一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法，该装置包括发电锅炉(1)、煅烧炉(2)、碳酸化炉(3)、水合反应器(4)、CaO存储罐(5)、CaCO3存储罐(6)、换热器(7)、压缩机(8)、燃烧式加热器(9)以及第一单向控制阀(21)、第二单向控制阀(22)、第三单向控制阀(23)、第四单向控制阀四(31)、第五单向控制阀(32)、第六单向控制阀(33)；其中，发电锅炉(1)的炉膛出口与煅烧炉(2)的底部高温烟气入口连接，用于将发电锅炉(1)产生的高温烟气通入煅烧炉(2)中，提供煅烧所需热量。本发明发挥碳捕集电厂自我储能调峰的功能，缓解传统火电机组调峰难的问题。
【专利说明】
一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法
技术领域
[0001]本发明利用钙循环捕集CO2技术作为储能手段应用于电厂调峰，属于能源技术与环境保护技术交叉领域。
【背景技术】
[0002]随着国家经济的快速发展及人民生活水平的逐步提高，我国用电结构和特性发生了巨大变化，出现了日负荷率、发电设备年利用小时数逐年下降的趋势，而对调峰容量需求逐年增加，调峰矛盾日趋突出。我国大多数电网仍以火电机组为主，水电、风电和核电所占比重仍然较小，具有明显的资源分布不均性，因此，要求火电机组参与调峰是必然趋势，然而火电机组频繁启停或低负荷运行调峰又会严重影响机组健康水平和经济性能，缩短发电设备的使用寿命，探索更加安全经济的火电机组调峰方法，显得重要而且紧迫。
[0003]近年来，CO2等温室气体的大量排放，导致全球气候变暖，引起了国际社会的广泛关注，减排CO2已成为全球应对气候变化、实现可持续发展的核心战略和重要共识。作为全球碳排放量最大的国家，我国面临着巨大的减排压力。我国的火力发电行业是国民经济中最大的CO2排放源，基于我国煤炭为主的能源结构，以及火力发电为主的电力结构，大力发展碳捕集电厂，具有重大的现实意义。碳捕集电厂是指在传统发电厂发电设备的基础上，弓丨入了碳捕集系统，利用CO2捕集和封存技术(S卩CCS技术)使电厂具备了捕集CO2的功能。其工艺流程主要包括:钙基吸收剂首先进入煅烧反应器分解为CaO与CO2，烟气中CO2浓度达95 %以上，可以直接回收;生成的CaO进入碳酸化反应器捕集烟气中的C02，烟气中CO2浓度将降至5%以下，生成的CaCO3返回煅烧反应器，进行煅烧反应。如此反应循环进行，适时补充新鲜的钙基吸收剂和排出部分失活的吸收剂以实现整个系统的连续运行。该工艺中的碳酸化反应放热，煅烧反应吸热。存在着能量的储存及释放。在电厂运行中捕集CO2需要耗费大量能量，通过合理分配这部分捕集用能，可以实现电厂的自调峰功能，这对于电网的安全运行具有重要意义。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是提供一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法，以钙剂吸收剂作为储能介质，缓解常规火力发电厂调峰时负荷变化较大的状况，并能实现CO2的捕集，减少温室气体排放。
[0005]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明提供一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置，该装置包括发电锅炉、煅烧炉、碳酸化炉、水合反应器、CaO存储罐、CaCO3存储罐、换热器、压缩机、燃烧式加热器以及第一单向控制阀、第二单向控制阀、第三单向控制阀、第四单向控制阀四、第五单向控制阀、第六单向控制阀；其中，
[0006]发电锅炉的炉膛出口与煅烧炉的底部高温烟气入口连接，用于将发电锅炉产生的高温烟气通入煅烧炉中；
