[发明专利]一种碳捕集加压燃煤供热系统及运行方法

说明书

本发明涉及一种碳捕集的加压燃煤供热系统及运行方法，首先空气与还原态载氧体反应，氧化结束载氧体储热为还原反应初期煤气化供热，氧化态载氧体与煤气化产物反应放出反应热为煤气化持续供热。利用载氧体氧化反应热和还原反应富余反应热向用户供热，回收尾气潜热用于气化剂和空气预热。加压燃煤供热系统包含两套反应器，分别循环交替进行还原和氧化过程，在实现CO₂捕集的同时可连续供热。本发明方法与现有煤化学链燃烧技术相比能够显著提升供热系统热负荷和加压装置运行效率，直接捕集高压高浓度CO₂便于储存和下游加工。加压将载氧体氧解耦吸热反应转化为载氧体还原放热反应，无需外部热能供给，实现节能降耗。

技术领域

本发明属于煤炭清洁转化利用技术领域，具体涉及一种可实现碳捕集的加压燃煤供热系统及运行方法。

背景技术

传统燃煤锅炉存在能量利用效率低，烟气中污染物排放不达标以及CO₂捕集能耗大的现状，面对当前煤炭清洁转化利用的时代要求，煤化学链燃烧技术成为了解决该难题的重要手段。利用载氧体的氧化吸氧和还原释氧过程，燃煤和空气的非接触无火焰燃烧，避免热力型和快速型NO_X污染物的产生。此外，烟气经冷凝气液分离后即可获取高浓度的CO₂，极大地降低了后续碳捕集成本和效率。

传统煤化学链燃烧供热装置常采用循环流化床反应器，载氧体在燃料反应器和空气反应器间进行还原氧化循环，双床间的物料平衡影响着整套供热装置的稳定运行，载氧体的循环流率控制存在着较大的困难。此外，还原反应器中选用氧解耦类型载氧体时，例如钴氧化物、锰氧化物和铜氧化物等，在高温下释放分子氧的分解反应与煤气化反应同为吸热过程，需要外部供热来补充富氧燃烧反应的放热不足，导致系统运行能耗偏高。在煤炭高效清洁转化的倡导下，有必要设计开发一种低能耗、高负荷、可直接实现高压CO₂捕集储存的加压煤化学链燃烧供热系统及运行方法。

发明内容

本发明针对现有常规煤化学链燃烧技术采用常压循环流化床反应器时系统平衡操控难度大，燃料反应器外部供热能耗高，捕集的CO₂需进一步压缩储存等不足，提出了一种采用煤化学链燃烧方法实现碳捕集的加压燃煤供热系统及运行方法，采用该方法可以轻松实现供热系统的稳定运行、显著地降低外部供热功率、增大热负荷、直接实现CO₂捕集压缩储存。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种碳捕集的加压燃煤供热系统，包括：空气压缩机（C1）、气化剂进料泵（P1）气化剂一级预热器（E1）、气化剂二级预热器（E2）、压缩空气一级预热器（E3）、压缩空气二级预热器（E4）、第一热媒换热器（E5）、第二热媒换热器（E6）、第一热媒循环泵（P2）、第二热媒循环泵（P3）、第一反应器（R1）、第二反应器（R2）、进料煤仓（T1）、气液分离罐（T2）、气化剂质量流量控制器（V1/V3）、压缩空气质量流量控制器（V2/V4）、高压烟气背压阀（V5/V7）、低氧空气背压阀（V6/V8）、煤仓进料球阀（V9/V10）、煤仓加压截止阀（V11）、低氧空气减压阀（V12）。

第一反应器（R1）和第二反应器（R2）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（E5、E6）热端、热媒循环管路和热媒循环泵（P2、P3）构成热媒循环回路。热媒换热器（E5、E6）冷端与供热管网相连，通过供热介质向用户供热。

所述第一热媒换热器（E5）和第一热媒循环泵（P2）设置在第一反应器（R1）上，第二热媒换热器（E6）和第二热媒循环泵（P3）设置在第二反应器（R2）上。

气化剂和压缩空气通过质量流量控制器（V1/V3、V2/V4）的开闭切换，分别单独送入两台反应器（R1、R2）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（T1）进料。