[发明专利]一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO2的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源利用过程中废弃物资源化利用和环境污染防治领域，尤其涉及一种利用灰渣浆脱除电厂烟气中CO₂的装置和方法，属于碳减排技术领域.

背景技术

化石燃料等能源利用过程中排放大量的温室气体所造成全球变暖问题是当今国际社会普遍关注的焦点之一。数据显示，大气中的CO₂浓度自第一次工业革命前的280ppm已增长至2016年的397ppm。自1860年以来，全球平均气温上升了0.3～0.6℃。加强控制人类活动造成的温室气体量刻不容缓。

当前，化石燃料依然是全球一次性能源消耗的主要来源。数据显示，中国和美国作为能源消耗大国，其在2010年的一次能源消耗量分别占世界能源消耗总量的20.3％和19.0％。2010年的世界一次能源消耗结构中，原油和煤炭消耗量分别占34％和30％。我国当前一次能源消耗体系中，化石燃料占92.5％，其中煤炭占69.5％，且60％以上的产煤用于发电。燃煤电厂等能源密集型行业CO₂排放量大，是集中的CO₂固定排放源，因此也被视为主要的CO₂减排目标。加强电厂烟气中CO₂减排技术的研究，已成为我国科技和经济发展的当务之急。

CO₂捕集是控制燃煤电厂CO₂排放的有效途径。从燃煤电厂烟气中捕集CO₂的技术路线众多，总体可分为：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。相比而言，燃烧后捕集技术成熟，易与现有电厂系统和设备相结合，增加相关设备后改造较小，在电厂烟气CO₂捕集中具有潜在优势。

在众多燃烧后CO₂捕集技术中，化学吸收法具有脱碳效率高和反应速率快等优势，其中MEA胺法脱碳是当前商业化应用最成熟的技术。但是，该技术同样面临着吸收剂成本高、脱碳与再生能耗高和胺液对设备具有腐蚀性等缺陷。因此，燃烧后CO₂捕集技术当前的研究热点为寻求高效的CO₂吸收剂、优化脱碳与再生工艺、降低吸收剂成本和系统能耗。

为有效降低燃烧后CO₂捕集技术的成本，近年来，研究人员开始尝试利用工业含碱废弃浆液进行湿法烟气CO₂脱除。研究发现，诸如飞灰、废弃钢渣、磷石膏、红泥和造纸废料等工业废弃物，其自身含有Ca、Mg、K、Na和Fe等物相，在浆液状态下能浸出大量活性离子，可与烟气中CO₂反应实现CO₂有效脱除。采用工业含碱废弃物浆液进行燃烧后CO₂捕集，可实现废弃物资源化利用，同时可解决其直接排放引起的生态环境污染问题。

火电厂燃煤工艺过程中，除产生大量含CO₂、SOx和NOx的污染烟气外，同时会排放出大量的烟尘和灰渣。为有效处理烟尘和灰渣，现有火电厂多采用高压水力湿法除尘除灰。相比于干法处理工艺，湿法工艺能够有效降低扬尘和飞灰污染，且操作简单易实现，极具经济性。但是，湿法工艺中冲灰所需水量较多，灰渣与水混合易形成碱性浆液，该工艺面临着后续的灰渣废水排放处理的难题。

灰场排水的特性受煤灰性质、冲灰原水的水量和水质以及灰场的性能等因素的影响。飞灰和炉渣的主要成分为碱性金属氧化物，如SiO₂，CaO，MgO，Fe₂O₃，Al₂O₃以及其他成分。因此，飞灰和炉渣废水的pH值通常在9～12范围内变动，且pH值随废液中钙离子浓度的变化而变化。为使飞灰和炉渣废水达到排放限制标准，需要降低除灰渣废水的pH值和水中的悬浮物以及某些成分的浓度，如钙、镁、氧化硅等。值得注意的是，除灰渣废水中含有的碱基活性组分，具有一定的脱碳潜能。此外，利用含碱灰渣浆与酸性气体CO₂反应形成中性盐类，可有效降低除灰渣废水的pH值，使其达到排放限制标准。利用高浓度的含碱灰渣浆脱除燃烧后烟气中CO₂，一方面可实现废弃物资源化利用，解决其直接排放带来的环境污染问题，另一方面可实现燃煤烟气污染物防治，具有较大的经济效益，有望为缓解温室效应开辟新途径。但是，利用含碱灰渣浆脱除电厂烟气中CO₂的研究鲜见相关专利报导。