[0007]煅烧炉上部的烟气出口与碳酸化炉的未处理烟气入口相连，上部⑶2气体出口与换热器的CO2气体入口相连，换热器的气体出口出来的CO2气体，进入压缩机经压缩后储存；煅烧炉底部的CaO物料出口与CaO存储罐的物料入口相连，CaO存储罐的物料出口与碳酸化炉的CaO物料入口相连；
[0008]碳酸化炉底部的烟气入口，接收来自锅炉烟道出口和煅烧炉上部烟气出口输出的未经脱碳处理的烟气;上部蒸汽出口的过热水蒸气进入汽轮机冲转发电；下部的碳酸钙物料出口与CaO存储罐的物料入口和煅烧炉的Ca⑶3物料入口相连;下部的CaO物料入口与煅烧炉的CaO物料出口和CaO存储罐的物料出口相连；
[0009]在煅烧炉的CaO物料出口和CaO存储罐的物料入口之间、煅烧炉的CaO物料出口和碳酸化炉的CaO物料入口之间以及CaO存储罐的物料出口与碳酸化炉的CaO物料入口之间，分别设置第一单向控制阀、第二单向控制阀和第三单向控制阀；
[0010]碳酸化炉的CaCO3物料出口与CaCO3存储罐的物料入口之间、碳酸化炉的CaCO3物料出口与煅烧炉的Ca⑶3物料入口之间以及CaCO3存储罐的物料出口与煅烧炉的Ca⑶3物料入口之间，分别设置第四单向控制阀、第五单向控制阀、第六单向控制阀；
[0011]煅烧炉中失活CaO排出口与水合反应器的物料进口相连，水合反应器的Ca(OH)2物料出口与煅烧炉的物料入口相连。
[0012]燃烧式加热器设有CH4和空气入口，上部高温烟气出口与煅烧炉的底部高温烟气入口相连。
[0013]本发明还提供了一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，该方法包括以下主要步骤:
[0014]步骤一、发电锅炉燃烧产生的高温烟气一部分加热给水，进入通常的汽水系统直接发电，一部分进入煅烧炉，提供钙基吸收剂循环煅烧所需的部分能量;钙基吸收剂的主要成分是CaCO3
[0015]步骤二、钙基吸收剂进入煅烧炉，与高温烟气进行间接换热，在900 0C?950 °C下进行煅烧分解，生成CaO ；
[0016]步骤三、煅烧后的钙基吸收剂进入碳酸化炉，与来自尾部烟道和煅烧炉的未经脱碳处理的烟气相混合，在650°C?700°C下，进行CO2捕集反应，反应释放的大量热能用于加热水蒸气进入汽水系统发电，实现能量回收;钙基吸收剂主要为CaO;
[0017]步骤四、用电低谷阶段，在保证发电锅炉出力稳定不变条件下，根据实际用电量，将过量的高温烟气用于煅烧过量的CaCO3,生成的CaO除去进入碳酸化炉反应外的多余部分送入CaO存储罐储存备用，在煅烧炉和碳酸化炉之间、煅烧炉和CaO存储罐之间以及CaO存储罐与碳酸化炉之间，分别设置单向控制阀，即第二阀门、第一阀门和第三阀门，控制CaO的流动方向；
[0018]用电高峰阶段，将CaO存储罐中的CaO送入碳酸化炉中捕集⑶2，生成的Ca⑶3送入CaCO3存储罐中储存备用，同样在碳酸化炉与煅烧炉之间、碳酸化炉与CaCO3存储罐之间以及CaCO3存储罐与煅烧炉之间，分别设置单向控制阀，即第五阀门、第四阀门和第六阀门，控制CaCO3的流动方向，降低或停止煅烧炉的运行，更多的高温烟气用于加热水蒸气直接发电，从而产生更多的电能以满足用电需求；
[0019]步骤五、多次反应后失活的钙基吸收剂经水和反应器再生后重新进入煅烧炉循环利用，并定时补充新鲜CaCO3。
[0020]优选的，步骤一所述的进入煅烧炉的高温烟气，烟温为1100°C?1200°C，抽取位置在炉膛出口附近。
[0021]优选的，步骤二所述的钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;通过在碳酸化炉中布置受热面，吸收碳酸化反应放出的大量热能，加热水蒸气进行发电。
[0022]优选的，煅烧炉采用套管炉装置，高温烟气从下部进入炉内，冲刷套管壁，钙基吸收剂从上部进入管内，与高温烟气进行间接地逆流换热，从而实现较高的反应速率，得到高浓度CO2气体，从煅烧炉顶部出来的高温CO2气体通过换热器回收热量之后，进入压缩机压缩储存。
