CN117870430A - 一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统及方法，包括烟道，烟道内设置有换热器，换热器内设置有二氧化碳换热介质，换热器连通至烟道外设置有用于导流换热介质的导热管，导热管连通有煅烧炉，煅烧炉内设置有碳酸钙，煅烧炉与换热器之间设置有用于导流二氧化碳至换热器的气体回流管道，气体回流管道上设置有分流器，分流器连通设置有二氧化碳捕集系统；煅烧炉连通设置有流化床，流化床与煅烧炉之间设置有碳酸钙回流管道，流化床连通有烟气管道。本发明在高纯度二氧化碳中接触式煅烧碳酸钙，提高煅烧炉内整体碳酸钙的反应速率，并可以将生成的无杂质的二氧化碳直接进行分流捕集，从而减少了碳捕集过程的步骤，减少了人力、物力和财力的投入。

Description

一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统及方法

技术领域

本发明涉及燃煤发电与火电行业碳捕集技术领域，尤其涉及一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统及方法。

背景技术

日益增多的二氧化碳排放是造成全球变暖的主要原因。煤电二氧化碳排放量最大，同时煤电是最集中的二氧化碳固定排放源，因此被作为主要的二氧化碳减排目标。碳酸钙循环煅烧/碳酸化反应捕集二氧化碳技术由于采用廉价和资源丰富的石灰石、白云石等作为二氧化碳吸收剂，具有良好的技术经济性，从而近年来引起了世界各国学者的广泛关注。

钙基碳捕集技术应用于火电领域目前一种有效控制二氧化碳排放的技术，再此过程中，碳酸钙(碳酸钙)进入煅烧炉中进行煅烧，分解生成氧化钙和二氧化碳，而在该反应中所需热量由煤纯氧燃烧所产生的烟气供给，烟气在供热完成后经过供热后，需要对烟气中的二氧化碳再次进行捕集。而在从烟气冲捕集二氧化碳的过程中需要进行吸附、冷却、除水等更加繁琐的工艺步骤，这会大幅提高生产成本，且再此过程中，由于烟气需要对煅烧炉先进行加热然后才能使煅烧炉为碳酸钙分解进行供热，这会使得碳酸钙的高温分解速率有待提高。

针对上述问题，本申请提出一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统及方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达到上述目的，本发明提出了一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，包括烟道，所述烟道内壁固定设置有换热器，所述换热器内设置有二氧化碳换热介质，所述换热器连通至烟道外设置有用于导流换热介质的导热管，所述导热管连通有煅烧炉，所述煅烧炉内设置有碳酸钙，所述煅烧炉与所述换热器之间设置有用于导流二氧化碳至换热器的气体回流管道，所述气体回流管道上设置有分流器，所述分流器连通设置有二氧化碳捕集系统；所述煅烧炉连通设置有流化床，所述流化床与所述煅烧炉之间设置有碳酸钙回流管道，所述流化床连通有烟气管道。

本发明通过在烟道内设置换热器，可以实现在高纯度二氧化碳中接触式煅烧碳酸钙，使得碳酸钙与热源充分接触，提高煅烧炉内整体碳酸钙的反应速率，并可以将生成的无杂质的二氧化碳直接进行分流捕集，从而减少了碳捕集过程的步骤，减少了人力、物力和财力的投入，大幅减少了使用钙基碳捕集过程中的成本投入。

可选地，所述烟道设置为π型烟道的水平烟道。

进一步地，所述换热介质通入煅烧炉后与所述碳酸钙直接接触设置，以使换热介质与碳酸钙充分接触式煅烧。

进一步地，所述煅烧炉内设置有用于盛放碳酸钙的换热容器，所述换热容器内侧壁上设置有多组用于喷出换热介质的辅助喷头，且所述换热容器的底部设置有向换热容器顶部喷射换热介质的主喷头，所述换热容器底部对应所述主喷头周侧设置有若干排出口，所述排出口连通设置有第一固气分离装置，所述第一固气分离装置的气体出口与所述气体回流管道连通设置，所述第一固气分离装置的固体出口与所述流化床管道连通设置。

