本發(fā)明涉及一種鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、煤鍋爐作為傳統(tǒng)能源發(fā)電工業(yè)與供暖的核心設(shè)備，其碳排放占全球能源及工業(yè)領(lǐng)域碳排放的50％以上，尤其在電力、熱力生產(chǎn)等領(lǐng)域貢獻(xiàn)顯著。隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，燃煤鍋爐的低碳化改造成為關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)。然而，燃煤鍋爐依賴化石燃料的特性使其碳排放強(qiáng)度高，亟需通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與能源替代實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。
2、現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的技術(shù)主要包括：生物質(zhì)耦合燃燒、碳捕集與封存、氫/氨替代燃料等。其中，生物質(zhì)耦合燃燒是將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)(如秸稈、木屑)與煤炭混燒，利用生物質(zhì)的碳中性抵消碳排放。碳捕集與封存是通過(guò)燃燒后捕集(如胺吸收法)技術(shù)分離煙氣中的co2。
3、除上述之外，現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)零碳轉(zhuǎn)型的技術(shù)還體現(xiàn)在與電解水制氫系統(tǒng)相耦合，例如申請(qǐng)?zhí)?024108393619，名稱為“一種綠電制氧耦合燃煤鍋爐富氧燃燒的co2捕集系統(tǒng)及方法”的現(xiàn)有技術(shù)，例如申請(qǐng)?zhí)枮?02410298904.0，名稱為“一種以綠氫為載體的實(shí)現(xiàn)燃煤電廠低碳排放的系統(tǒng)”的現(xiàn)有技術(shù)。以上的系統(tǒng)均是通過(guò)電解水制氫系統(tǒng)所產(chǎn)生的氧氣與鍋爐燃燒中一部分煙氣相混合進(jìn)行富氧燃燒，進(jìn)而有效解決富氧燃燒技術(shù)空分裝置能耗較大的問(wèn)題，同時(shí)促進(jìn)新能源的消納。但該耦合系統(tǒng)是通過(guò)將燃煤鍋爐燃燒的一部分或者全部煙氣與氧氣混合后通過(guò)一個(gè)通道集中加入，該方法雖然實(shí)現(xiàn)了富氧燃燒，但依然不能有效減少煙氣排放熱量損耗和實(shí)現(xiàn)完全零碳排放的問(wèn)題。
4、由此，現(xiàn)基于現(xiàn)有的富氧燃燒技術(shù)上提供一種鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，進(jìn)而有效解決現(xiàn)有的系統(tǒng)富氧燃燒所依然存在的燃燒溫度降低的影響，進(jìn)一步減少熱量損耗并實(shí)現(xiàn)完全零碳排放。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電解水制氫氧系統(tǒng)以及二氧化碳加氫制甲醇系統(tǒng)與燃煤鍋爐相耦合，一方面利用電解水制氧系統(tǒng)制氫氧技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的富氧燃燒，提高二氧化碳的濃度；另一方面利用電解水制氫氧系統(tǒng)制氫技術(shù)與燃煤鍋爐的高濃度二氧化碳相結(jié)合，生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零碳排放，并獲得可外供的甲醇產(chǎn)品；此外，進(jìn)一步有效減少熱量損耗提高鍋爐的熱能利用效率。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明的鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃煤鍋爐，還包括：
3、電解水制氫氧系統(tǒng)，通過(guò)電解水以產(chǎn)生氧氣和氫氣；
4、混合器，該混合器以將燃煤鍋爐的循環(huán)煙氣與電解水制氫氧系統(tǒng)所產(chǎn)生的氧氣經(jīng)設(shè)定比例混合后，輸送至燃煤鍋爐的進(jìn)風(fēng)口內(nèi)，實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的精準(zhǔn)富氧燃燒；
5、二氧化碳加氫制甲醇系統(tǒng)，以將經(jīng)燃煤鍋爐富氧燃燒后所獲得的高濃度二氧化碳與電解水制氫氧系統(tǒng)所產(chǎn)生的氫氣相反應(yīng)，生產(chǎn)綠色甲醇產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)外供；
6、所述燃煤鍋爐的循環(huán)煙氣分流成與燃煤鍋爐的一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口相連通的第一通道，與燃煤鍋爐的二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口相連通的第二通道以及與燃煤鍋爐的三次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口相連通的第三通道；所述混合器分別布設(shè)于該第一通道、第二通道以及第三通道上，且所述混合器均與電解水制氫氧系統(tǒng)的氧氣出口相連通；
7、所述第一通道上的混合器內(nèi)加氧濃度至煙氣含氧量為24-30％，通過(guò)送煤粉管道與煤粉一起進(jìn)入燃煤鍋爐中作為送煤風(fēng)一次風(fēng)；第二通道上的混合器內(nèi)加氧濃度至煙氣含氧量為23-25％，通過(guò)燃煤鍋爐上的二次風(fēng)管道送入燃煤鍋爐中作為二次風(fēng)；第三通道上的混合器內(nèi)加氧濃度至煙氣含氧量為22-24％，從燃煤鍋爐底部送入燃煤鍋爐中做為助燃風(fēng)。
8、進(jìn)一說(shuō)，本發(fā)明系統(tǒng)的第一通道、第二通道、第三通道以及分別與混合器和電解水制氧系統(tǒng)的氧氣出口相連通的通道上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)控混合器內(nèi)煙氣和氧氣的濃度比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的精準(zhǔn)富氧燃燒。