[0023]优选的，步骤三所述的碳酸化炉是流化床锅炉，用烟气作流化风，或是其他形式的锅炉。
[0024]优选的，单向控制阀是电动阀，或者是气动的密封返料阀。
[0025]优选的，CaO存储罐和CaCO3存储罐内的物料通过气力输送或通过机械输送送入碳酸化炉和煅烧炉。
[0026]优选的，步骤四、五所述的设置单向阀控制钙基吸收剂的流向，各阀门之间存在联动关系。
[0027]优选的，步骤四、五所述的各阀门具体开关状态为，在非峰谷用电期间，只有阀门第二阀门和第五阀门同时正常开启工作；在用电低谷阶段，同时开启阀门第一阀门和第六阀门，达到煅烧过量CaCO3,储存能量的目的；进入用电高峰阶段，关闭第一阀门和第六阀门，同时开启第三阀门和第四阀门，关闭或关小阀门第二阀门和第五阀门，实现利用存储罐中的CaO进入碳酸化炉反应，释放能量。
[0028]优选的，步骤六所述的失活钙基吸收剂水合再生过程利用的水合介质是来自汽轮机低压缸的末级抽气。
[0029]有益效果:
[0030]1.充分利用碳捕集系统天然存在能量储存和释放的特点，发挥碳捕集电厂自我调峰的功能，缓解传统火电机组调峰难的问题；
[0031]2.电站锅炉可长期在额定负荷运行，同时实现高效捕集⑶2，保证最好的运行经济性；
[0032]3.打破了因为资源分布不均导致的水电、风电机组调峰的局限性，为火电机组参与调峰提供了可能。降低燃油、燃气电站的调峰份额，提高经济性。
【附图说明】
[0033]图1为本发明装置示意图。
[0034]主要包含的装置有:发电锅炉1、煅烧炉2、碳酸化炉3、水合反应器4、CaO存储罐5、CaCO3存储罐6、换热器7、压缩机8、燃烧式加热器9以及第一单向控制阀21、第二单向控制阀22、第三单向控制阀23、第四单向控制阀四31、第五单向控制阀32、第六单向控制阀33。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之中。
[0036]本发明中，电站锅炉燃烧产生的高温烟气一部分加热给水，进入常规蒸汽循环发电；一部分进入煅烧炉煅烧钙基吸收剂;钙基吸收剂进入煅烧炉，与高温烟气进行间接换热，在900°C?950°C下进行煅烧分解;分解后的钙基吸收剂送入碳酸化炉与未处理的低温烟气接触，在650°C?700°C下，进行碳酸化反应;用电低谷阶段，根据实际用电量，将过量的高温烟气用于煅烧过量的CaCO3,生成的CaO除去进入碳酸化炉反应外的多余部分送入存储罐储存备用;在用电高峰阶段，将存储罐中的CaO送入碳酸化炉中捕集CO2，生成的过量CaCO3送入存储罐中储存备用，通过单向阀门控制钙基吸收剂的移动方向，降负荷或停止运行煅烧炉，更多的高温烟气用于加热水蒸气直接发电，从而同时实现电厂储能调峰发电和0)2捕捉的效果；多次反应后失活的钙基吸收剂进入水和反应器再生后重新进入煅烧炉循环利用，并定时补充新鲜的CaCO3。
[0037]本发明提供的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置，该装置包括发电锅炉
1、煅烧炉2、碳酸化炉3、水合反应器4、CaO存储罐5、CaCO3存储罐6、换热器7、压缩机8、燃烧式加热器9以及第一单向控制阀21、第二单向控制阀22、第三单向控制阀23、第四单向控制阀四31、第五单向控制阀32、第六单向控制阀33;其中，
[0038]发电锅炉I的炉膛出口与煅烧炉2的底部高温烟气入口连接，用于将发电锅炉I产生的高温烟气通入煅烧炉2中；
[0039]煅烧炉2上部的烟气出口与碳酸化炉3的未处理烟气入口相连，上部⑶2气体出口与换热器7的CO2气体入口相连，换热器7的气体出口出来的CO2气体，进入压缩机8经压缩后储存;煅烧炉2底部的CaO物料出口与CaO存储罐5的物料入口相连，CaO存储罐5的物料出口与碳酸化炉3的CaO物料入口相连；