进一步地，所述换热容器内处于同一水平截面的所述辅助喷头设置方向沿同一水平圆周的切线方向设置。

进一步地，所述煅烧炉设置有用于使换热容器内保持真空度的空气抽离装置以及压力调节装置。

进一步地，所述换热器设置为陶瓷换热器或碳化硅换热器中的一种或多种组合。

进一步地，所述煅烧炉内设置有用于容纳碳酸钙的原料仓和用于接收氧化钙的生成物仓，所述原料仓与所述生成物仓之间设置有用于煅烧碳酸钙的换热管道，所述煅烧炉内设置有用于供换热管道换热的换热腔室，所述换热腔室与所述导热管连通设置。

进一步地，所述导热管直接与烟道连通设置，所述导热管内导流介质为烟气，所述煅烧炉上设置有用于排出换热管道内生成二氧化碳的二氧化碳排出口，所述二氧化碳排出口连通有二氧化碳捕集系统。

进一步地，所述煅烧炉内设置有用于保持换热管道内真空度的空气抽离装置以及压力调节装置，以使所述换热管道内保持有真空度。

进一步地，所述煅烧炉内设置有第一煅烧腔和第二煅烧腔，所述第一煅烧腔与所述导热管连通设置，第二煅烧腔与所述回流管道连通设置，且所述第一煅烧腔内与所述第二煅烧腔设置有连通管道，所述第一煅烧腔内碳酸钙与所述换热介质接触式煅烧设置，所述第二腔室内设置有若干与所述第一腔室连通设置的换热煅烧管道，所述第二腔室与所述烟道之间设置有引热管道，且第二煅烧腔内设置有与所述换热煅烧管道连通的收集腔。

进一步地，所述第一煅烧腔内设置有温度传感器，所述连通管道上设置有电磁阀，所述温度传感器与所述电磁阀均电连接同一控制器。

进一步地，所述煅烧炉内设置有用于保持第一煅烧腔以及换热煅烧管道内真空度的空气抽离装置以及压力调节装置，以使所述第一煅烧腔和换热煅烧管道内保持有真空度。

本发明还提供一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，包括如下步骤：

S1、在烟道内布置换热器，且在换热器内充入二氧化碳换热介质，使烟道内的高温烟气将换热器内的换热介质温度加热至煅烧炉内碳酸钙分解反应所需温度；

S2、将换热器内的换热介质通入煅烧炉内，使碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，生成氧化钙和二氧化碳；

S3、对煅烧炉内的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器内；

S4、煅烧炉内生成的氧化钙通入流化床内，并向流化床内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉内，乏气排出。

进一步地，在S1中，换热器根据烟道内气量大小选择陶瓷换热器或碳化硅换热器。

进一步地，所述S3中，对排出的二氧化碳进行分流时，在保证回流至换热器内的二氧化碳量与换热器供给煅烧炉的二氧化碳量相同的前提下，对多余的二氧化碳进行分流捕集。

进一步地，所述S4中，通入流化床中的高温纯净烟气为经过多次杂质处理后的纯净烟气，且该纯净烟气中的二氧化碳含量浓度为15％。

进一步地，所述S4中，流化床内通过烟气供给600℃的初始反应温度，后续通过氧化钙与二氧化碳的反应本身产热可保持反应持续进行。

本发明还提供一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，包括如下步骤：

A1、在烟道内布置换热器，且在换热器内充入二氧化碳换热介质，使烟道内的高温烟气将换热器内的换热介质温度加热至煅烧炉内碳酸钙分解反应所需温度；

A2、将换热器内的换热介质通入煅烧炉内的第一煅烧腔，使第一煅烧腔内的碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，将碳酸钙温度加热煅烧至850℃，收集生成的二氧化碳气体；

A3、将经过第一煅烧腔煅烧加热的碳酸钙送入第二煅烧腔的换热煅烧管道，在第二煅烧腔内通过高温烟气对换热煅烧管道进行煅烧加热，换热煅烧管道内的碳酸钙以及氧化钙混合料经高温烟气煅烧，混合料完全被煅烧为氧化钙，并收集生成的二氧化碳气体；

A4、对煅烧炉内的A2、A3步骤的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器内；

A5、煅烧炉内生成的氧化钙通入流化床内，并向流化床内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉内，乏气排出。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的结构示意图，旨在示意氧化钙补充系统与本系统的连接关系；

图3是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的结构示意图，旨在示意余热再利用系统的第一预热器的管道连通结构；

图4是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的结构示意图，旨在示意余热再利用系统的第二预热器的管道连通结构；