9、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明所采用的混合器包括混合器本體以及設(shè)于該混合器本體內(nèi)的混氣結(jié)構(gòu)，所述混氣結(jié)構(gòu)包括集氣斗，以及底端插入集氣斗的頂端內(nèi)部的混氣錐形臺(tái)，且混氣錐形臺(tái)的底端為封閉型。
10、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的混氣錐形臺(tái)的外表面沿其周向均勻設(shè)有擾流組件，該擾流組件包括外八字?jǐn)_流板和內(nèi)八字?jǐn)_流板。
11、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的外八字?jǐn)_流板采用45°角傾斜設(shè)計(jì)，內(nèi)八字?jǐn)_流板采用60°角傾斜設(shè)計(jì)，以形成不同方向的氣體擾流。
12、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的混氣結(jié)構(gòu)還包括用于固定連接混氣組件的擾流架。
13、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的集氣斗的底端設(shè)置有底座，該底座與混合器本體的內(nèi)壁旋合連接。
14、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的混合器本體的底部設(shè)有若干煙氣進(jìn)氣管頭，該若干進(jìn)氣管頭通過(guò)管道與燃煤鍋爐循環(huán)煙氣管道相連通。
15、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的混合器本體的底部設(shè)有若干氧氣進(jìn)氣管頭，該若干進(jìn)氣管頭通過(guò)管道與綠電電解水制氧系統(tǒng)的氧氣管道相連通。
16、進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明混合器的若干氧氣進(jìn)氣管頭與若干煙氣進(jìn)氣管頭平行設(shè)置。
17、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：通過(guò)將電解水制氧系統(tǒng)以及二氧化碳加氫制甲醇系統(tǒng)與燃煤鍋爐相耦合，一方面利用電解水制氧系統(tǒng)制氧技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的精準(zhǔn)富氧燃燒，提高二氧化碳的濃度和提高火焰溫度；另一方面利用綠電電解水制氧系統(tǒng)制氧技術(shù)與燃煤鍋爐的高濃度二氧化碳相結(jié)合，生產(chǎn)綠色甲醇產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零碳排放，并獲得可外供的甲醇產(chǎn)品。
18、此外，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置三道煙氣循環(huán)通道，并對(duì)混合器進(jìn)行特定結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，以使得煙氣與氧氣充分混合，更適配于燃煤鍋爐的精準(zhǔn)富氧燃燒體系，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定燃燒，且能夠充分維持燃煤鍋爐的爐膛溫度并實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃煤的目的。
1.一種鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括燃煤鍋爐(1)，還包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述第一通道(5)、第二通道(6)、第三通道(7)以及分別與混合器(3)和電解水制氫氧系統(tǒng)(2)的氧氣出口相連通的通道上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)控混合器(3)內(nèi)煙氣和氧氣的濃度比例關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器(3)包括混合器本體(8)以及設(shè)于該混合器本體(8)內(nèi)的混氣結(jié)構(gòu)，所述混氣結(jié)構(gòu)包括集氣斗(9)，以及底端插入集氣斗(9)的頂端內(nèi)部的混氣錐形臺(tái)(10)，且混氣錐形臺(tái)(10)的底端為封閉型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述混氣錐形臺(tái)(10)的外表面沿其周向均勻設(shè)有擾流組件，該擾流組件包括外八字?jǐn)_流板(11)和內(nèi)八字?jǐn)_流板(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述外八字?jǐn)_流板(11)采用45°角傾斜設(shè)計(jì)，內(nèi)八字?jǐn)_流板(12)采用60°角傾斜設(shè)計(jì)，以形成不同方向的氣體擾流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述混氣結(jié)構(gòu)還包括用于固定連接混氣組件的擾流架(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述集氣斗(9)的底端設(shè)置有底座(14)，該底座(14)與混合器本體(8)的內(nèi)壁旋合連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器本體(8)的底部設(shè)有若干煙氣進(jìn)氣管頭(15)，該若干進(jìn)氣管頭(15)通過(guò)管道(16)與燃煤鍋爐循環(huán)煙氣管道相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器本體(8)的底部設(shè)有若干氧氣進(jìn)氣管頭(17)，該若干氧氣進(jìn)氣管頭(17)通過(guò)管道(16)與電解水制氫氧系統(tǒng)的氧氣管道相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述鍋爐煙氣新型循環(huán)燃燒零碳排放系統(tǒng)，其特征在于，所述若干氧氣進(jìn)氣管頭(17)與若干煙氣進(jìn)氣管頭(15)交錯(cuò)或平行設(shè)置。