CN113915597A - 应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉 - Google Patents
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Abstract
应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉。经脱硫脱硝处理后，尾气排放后，造成大量热量损耗和碳排放，导致能源浪费和温室效应。本发明组成包括：超临界二氧化碳炉（13）、汽轮机（4）、煤粉炉水平烟道出口（1）和换热升温管（6），超临界二氧化碳炉的水平烟道分别与汽轮机和CO燃气管道（10）连通，汽轮机与换热升温管连通，煤粉锅炉水平烟道出口的高温尾气和水平烟道的烟道还原段的高温尾气分别与经过汽轮机的低温尾气通过温差发电片组（5）桥接，换热升温管经过调压阀（8）连接至超临界二氧化碳炉的CO2气冷壁（2）。本发明用于应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉。
背景技术
常规的煤粉锅炉通过煤粉燃烧，获得超临界水工质，超临界水的临界压力和温度需达到22.1MPa和374℃以上才能实现。同时，以660MW锅炉为例，其排烟热损失是由于排烟温度高于进入锅炉的空气温度（基准温度），这部分热量未被利用而造成的损失，排烟热损失是锅炉效率各项损失中最大的一项，约占总热损失的4％～12％。煤粉燃烧的尾部烟气，烟温可达160℃，烟气主要成分是O2、CO2、SO2、NO2、水蒸气等，另外还含有较少量的CO、SO3、H2、CH4和其他烃类化合物(CnHm)，经脱硫脱硝处理后，尾部烟气成分约为15%O2+80%CO2+5%其他气体，尾气排放后，造成大量热量损耗和碳排放，导致能源浪费和温室效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收利用尾气废热，实现温差发电的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，其组成包括超临界二氧化碳炉、汽轮机、煤粉炉水平烟道出口和换热升温管，所述的超临界二氧化碳炉的水平烟道分别与所述的汽轮机和CO燃气管道连通，所述的汽轮机与所述的换热升温管连通，所述的煤粉锅炉水平烟道出口的高温尾气和所述的水平烟道的烟道还原段的高温尾气分别与经过所述的汽轮机的低温尾气通过温差发电片组桥接，所述的换热升温管经过调压阀连接至所述的超临界二氧化碳炉的CO2气冷壁。
所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，所述的煤粉炉水平烟道出口与CO通道连通。
所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，所述的所述的煤粉炉水平烟道出口与吸收池通过管路连通。
有益效果：
1.本发明初步降温后的CO2与足量还原剂C进行反应，生成燃气CO，后续作为超临界二氧化碳循环耦合炉的燃料补给，超临界二氧化碳炉内的燃烧产物（高温高压CO2）作为二氧化碳循环锅炉的工质补给，循环炉运行过程中的部分泄漏通过该炉的CO2尾气控压增补，剩余的CO2气体参与尾端碳酸盐生产环节。充分做到煤粉锅炉尾气和热量的零排放，实现碳的二次利用，并最终实现少量增碳后的碳循环和碳固定，降低热量和温室气体向大气的排放。
2.本发明能够回收利用尾气废热，实现温差发电。
3.本发明能够对初步降温后的CO2与足量还原剂C进行反应，生成燃气CO，尾气吸附回收CO作为燃气再利用。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图；
图中：1、煤粉炉水平烟道出口；2、CO2气冷壁；3、水平烟道；4、汽轮机；5、温差发电片组；6、换热升温管；7、吸收池；8、调压阀；9、预热段；10、CO燃气通道；11、还原段；12、CO通道；13、超临界CO2炉。
具体实施方式：
实施例1：
