一种基于光谱调制的喷雾式太阳能辅助碳捕集系统及工作方法

1.本发明涉及碳捕集技术领域，具体涉及一种基于光谱调制的喷雾式太阳能辅助碳捕集系统及工作方法，基于光谱调制原理，利用太阳能实现高效、快速、均匀加热的技术，可实现光热转换，并为碳捕集系统提供能量。


背景技术：

2.全球变暖问题正日益加剧，对世界造成的影响不容忽视，其中二氧化碳的排放成为焦点。在我国各类行业中，碳排放集中在火力发电、供暖、化工等领域，其中火力发电约占碳排放总量的三分之一。因此，对火力发电厂采取碳捕集以及碳封存技术能够有效减少碳排放。
3.传统火力发电厂碳捕集技术以高温蒸汽为热源为碳捕集解吸过程提供能量，这种方式降低了电厂输出功率，造成了不可忽视的经济损失。采用太阳能辅助的碳捕集系统能够降低或阶段性取代蒸汽供能，但目前太阳能利用系统占地较大，集热效率低，稳定性较差。


技术实现要素：

4.考虑到现有太阳能辅助碳捕集系统集热成本高、占地大等限制性，本发明的目的是利用稀土元素对太阳光的光谱调制作用，提供一种基于太阳能光谱调制的喷雾式太阳能辅助碳捕集系统及工作方法，该系统能够实现太阳能高效利用的碳捕集过程。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种基于太阳能光谱调制的太阳能辅助碳捕集系统，该系统由co2吸收及喷雾式解吸部分、太阳能蓄热部分、太阳能聚焦系统部分组成。
7.所述co2吸收及喷雾式解吸部分包括吸收塔1、富液循环泵2和贫液循环泵4、热回收器3、缓冲分离器11、循环泵12、双通道雾化喷嘴15和喷雾式解吸塔5；吸收塔1下部设置烟气入口和上部设置烟气出口，吸收塔1下部的富液出口经过富液循环泵2与热回收器3富液入口相连；吸收塔1上部的贫液入口与热回收器3贫液出口相连接；所述喷雾式解吸塔5上部设置co2出口，中部外壳由高透光材料制成，下部设置贫液出口并内置放热器6；放热器6的入口和出口分别连接蓄热器8蓄热材料出口和入口；所述双通道雾化喷嘴15位于喷雾式解吸塔5顶部，包括吸收剂通道和混合颗粒通道，吸收剂通道与热回收器3富液出口连接，混合颗粒通道中间经过循环泵12与缓冲分离器11下部出口连接；所述缓冲分离器11中间设置滤网，将其分为上下两部分，分别设置上部贫液出口，下部入口和下部出口，上部贫液出口经过贫液循环泵4与热回收器3贫液入口连接；下部入口与喷雾式解吸塔5下部的贫液出口连接；下部出口经过循环泵12与双通道雾化喷嘴15中的混合颗粒通道连接；
8.所述太阳能蓄热部分包括放热器6、蓄热器8、雾化集热腔室9，蓄热材料循环泵13和换热工质增压泵14；雾化集热腔室9的一侧壁面为进光侧，另一侧壁面为调光侧，底部设
置换热工质释放口和顶部设置的雾化喷嘴；蓄热器8中设有蓄热材料入口和蓄热材料出口、换热工质入口和换热工质出口，换热工质入口连接雾化集热腔室9换热工质释放口，换热工质出口经过换热工质增压泵14连接雾化集热腔室9顶部设置的雾化喷嘴；蓄热材料入口连接放热器6的出口，蓄热材料出口经过蓄热材料循环泵13连接放热器6的入口；
9.所述太阳能聚焦部分包括聚光器7和10。聚光器7以环形阵列布置在喷雾解吸塔5周围；聚光器10采用平行阵列，布置在雾化集热腔室9周围。
10.一种基于太阳能光谱调制的太阳能辅助碳捕集系统的工作方法，包括如下循环：
11.1)，二氧化碳和吸收剂的循环：吸收剂从吸收塔1顶部向下喷淋，与烟气逆向流动，吸收剂吸收co2后形成富液落入吸收塔1底部，由富液循环泵2输送至热回收器3，富液温度升高后进入双通道雾化喷嘴15的吸收剂通道雾化，富液喷雾在向喷雾解吸塔5内部下落过程中吸收太阳能升温释放co2或吸收放热器6表面的热量升温释放co2，富液转换为贫液并携带混合颗粒进入缓冲分离器11下部，经过分离，贫液从缓冲分离器11上部出口离开，在贫液循环泵4的推动下进入热回收器3，贫液温度降低后回到吸收塔1再次循环；
