如下步骤：
（1）烟气中的CO2在吸收塔与复合胺反应生成氨基甲酸盐，并被输送至再生塔加热分解还原为复合胺和CO2，复合胺溶液返回吸收塔进行再次吸附，CO2气体收集利用；
（2）在水中大面积养殖藻类植物。对气管锅炉燃烧后排放的烟气进行处理，收集其中的绝大部分CO2，并将收集的CO2提供给水中的藻类植物，以促进其快速生长，为便于藻类植物的收集，所述藻类植物均为大型藻类植物；
（3）在大型盛水容器中装满海水，将二氧化碳从底部充入容器并搅拌，使二氧化碳充分溶解在水中并达到饱和溶解度后，将容器中的水排出至海藻养殖区域的水体中，再在容器内装满海水、充二氧化碳、排出，如此反复，为海藻提供充足的碳源，促进藻类植物快速生长；
（4）利用部分系统电能采集藻类植物，并干燥后制成生物质燃料，对水中大面积生长的藻类植物进行采集，通过晾晒、烘干方式进行干燥；
（5）经过干燥后的藻类植被作为燃料提供给锅炉进行发电，形成循环发电系统，源源不断的对外输出电能。
所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（1）中烟气的温度应控制在40-70℃，所述吸收塔的材质为普通碳素钢。再生塔加热分解的温度应控制在100-110℃，加热采用锅炉烟气余热进行加热。
所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（3）中海水为常温海水，充入二氧化碳体积为容器体积的0.7倍，搅拌时间为5-10分钟。
所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（4）中采取自然晾晒和烘干共同作用进行干燥，干燥时间为1-2天，藻类植物干燥后的含水量应达到5%以下。
有益效果：
1.本发明采用CO2为工质代替了传统的水管锅炉，对锅炉运行排放烟气中的CO2进行捕集，提供给水中的藻类植物以促进其生长，并可作为CO2工质的补给。对藻类植物进行采集、干燥后，作为燃料提供给锅炉进行发电，形成循环发电系统，源源不断的对外输出电能。
2.本发明加入利用CO2提高藻类产量，综合高效利用超临界二氧化碳发电系统中排放出的CO2，来提高藻类产量，进而为生物质发电系统提供燃料，这一联合系统可大幅减少CO2排放，为实现碳中和提供有效的设计方案。
附图说明：
附图1是本发明的原理图；
图中：1、超临界CO2锅炉；2、透平；3、发电机；4、吸收塔；5、再生塔；6、CO2溶解塔；7、藻类植被养殖水域；8、采集装置；9、藻类植被干燥装置。
具体实施方式：
实施例1：
一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，其组成包括：超临界CO2锅炉1、透平2和发电机3，所述的超临界CO2锅炉的烟气排管与吸收塔4连通，用于烟气中的CO2与复合胺反应生成氨基甲酸盐；
所述的吸收塔与再生塔5连通，用于氨基甲酸盐加热分解还原为复合胺和CO2；
所述的再生塔与CO2溶解塔6连通，用于CO2与海水的溶解；
所述的CO2溶解塔内溶解CO2的海水通入到藻类植被养殖水域7内；
所述的藻类植被养殖水域内的藻类植被经过采集装置8采集后输送到藻类植被干燥装置9内；
所述的藻类植被干燥装置与所述的超临界CO2锅炉的进料口连通。
实施例2：
根据实施例1所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，所述的藻类植被干燥装置包括箱体和搅拌装置，所述的箱体内连接有所述的搅拌装置，所述的箱体顶部具有热风进口，所述的箱体底部具有出料口。
实施例3：
一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，该方法包括如下步骤：
（1）烟气中的CO2在吸收塔与复合胺反应生成氨基甲酸盐，并被输送至再生塔加热分解还原为复合胺和CO2，复合胺溶液返回吸收塔进行再次吸附，CO2气体收集利用；
（2）在水中大面积养殖藻类植物。对气管锅炉燃烧后排放的烟气进行处理，收集其中的绝大部分CO2，并将收集的CO2提供给水中的藻类植物，以促进其快速生长，为便于藻类植物的收集，所述藻类植物均为大型藻类植物；
（3）在大型盛水容器中装满海水，将二氧化碳从底部充入容器并搅拌，使二氧化碳充分溶解在水中并达到饱和溶解度后，将容器中的水排出至海藻养殖区域的水体中，再在容器内装满海水、充二氧化碳、排出，如此反复，为海藻提供充足的碳源，促进藻类植物快速生长；
（4）利用部分系统电能采集藻类植物，并干燥后制成生物质燃料，对水中大面积生长的藻类植物进行采集，通过晾晒、烘干方式进行干燥；
（5）经过干燥后的藻类植被作为燃料提供给锅炉进行发电，形成循环发电系统，源源不断的对外输出电能。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（1）中烟气的温度应控制在40-70℃，所述吸收塔的材质为普通碳素钢。再生塔加热分解的温度应控制在100-110℃，加热采用锅炉烟气余热进行加热。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（3）中海水为常温海水，充入二氧化碳体积为容器体积的0.7倍，搅拌时间为5-10分钟。
实施例6：
根据实施例1或2或3或4或5所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，所述的步骤（4）中采取自然晾晒和烘干共同作用进行干燥，干燥时间为1-2天，藻类植物干燥后的含水量应达到5%以下。