[0040]碳酸化炉3底部的烟气入口，接收来自锅炉烟道出口和煅烧炉2上部烟气出口输出的未经脱碳处理的烟气;上部蒸汽出口的过热水蒸气进入汽轮机冲转发电；下部的碳酸钙物料出口与CaO存储罐5的物料入口和煅烧炉2的CaCO3物料入口相连;下部的CaO物料入口与煅烧炉2的CaO物料出口和CaO存储罐5的物料出口相连；
[0041 ]在煅烧炉2的CaO物料出口和CaO存储罐5的物料入口之间、煅烧炉2的CaO物料出口和碳酸化炉3的CaO物料入口之间以及CaO存储罐5的物料出口与碳酸化炉3的CaO物料入口之间，分别设置第一单向控制阀21、第二单向控制阀22和第三单向控制阀23;
[0042]碳酸化炉3的Ca⑶3物料出口与Ca⑶3存储罐6的物料入口之间、碳酸化炉3的CaW3物料出口与煅烧炉2的CaCO3物料入口之间以及CaCO3存储罐6的物料出口与煅烧炉2的CaCO3物料入口之间，分别设置第四单向控制阀31、第五单向控制阀32、第六单向控制阀33;
[0043]煅烧炉2中失活CaO排出口与水合反应器4的物料进口相连，水合反应器4的Ca(0H) 2物料出口与煅烧炉2的物料入口相连。
[0044]该装置还包括燃烧式加热器9，其设有CH4和空气入口，上部高温烟气出口与煅烧炉2的底部高温烟气入口相连。
[0045]本发明还提供了一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，该方法包括以下主要步骤:
[0046]步骤一、发电锅炉I燃烧产生的高温烟气一部分加热给水，进入通常的汽水系统直接发电，一部分进入煅烧炉2，提供钙基吸收剂循环煅烧所需的部分能量;钙基吸收剂的主要成分是CaCO3
[0047]步骤二、钙基吸收剂进入煅烧炉2，与高温烟气进行间接换热，在9000C?950°C下进行煅烧分解，生成CaO;
[0048]步骤三、煅烧后的钙基吸收剂进入碳酸化炉，与来自尾部烟道和煅烧炉2的未经脱碳处理的烟气相混合，在650°C?700°C下，进行CO2捕集反应，反应释放的大量热能用于加热水蒸气进入汽水系统发电，实现能量回收;钙基吸收剂主要为CaO;
[0049]步骤四、用电低谷阶段，在保证发电锅炉I出力稳定不变条件下，根据实际用电量，将过量的高温烟气用于煅烧过量的CaCO3,生成的CaO除去进入碳酸化炉3反应外的多余部分送入CaO存储罐5储存备用，在煅烧炉2和碳酸化炉3之间、煅烧炉2和CaO存储罐5之间以及CaO存储罐5与碳酸化炉3之间，分别设置单向控制阀，即第二阀门22、第一阀门21和第三阀门23，控制CaO的流动方向；
[0050]用电高峰阶段，将CaO存储罐5中的CaO送入碳酸化炉3中捕集CO2，生成的CaCO3送入CaCO3存储罐6中储存备用，同样在碳酸化炉3与煅烧炉2之间、碳酸化炉3与CaCO3存储罐6之间以及CaCO3存储罐6与煅烧炉2之间，分别设置单向控制阀，即第五阀门32、第四阀门31和第六阀门33，控制CaCO3的流动方向，降低或停止煅烧炉的运行，更多的高温烟气用于加热水蒸气直接发电，从而产生更多的电能以满足用电需求；
[0051]步骤五、多次反应后失活的钙基吸收剂经水和反应器再生后重新进入煅烧炉2循环利用，并定时补充新鲜CaCO3。
[0052]步骤一所述的进入煅烧炉的高温烟气，烟温为1100°C?1200°C，抽取位置在炉膛出口附近。
[0053]步骤二所述的钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;通过在碳酸化炉中布置受热面，吸收碳酸化反应放出的大量热能，加热水蒸气进行发电。
[0054]煅烧炉采用套管炉装置，高温烟气从下部进入炉内，冲刷套管壁，钙基吸收剂从上部进入管内，与高温烟气进行间接地逆流换热，从而实现较高的反应速率，得到高浓度CO2气体，从煅烧炉顶部出来的高温CO2气体通过换热器回收热量之后，进入压缩机压缩储存。