12.2)，混合颗粒的循环：混合颗粒被少量贫液携带从缓冲分离器11下部离开，通过循环泵12的输送进入双通道雾化喷嘴15的混合颗粒通道，经由喷射分布在雾场外层，混合颗粒将照射到表面的太阳光进行波长转换以及荧光增强后向雾场内部发射，随后混合颗粒落入喷雾解吸塔5底部，由贫液携带回到缓冲分离器11下部再次循环；
13.3)，换热工质的循环：换热工质由雾化集热腔室9顶部喷嘴雾化，在腔体内部吸收太阳热辐射升温，相变后换热工质进入蓄热器8放热，换热工质回到液态，在换热工质增压泵14推动下回到雾化集热腔室9顶部喷嘴再次循环；
14.4)，蓄热材料的循环：蓄热材料在蓄热器8中吸热升温，有放热需求时，在蓄热材料循环泵13推动下进入放热器6，蓄热材料放热降温后返回蓄热器8。
15.所述双通道雾化喷嘴15内混合颗粒通道中的混合颗粒由颗粒1和颗粒2按照一定比例组成；颗粒1为微米级尺寸，以二氧化硅、硼酸盐等为基质掺杂yb
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通过研磨后高温加热制备，能够将太阳光从可见光转换为近红外波长。所述颗粒2为尺寸纳米级，对近红外波段具有荧光增强作用，成分包含ag、tio2，通过硝酸银溶液、钛酸四丁酯溶液通过水浴法加热反应制备。所述颗粒1和颗粒2的质量比为(10-30)：1。
16.所述双通道雾化喷嘴15采用双通道雾化吸收剂和喷射混合颗粒，混合颗粒通道在外层，吸收剂通道在内部，该结构能够形成混合颗粒在外层，吸收剂在内部区域的雾场。
17.所述第一聚光器7能够追踪太阳光，始终以最大聚集角度将太阳光投射到喷雾解吸塔5中段透光材料处。
18.所述雾化集热腔室9进光侧壁面采用表面覆盖增透膜的高透光玻璃，透过率范围为0.87-0.91。调光侧外壁面采用不透明材料且内侧涂有高反射率纯银涂层，内壁为由ce
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共同掺杂的氟氧化物制备的调光玻璃，能够将可见光300-700nm调制至近红外范围900-1100nm并向腔体中心反射。
19.所述缓冲分离器11中间的滤网为氟材料制备的超滤膜，使吸收剂通过，混合颗粒无法穿过，同时滤网材料对混合颗粒表现为不亲和，保证滤网不被颗粒堵塞。
20.所述换热工质与吸收剂雾化粒径范围为0.1-1500μm。
21.与现有技术相比较，本发明设备有如下优点：
22.本发明采用基于太阳能光谱调制的喷雾式解吸塔，以吸收剂掺混颗粒的方式，使得吸收剂均匀、快速吸收太阳能完成co2解吸过程；本发明采用基于光谱调制的喷雾吸热的太阳能蓄热系统，蓄热系统采用反射式光谱调制结构，高效吸收太阳能，保障夜间运行时减少或不采用其他供能方式供热，在很大程度上保障利用太阳能进行碳捕集过程的稳定性。
附图说明
23.图1为基于光谱调制的喷雾式太阳能辅助碳捕集系统示意图
24.图2为双通道雾化喷嘴结构示意图
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
26.如图1所示，一种基于光谱调制的喷雾式太阳能辅助碳捕集系统，该系统由co2吸收及喷雾式解吸部分、太阳能蓄热部分、太阳能聚焦系统部分组成。
