CN114659101A - 一种燃用低灰份煤质cfb锅炉钙基热载体烟气co2捕集*** - Google Patents

Abstract

一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，涉及燃用低灰份煤质CFB锅炉技术领域。解决了现有燃用低灰份煤质CFB锅炉运行时需要外加热源和床料添加***的问题。本发明燃用低灰分煤质CFB锅炉运行过程中需对循环物料进行补充的需求与钙基热载体烟气CO₂捕集***中钙基化合物作为热载体时需进行加热的需求进行耦合，将在煅烧炉中释放热量后的低温钙基化合物作为循环物料送入燃用低灰分煤质CFB锅炉中加热，构成一套新型完整、可靠的二氧化碳捕集***，最终达到在不需要外加热源用于煅烧反应、不影响锅炉出力、钙基化合物多次循环利用的情况下对烟气中二氧化碳的高效、低成本高浓度的捕集的目的，本发明适用于燃用低灰份煤质CFB锅炉CO₂捕集。

Description

一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO2捕集***

技术领域

本发明涉及燃用低灰份煤质CFB锅炉技术领域。

背景技术

由于循环流化床锅炉自身运行特性要求CFB锅炉必须有足够的循环物料量作为热载体将炉内的热负荷带出炉膛，并保证有足够的冷循环物料量进入炉内吸收炉膛内部的热负荷；然而，燃用低灰份煤质CFB锅炉由于其燃料中灰份占比较低，锅炉运行过程中必须采取措施对锅炉循环物料进行补充，但是现有燃用低灰份煤质CFB锅炉通常需要外加热源和床料添加***，存在成本高的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有燃用低灰份煤质CFB锅炉运行时需要外加热源和床料添加***的问题，提出了一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO2捕集***。

本发明所述一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，包括旋风分离器、烟道换热器、烟道二氧化碳吸附器、旋风分离碳化器、混合煅烧反应器、第一钙基化合物分配器、第二钙基化合物分配器和二氧化碳循环风机；

旋风分离器的进气口与燃用低灰份煤质CFB锅炉的出气口，所述旋风分离器将燃用低灰份煤质CFB锅炉产生的烟气及钙基化合物进行分离，分离后的烟气传输至烟道换热器，分离后的钙基化合物进入钙第一钙基化合物分配器；

所述钙第一钙基化合物分配器根据燃气CFB锅炉运行情况及混合煅烧反应器的钙基化合物的需求量对高温钙基化合物循环物料进行分配；

所述烟道换热器与烟道二氧化碳吸附器联通，烟道换热器对进入的烟气进行温度调节至烟气达到钙基化合物吸附二氧化碳的最佳温度区间；烟道二氧化碳吸附器利用钙基化合物对经温度调节的烟气进行二氧化碳吸附；并将吸附后的剩余气体输出至旋风分离碳化器，所述旋风分离碳化器用于对计入内部的气体进行分离，分离后的烟气输出至燃用低灰份煤质CFB锅炉的尾部除尘设备；分离后的钙基化合物传输至混合煅烧反应器；

所述混合煅烧反应器利用石灰石、接收的钙基化合物和二氧化碳加热煅烧产生钙基化合物和二氧化碳气体，煅烧产生的二氧化碳气体经二氧化碳循环风机返回至混合煅烧反应器；煅烧产生的钙基化合物输送至第二钙基化合物分配器；

所述第二钙基化合物分配器根据燃用低灰份煤质CFB锅炉所需的钙基化合物的量和烟道二氧化碳吸附器所述的钙基化合物的量将钙基化合物输送至燃用低灰份煤质CFB锅炉和烟道二氧化碳吸附器。

进一步地，本发明中，还包括流化风机，所述流化风机用于向烟道二氧化碳吸附器送风，对送入的钙基化合物吹风流化。

进一步地，本发明中，还包括石灰石存储罐，所述石灰石存储罐用于向混合煅烧反应器内输送石灰石。

进一步地，本发明中，还包括二氧化碳冷却器和除尘器，所述混合煅烧反应器煅烧产生的二氧化碳气体经过二氧化碳冷却器和除尘器后经二氧化碳循环风机返回至混合煅烧反应器，所述二氧化碳冷却器用于对二氧化碳气体进行冷却，除尘器用于对冷却后的二氧化碳气体进行冷却。

