低碳型燃烧系统的制作方法

本申请涉及化石能源燃烧技术领域，具体而言，涉及一种低碳型燃烧系统。

背景技术：

目前全球每年排放二氧化碳量达240亿吨，其中，90多亿吨成为污染环境的废气，危及人类生存空间。我国每年二氧化碳排放总量超过15亿吨，仅次于美国。

进人21世纪后，随着可持续发展战略的实施，国内各界已清晰地认识到解决二氧化碳造成环境污染的问题迫在眉睫。如何在科学、有效地治理二氧化碳排放的同时，保证国民经济高速发展，成为当今需要解决的课题。

二氧化碳具有较高的民用和工业价值，在多种领域有着广泛的应用，是一种非常宝贵的资源。不仅广泛应用在石油开采、冶金、焊接、低温冷煤、机械制造、人工降雨、消防、化工、造纸、农业、食品业、医疗卫生等方面，还可应用于超临界溶剂、生物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域。近年来开发出的新用途如棚菜气肥、蔬菜(肉类)保鲜、生产可降解塑料等也展现良好的发展前景。因此，减少二氧化碳排放的一个重要途径是尽快使二氧化碳应用产业化、规模化。

目前，国内燃烧系统及其联合循环发电系统排放的主要污染物为燃烧过程中产生大量的CO₂和少量的NO_X、PM2.5，如果CO₂直接排放不采取有效的治理措施，势必造成环境污染。

针对目前燃烧化石燃料排放的以CO₂为主的尾气对大气环境污染的问题，目前尚无有效的控制和解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种低碳型燃烧系统，以解决现有技术中燃烧系统直接将二氧化碳排到大气中造成的污染的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种低碳型燃烧系统，该低碳型燃烧系统包括：燃烧装置；制冷单元，上述制冷单元的入口与上述燃烧装置连接，用于对上述燃烧装置排出的气体进行降温；二氧化碳回收装置，上述二氧化碳回收装置的入口与上述制冷单元连接，用于回收上述制冷单元的出口排出的气体中的二氧化碳。

进一步地，上述低碳型燃烧系统还包括：燃料输送管线，用于连接上述燃烧装置与燃料源；助燃气输送管线，用于连接上述燃烧装置与助燃气源，上述助燃气输送管线上设置有第一三通阀，上述第一三通阀包括空气入口、氧气入口与助燃气出口，上述空气入口与空气源连接，上述氧气入口与氧气源连接，上述助燃气出口与上述燃烧装置连接。

进一步地，上述低碳型燃烧系统还包括：烟囱，与上述二氧化碳回收装置连接，用于将经上述二氧化碳回收装置回收二氧化碳后的气体排到大气中；第二三通阀，包括第一端、第二端与第三端，上述第一端与上述燃烧装置的气体出口连接，上述第二端与上述制冷单元的入口连接，上述第三端与上述烟囱连接。

进一步地，上述低碳型燃烧系统还包括：余热回收单元，上述余热回收单元的入口与上述第二三通阀的上述第二端连接；除尘单元，上述除尘单元的入口与上述余热回收单元的出口连接，上述除尘单元的出口与上述制冷单元的入口连接。

进一步地，上述除尘单元为除尘脱硝单元。

进一步地，上述制冷单元包括：制冷机，上述制冷机的气体入口与上述燃烧装置的气体出口连接，上述气体出口与上述二氧化碳回收装置的入口连接；冷却塔，上述冷却塔的循环水入口与上述制冷机的循环水出口连接，上述冷却塔的循环水出口与上述制冷机的循环水入口连接。

进一步地，上述制冷单元还包括：换热器，上述换热器的气体入口与上述制冷机的气体出口连接，上述换热器的气体出口与上述二氧化碳回收装置的入口连接，上述制冷机包括第一冷水入口与第一冷水出口，上述换热器包括第二冷水入口与第二冷水出口，上述第一冷水入口与上述第二冷水出口连接，上述第一冷水出口与上述第二冷水入口连接。

进一步地，上述低碳型燃烧系统还包括：空冷器，上述空冷器的入口与上述制冷单元的出口连接，上述空冷器的出口与上述二氧化碳回收装置的入口连接；制水器，一端与上述空冷器的出口连接，另一端与上述二氧化碳回收装置的入口连接。