一种应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，其组成包括超临界二氧化碳炉13、汽轮机4、煤粉炉水平烟道出口1和换热升温管6，所述的超临界二氧化碳炉的水平烟道分别与所述的汽轮机和CO燃气管道10连通，所述的汽轮机与所述的换热升温管连通，所述的煤粉锅炉水平烟道出口的高温尾气和所述的水平烟道的烟道还原段的高温尾气分别与经过所述的汽轮机的低温尾气通过温差发电片组5桥接，所述的换热升温管经过调压阀8连接至所述的超临界二氧化碳炉的CO2气冷壁2。
实施例2：
根据实施例1所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，所述的煤粉炉水平烟道出口与CO通道12连通。
实施例3：
根据实施例1或2所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，所述的所述的煤粉炉水平烟道出口与吸收池7通过管路连通。
所述的温差发电方式为使用温差发电片组进行煤粉锅炉高温尾气和超临界二氧化碳循环炉低温尾气的桥接，所用温差发电片为锑化铋Bi2Te3，煤粉炉高温烟气温度T为160℃，控温控压（热传导和降压）后的超临界二氧化碳工质参数为T0=31.1℃，P= 7.38MPa。根据塞贝克（Seebeck）定律，对于Bi2Te3温差发电片而言，温差1℃时，可产生温差电动势ε=0.0583mV。
式中，T为煤粉尾气烟温160℃，T0为循环二氧化碳炉工质温度31.1℃，a、b、c是与发电片用材料的有关的常数。
鉴于上述高低温CO2间温差可达130℃，此时的温差电动势约为7.6V，按照温差发电效率10%计算，实现380V供电输出需要500个发电片即可实现，实现220V供电输出需要290个发电片可实现。
二氧化碳循环炉可在工质（超临界CO2气体）参数为T0=31.1℃，P= 7.38MPa时实现煤粉锅炉超临界水374℃、22.1MPa的发电能力，大大降低了系统温度和压力，提升了机组安全性和发电效率。
对于CO燃料燃烧产生的CO2，根据表1所示，每回收利用11kg CO气体，就能够减少燃煤数量5kg，同时能够大大降低Sox和NOx的产生。
表1 煤和CO作为燃料的热值对比
| 项目 | 质量 | 产生CO<sub>2</sub>质量 | 产生热量 | 单位热量耗量 |
| 1 | 1kg煤 | 2.6kg | 20.9KJ | 0.05kg/KJ |
| 2 | 1kgCO | 1.571kg | 9.2KJ | 0.11 kg/KJ |
所述的超临界CO2控压装置通过连接在煤粉锅炉烟气出口和超临界CO2炉工质入口处的控压阀门实现。循环一次的蒸汽泄漏量可用下式表示：
式中，A（mm）为小孔直径，B=4为常数，C（MPaG）为蒸汽绝对压力。
以循环炉存在5个2mm的小孔为例，每小时泄漏量蒸汽约为118kg。完全在煤粉锅炉的蒸汽泄漏量之内，能够及时予以补充，保证CO2循环炉内压稳定。
煤粉锅炉剩余的CO2通过碱吸收法，完成碳酸盐和碳酸氢盐的工业生产，实现碳固定。
2NaOH+CO2 →Na2CO3+H2O
Na2CO3+CO2+H2O →2NaHCO3。
Claims (3)
1.一种应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，其特征是：其组成包括超临界二氧化碳炉、汽轮机、煤粉炉水平烟道出口和换热升温管，所述的超临界二氧化碳炉的水平烟道分别与所述的汽轮机和CO燃气管道连通，所述的汽轮机与所述的换热升温管连通，所述的煤粉锅炉水平烟道出口的高温尾气和所述的水平烟道的烟道还原段的高温尾气分别与经过所述的汽轮机的低温尾气通过温差发电片组桥接，所述的换热升温管经过调压阀连接至所述的超临界二氧化碳炉的CO2气冷壁。
2.根据权利要求1所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，其特征是：所述的煤粉炉水平烟道出口与CO通道连通。
3.根据权利要求2所述的应用于超临界二氧化碳和温差发电的耦合锅炉，其特征是：所述的所述的煤粉炉水平烟道出口与吸收池通过管路连通。
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