进一步地，本发明中，还包括二氧化碳引风机和二氧化储罐，经二氧化碳冷却器和除尘器后二氧化碳气体还经二氧化碳引风机引入二氧化储罐进行存储。

进一步地，还包括第一送风机和第二送风机，所述第一送风机为第二钙基化合物分配器向烟道二氧化碳吸附器输送钙基化合物提供动力；第二送风机用于为第二钙基化合物分配器向燃用低灰份煤质CFB锅炉输送钙基化合物提供动力。

本发明所述燃用低灰分煤质CFB锅炉运行过程中需对循环物料进行补充的需求与钙基热载体烟气CO₂捕集***中钙基化合物作为热载体时需进行加热的需求进行耦合，将在煅烧炉中释放热量后的低温钙基化合物作为循环物料送入燃用低灰分煤质CFB锅炉中加热，通过采用成熟的技术将相关设备耦合串联，构成一套新型完整、可靠的燃用低灰分煤质CFB锅炉二氧化碳捕集***，最终达到在不需要外加热源用于煅烧反应、不影响锅炉出力、钙基化合物多次循环利用的情况下对烟气中二氧化碳的高效、低成本、高浓度的捕集和保证燃用低灰分煤质CFB锅炉安全、稳定运行的目的。

附图说明

图1是本发明所述燃用低灰分煤质CFB锅炉钙基热载体循环二氧化碳捕集***工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，包括旋风分离器a、烟道换热器b、烟道二氧化碳吸附器c、旋风分离碳化器d、混合煅烧反应器f、第一钙基化合物分配器g、第二钙基化合物分配器j和二氧化碳循环风机p；

旋风分离器a的进气口与燃用低灰份煤质CFB锅炉的出气口，所述旋风分离器a将燃用低灰份煤质CFB锅炉产生的烟气及钙基化合物进行分离，分离后的烟气传输至烟道换热器b，分离后的钙基化合物进入钙第一钙基化合物分配器g；

所述钙第一钙基化合物分配器g根据燃气CFB锅炉运行情况及混合煅烧反应器f的钙基化合物的需求量对高温钙基化合物循环物料进行分配；

所述烟道换热器b与烟道二氧化碳吸附器c联通，烟道换热器b对进入的烟气进行温度调节至烟气达到钙基化合物吸附二氧化碳的最佳温度区间；烟道二氧化碳吸附器c利用钙基化合物对经温度调节的烟气进行二氧化碳吸附；并将吸附后的剩余气体输出至旋风分离碳化器d，所述旋风分离碳化器d用于对计入内部的气体进行分离，分离后的烟气输出至燃用低灰份煤质CFB锅炉的尾部除尘设备；分离后的钙基化合物传输至混合煅烧反应器f；

所述混合煅烧反应器f利用石灰石、接收的钙基化合物和二氧化碳加热煅烧产生钙基化合物和二氧化碳气体，煅烧产生的二氧化碳气体经二氧化碳循环风机p返回至混合煅烧反应器f；煅烧产生的钙基化合物输送至第二钙基化合物分配器j；

所述第二钙基化合物分配器j根据燃用低灰份煤质CFB锅炉所需的钙基化合物的量和烟道二氧化碳吸附器c所述的钙基化合物的量将钙基化合物输送至燃用低灰份煤质CFB锅炉和烟道二氧化碳吸附器c。

本实施方式中,***正常投运后自旋风分离器a分离下来的外循环物料(即钙基化合物)进入第一钙基化合物分配器g第一钙基化合物分配器g主要作用为同时保证炉内正常流化和混合煅烧反应器f中煅烧反应的完全进行提供充足的物料，并具有一定的调节功能以适应***的波动。混合煅烧反应器f中煅烧反应后的固体物料经进入第二钙基化合物分配器j，所述固体物料作为煅烧反应的热载体及二氧化碳吸附剂，其主要作用为：将煅烧反应后的固体物料送回到高温炉膛中，在炉内吸收热量后同时作为锅炉的外循环物料和热载体进入下一个循环，另外一个作用为可根据***运行情况，作为备用措施为吸附炉内提供吸附剂。

进一步地，本发明中，还包括流化风机e，所述流化风机e用于向烟道二氧化碳吸附器c送风，对送入的钙基化合物吹风流化。

进一步地，本发明中，还包括石灰石存储罐h，所述石灰石存储罐h用于向混合煅烧反应器f内输送石灰石。

进一步地，本发明中，还包括二氧化碳冷却器l和除尘器m，所述混合煅烧反应器f煅烧产生的二氧化碳气体经过二氧化碳冷却器l和除尘器m后经二氧化碳循环风机p返回至混合煅烧反应器f，所述二氧化碳冷却器l用于对二氧化碳气体进行冷却，除尘器m用于对冷却后的二氧化碳气体进行冷却。

