[发明专利]一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统

说明书

技术领域

本发明属于富氧燃烧技术领域，更具体地，涉及一种基于耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统。

背景技术

工业革命以来，由于工业发展的需要，使用了大量的化石燃料，使得大气中二氧化碳浓度持续、快速上升，严重影响全球环境，针对二氧化碳减排这项全球性的重大课题，很多国家都提出了自己的研究计划。其中，富氧燃烧技术作为二氧化碳捕集技术之一，可以依托现有的传统燃煤电站，具有很好的发展前景。

富氧燃烧技术是采用高浓度氧气(95％及以上)代替空气与燃料进行燃烧，同时将大部分烟气(约70％)循环来调节炉膛内绝热火焰温度的一种高效清洁技术。富氧燃烧技术将传统电厂与空气分离单元和烟气处理单元相结合，是生产高纯度二氧化碳并最终控制二氧化碳排放的有效方法。在富氧燃烧技术中，空气分离单元产生的富氧气流(氧气体积分数高于或等于95％)与循环烟气混合并通入燃烧室中，通过合理地调整两股给气的温度和流量来控制锅炉内部的燃烧温度与传统燃烧一致。由于燃料在一个低N2高二氧化碳和水的气氛中燃烧，所以生成烟气主要由二氧化碳和水蒸气组成，经过较为简单的后处理即可得到高纯度的二氧化碳产品。

目前常用的制氧方法分为两类，一类是分离法，即将空气中的氧气与氮气通过物理方式(深冷空分、或变温或变压吸附)进行分离，获得不同纯度的氧气；另一种为制取法，即采用化学试剂，通过氧化还原反应制取氧气。其中深冷空分技术是最常用的制氧方法，其利用空气中各组分沸点的不同，先将空气液化，然后通过连续多次的部分蒸发和部分冷凝，分离出空气中的各组分。该技术的主要特点为生产量大，氧气纯度高，在大型、特大型需氧场合具有优势，但是常规深冷空分制氧(ASU)系统能耗较高，大约占整个电站净输出的10％到40％，且其设备费用也较高，占系统总设备成本的40％左右。

化学链空分技术(Chemical Looping Air Separation,CLAS)，是以金属氧化物作为氧载体，通过金属氧化物在合适温度和欠氧环境下(如水蒸气或二氧化碳气氛下)发生分解反应释放氧气，而释氧后的氧载体在空气气氛中发生氧化反应实现再生，从而从空气中分离出氧气，其主要原理是利用吸氧反应器和释氧反应器中的氧分压不同，来控制氧载体吸氧反应和释氧反应的循环发生。由于化学链空分技术需要控制吸氧反应器和释氧反应器内的温度和气氛，并且所需床料量和循环倍率较大，因此需要大量的流化气使得床料流化，实际过程中仍然会产生较大的能耗。

目前采用化学链空分技术的富氧燃烧系统通常是将再循环烟气通入释氧反应器制取富含氧气和二氧化碳的混合气体，但是该系统往往需要较多的外部热量来维持释氧反应器和吸氧反应器内所需的温度条件，使得系统能耗高，此外由于通入释氧反应器的烟气中已经含有一定量的氧气而较容易达到吸氧和释氧平衡，实际制氧量较少，难以满足富氧燃烧的需要；也有一些采用化学链空分技术的富氧燃烧方案是从富氧燃烧机组汽轮机抽取部分蒸汽作为释氧反应器的流化气，但是这种方式会显著降低富氧燃烧系统效率。

发明内容

针对现有技术存在的以上缺陷，本发明提供一种耦合太阳能与化学链空分技术的低能耗富氧燃烧系统，其具有效率高、能耗低、成本低且系统污染物排放少的优点。

本发明提供的一种低能耗富氧燃烧系统，其包括太阳能干蒸汽制取装置、化学链空分装置以及富氧燃烧装置，其中，由太阳能集热器、蒸汽发生器和分流器组成的太阳能干蒸汽制取装置，由释氧反应器、吸氧反应器、旋风分离器、换热器组成的化学链空分装置以及由锅炉系统、尾部烟气净化装置组成的富氧燃烧系统，其中，

所述太阳能干蒸汽制取装置包括太阳能集热器、蒸汽发生器和分流器，通入所述蒸汽发生器的水在所述太阳能集热器热量作用下反应生成干蒸汽，干蒸汽经所述分流器分为两股：一股干蒸汽F进入化学链空分装置，另一股干蒸汽I进入富氧燃烧装置；