[0055]步骤三所述的碳酸化炉是流化床锅炉，用烟气作流化风，或是其他形式的锅炉。
[0056]单向控制阀是电动阀，或者是气动的密封返料阀。
[0057]CaO存储罐和Ca⑶3存储罐内的物料通过气力输送或通过机械输送送入碳酸化炉和煅烧炉。
[0058]步骤四、五所述的设置单向阀控制钙基吸收剂的流向，各阀门之间存在联动关系。
[0059]步骤四、五所述的各阀门具体开关状态为，在非峰谷用电期间，只有阀门第二阀门22和第五阀门32同时正常开启工作;在用电低谷阶段，同时开启阀门第一阀门21和第六阀门33，达到煅烧过量CaCO3,储存能量的目的；进入用电高峰阶段，关闭第一阀门21和第六阀门33，同时开启第三阀门23和第四阀门31，关闭或关小阀门第二阀门22和第五阀门32，实现利用存储罐中的CaO进入碳酸化炉反应，释放能量。
[0060]步骤六所述的失活钙基吸收剂水合再生过程利用的水合介质是来自汽轮机低压缸的末级抽气，以提尚水合反应速率。
[0061]以某300MW燃煤电厂为例，发电锅炉I燃烧燃料产生的高温烟气，一部分加热给水，直接发电，一部分被抽送入煅烧炉2，提供钙基吸收剂煅烧分解所需要的部分热能，高温烟气的抽取点在炉膛出口附近，烟温在1100°C?1120°C之间，煅烧炉2采用套管炉的结构，高温烟气从下部进入炉内冲刷管壁，钙基吸收剂从上部进入，与高温烟气进行间接的逆流换热，从煅烧炉上部出口得到高浓度⑶2，便于后续的压缩储存。煅烧炉工作温度为900 0C?950°C，维持高温的能量由来自碳酸化炉3的钙基吸收剂所携带的显热以及高温烟气的热能提供。
[0062]当然，高温烟气从12000C降到900 V的热量不足以提供煅烧全部Ca⑶3所需的热量，为实现CO2的全部捕捉，我们提供一种备选方案，增加甲烷燃烧式加热器9，产生高温烟气补充实现全部捕捉CO2的所需要的能量。煅烧炉上管口出来的高温高浓度CO2气体，通过换热器7加热水蒸气，实现能量的回收，最后经压缩机8压缩后储存。发生的主要反应为:
[0063]CaC03^Ca0+C02
[0064]煅烧后的钙基吸收剂(主要为CaO)进入碳酸化炉3，在650°C?700°C条件下，与来自尾部烟道和煅烧炉的待处理烟气接触，发生捕集CO2的反应:
[0065]Ca0+C02^CaC03
[0066]如果烟气中含有SO2气体，还将发生固硫反应:
[0067]CaC03+S02+l/202—CaS04+C02、Ca0+S02+l/202—CaS04
[0068]实现烟气中SO2的脱除；由于CaO吸收CO2的反应是放热反应，需要在碳酸化炉中布置受热面，吸收反应放出的热量，以维持反应温度较为恒定。
[0069]每日用电低谷阶段，同时开启阀门21、22、32和33，保证锅炉负荷稳定的条件下，根据实际用电量，利用过量的高温烟气煅烧过量的CaCO3,生成的CaO送入存储罐5存储备用；在用电高峰阶段，关闭阀门21和33，同时开启阀门23和31，关闭或关小阀门22和32，优先使用存储罐5中的CaO进入碳酸化炉中捕集烟气中的CO2，生成的过量CaCO3送入存储罐6中储存备用，暂时降低或停止煅烧炉的运行，从而将原来进入煅烧炉的高温烟气用于直接加热给水发电，产生更多的电能以满足用电需求。通过以上所述步骤，可以在保证发电锅炉运行负荷稳定的条件下，实现电厂的调峰发电，该系统的储能环节是通过低谷阶段增加用于煅烧的高温烟气量，高峰阶段增加直接用于加热水蒸气发电的高温烟气量，实现储能的。
[0070]经过多次循环反应的钙基吸收剂会出现失活现象，定时将失活的CaO排出，进入水合反应器4再生，水合再生过程利用的是来自汽轮机低压缸的末级抽气，以提高水合反应速率，之后送入煅烧炉中循环利用，同时需要补充新鲜的CaCO3,定期将煤灰经排渣管排出。
【主权项】