进一步地，本发明中，还包括二氧化碳引风机n和二氧化储罐o，经二氧化碳冷却器l和除尘器m后二氧化碳气体还经二氧化碳引风机n引入二氧化储罐o进行存储。

进一步地，还包括第一送风机i和第二送风机k，所述第一送风机i为第二钙基化合物分配器j向烟道二氧化碳吸附器c输送钙基化合物提供动力；第二送风机k用于为第二钙基化合物分配器j向燃用低灰份煤质CFB锅炉输送钙基化合物提供动力。

进一步地，本发明中，烟气达到钙基化合物吸附二氧化碳的最佳温度区间为600～800℃。

本发明充分发挥钙基化合物的特性，即以其为二氧化碳吸附剂又作为热载体，简化了***布置，减少了***物料种类，降低了投资成本和运行成本；燃用低灰分煤质CFB锅炉技术与钙基热载体烟气CO2捕集***技术的充分耦合，创造性地同时解决了燃用低灰分煤质CFB锅炉需要补充循环物料和钙基热载体需要外加热源的技术问题，通过耦合降低了整个***的投资和运行成本；捕集得到的二氧化碳浓度高，有利于下游环节的利用。

本发明中,燃用低灰分煤质CFB锅炉***的主要由炉膛、分离器、受热面及回料***组成，其燃烧产生的含二氧化碳烟气作为本发明CO2的吸附源；旋风分离器a的作为将锅炉燃烧产生的烟气及钙基化合物进行分离，并分别进入第一钙基化合物分配器g和烟道换热器b；旋风分离碳化器d主要作用为从烟道二氧化碳吸附器c进入旋风分离碳化器d中的烟气与钙基化合进一步碳化提供反应空间，并将烟气与碳酸钙、硫酸钙等物料进行分离，分离后的烟气回到燃用低灰分煤质CFB锅炉中尾部烟道，碳酸钙等物料进入混合煅烧反应器f中进行煅烧反应；高温的钙基化合物循环物料送入第一钙基化合物分配器g，第一钙基化合物分配器g主要作用为根据燃气CFB锅炉运行情况及钙基热载体烟气CO2捕集***的混合煅烧反应器f运行情况对高温钙基化合物循环物料进行合理的分配；第二钙基化合物分配器j第二钙基化合物分配器j主要作用为根据燃用低灰份煤质CFB锅炉和烟道二氧化碳吸附器c反应需求量对钙基化合物的分配进行调节，为外循环物料输送回到燃气CFB锅炉炉膛中；

烟道换热器b作用为换热器内工质与将经旋风分离器a进入烟道换热器b的高温烟气进行换热，使烟气温度达到适宜钙基化合物吸附烟气中二氧化碳的最佳温度区间(一般为600～800℃)，并具备一定的温度调节功能，经加热后的换热器内工质可与布置于燃用低灰份煤质CFB锅炉中各级受热面进行协同布置，以提高整厂经济型；烟道二氧化碳吸附器c作用为为钙基化合物充分吸附烟气中的二氧化碳提供充足的反应空间，经由烟道二氧化碳吸附器c调节后的烟温已达到非常适合钙基化合物对烟气中二氧化碳的吸附温度区间，此外为了提升二氧化碳的吸附率在烟道二氧化碳吸附器c中设有通过第二钙基化合物分配器j第二钙基化合物分配器j补充钙基化合物的流程，进而使整个***具有较高的调节特性，烟道二氧化碳吸附器c中流化所需流化风由F1(流化风机)提供并经由流程14送入烟道二氧化碳吸附器c；混合煅烧反应器f作用为利用第一钙基化合物分配器g送入反应器的高温钙基化合物热载体加热煅烧经旋风分离碳化器d进入反应器的碳酸钙，碳酸钙煅烧后产生的钙基化合物经由第二钙基化合物分配器j第二钙基化合物分配器j进入下个加热循环，混合煅烧反应器f混合煅烧所需的流化介质为碳酸钙煅烧后产生的高纯度二氧化碳，经由流程二氧化碳冷却器l-除尘器m-二氧化碳引风机n-二氧化碳循环风机p送入混合煅烧反应器f，二氧化碳冷却器l-除尘器m-二氧化碳引风机n-二氧化碳循环风机p流动过程中产生的阻力由二氧化碳引风机n和二氧化碳循环风机p克服，采用煅烧后的高纯度二氧化碳为混合煅烧反应器f中的流化介质的优点在于避免额外的空气等工质带入***，并将捕集得到的高纯度二氧化碳进行循环利用能够有效地提高***经济型；此外，考虑到钙基化合物在循环利用过程中会存在一定的损耗，本***配置了石灰石补充***，当***需要补充石灰石时由石灰石存储罐h补充进入混合煅烧反应器f中；二氧化碳冷却器l主要作用为将混合煅烧反应器f中煅烧反应产生的高纯度二氧化碳进入二氧化碳冷却器l中进行冷却，冷却后的二氧化碳进入除尘器m，阻力由二氧化碳引风机n克服，并最终将捕集的高纯度二氧化碳打入二氧化储罐o中存储待用。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，包括旋风分离器(a)、烟道换热器(b)、烟道二氧化碳吸附器(c)、旋风分离碳化器(d)、混合煅烧反应器(f)、第一钙基化合物分配器(g)、第二钙基化合物分配器(j)和二氧化碳循环风机(p)；