27.所述co2吸收及喷雾式解吸部分包括吸收塔1、富液循环泵2和贫液循环泵4、热回收器3、缓冲分离器11、循环泵12、双通道雾化喷嘴15和喷雾式解吸塔5；吸收塔1下部设置烟气入口和上部设置烟气出口，吸收塔1下部的富液出口经过富液循环泵2与热回收器3富液入口相连；吸收塔1上部的贫液入口与热回收器3贫液出口相连接；所述喷雾式解吸塔5上部设置co2出口，中部外壳由高透光材料制成，下部设置贫液出口并内置放热器6；放热器6的入口和出口分别连接蓄热器8蓄热材料入口和进口；所述双通道雾化喷嘴15位于喷雾式解吸塔5顶部，包括吸收剂通道和混合颗粒通道，吸收剂通道与热回收器3富液出口连接，混合颗粒通道中间经过循环泵12与缓冲分离器11下部出口连接；所述缓冲分离器11中间设置滤网，将其分为上下两部分，分别设置上部贫液出口，下部入口和下部出口，上部贫液出口经过贫液循环泵4与热回收器3贫液入口连接；下部入口与喷雾式解吸塔5下部的贫液出口连接；下部出口经过循环泵12与双通道雾化喷嘴15中的混合颗粒通道连接；
28.所述太阳能蓄热部分包括放热器6、蓄热器8、雾化集热腔室9，蓄热材料循环泵13和换热工质增压泵14；雾化集热腔室9的一侧壁面为进光侧，另一侧壁面为调光侧，底部设置换热工质释放口和顶部设置的雾化喷嘴；蓄热器8中设有蓄热材料入口和蓄热材料出口、换热工质入口和换热工质出口，换热工质入口连接雾化集热腔室9换热工质释放口，换热工质出口经过换热工质增压泵14连接雾化集热腔室9顶部设置的雾化喷嘴；蓄热材料入口连接放热器6的出口，蓄热材料出口经过蓄热材料循环泵13连接放热器6的入口；
29.所述太阳能聚焦部分包括第一聚光器7和第二聚光器10；第一聚光器7以环形阵列布置在喷雾解吸塔5周围；第二聚光器10采用平行阵列，布置在雾化集热腔室9周围。
30.如图2所示，所述双通道雾化喷嘴15采用双通道雾化吸收剂和喷射混合颗粒，混合颗粒通道在外层，吸收剂通道在内部，该结构能够形成混合颗粒在外层，吸收剂在内部区域的雾场。
31.实施案例一：白天晴天时的运行
32.如图1所示，晴天光照充足，主要由太阳能直接提供二氧化碳解吸附所需热量。
33.吸收剂的循环：所述吸收剂为复配醇胺水溶液，在吸收塔1内温度为40℃左右吸收co2，经过热回收器3预热后进入双通道雾化喷嘴15雾化，雾化粒径范围为0.2-3μm，在喷雾
解吸塔5内吸收太阳能温度升高，在解吸温度范围为80-100℃条件下释放co2后进入缓冲分离器11过滤，过滤后的吸收剂经过热回收器3降温回到吸收塔1顶部。
34.混合颗粒的循环：所述混合颗粒中颗粒1与颗粒2混合比例为10：1。混合颗粒从缓冲分离器11下部进入双通道雾化喷嘴15混合颗粒通道，经过喷射分布在雾场外层，混合颗粒对进入喷雾解吸塔5的太阳光进行光谱调制以及荧光增强后，随贫液进入缓冲分离器11。
35.换热工质的循环：所述换热工质为水，雾化粒径范围为4-5μm，进入雾化集热腔室9顶部喷嘴前压力升高至2.5mpa，水在雾化集热腔室9内吸收太阳能，温度升高至220℃左右后，进入蓄热器8内放热将蓄热材料加热至180℃左右，水温降低至190℃左右后回到雾化集热腔室9顶部的喷嘴再次循环。
36.实施案例二：夜晚的运行
37.如图1所示，夜间运行时，蓄热材料放出热量为吸收剂解吸附提供热量。
38.吸收剂的循环：所述吸收剂为复配醇胺水溶液，在吸收塔1内温度为40℃左右吸收co2，经过热回收器3预热后进入双通道雾化喷嘴15雾化，雾化粒径范围为0.2-3μm，在喷雾解吸塔5底部吸收放热器6表面的热量升温，在解吸温度范围为80-100℃条件下释放co2后进入缓冲分离器11过滤，过滤后的吸收剂经过热回收器3降温回到吸收塔1顶部。
39.蓄热材料的循环：蓄热材料采用熔点为112℃的石蜡，在放热器6内工作温度范围为120-180℃，蓄热材料放热降温后返回蓄热器8。
40.本发明根据吸收剂以及换热工质对特定波长太阳能吸收性能较好的特性，增强工质对太阳能吸收效果，实现太阳能为碳捕集过程提供能量。同时采用蓄热装置，平衡太阳能间歇性，减少碳捕集过程对传统能源的消耗。