藻类植物的采集和干燥方法：由于养殖水域面积较大，采用机动性较强的轮船进行藻类植物的采集。轮船上配有能够伸入水中捞取藻类植物的采集装置（类似于渔网），采集装置底部配有传送带，能够及时把收集到的藻类植物通过传送带传输至船上存放、沥水，完成藻类植物的采集工作。藻类植物的干燥，根据不同的天气采取不同的方式：高温、晴朗的夏季采取自然晾晒的方式进行干燥，干燥时间为1-2天；其他季节或阴雨天采取人工加热烘干的方式进行干燥。人工加热烘干时，烘干装置为能够旋转的长圆筒，圆筒直径2-3米，长10-20米，藻类植物放入圆筒后，以每分钟5转左右的速度旋转，同时采用热风机从一侧向筒内吹热风进行干燥。藻类植物干燥后的含水量应达到5%以下。
以一台10MW的锅炉机组为例。按机组的燃煤当量计算，每台10MW的锅炉机组每天的燃煤量约100吨，每年燃烧产生的CO2排放量约为6.3万吨。根据现有文献资料记载，每平方公里的藻类植物每年能够固定的CO2量可达到约5700吨。理论计算，需要约6.3万/5700≈11平方公里的藻类植物，能够把燃烧产生的CO2全部固定，实现碳中和。即：养殖约11平方公里的大型藻类植物，对藻类植物进行采集、干燥，作为生物质燃料提供给CO2锅炉进行发电，对锅炉排放的烟气中的CO2进行捕集，并提供给藻类植物以促进其快速生长，生长的藻类植物再次作为生物质燃料进行发电，形成循环发电系统。
Claims (6)
1.一种超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，其组成包括：超临界CO2锅炉、透平和发电机，其特征是：所述的超临界CO2锅炉的烟气排管与吸收塔连通，用于烟气中的CO2与复合胺反应生成氨基甲酸盐；
所述的吸收塔与再生塔连通，用于氨基甲酸盐加热分解还原为复合胺和CO2；
所述的再生塔与CO2溶解塔连通，用于CO2与海水的溶解；
所述的CO2溶解塔内溶解CO2的海水通入到藻类植被养殖水域内；
所述的藻类植被养殖水域内的藻类植被经过采集装置采集后输送到藻类植被干燥装置内；
所述的藻类植被干燥装置与所述的超临界CO2锅炉的进料口连通。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统，其特征是：所述的藻类植被干燥装置包括箱体和搅拌装置，所述的箱体内连接有所述的搅拌装置，所述的箱体顶部具有热风进口，所述的箱体底部具有出料口。
3.一种权利要求1-2之一所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
（1）烟气中的CO2在吸收塔与复合胺反应生成氨基甲酸盐，并被输送至再生塔加热分解还原为复合胺和CO2，复合胺溶液返回吸收塔进行再次吸附，CO2气体收集利用；
（2）在水中大面积养殖藻类植物。对气管锅炉燃烧后排放的烟气进行处理，收集其中的绝大部分CO2，并将收集的CO2提供给水中的藻类植物，以促进其快速生长，为便于藻类植物的收集，所述藻类植物均为大型藻类植物；
（3）在大型盛水容器中装满海水，将二氧化碳从底部充入容器并搅拌，使二氧化碳充分溶解在水中并达到饱和溶解度后，将容器中的水排出至海藻养殖区域的水体中，再在容器内装满海水、充二氧化碳、排出，如此反复，为海藻提供充足的碳源，促进藻类植物快速生长；
（4）利用部分系统电能采集藻类植物，并干燥后制成生物质燃料，对水中大面积生长的藻类植物进行采集，通过晾晒、烘干方式进行干燥；
（5）经过干燥后的藻类植被作为燃料提供给锅炉进行发电，形成循环发电系统，源源不断的对外输出电能。
4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，其特征是：所述的步骤（1）中烟气的温度应控制在40-70℃，所述吸收塔的材质为普通碳素钢。再生塔加热分解的温度应控制在100-110℃，加热采用锅炉烟气余热进行加热。
5.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，其特征是：所述的步骤（3）中海水为常温海水，充入二氧化碳体积为容器体积的0.7倍，搅拌时间为5-10分钟。
6.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳—生物质联合发电系统的发电方法，其特征是：所述的步骤（4）中采取自然晾晒和烘干共同作用进行干燥，干燥时间为1-2天，藻类植物干燥后的含水量应达到5%以下。
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| CN202210387587.0A Pending CN115387877A (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 超临界二氧化碳—生物质联合发电系统及发电方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2022
- 2022-04-14 CN CN202210387587.0A patent/CN115387877A/zh active Pending
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