一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统的制作方法

本发明涉及新能源与燃煤的多能源综合利用系统技术领域，具体涉及一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统。

背景技术：

我国是煤炭生产和消费大国，2019年，我国的煤炭消耗量高达28.04亿吨标准煤，其中一半以上用于发电和供热；煤电机组的装机容量与发电量分别占59.2％和69.6％，并将长期保持绝对的主体地位。因此，作为我国污染物和温室气体排放的主要来源，煤电机组的节能减排对我国能源的清洁化利用和可持续发展意义重大。我国现役煤电机组大多具有高参数、大容量的特点，其发电效率已接近或达到国际先进水平，继续提高机组参数收效甚微。因此，当煤电机组通过内部途径节能降耗遇到瓶颈时，寻求可再生资源等外部途径提升能源转化效率尤为重要，而储量大、分布广的太阳能光热资源是煤电机组理想的“外部”资源之一。

太阳能光热与煤电机组在多个方面具备耦合的基础和优势。第一，二者均基于朗肯循环，太阳能可“借助”煤电机组更高效的热工转化设备提升光电转化效率；第二，太阳能可凭借煤电机组的调峰能力实现能量的平稳转化和稳定输出，克服了太阳能辐照间歇性和不稳定的缺点；第三，我国煤炭富集地区与太阳能资源丰富地区有诸多交集，具有地理上的优势。

另一方面，煤电机组的污染物和温室气体减排也是煤炭清洁高效利用的重要发展方向。以cao为吸收剂主要成分的钙循环脱硫脱碳技术得到了产业界的广泛关注。首先，钙基吸收剂具备脱硫脱碳的能力，为多种气体的协同脱除提供了可能；其次，钙循环脱硫脱碳不使用汽轮机抽汽提供能源，进一步降低了系统汽水侧的发电煤耗；同时，钙基吸收剂成本相对低廉且脱除效率高，进一步降低了脱硫脱碳成本。因此，钙循环协同脱硫脱碳在煤电机组的深度减排降耗方面具有大规模应用的潜力。

然而，在专利号为cn201610028494.3名称为与钙基吸收剂顺序脱硫脱碳系统深度集成的燃煤发电系统发明专利中，在钙基吸收剂协同脱硫脱碳过程中以及煅烧炉的再生过程还是需要消耗天然气、煤粉等燃料并产生额外的温室气体，而且为了实现能源的梯级利用，还需要对系统进行集成优化。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统，以解决上述背景技术中提出的实际问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统，包括锅炉系统和烟气脱硫脱碳系统，所述烟气脱硫脱碳系统包括煅烧炉、硫化炉、旋风分离器、碳化炉、空气预热器和烟囱，还包括集热系统和循环系统，所述集热系统包括吸热塔、定日镜场和吸热器，所述定日镜场布置在所述塔式太阳能的吸热塔周围，所述定日镜场由若干定日镜构成，每个定日镜由机械驱动方式将太阳辐射恒定地朝同一目标点反射，并聚集在所述吸热塔顶部的所述吸热器，所述循环系统包括冷熔融盐存储罐、热熔融盐存储罐和熔融盐/空气换热器，所述冷熔融盐存储罐中存储有低温熔融盐，所述低温熔融盐流经所述吸热器后被加热，随后流入所述热熔融盐存储罐中，所述热熔融盐存储罐中的高温熔融盐流经所述熔融盐/空气换热器，加热冷空气后温度降低，并存储于所述冷熔融盐存储罐，通过熔融盐/空气换热器加热的热空气通过管道依次与煅烧炉、锅炉系统连接。

进一步的，所述煅烧炉还连接有给水加热器，用于捕集生成的高浓度co2。

进一步的，所述锅炉系统包括锅炉，所述锅炉内的烟气通道内依次设有屏式过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、scr脱硝装置、省煤器，所述锅炉烟气出口端还设有电除尘器，所述电除尘器通过管道与所述硫化炉连接，所述硫化炉通过管道与所述碳化炉连接。

进一步的，所述锅炉还连接有汽包，外部给水经过所述省煤器加热后进入所述汽包，所述汽包中的液体部分进入水冷壁加热后回到所述汽包，所述汽包中的气体部分先后进入所述低温过热器、所述屏式过热器和所述高温过热器加热，产生的高温高压蒸汽进入汽轮机高压缸。

进一步的，所述硫化炉和所述碳化炉内均设置冷却装置，其中高压缸排汽先后经过所述碳化炉和所述硫化炉的冷却装置后，先后进入所述锅炉中的所述低温再热器和所述高温再热器加热后进入汽轮机中压缸。

(三)有益效果

本发明专利设计一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统，利用塔式太阳能集热系统可为煅烧炉提供能级对口的高温反应热，从而节省脱硫脱碳过程的燃料消耗；通过对系统进行集成优化实现对多种能量的梯级利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明系统集成图；