图5是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的煅烧炉结构示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的煅烧炉结构示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的煅烧炉结构示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的煅烧炉结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法的方法步骤示意图；

图10是根据本发明另一个实施例的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法的方法步骤示意图。

附图标记说明：

1、烟道；2、换热器；3、煅烧炉；31、换热容器；32、辅助喷头；33、主喷头；34、换热管道；35、原料仓；36、生成物仓；4、流化床；5、导热管；6、回流管道；7、分流器；8、二氧化碳捕集系统；9、流量检测器；10、第一预热器；11、第二预热器；12、氧化钙补充系统；13、第一煅烧腔；14、第二煅烧腔；15、连通管道；16、电磁阀；17、温度传感器；18、换热煅烧管道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

钙基循环煅烧/碳酸化反应捕集CO₂技术的反应原理为在煅烧炉内对钙基吸收剂(即碳酸钙)进行高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，反应即为：CaCO₃→CaO+CO₂，对生成的二氧化碳进行捕集，对生成的氧化钙进行收集通入流化床中，在流化床中通入高温烟气，在烟气中使氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙，反应即为：CaO+CO₂→CaCO₃，并将碳酸钙通入煅烧炉中再次煅烧生成氧化钙，这样循环进行钙基碳捕集。

本发明提出一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，以下参照图1至图8进行详细阐述。

一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，参照图1，包括烟道1，烟道1内壁固定设置有换热器2，换热器2内设置有二氧化碳换热介质，换热器2连通至烟道1外设置有用于导流换热介质的导热管5，导热管5连通有煅烧炉3，煅烧炉3内设置有碳酸钙，煅烧炉3与换热器2之间设置有用于导流二氧化碳至换热器2的气体回流管道6，气体回流管道6上设置有分流器7，分流器7连通设置有二氧化碳捕集系统8；煅烧炉3连通设置有流化床4，流化床4与煅烧炉3之间设置有碳酸钙回流管道6，流化床4连通有烟气管道。且在本系统中，对二氧化碳在导热管5、回流管道6以及分流器7中的流动的动力来源均属于现有技术，在此不做具体限制描述。

本发明通过在烟道1内设置换热器2，可以实现在高纯度二氧化碳中接触式煅烧碳酸钙，使得碳酸钙与热源充分接触，大幅提高煅烧炉3内整体碳酸钙的反应速率，并可以将生成的无杂质的二氧化碳直接进行分流捕集，从而相较于传统的钙基循环煅烧/碳酸化反应捕集CO2技术减少了在煅烧后阶段碳捕集过程的步骤，减少了人力、物力和财力的投入，大幅减少了使用钙基碳捕集过程中的成本投入。

换热器2换热形式为一级换热，烟道1中的烟气对换热器2中的二氧化碳换热介质进行加热后，换热介质通入煅烧炉3后与碳酸钙直接接触设置，二氧化碳可以直接通入煅烧炉3中进行接触式煅烧，以使换热介质与碳酸钙充分接触，避免了传统换热的二级换热过程导致的热传导效率低下的问题。高温烟气对换热器2中的二氧化碳换热介质进行高温加热时，在一些实施例中，二氧化碳在换热器2中被加热至800℃后供给至煅烧炉3中，使得二氧化碳换热介质进入煅烧炉3中保持800℃进行煅烧作业，在另一些实施例中，考虑到二氧化碳换热介质在导入至煅烧炉3中的过程中会出现热量损耗，可根据导热管5运输长度以及当地环境导致的热量损耗，对换热器2中二氧化碳加热温度进行上浮调整，保证二氧化碳换热介质在进入煅烧炉3中时对应碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳的最优温度。

在一些实施例中，为了进一步的减少在二氧化碳换热介质在导热管5中导流阶段的热量散失，在导热管5外部设置有保温层，在一种实施例中，保温层设置为由隔热砖砌成的通道。

在一些实施例中，换热器2布置在π型烟道1的水平烟道1内。并且根据换热器2布置烟道1内的烟气流量，在一些实施例中，当烟气流量≤1000m³/h时，将换热器2设置陶瓷换热器2，且换热面形式选择为常规陶瓷管式，在另一些实施例中，当10000m³/h≤烟气经济流量≤100000m³/h时，将换热器2设置为碳化硅换热器2，且换热面形式选择为碳化硅高温换热器2。