1.一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置，其特征在于，该装置包括发电锅炉(I)、煅烧炉(2)、碳酸化炉(3)、水合反应器(4)、0&0存储罐(5)、0&0)3存储罐(6)、换热器(7)、压缩机(8)、燃烧式加热器(9)以及第一单向控制阀(21)、第二单向控制阀(22)、第三单向控制阀(23 )、第四单向控制阀四(31 )、第五单向控制阀(32)、第六单向控制阀(33);其中， 发电锅炉(I)的炉膛出口与煅烧炉(2)的底部高温烟气入口连接，用于将发电锅炉(I)产生的高温烟气通入煅烧炉(2)中； 煅烧炉(2)上部的烟气出口与碳酸化炉(3)的未处理烟气入口相连，上部CO2气体出口与换热器(7)的CO2气体入口相连，换热器(7)的气体出口出来的CO2气体，进入压缩机(8)经压缩后储存;煅烧炉(2)底部的CaO物料出口与CaO存储罐(5)的物料入口相连，CaO存储罐(5)的物料出口与碳酸化炉(3)的CaO物料入口相连； 碳酸化炉(3)底部的烟气入口，接收来自锅炉烟道出口和煅烧炉(2)上部烟气出口输出的未经脱碳处理的烟气;上部蒸汽出口的过热水蒸气进入汽轮机冲转发电；下部的碳酸钙物料出口与CaO存储罐(5)的物料入口和煅烧炉(2)的Ca⑶3物料入口相连;下部的CaO物料入口与煅烧炉(2)的CaO物料出口和CaO存储罐(5)的物料出口相连； 在煅烧炉(2)的CaO物料出口和CaO存储罐(5)的物料入口之间、煅烧炉(2)的CaO物料出口和碳酸化炉(3)的CaO物料入口之间以及CaO存储罐(5)的物料出口与碳酸化炉(3)的CaO物料入口之间，分别设置第一单向控制阀(21)、第二单向控制阀(22)和第三单向控制阀(23); 碳酸化炉(3)的CaCO3物料出口与CaCO3存储罐(6)的物料入口之间、碳酸化炉(3)的CaCO3物料出口与煅烧炉(2)的Ca⑶3物料入口之间以及CaCO3存储罐(6)的物料出口与煅烧炉(2)的CaCO3物料入口之间，分别设置第四单向控制阀(31 )、第五单向控制阀(32 )、第六单向控制阀(33); 煅烧炉(2)中失活CaO排出口与水合反应器(4)的物料进口相连，水合反应器(4)的Ca(0H) 2物料出口与煅烧炉(2)的物料入口相连。2.根据权利要求1所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置，其特征在于，该装置还包括燃烧室加热器(9)，燃烧式加热器(9)设有CH4和空气入口，上部高温烟气出口与煅烧炉(2)的底部高温烟气入口相连。3.—种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，该方法包括以下主要步骤: 步骤一、发电锅炉(I)燃烧产生的高温烟气一部分加热给水，进入通常的汽水系统直接发电，一部分进入煅烧炉(2)，提供钙基吸收剂循环煅烧所需的部分能量;钙基吸收剂的主要成分是CaCO3; 步骤二、钙基吸收剂进入煅烧炉(2)，与高温烟气进行间接换热，在900°C?950°C下进行煅烧分解，生成CaO ； 步骤三、煅烧后的钙基吸收剂进入碳酸化炉，与来自尾部烟道和煅烧炉(2)的未经脱碳处理的烟气相混合，在650 0C?700°C下，进行CO2捕集反应，反应释放的大量热能用于加热水蒸气进入汽水系统发电，实现能量回收;钙基吸收剂主要为CaO; 步骤四、用电低谷阶段，在保证发电锅炉(I)出力稳定不变条件下，根据实际用电量，将过量的高温烟气用于煅烧过量的CaCO3,生成的CaO除去进入碳酸化炉(3)反应外的多余部分送入CaO存储罐(5)储存备用，在煅烧炉(2)和碳酸化炉(3)之间、煅烧炉(2)和CaO存储罐(5)之间以及CaO存储罐(5)与碳酸化炉⑶之间，分别设置单向控制阀，即第二阀门(22)、第一阀门(21)和第三阀门(23)，控制CaO的流动方向； 用电高峰阶段，将CaO存储罐(5)中的CaO送入碳酸化炉(3)中捕集CO2，生成的CaCO3送入CaCO3存储罐(6)中储存备用，同样在碳酸化炉(3)与煅烧炉(2)之间、碳酸化炉(3)与CaCO3存储罐(6)之间以及CaCO3存储罐(6)与煅烧炉(2)之间，分别设置单向控制阀，即第五阀门(32)、第四阀门(31)和第六阀门(33)，控制CaCO3的流动方向，降低或停止煅烧炉的运行，更多的高温烟气用于加热水蒸气直接发电，从而产生更多的电能以满足用电需求； 步骤五、多次反应后失活的钙基吸收剂经水和反应器再生后重新进入煅烧炉(2)循环利用，并定时补充新鲜CaCO3。