进一步地，上述低碳型燃烧系统还包括：第三三通阀，包括入口端、第一出口端与第二出口端，上述入口端与上述制冷单元的出口连接，上述第一出口端与上述二氧化碳回收装置的入口连接，上述第二出口与上述燃烧装置的入口连接；引风机，连接在上述第二出口端与上述燃烧装置的入口之间，用于将由上述第二出口端输出的气体输送至上述燃烧装置中。

进一步地，上述燃烧装置是燃气轮机、燃气内燃机或加热炉。

应用本申请的上述低碳型燃烧系统，可以将燃烧产生的烟气中的二氧化碳回收后，将剩余的气体排放在大气中，避免了将二氧化碳直接排放到大气中造成的污染问题，且回收的二氧化碳可以再利用，实现了较好的经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请的一种实施例提供的低碳型燃烧系统的结构示意图；以及

图2示出了本申请的另一种实施例提供的二氧化碳回收装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一三通阀；2、燃烧装置；3、第二三通阀；4、余热回收单元；5、除尘单元；6、制冷单元；7、空冷器；8、制水器；9、第三三通阀；10、引风机；11、二氧化碳回收装置；12、烟囱；01、燃料输送管线；02、助燃气输送管线；61、制冷机；62、冷却塔；63、换热器；100、燃料源；200、空气源；300、氧气源；111、第一泵；112、送风机；113、水冷却器；114、冷却塔；115、第二泵；116、第三泵；117、贫液冷却器；118、吸收塔；119、富液冷却器；120、第四泵；121、贫液换热器；122、富液换热器；123、汽提塔；124、第五泵；125、二氧化碳气体冷凝器；126、二氧化碳气液分离器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的低碳型燃烧系统直接将二氧化碳排放到大气中，导致了环境污染问题,为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种低碳型燃烧系统方法。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种低碳型燃烧系统，如图1所示，该低碳型燃烧系统包括燃烧装置2、制冷单元6与二氧化碳回收装置11。其中，制冷单元6上述制冷单元6的入口与上述燃烧装置2连接，用于对上述燃烧装置2排出的气体进行降温；二氧化碳回收装置11上述二氧化碳回收装置11的入口与上述制冷单元6连接，用于回收上述制冷单元6的出口排出的气体中的二氧化碳。

本申请的上述低碳型燃烧系统，通过制冷单元先将燃烧装置排出的烟气进行降温，然后通过二氧化碳回收装置将烟气中的二氧化碳回收，将剩余的气体排放在大气中，避免了将二氧化碳直接排放到大气中造成的污染问题，且回收的二氧化碳可以再利用，实现了较好的经济效益，并且，本申请中的燃烧助剂除了在该低碳型燃烧系统首次开机时采用空气作为氧化剂会产生氮氧化物，后续燃烧装置运行正常时，再采用氧气作为氧化剂，氧气与燃料燃烧不会产生氮氧化物，这样整个低碳型燃烧系统在燃烧过程中产生的氮氧化物较少，进一步缓解了氮氧化物对环境的污染。

本申请中的燃烧装置可以是现有技术中的任何一种燃烧装置，例如可以是以是燃气轮机、燃气内燃机或加热炉。且本申请的低碳型燃烧系统可以应用于石油、化工、火电厂、冶金、焦化厂、天然气集输站、天然气储气站等领域。

本申请的一种实施例中，如图1所示，上述低碳型燃烧系统还包括燃料输送管线01与助燃气输送管线02，其中，燃料输送管线01用于连接上述燃烧装置2与燃料源100；助燃气输送管线02用于连接上述燃烧装置2与助燃气源，上述助燃气输送管线02上设置有第一三通阀1，上述第一三通阀1包括空气入口、氧气入口与助燃气出口，上述空气入口与空气源200连接，上述氧气入口与氧气源300连接，上述助燃气出口与上述燃烧装置2连接。在应用该低碳型燃烧系统时，先将与空气源连接的第一三通阀的空气入口打开，将空气输入至低碳型燃烧系统中，可以促进气体在燃烧系统中的循环。在燃烧装置经过燃烧后，再将空气入口关闭，将氧气入口打开。