在一些实施例中，参照图5，煅烧炉3内设置有用于盛放碳酸钙的换热容器31，换热容器31内侧壁上设置有多组用于喷出换热介质的辅助喷头32，且换热容器31的底部设置有向换热容器31顶部喷射换热介质的主喷头33，换热容器31底部对应主喷头33周侧设置有若干排出口，排出口连通设置有第一固气分离装置，第一固气分离装置的气体出口与气体回流管道6连通设置，第一固气分离装置的固体出口与流化床4管道连通设置。

且为了保证碳酸钙在换热容器31中可以保持与二氧化碳的充分接触，换热容器31内处于同一水平截面的辅助喷头32设置方向沿同一水平圆周的切线方向设置，这使得在换热容器31内侧壁附近形成一个多边形的气体墙，且气体墙的介质流向相同，从而辅助喷头32可以同时对换热容器31内的碳酸钙吹动，使得碳酸钙粉末在换热容器31侧壁多个辅助喷头32的吹动作用下旋转，并且在主喷头33的作用下粉末状的碳酸钙会向上，浮动的碳酸钙在漂浮至一定高度后，在重力作用下会下坠，并且在辅助喷头32的作用下，会在换热容器31内进行螺旋上升或螺旋下降的运动。从而使得碳酸钙与高温二氧化碳可以充分接触，从而进行接触式煅烧。

在另一些实施例中，煅烧炉3内设置有煅烧多条换热管道34，二氧化碳换热介质进入煅烧炉3内后，直接通入多条换热管道34内，换热管道34内保持有供二氧化碳换热介质通入的空间，且为了保证反应效率，换热管道34可以盘绕设置或螺旋设置。且换热管道34末端连接有固气分离器，用于将碳酸钙段稍后生成的氧化钛以及二氧化碳气体分离。

在一些实施例中，为了保证煅烧炉3内二氧化碳的纯度，在煅烧炉3设置有用于使换热容器31或换热管道34内保持真空度的空气抽离装置以及压力调节装置。

由于从煅烧炉3中分离出的二氧化碳包括碳酸钙高温煅烧生成的二氧化碳以及原本作为换热介质的二氧化碳，换热器2中的二氧化碳只需要保持进入量与导出量相同即可完全保持原本的工作效率，因此多余的二氧化碳可以进行分流收集，因此通过分流器7将多余的二氧化碳分流后进行二氧化碳收集即可完成对煅烧后产生的二氧化碳的捕集。在一些实施例中，在回流管道6对应分流器7前后位置处以及导热管5对应换热器2出口处均设置有流量检测器9，用于对比分析分流器7的分流量，从而使得工作人员手动或动过分流器7控制对回流管道6内二氧化碳的分流量，避免影响换热器2内二氧化碳换热介质总量的情况发生。

但是由于二氧化碳从煅烧炉3中流出后本身仍具有较高的温度，供入换热器2的二氧化碳本身具有一定高温的情况下可以更加快速的完成换热并导出换热器2，但是经过分流后等待收集的二氧化碳本身具有的温度仍具有利用价值，因此在一些实施例中，在分流器7与二氧化碳不急系统之间设置有余热再利用系统。

在一些实施例中，参照图3，余热再利用系统包括设置于煅烧炉3与流化床4之间的第一预热器10，该预热器用于对从煅烧炉3中分离的氧化钙进行预热，分流后的二氧化碳通过管道通至第一预热器10中，对氧化钙进行预热，使得氧化钙进入流化床4后具有较高的温度，从而减少了氧化钙在流化床4中的加热时间。二氧化碳在完成对氧化钙的预热后，可以被直接回收。

在另一些实施例中，参照图4，余热再利用系统还包括对设置于煅烧炉3碳酸钙进入口前的第二预热器11，该第二预热器11用于对进入煅烧炉3中的碳酸钙进行预加热，分流后的二氧化碳通过管道通至第二预热器11中，对碳酸钙进行预热，且碳酸钙预热温度小于碳酸钙分解生成二氧化碳和氧化钙时的温度，使得碳酸钙进入煅烧炉3后具有较高的温度，从而减少了碳酸钙在煅烧炉3中煅烧时升温至反应温度的时间。且在另一些实施例中，第一预热器10和第二预热器11可同时存在于余热再利用系统中。