图2是本发明燃煤机组的锅炉汽水与烟气流程图；

图3是本发明钙循环协同脱硫脱碳的原理图。

图例说明：

吸热塔1、定日镜场2、吸热器3、冷熔融盐存储罐4、热熔融盐存储罐5、熔融盐/空气换热器6、煅烧炉7、硫化炉8、旋风分离器9、碳化炉10、空气预热器11和烟囱12、给水加热器13、锅炉14、电除尘器15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种塔式太阳能辅助钙基吸收剂脱硫脱碳系统如图1所示，塔式太阳能集热系统与钙基吸收剂协同脱硫脱碳系统的集成主要完成太阳能转化为热能并加热空气，为钙基吸收剂协同脱硫脱碳系统的运行提供能源。其中，塔式太阳能集热系统主要包括锅炉系统、烟气脱硫脱碳系统、集热系统和循环系统组成。

集热系统由吸热塔1、定日镜场2以及吸热器3组成，用于太阳能到热能的转化。定日镜场2布置在塔式太阳能的吸热塔1周围，定日镜场由若干定日镜构成，每个定日镜由机械驱动方式将太阳辐射恒定地朝一个方向反射，并聚集在吸热塔1顶部的吸热器3。

循环系统由冷熔融盐存储罐4、热熔融盐存储罐5以及熔融盐/空气换热器6构成，用于加热空气。冷熔融盐存储罐4中存储有低温熔融盐，低温熔融盐流经吸热器3后被加热，随后流入热熔融盐存储罐5中，热熔融盐存储罐5中的高温熔融盐流经熔融盐/空气换热器6，加热冷空气后温度降低，并存储于冷熔融盐存储罐4。

被加热的空气集成于钙基吸收剂协同脱硫脱碳系统中的煅烧炉7，为钙剂吸收剂协同脱硫脱碳系统提供反应热。

在燃煤机组中，锅炉14用于将燃料中的化学能转化为热能，从而产生高温高压蒸汽，其烟气和汽水流程如图2所示。

烟气流程可描述如下：煤粉在炉膛中燃烧产生大量的热，一部分热量通过辐射换热由水冷壁中的水工质吸收，另一部分热量随着烟气的流动，分别被屏式过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、scr脱硝装置、省煤器、空气预热器等换热器冷却后进入电除尘器，经过脱硝和除尘的烟气才会进行后续的脱硫和脱碳环节。

汽水流程分为过热蒸汽流程和再热蒸汽流程。过热蒸汽流程描述如下：由燃煤机组回热系统预热的给水经过省煤器加热后进入汽包，汽包中的液体部分进入水冷壁加热后回到汽包，汽包中的气体部分先后进入低温过热器、屏式过热器和高温过热器加热，产生的高温高压蒸汽进入汽轮机高压缸做功。再热蒸汽流程描述如下：经过硫化炉10冷却装置预热后的高压缸排汽先后被锅炉低温再热器和高温再热器加热后进入汽轮机中压缸做功。

钙基吸收剂协同脱硫脱碳系统与燃煤机组的集成主要涉及烟气中so2和co2的脱除以及反应过程中余热的充分利用。

钙基吸收剂协同脱硫脱碳系统主要涉及脱硫过程、cao/caso4混合物分离过程、脱碳过程以及钙基吸收剂再生过程，其原理如图3所示。

脱硫过程发生在硫化炉8中，所需的反应温度为850-900℃。经过脱硝和除尘的烟气中进入硫化炉8，在反应温度下，烟气中的so2被cao吸收，生成caso3，同时caso3被氧气进一步氧化生成caso4并放出大量反应热，总化学反应如化学式1所示。

硫化反应产生的cao/caso4混合物进入旋风分离器9，脱硫后的烟气进入碳化炉10。

cao/caso4混合物分离过程发生在旋风分离器9中，由于cao与caso4密度不同，caso4密度较大被分离回收，剩余的cao进入碳化炉10。

脱碳过程发生在碳化炉10中，反应温度为650-700℃，脱硫烟气中的co2被cao吸收生成caco3并释放反应热，所涉及的碳化反应如化学式2所示。处理后的烟气已经过脱硝、除尘、脱硫、脱碳等过程，其携带的余热经过空气预热器11后经烟囱12排入大气，空气预热器11用于余热冷空气，被加热的冷空气进入锅炉炉膛，提高锅炉的燃烧温度。碳化反应生成的caco3进入煅烧炉7。

硫化反应和碳化反应均产生大量反应热，硫化炉8和碳化炉10均设置冷却装置，其中高压缸排汽先后经过碳化炉8和硫化炉10的冷却装置后，进入锅炉的再热蒸汽流程。

钙基吸收剂再生过程发生在煅烧炉7中，反应温度为900-950℃，caco3在高温环境中分解为cao和co2，如化学式3所示。该反应为吸热反应，需要外界提供热量，本发明利用塔式太阳能集热系统产生的高温空气为煅烧炉内的caco3分解反应提供所需能量，被冷却后的中温空气进入锅炉炉膛，用于提升煤粉的燃烧温度。生成的高浓度co2被给水加热器13冷却后捕集，生成的cao则再一次进入硫化炉8，完成了cao的物质循环。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。