旋风分离器(a)的进气口与燃用低灰份煤质CFB锅炉的出气口，所述旋风分离器(a)将燃用低灰份煤质CFB锅炉产生的烟气及钙基化合物进行分离，分离后的烟气传输至烟道换热器(b)，分离后的钙基化合物进入钙第一钙基化合物分配器(g)；

所述钙第一钙基化合物分配器(g)根据燃气CFB锅炉运行情况及混合煅烧反应器(f)的钙基化合物的需求量对高温钙基化合物循环物料进行分配；

所述烟道换热器(b)与烟道二氧化碳吸附器(c)联通，烟道换热器(b)对进入的烟气进行温度调节至烟气达到钙基化合物吸附二氧化碳的最佳温度区间；烟道二氧化碳吸附器(c)利用钙基化合物对经温度调节的烟气进行二氧化碳吸附；并将吸附后的剩余气体输出至旋风分离碳化器(d)，所述旋风分离碳化器(d)用于对计入内部的气体进行分离，分离后的烟气输出至燃用低灰份煤质CFB锅炉的尾部除尘设备；分离后的钙基化合物传输至混合煅烧反应器(f)；

所述混合煅烧反应器(f)利用石灰石、接收的钙基化合物和二氧化碳加热煅烧产生钙基化合物和二氧化碳气体，煅烧产生的二氧化碳气体经二氧化碳循环风机(p)返回至混合煅烧反应器(f)；煅烧产生的钙基化合物输送至第二钙基化合物分配器(j)；

所述第二钙基化合物分配器(j)根据燃用低灰份煤质CFB锅炉所需的钙基化合物的量和烟道二氧化碳吸附器(c)所述的钙基化合物的量将钙基化合物输送至燃用低灰份煤质CFB锅炉和烟道二氧化碳吸附器(c)。

2.根据权利要求1所述的一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，还包括流化风机(e)，所述流化风机(e)用于向烟道二氧化碳吸附器(c)送风，对送入的钙基化合物吹风流化。

3.根据权利要求1或2所述的一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，还包括石灰石存储罐(h)，所述石灰石存储罐(h)用于向混合煅烧反应器(f)内输送石灰石。

4.根据权利要求1或2所述的一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，还包括二氧化碳冷却器(l)和除尘器(m)，所述混合煅烧反应器(f)煅烧产生的二氧化碳气体经过二氧化碳冷却器(l)和除尘器(m)后经二氧化碳循环风机(p)返回至混合煅烧反应器(f)，所述二氧化碳冷却器(l)用于对二氧化碳气体进行冷却，除尘器(m)用于对冷却后的二氧化碳气体进行冷却。

5.根据权利要求4所述的一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，还包括二氧化碳引风机(n)和二氧化储罐(o)，经二氧化碳冷却器(l)和除尘器(m)后二氧化碳气体还经二氧化碳引风机(n)引入二氧化储罐(o)进行存储。

6.根据权利要求1、2或4所述的一种燃用低灰份煤质CFB锅炉钙基热载体烟气CO₂捕集***，其特征在于，还包括第一送风机(i)和第二送风机(k)，所述第一送风机(i)为第二钙基化合物分配器(j)向烟道二氧化碳吸附器(c)输送钙基化合物提供动力；第二送风机(k)用于为第二钙基化合物分配器(j)向燃用低灰份煤质CFB锅炉输送钙基化合物提供动力。

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