进一步的，需要考虑氧化钙反应过程中会出现氧化钙失去活性的情况，在一些实施例中，在流化床4旁设置有氧化钙补充系统12，当氧化钙活性失去过多时，将流化床4中的失活氧化钙排出，并通过氧化钙补充系统12将具有良好活性的氧化钙补充至流化床4内，继续参与氧化钙与二氧化碳生成碳酸钙的反应。在另一些实施例中，可以对氧化钙进行改性以延长氧化钙的活性。

在另一些实施例中，参照图6，由于碳酸钙为细小颗粒，其在移动过程中呈流体状态，因此在所述煅烧炉3内设置有用于容纳碳酸钙的原料仓35和用于接收氧化钙的生成物仓36，所述原料仓35与所述生成物仓36之间设置有用于煅烧碳酸钙的换热管道34，生成物仓36与流化床4之间设置有固体生成物导流管道。进行煅烧时，碳酸钙沿换热管道34从原料仓35移动至生成物仓36；所述煅烧炉3内设置有用于供换热管道34换热的换热腔室，所述换热腔室与所述导热管5连通设置，在煅烧过程中，可以使用导热管5内的二氧化碳介质作为换热介质，直接对换热管道34进行高温加热，并在加热完成后，换热介质与煅烧过程中生成的二氧化碳均被收集沿回流管道6排出。

在另一些实施例中，参照图7，将与换热腔室连通的所述导热管5直接与烟道1连通设置，所述导热管5内导流介质为烟气，所述煅烧炉3上设置有用于排出换热管道34内生成二氧化碳的二氧化碳排出口，所述二氧化碳排出口连通有二氧化碳捕集系统8。通过烟气直接对换热腔室内的换热管道34进行高温加热，对换热管道34内生成的二氧化碳在二氧化碳排出口进行分离排出，并直接通入二氧化碳捕集系统8中进行捕集，经过加热煅烧的烟气被单独从煅烧炉3中排出，排出后的烟气可经过环保处理后直接排出，在一些实施例中，被从煅烧炉3中排出的烟气也可经过处理后通入流化床4内使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙。

在另一些实施例中，考虑到碳酸钙直接与换热介质接触式煅烧，长时间煅烧反应时，当温度超过一定温度，由碳酸钙煅烧生成的氧化钙会与接触的二氧化碳换热介质发生逆反应，再次生成碳酸钙，因此需要避免氧化钙在二氧化碳换热介质中发生逆反应的情况。参照图8，故在所述煅烧炉3内设置有第一煅烧腔13和第二煅烧腔14，所述第一煅烧腔13与所述导热管5连通设置，第二煅烧腔14与所述回流管道6连通设置，且所述第一煅烧腔13内与所述第二煅烧腔14设置有连通管道15，所述第一煅烧腔13内碳酸钙与所述换热介质接触式煅烧设置，所述第二腔室内设置有若干与所述第一腔室连通设置的换热煅烧管道18，所述第二腔室与所述烟道1之间设置有引热管道，且第二煅烧腔14内设置有与所述换热煅烧管道18连通的收集腔。

碳酸钙在进入第一煅烧炉3中后，首先进入第一煅烧腔13，在第一煅烧腔13内碳酸钙与二氧化碳换热介质接触式煅烧，生成氧化钙和二氧化碳，当碳酸钙在第一煅烧腔13中煅烧至一定温度后，在一些实施例中，该温度设定为850℃，在另一些实施例中，根据实际工况可对该温度进行调整，原本的碳酸钙原料此时成为碳酸钙与氧化钙的混合料，将混合料通入第二煅烧腔14内，通过高温烟气对换热煅烧管道18内的混合料进行高温煅烧，避免了二氧化碳与氧化钙接触在高温煅烧下生成碳酸钙的逆反应过程，并且在第一煅烧腔13和第二煅烧腔14中均设置有用于分离出二氧化碳的固气分离装置，将第一煅烧腔13和第二煅烧腔14中的二氧化碳从其中分离出并进行收集。

