[发明专利]一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法

权利要求书

1.一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于，系统包括：空气压缩机、气化剂进料泵、气化剂一级预热器、气化剂二级预热器、压缩空气一级预热器、压缩空气二级预热器、第一热媒换热器、第二热媒换热器、第一热媒循环泵、第二热媒循环泵、第一反应器、第二反应器、进料煤仓、气液分离罐、气化剂质量流量控制器、压缩空气质量流量控制器、高压烟气背压阀、低氧空气背压阀、煤仓进料球阀、煤仓加压截止阀、低氧空气减压阀；加压燃煤供热系统运行方法包括以下步骤：

（a）将氧化态载氧体分别加入第一反应器和第二反应器中；

（b）H₂O先经气化剂进料泵加压泵入一级预热器转化为过热水蒸气，后经二级预热器换热升温至还原反应温度，由气化剂质量流量控制器调节质量流率后送入第一反应器；待反应器内空气被气化剂吹扫置换排尽后，通过调节高压烟气背压阀升压并稳定在还原反应压力；

（c）惰性载气经煤仓加压截止阀送入煤仓，同时打开进料球阀，将煤吹入第一反应器中开始还原反应过程；进料结束后，关闭进料球阀，开启第一热媒循环泵；

（d）煤气化产物与载氧体发生还原反应放出反应热为煤气化过程持续供热，富余反应热由水冷壁中热媒移出，在第一热媒换热器中与供热介质换热，向用户供热；产生的高压烟气分别经气化剂二级预热器和压缩空气一级预热器回收余热，降至室温的高压烟气经气液分离罐回收冷凝水后捕集高压高浓度CO₂，直接储存或供下一工段使用；

（e）待第一反应器中煤已完全气化时，停止泵入H₂O，关闭质量流量控制器和背压阀，打开压缩空气质量流量控制器和背压阀；空气经空压机加压后，分别送入压缩空气一级换热器和二级换热器换热升温至氧化反应温度后送入第二流化床反应器中开始氧化反应过程；

（f）空气中的O₂与还原态载氧体发生氧化反应，反应热由水冷壁中热媒移出，通过第一热媒循环泵送入第一热媒换热器中与供热介质换热，向用户供热；

（g）反应后的低氧空气经减压阀降至常压，通过压缩空气二级预热器和高压气化剂一级预热器回收气相潜热后放空；

（h）待第一反应器中载氧体已完全氧化时，停止送入压缩空气，关闭压缩空气质量流量控制器和背压阀，打开气化剂质量流量控制器和背压阀；

（i）第二反应器及相关第二装置按照步骤（a）~（h）进行CO₂捕集及向用户供热；

（j）第一反应器和第二反应器按照上述步骤交替操作连续供热。

2.根据权利要求1所述的一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于：所述载氧体为氧解耦类型载氧体，包括钴基载氧体、锰基载氧体或铜基载氧体中的一种；负载载氧体的惰性载体为MgO、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂或TiO₂中的一种；氧化态载氧体中活性组分与惰性载体的质量比为0.67~1.5。

3.根据权利要求1所述的一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于第一反应器和第二反应器均为流化床式反应器；炉膛为燃烧室，装有载氧体床料；水冷壁内为热媒室，与热媒换热器热端、热媒循环管路和热媒循环泵构成热媒循环回路；热媒换热器冷端与供热管网相连，通过供热介质向用户供热；第一热媒换热器和第一热媒循环泵设置在第一反应器上，第二热媒换热器和第二热媒循环泵设置在第二反应器上。

4.根据权利要求1所述的一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于气化剂和压缩空气通过质量流量控制器的开闭切换，分别单独送入两台反应器中参与载氧体氧化和还原反应过程，交替循环，其中还原过程通过煤仓进料。

5.根据权利要求1所述的一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于还原过程产生的高压烟气和氧化过程产生的低氧空气可通过截止阀的开闭切换分别依次送入二级预热器，一级预热器对气化剂和压缩空气进行预热，实现余热回收；降至室温后的高压烟气，通过气液分离罐回收冷凝水后捕集高压高浓度CO₂，直接储存或用于下游加工；低氧空气经减压阀减至常压、回收余热后放空。

6.根据权利要求1所述的一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法，其特征在于：反应器内还原反应温度范围为：800~900℃，氧化反应温度范围为820~920℃，压力范围为：0.3~2.0 MPa。