本發(fā)明屬于二氧化碳脫除技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

過量溫室氣體的排放對自然生態(tài)系統(tǒng)及人類生活環(huán)境造成了一系列的影響。隨著人類社會的發(fā)展，全球溫室氣體排放量還在逐年升高，其中CO₂占到溫室氣體排放總量的60％。傳統(tǒng)化石燃料電站是工業(yè)生產(chǎn)中最集中的二氧化碳排放源之一，因此化石燃料電站的碳減排成為近年來的研究熱點。

碳捕集與儲存(Carbon Capture and Storage，簡稱CCS)技術(shù)可以直接減少電站CO₂排放的80-95％，其理論減排潛力非常大。燃燒后捕集技術(shù)主要針對現(xiàn)有的化石燃料電廠的煙氣CO₂成分進行捕集回收。這一技術(shù)原理簡單，適應(yīng)范圍較前者廣泛，且有很高的捕集效率，對現(xiàn)有化石燃料電站的集成性最好。傳統(tǒng)的CaO吸收CO₂的雙流化床鈣循環(huán)脫碳法(CaL)，隨著循環(huán)的進行，吸收劑的活性下降嚴重，碳轉(zhuǎn)化率會變得很低，需要很大的吸收劑循環(huán)量和新鮮的吸收劑補充量，因而系統(tǒng)能耗較大，效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)及應(yīng)用：對進入脫碳循環(huán)的石灰石進行高溫預(yù)煅燒，并在一次碳化的基礎(chǔ)上新增加二次碳化脫碳過程，盡可能地提高吸收劑活性和碳轉(zhuǎn)化率；在二次碳化器中引入全部的高濃度CO₂氣體提供反應(yīng)熱，并在系統(tǒng)中增加多個換熱器減少了預(yù)熱損失，大大減少了系統(tǒng)能耗，提高了系統(tǒng)效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)，其中，一次碳化器CAR、第一氣固分離器SP1、二次碳化器RECAR、第二氣固分離器SP2、第一分離器SP3、煅燒器CAL、第三氣固分離器SP4、第二分離器SP5、第三熱交換器X3依次相連；第一分離器SP3與第二熱交換器X2相連；第三氣固分離器SP4與二次碳化器RECAR相連；第二分離器SP5、第一熱交換器X1、一次碳化器CAR依次相連；第一熱交換器X1、第二熱交換器X2、第三熱交換器X3均與煅燒器CAL相連。

如上所述的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)的應(yīng)用：燃煤電站排出的煙氣流入一次碳化器CAR與CaO吸收劑進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為650℃，脫除85％的CO₂和100％的SO₂后進入第一氣固分離器SP1；分離出的電站煙氣為貧CO₂電站煙氣(CO₂含量小于3％)，可進入余熱回收系統(tǒng)回收余熱后排放；分離出的固體吸收劑中，部分固體在一次碳化器CAR中反應(yīng)變?yōu)镃aCO₃，剩余部分進入二次碳化器RECAR與從煅燒器CAL中抽出的高溫高濃度CO₂氣體進行飽和碳酸化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為750℃；飽和碳酸化反應(yīng)后，氣固混合物進入第二氣固分離器SP2，其中的固體吸收劑隨后進入第一分離器SP3，排出部分失活的吸收劑(主要為CaCO₃，CaO和CaSO₄)；第一分離器SP3排出的其余吸收劑進入煅燒器CAL中煅燒；煅燒器CAL中CaCO₃受熱全部分解為CaO，生成高濃度的CO₂；高溫CaO和CO₂混合物在第三氣固分離器SP4中分離，分離出的高溫CO₂流進入二次碳化器RECAR參與吸收劑的二次碳化，CaO固體流在第二分離器SP5中排出灰渣。

進一步地，在高溫高CO₂濃度的條件下(在950℃和70％的CO₂濃度下)對新鮮石灰石進行12～24小時的預(yù)煅燒，得到所述的CaO吸收劑。預(yù)煅燒處理可使石灰石的理化性質(zhì)更穩(wěn)定，該方法與二次碳化鈣循環(huán)脫碳流程相結(jié)合可以將CaO吸收劑的多次循環(huán)碳化轉(zhuǎn)化率從0.12提高到0.37，且經(jīng)過上百次循環(huán)后，CaO吸收劑的活性仍能穩(wěn)定在這一范圍。

優(yōu)選地，在第二分離器SP5中排出灰渣后的CaO固體流在第一換熱器X1中與即將進入煅燒器CAL的氧氣進行熱交換，之后再次進入碳化器CAR。該方法回收利用了系統(tǒng)中包含在CaO吸收劑中的熱量，減少了碳化器CAR的散熱，同時降低了煅燒器CAL的能耗。

優(yōu)選地，在第二分離器SP5中排出的灰渣與即將進入煅燒器CAL的煤粉在第三換熱器X3中進行熱交換，回收熱量后排放。該方法充分利用了系統(tǒng)中包含在灰渣中的熱量，減少了煅燒器CAL的能耗，提高了煤粉的溫度。

優(yōu)選地，排出的部分失活的吸收劑與將要進入煅燒器CAL的CaO吸收劑在第二換熱器X2中換熱，之后與第一分離器SP3排出的其余吸收劑進入煅燒器CAL中煅燒。該方法回收利用了系統(tǒng)中包含在失活的吸收劑中的熱量，減少了煅燒器CAL的能耗。