并且为了保证当第一煅烧腔13内的温度达到850℃后，可以及时将第一煅烧腔13内的混合料通入第二煅烧腔14，因此在所述第一煅烧腔13内设置有温度传感器17，所述连通管道15上设置有电磁阀16，所述温度传感器17与所述电磁阀16均电连接同一控制器，当第一煅烧腔13内的碳酸钙原料煅烧温度达到850℃后，将此时的混合料首先通入第一煅烧腔13内的固气分离装置将二氧化碳排出后，再将混合料通入第二腔室的换热煅烧管道18内，通过高温烟气对换热煅烧管道18内的氧化盖进行高温煅烧。从而使得混合料中的碳酸钙在换热煅烧管道18中，在不接触二氧化碳的前提下完全高温煅烧反应生成氧化钙。

为了保证第一煅烧腔13和第二煅烧腔14内的反应正常进行，需要保证第一煅腔和第二煅烧腔14内保持一定的真空度，因此在所述煅烧炉3内设置有用于保持第一煅烧腔13以及换热煅烧管道18内真空度的空气抽离装置以及压力调节装置，以使所述第一煅烧腔13和换热煅烧管道18内保持有真空度。

本申请还提供一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，参照图9进行详细阐述。

一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，包括如下步骤：

S1、在烟道1内布置换热器2，且在换热器2内充入二氧化碳换热介质，使烟道1内的高温烟气将换热器2内的换热介质温度加热至煅烧炉3内碳酸钙分解反应所需温度；

S2、将换热器2内的换热介质通入煅烧炉3内，使碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，生成氧化钙和二氧化碳；

S3、对煅烧炉3内的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器2内；

S4、煅烧炉3内生成的氧化钙通入流化床4内，并向流化床4内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉3内，乏气排出。

在S1中，换热器2根据烟道1内气量大小选择陶瓷换热器2或碳化硅换热器2。且二氧化碳换热介质在换热器2中的被加热至高温，在一些实施例中，二氧化碳换热介质被加热至800℃及以上温度，优选800℃，并且考虑到在二氧化碳换热介质在导热管5中抵达煅烧炉3之前的导流阶段会出现热量损耗，因此二氧化碳在换热器2内被加热的温度可根据导热管5运输长度以及当地环境导致的热量损耗，对换热器2中二氧化碳加热温度进行上浮调整。保证二氧化碳换热介质在进入煅烧炉3中时对应碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳的最优温度。

在S2中，由于换热介质本身只有二氧化碳，碳酸钙煅烧分解生成的气体也只有二氧化碳，因此从煅烧炉3中流出的气体只有纯粹的二氧化碳，进而从煅烧炉3中流出的二氧化碳量大于作为换热介质进入煅烧炉3中的二氧化碳量。

在S3中，对排出的二氧化碳进行分流时，因为换热器2中的二氧化碳只需要保持进入量与导出量相同即可完全保持原本的工作效率，在保证回流至换热器2内的二氧化碳量与换热器2供给煅烧炉3的二氧化碳量相同的前提下，对多余的二氧化碳进行分流捕集。

对多余二氧化碳进行分流捕集之前，可以对被分流的二氧化碳的余热进行再利用，在一些实施例中，利用被分流的二氧化碳对从煅烧炉3中流出且进入流化床4之前的氧化钙进行预加热，从而加快了氧化钙进入流化床4后的升温时间；在另一些实施例中，利用被分流的二氧化碳对从流化床4中流出且进入煅烧炉3之前的碳酸钙进行预加热，从而加快了碳酸钙进入煅烧炉3之后的升温时间。

在S4中，通入流化床4中的高温纯净烟气为经过多次杂质处理后的纯净烟气，且该纯净烟气中的二氧化碳含量浓度为15％。

为了避免煅烧炉3中二氧化碳换热介质与碳酸钙接触式煅烧过程中，二氧化碳与氧化钙发生逆反应生成碳酸钙，需要在特定温度点，将氧化钙与二氧化碳完全隔离，因此在上述一种实施例中，将煅烧炉3内分设了第一煅烧腔13和第二煅烧腔14以及其他内部结构，以该煅烧炉3结构解决上述问题，针对该煅烧炉3结构，在另一些实施例中，本申请还提供一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，参照图10，包括如下步骤：

A1、在烟道1内布置换热器2，且在换热器2内充入二氧化碳换热介质，使烟道1内的高温烟气将换热器2内的换热介质温度加热至煅烧炉3内碳酸钙分解反应所需温度；

A2、将换热器2内的换热介质通入煅烧炉3内的第一煅烧腔13，使第一煅烧腔13内的碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，将碳酸钙温度加热煅烧至850℃，收集生成的二氧化碳气体；