燃料输送管线01供给的(即燃料源提供的)可以是天然气、燃料油或者焦炉煤气，也可以是其他可以用于燃烧装置燃料的碳氢化合物。

氧气源中的氧气可以通过空气变压吸附法、空气膜过滤生、空气深冷加工法产生，氧气源可以是液氧罐或氧气管道。

为了防止二氧化碳燃烧装置或者制冷单元出现问题时，无法及时将燃烧装置中的烟气排出，本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述低碳型燃烧系统还包括烟囱12与第二三通阀3，与上述二氧化碳回收装置11连接，用于将经上述二氧化碳回收装置11回收二氧化碳后的气体排到大气中；以及第二三通阀3，包括第一端、第二端与第三端，上述第一端与上述燃烧装置2的气体出口连接，上述第二端与上述制冷单元6的入口连接，上述第三端与上述烟囱12连接。当二氧化碳燃烧装置或者制冷单元出现问题时，将与制冷单元入口连接的第二三通阀的第二端关闭，将与烟囱连接的第三端打开，将烟气排入烟囱中，进入排入大气中。

为了回收烟气中的热能，本申请的一种实施例中，如图1所示，上述低碳型燃烧系统还包括余热回收单元4，上述余热回收单元4的入口与上述第二三通阀3的上述第二端连接。

且余热回收单元与被加热介质出口管道以及下游用户被加热介质管道相连接。

本申请的再一种实施例中，上述低碳型燃烧系统还包括除尘单元5，上述除尘单元5的入口与上述余热回收单元4的出口连接，上述除尘单元5的出口与上述制冷单元6的入口连接。除尘单元可以进一步将烟气中的固体颗粒除去。

为了将开机时空气作为氧化剂燃烧产生的氮氧化物去除，进一步避免氮氧化物对环境造成的污染，本申请的一种实施例中，上述除尘单元为除尘脱硝单元。

本申请的又一种实施例中，如图1所示，上述制冷单元6包括制冷机61与冷却塔62，上述制冷机61的气体入口与上述燃烧装置2的气体出口连接，上述气体出口与上述二氧化碳回收装置11的入口连接；上述冷却塔62的循环水入口与上述制冷机61的循环水出口连接，上述冷却塔62的循环水出口与上述制冷机61的循环水入口连接。

为了进一步提高冷却装置对燃烧装置排出的烟气的降温效果，本申请的一种实施例中，上述制冷单元6还包括换热器63，上述换热器63的气体入口与上述制冷机61的气体出口连接，上述换热器63的气体出口与上述二氧化碳回收装置11的入口连接。

本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述制冷机61包括第一冷水入口与第一冷水出口，上述换热器63包括第二冷水入口与第二冷水出口，上述第一冷水入口与上述第二冷水出口连接，上述第一冷水出口与上述第二冷水入口连接。这样制冷机产生的7～12℃的冷水可以进一步进入换热器中对烟气进行降温，提高了制冷装置的能源利用率，进一步提高了低碳型燃烧系统的经济效益。

为了进一步降低从冷却装置中排出的气体的温度，如图1所示，本申请的再一种实施例中，上述低碳型燃烧系统还包括空冷器7，上述空冷器7的入口与上述制冷单元6的出口连接，上述空冷器7的出口与上述二氧化碳回收装置11的入口连接。

本申请的又一种实施例中，如图1所示，上述低碳型燃烧系统还包括制水器8，其一端与上述空冷器7的出口连接，另一端与上述二氧化碳回收装置11的入口连接。制水机将低温烟气中的冷凝水进行分离和回收。制水机010所产出冷凝水可以供给余热回收单元使用。

为了增加低碳型燃烧系统中烟气的循环动力，形成闭式烟气循环再利用系统，本申请的一种实施例中，上述低碳型燃烧系统还包括第三三通阀9，其包括入口端、第一出口端与第二出口端，上述入口端与上述制冷单元6的出口连接，上述第一出口端与上述二氧化碳回收装置11的入口连接，上述第二出口与上述燃烧装置2的入口连接，也就是说通过该第三三通阀将制冷单元出口排出的气体分为两部分，一部分进入燃烧装置中，作为循环动力，另一部分进入二氧化碳回收装置中。