優(yōu)選地，氣固混合物進入第二氣固分離器SP2，未反應(yīng)的高溫高濃度CO₂氣體經(jīng)分離后進入余熱回收系統(tǒng)回收熱量。該方法可以利用脫碳系統(tǒng)內(nèi)部的熱量，避免了因二次碳化器RECAR的引入而增加系統(tǒng)能耗，從而減少了煅燒器的燃料消耗，提高了系統(tǒng)效率。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過在傳統(tǒng)鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)上增加二次碳化過程，提高了鈣吸收劑的循環(huán)活性和穩(wěn)定性，在相同二氧化碳捕獲率的情況下，帶二次碳化過程鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)比傳統(tǒng)鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)減少了鈣吸收劑的循環(huán)量及新鮮吸收劑的補充量；同時依照能級匹配的原則在系統(tǒng)中設(shè)置換熱器，優(yōu)化了系統(tǒng)的熱量分配，回收了系統(tǒng)排渣中的廢熱，大大減少了煅燒器的能耗，提高了系統(tǒng)的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)流程示意圖。

圖中標號：CAR-一次碳化器，RECAR-二次碳化器，CAL-煅燒器，SP1-第一氣固分離器，SP2-第二氣固分離器，SP4-第三氣固分離器，SP3-第一分離器，SP5-第二分離器；X1-第一熱交換器，X2-第二熱交換器，X3-第三熱交換器，Qcar-一次碳化器釋放熱量，Qrecar-二次碳化器釋放熱量。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)及應(yīng)用，下面通過附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示的一種帶二次碳化過程的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)，其中，一次碳化器CAR、第一氣固分離器SP1、二次碳化器RECAR、第二氣固分離器SP2、第一分離器SP3、煅燒器CAL、第三氣固分離器SP4、第二分離器SP5、第三熱交換器X3依次相連；第一分離器SP3與第二熱交換器X2相連；第三氣固分離器SP4與二次碳化器RECAR相連；第二分離器SP5、第一熱交換器X1、一次碳化器CAR依次相連；第一熱交換器X1、第二熱交換器X2、第三熱交換器X3均與煅燒器CAL相連。

如上所述的新型鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)的應(yīng)用：首先，在高溫高CO₂濃度的條件下(在950℃和70％的CO₂濃度下)對新鮮石灰石進行12～24小時的預(yù)煅燒，得到所述的CaO吸收劑。預(yù)煅燒處理可使石灰石的理化性質(zhì)更穩(wěn)定，該方法與二次碳化鈣循環(huán)脫碳流程相結(jié)合可以將CaO吸收劑的多次循環(huán)碳化轉(zhuǎn)化率從0.12提高到0.37，且經(jīng)過上百次循環(huán)后，CaO吸收劑的活性仍能穩(wěn)定在這一范圍。

燃煤電站排出的煙氣流入一次碳化器CAR與CaO吸收劑進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為650℃，脫除85％的CO₂和100％的SO₂后進入第一氣固分離器SP1；分離出的電站煙氣為貧CO₂電站煙氣(CO₂含量小于3％)，可進入余熱回收系統(tǒng)回收余熱后排放；分離出的固體吸收劑中，部分固體在一次碳化器CAR中反應(yīng)變?yōu)镃aCO₃，剩余部分進入二次碳化器RECAR與從煅燒器CAL中抽出的高溫高濃度CO₂氣體進行飽和碳酸化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為750℃；飽和碳酸化反應(yīng)后，氣固混合物進入第二氣固分離器SP2，未反應(yīng)的高溫高濃度CO₂氣體經(jīng)分離后進入余熱回收系統(tǒng)回收熱量，固體吸收劑進入第一分離器SP3，排出部分失活的吸收劑(主要為CaCO₃，CaO和CaSO₄)；排出的部分失活的吸收劑與將要進入煅燒器CAL的CaO吸收劑在第二換熱器X2中換熱；第一分離器SP3排出的其余吸收劑與經(jīng)換熱后的CaO吸收劑進入煅燒器CAL中煅燒；煅燒器CAL中CaCO₃受熱全部分解為CaO，生成高濃度的CO₂；高溫CaO和CO₂混合物在第三氣固分離器SP4中分離，分離出的高溫CO₂流進入二次碳化器RECAR參與吸收劑的二次碳化，CaO固體流在第二分離器SP5中排出灰渣；排渣后的CaO固體流在第一換熱器X1中與即將進入煅燒器CAL的氧氣進行熱交換，之后再次進入碳化器CAR；第二分離器SP5中排出的高溫灰渣與即將進入煅燒器CAL的煤粉在第三換熱器X3中進行熱交換，回收熱量后排放。

下面結(jié)合算例，對本發(fā)明的效果做進一步說明。

系統(tǒng)初始條件：

本文基準燃煤發(fā)電系統(tǒng)凈發(fā)電量為601.84MW，凈效率為41.57％，給水溫度為271.2℃，主蒸汽參數(shù)為24.2MPa/566℃，再熱蒸汽參數(shù)為4.047MPa/566℃，系統(tǒng)1為集成傳統(tǒng)鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)的燃煤電站系統(tǒng)，系統(tǒng)2為集成本發(fā)明所述的帶二次碳化過程鈣循環(huán)脫碳新系統(tǒng)的燃煤電站系統(tǒng)。計算結(jié)果及對比如表1。

表1、計算結(jié)果及對比

如表1所示，在相同的基準運行條件下，系統(tǒng)1、系統(tǒng)2均達到了85％的CO₂捕捉率。對比可以，發(fā)現(xiàn)采用本發(fā)明所述帶二次碳化過程鈣循環(huán)脫碳新系統(tǒng)的燃煤系統(tǒng)2，氧化鈣吸收劑的平均循環(huán)活性增大至0.28，鈣循環(huán)脫碳系統(tǒng)中吸收劑的循環(huán)量和補充量明顯減少，進而帶來了煅燒器燃煤消耗量和耗氧量的下降。