A3、将经过第一煅烧腔13煅烧加热的碳酸钙送入第二煅烧腔14的换热煅烧管道18，在第二煅烧腔14内通过高温烟气对换热煅烧管道18进行煅烧加热，换热煅烧管道18内的碳酸钙以及氧化钙混合料经高温烟气煅烧，混合料完全被煅烧为氧化钙，并收集生成的二氧化碳气体；

A4、对煅烧炉3内的A2、A3步骤的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器2内；

A5、煅烧炉3内生成的氧化钙通入流化床4内，并向流化床4内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉3内，乏气排出。

在A1中，换热器2根据烟道1内气量大小选择陶瓷换热器2或碳化硅换热器2。且二氧化碳换热介质在换热器2中的被加热至高温，在一些实施例中，二氧化碳换热介质被加热至800℃及以上温度，优选800℃，并且考虑到在二氧化碳换热介质在导热管5中抵达煅烧炉3之前的导流阶段会出现热量损耗，因此二氧化碳在换热器2内被加热的温度可根据导热管5运输长度以及当地环境导致的热量损耗，对换热器2中二氧化碳加热温度进行上浮调整。保证二氧化碳换热介质在进入煅烧炉3中时对应碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳的最优温度。

在A4中，对排出的二氧化碳进行分流时，在保证回流至换热器2内的二氧化碳量与换热器2供给煅烧炉3的二氧化碳量相同的前提下，对多余的二氧化碳进行分流捕集。

对多余二氧化碳进行分流捕集之前，可以对被分流的二氧化碳的余热进行再利用，在一些实施例中，利用被分流的二氧化碳对从煅烧炉3中流出且进入流化床4之前的氧化钙进行预加热，从而加快了氧化钙进入流化床4后的升温时间；在另一些实施例中，利用被分流的二氧化碳对从流化床4中流出且进入煅烧炉3之前的碳酸钙进行预加热，从而加快了碳酸钙进入煅烧炉3之后的升温时间。

在A5中，通入流化床4中的高温纯净烟气为经过多次杂质处理后的纯净烟气，且该纯净烟气中的二氧化碳含量浓度为15％。

进一步地，所述A5中，流化床4内通过烟气供给600℃的初始反应温度，后续通过氧化钙与二氧化碳的反应本身产热可保持反应持续进行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，包括烟道，所述烟道内壁固定设置有换热器，所述换热器内设置有二氧化碳换热介质，所述换热器连通至烟道外设置有用于导流换热介质的导热管，所述导热管连通有煅烧炉，所述煅烧炉内设置有碳酸钙，所述煅烧炉与所述换热器之间设置有用于导流二氧化碳至换热器的气体回流管道，所述气体回流管道上设置有分流器，所述分流器连通设置有二氧化碳捕集系统；所述煅烧炉连通设置有流化床，所述流化床与所述煅烧炉之间设置有碳酸钙回流管道，所述流化床连通有烟气管道。

2.如权利要求1所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述烟道设置为π型烟道的水平烟道。

3.如权利要求1所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述换热介质通入煅烧炉后与所述碳酸钙直接接触设置，以使换热介质与碳酸钙充分接触式煅烧。

4.如权利要求3所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉内设置有用于盛放碳酸钙的换热容器，所述换热容器内侧壁上设置有多组用于喷出换热介质的辅助喷头，且所述换热容器的底部设置有向换热容器顶部喷射换热介质的主喷头，所述换热容器底部对应所述主喷头周侧设置有若干排出口，所述排出口连通设置有第一固气分离装置，所述第一固气分离装置的气体出口与所述气体回流管道连通设置，所述第一固气分离装置的固体出口与所述流化床管道连通设置。

5.如权利要求4所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述换热容器内处于同一水平截面的所述辅助喷头设置方向沿同一水平圆周的切线方向设置。

6.如权利要求4所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉设置有用于使换热容器内保持真空度的空气抽离装置以及压力调节装置。

7.如权利要求1所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述换热器设置为陶瓷换热器或碳化硅换热器中的一种或多种组合。

8.如权利要求1所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉内设置有用于容纳碳酸钙的原料仓和用于接收氧化钙的生成物仓，所述原料仓与所述生成物仓之间设置有用于煅烧碳酸钙的换热管道，所述煅烧炉内设置有用于供换热管道换热的换热腔室，所述换热腔室与所述导热管连通设置。