本申请的另一种实施例中，如图1所示，上述低碳型燃烧系统还包括引风机10，连接在上述第二出口端与上述燃烧装置2的入口之间，用于将由上述第二出口端输出的气体输送至上述燃烧装置2中。

本申请中的二氧化碳回收装置可以采用溶剂回收法、低温精馏法、变压吸附法、分离法或压缩冷凝法等工艺回收烟气中的CO₂，优选的方法是溶剂回收法，产出的CO₂装瓶或者经管道外运给CO₂用户。

图2所示，二氧化碳回收装置包括第一泵111、送风机112、水冷却器113、冷却塔114、第二泵115、第三泵116、贫液冷却器117、吸收塔118、富液冷却器119、第四泵120、贫液换热器121、富液换热器122、汽提塔123、第五泵124、二氧化碳气体冷凝器125、二氧化碳气液分离器126。其工作过程结合图2说明如下：

送风机112将烟气送入冷却塔114，通过第一泵111和水冷却器113的水溶液循环，将冷却塔114内烟气中的热量进行捕雾洗涤，降温后的烟气从吸收塔118底部送入。烟气中的CO₂通过捕雾材料和氨水溶液(富液)的洗涤后气体向上到吸收塔118上部，再通过塔上部的捕雾材料和氨水溶液(贫液)的二次洗涤后，合格气体从吸收塔118顶排放到大气中；其中，贫液换热器121，第四泵120，富液冷却器119是吸收塔118下部氨水溶液(富液)循环系统。其中，第三泵116和贫液冷却器117是吸收塔118上部氨水溶液(贫液)循环系统。

吸收CO₂后的氨水溶液(贫液)由吸收塔118底经第二泵115送至贫液换热器121，换热后送入汽提塔123上部，在汽提塔123上部解析出CO₂连同水蒸气经二氧化碳气体冷凝器125送入二氧化碳气液分离器126进行气液分离，分离后产出的二氧化碳气体，纯度为99.9％且外输到下游用户；分离后产出的液体经第五泵124返回到汽提塔123上部。

解析后的氨水溶液(富液)向下经流入吸收塔118的底部，经贫液换热器121、第四泵120与富液冷却器119后重新进入吸收塔118。其中，富液换热器122是汽提塔123底部的氨水溶液(富液)加热循环系统。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明。

实施例

低碳型燃烧系统的结构示意图如图1所示，该低碳型燃烧系统包括燃料输送管线01、助燃气输送管线02、设置在助燃气输送管线02上的第一三通阀1、燃烧装置2、第二三通阀3、余热回收单元4、除尘单元5、制冷单元6、空冷器7、制水器8、第三三通阀9、引风机10、二氧化碳回收装置11与烟囱12，其中，述制冷单元6包括制冷机、冷却塔62与换热器63。具体的连接关系如图所示，此处就不再赘述了。

该低碳型燃烧系统的工作过程为：氧气作为燃烧用的氧化剂，因而在燃烧过程中不含氮元素的情况下没有NOx的生成，而且也由于采用纯氧作为氧化剂，燃烧后的烟气中的CO₂浓度可以高达95％以上，可以直接压缩烟气进行CO₂回收，燃烧后的高温烟气通过余热回收单元4、除尘单元5、制冷单元6、空冷器7与制水器8，变为低温烟气，在引风机10的作用下实现烟气的循环并与氧气及燃料混合进行燃烧做功，循环以外的烟气通过第三三通阀9进入二氧化碳回收装置11回收，在全部工艺过程中除燃烧做功外，通过余热回收单元4回收热能，通过除尘单元5回收粉尘，通过制冷单元6与空冷器降低烟气温度，通过制水器8回收冷凝水，通过二氧化碳回收装置11回收CO₂，通过引风机10将低温的烟气与氧气按所需要比例调配后进入燃料驱动机与燃料燃烧做功。

该低碳型燃烧系统实现化石燃料燃烧大气零排放并有效提高能源的利用效率。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的上述低碳型燃烧系统，可以将燃烧产生的烟气中的二氧化碳回收后，将剩余的气体排放在大气中，避免了将二氧化碳直接排放到大气中造成的污染问题，且回收的二氧化碳可以再利用，实现了较好的经济效益。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。