4.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，来自锅炉出口的单位质量燃料产生的高温烟气从1200°C降到900°C的热量不足以提供煅烧相应质量CaCO3所需的热量，为实现CO2的全部捕捉，将CH4和空气混合后，经燃料入口通入甲烷燃烧式加热器(9)进行燃烧，产生的高温烟气通入煅烧炉(2)底部的高温烟气入口。5.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤一所述的进入煅烧炉的高温烟气，烟温为1100°C?1200°C，抽取位置在炉膛出口附近。6.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤二所述的钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;通过在碳酸化炉中布置受热面，吸收碳酸化反应放出的大量热能，加热水蒸气进行发电。7.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，煅烧炉采用套管炉装置，高温烟气从下部进入炉内，冲刷套管壁，钙基吸收剂从上部进入管内，与高温烟气进行间接地逆流换热，从而实现较高的反应速率，得到高浓度CO2气体，从煅烧炉顶部出来的高温CO2气体通过换热器回收热量之后，进入压缩机压缩储存。8.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤三所述的碳酸化炉是流化床锅炉，用烟气作流化风，或是其他形式的锅炉。9.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，单向控制阀是电动阀，或者是气动的密封返料阀。10.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，CaO存储罐和CaCO3存储罐内的物料通过气力输送或通过机械输送送入碳酸化炉和煅烧炉。11.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤四、五所述的设置单向阀控制钙基吸收剂的流向，各阀门之间存在联动关系。12.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤四、五所述的各阀门具体开关状态为，在非峰谷用电期间，只有阀门第二阀门(22)和第五阀门(32)同时正常开启工作;在用电低谷阶段，同时开启阀门第一阀门(21)和第六阀门(33)，达到煅烧过量CaCO3,储存能量的目的；进入用电高峰阶段，关闭第一阀门(21)和第六阀门(33)，同时开启第三阀门(23)和第四阀门(31)，关闭或关小阀门第二阀门(22)和第五阀门(32)，实现利用存储罐中的CaO进入碳酸化炉反应，释放能量。13.根据权利要求3所述的协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的方法，其特征在于，步骤六所述的失活钙基吸收剂水合再生过程利用的水合介质是来自汽轮机低压缸的末级 抽气。
【文档编号】B01D53/81GK105854543SQ201610323102
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】段伦博, 苏成林, 陈健, 段元强, 余志健
【申请人】东南大学