9.如权利要求8所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述导热管直接与烟道连通设置，所述导热管内导流介质为烟气，所述煅烧炉上设置有用于排出换热管道内生成二氧化碳的二氧化碳排出口，所述二氧化碳排出口连通有二氧化碳捕集系统。

10.如权利要求9所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉内设置有用于保持换热管道内真空度的空气抽离装置以及压力调节装置，以使所述换热管道内保持有真空度。

11.如权利要求1所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉内设置有第一煅烧腔和第二煅烧腔，所述第一煅烧腔与所述导热管连通设置，第二煅烧腔与所述回流管道连通设置，且所述第一煅烧腔内与所述第二煅烧腔设置有连通管道，所述第一煅烧腔内碳酸钙与所述换热介质接触式煅烧设置，所述第二腔室内设置有若干与所述第一腔室连通设置的换热煅烧管道，所述第二腔室与所述烟道之间设置有引热管道，且第二煅烧腔内设置有与所述换热煅烧管道连通的收集腔。

12.如权利要求11所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述第一煅烧腔内设置有温度传感器，所述连通管道上设置有电磁阀，所述温度传感器与所述电磁阀均电连接同一控制器。

13.如权利要求11所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统，其特征在于，所述煅烧炉内设置有用于保持第一煅烧腔以及换热煅烧管道内真空度的空气抽离装置以及压力调节装置，以使所述第一煅烧腔和换热煅烧管道内保持有真空度。

14.如权利要求1-7任意一项所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在烟道内布置换热器，且在换热器内充入二氧化碳换热介质，使烟道内的高温烟气将换热器内的换热介质温度加热至煅烧炉内碳酸钙分解反应所需温度；

S2、将换热器内的换热介质通入煅烧炉内，使碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，生成氧化钙和二氧化碳；

S3、对煅烧炉内的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器内；

S4、煅烧炉内生成的氧化钙通入流化床内，并向流化床内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉内，乏气排出。

15.如权利要求14所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，在S1中，换热器根据烟道内气量大小选择陶瓷换热器或碳化硅换热器。

16.如权利要求14所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，所述S3中，对排出的二氧化碳进行分流时，在保证回流至换热器内的二氧化碳量与换热器供给煅烧炉的二氧化碳量相同的前提下，对多余的二氧化碳进行分流捕集。

17.如权利要求14所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，所述S4中，通入流化床中的高温纯净烟气为经过多次杂质处理后的纯净烟气，且该纯净烟气中的二氧化碳含量浓度为15％。

18.如权利要求14所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，所述S4中，流化床内通过烟气供给600℃的初始反应温度，后续通过氧化钙与二氧化碳的反应本身产热可保持反应持续进行。

19.如权利要求11-13任意一项所述的一种钙基碳捕集耦合热化学储能系统的一种钙基碳捕集耦合热化学储能方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1、在烟道内布置换热器，且在换热器内充入二氧化碳换热介质，使烟道内的高温烟气将换热器内的换热介质温度加热至煅烧炉内碳酸钙分解反应所需温度；

A2、将换热器内的换热介质通入煅烧炉内的第一煅烧腔，使第一煅烧腔内的碳酸钙与换热介质进行接触式煅烧，将碳酸钙温度加热煅烧至850℃，收集生成的二氧化碳气体；

A3、将经过第一煅烧腔煅烧加热的碳酸钙送入第二煅烧腔的换热煅烧管道，在第二煅烧腔内通过高温烟气对换热煅烧管道进行煅烧加热，换热煅烧管道内的碳酸钙以及氧化钙混合料经高温烟气煅烧，混合料完全被煅烧为氧化钙，并收集生成的二氧化碳气体；

A4、对煅烧炉内的A2、A3步骤的生成物进行固气分流，将生成的二氧化碳以及换热介质的二氧化碳共同排出，并排出的二氧化碳进行部分分流捕集，剩余二氧化碳回流至换热器内；

A5、煅烧炉内生成的氧化钙通入流化床内，并向流化床内通入高温纯净烟气，使氧化钙与烟气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并将反应后的乏气与碳酸钙进行固气分离，碳酸钙导流至煅烧炉内，乏气排出。