一种燃煤锅炉的二氧化碳循环燃烧系统及其使用方法与流程

本发明涉及燃煤锅炉领域，具体涉及一种燃煤锅炉的二氧化碳循环燃烧系统及其使用方法。

背景技术：

1、近年来，由于以二氧化碳为主等温室气体的大量排放，严重危害了正常的生态环境，所导致的全球气候性变暖，温室环境效应加剧，使人类的生存环境面临巨大挑战。同时社会经济的发展也产生了不良影响，受到了各方面的广泛关注。

2、煤碳燃烧是二氧化碳的主要来源，而燃煤电厂煤碳消耗量占比较大，对于燃煤电厂而言要在保证供电量的同时，还要减少二氧化碳的排放量。目前，脱碳方式一般有四种：两种吸收方法，两种固体脱除二氧化碳的方法。化学吸收法将活化剂取少量添加到碳酸钾溶液之中，使其吸收以及解吸二氧化碳的速率得到相应的提升。物理吸收法，采用的是降温、加压这两种措施。这种方式不需要消耗太多能量，但操作费用以及投资费用的高。二氧化碳分离法，通过燃烧后捕集是从烟气中分离二氧化碳，烟气进行吸收处理前要进行冷却处理，去除其中的活性杂质，如硫、氮氧化物和颗粒物等，否则这些杂质会优先与溶剂发生化学反应，消耗大量的溶剂并腐蚀设备。富液处理，原料气体的进入途径主要是吸收塔的底部，进入之后会和吸收剂产生逆流接触，吸收剂由塔顶喷发出来，塔顶也会引出净化气。将气体吸收之后产生的富液会利用闪蒸汽减压从而进一步释放出闪蒸气，半富液经低压闪蒸后会被送入再生塔顶部，送入再生塔顶部的一瞬间会降至常压，并随之产生大量的二氧化碳，也就是其分离回收这一过程需要的二氧化碳。

3、实际上，二氧化碳是一种丰富的可利用资源，近年来进行的和正在进行的研究开发旨在减少大气中二氧化碳含量的技术包括二氧化碳的分离回收、二氧化碳的永久性封存、减少燃料产生的二氧化碳或不产生二氧化碳的技术及二氧化碳的各种应用技术等。二氧化碳资源大致可以通过以下途径加以综合利用，二氧化碳接触氧化转化为有用化学物质或还原为一氧化碳、经电化学、光电化学或光化学反应制取有机化合物、制取二氧化碳聚合物、制取燃料碳等。对于锅炉中的二氧化碳而言，缺少一种既能减少二氧化碳的排放量，同时保证锅炉燃烧效率的系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种燃煤锅炉的二氧化碳循环燃烧系统，在减少二氧化碳的排放量同时，保证锅炉燃烧效率。

2、该目的采用以下技术方案实现：包括锅炉本体，锅炉本体的尾部连接有用于通入二氧化碳的第一风管，锅炉本体的内壁上设置有用于放置还原剂的反应器，反应器上设置有用于排出一氧化碳的第一喷嘴，在使用时，锅炉本体尾部的二氧化碳通过第一风管进入反应器中，由于反应器在锅炉本体的内，因此反应器的温度能够直接利用锅炉本体内的温度，反应器通入的二氧化碳和还原剂反应生成一氧化碳，此过程为吸热反应。同时，锅炉本体的内壁上还设置有用于通入氧气的第二喷嘴，第二喷嘴喷出的氧气和第一喷嘴喷出的一氧化碳在锅炉本体内形成循环燃烧区。在循环燃烧区中，一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳，2co+o2＝2co2，并且放出热量136千卡。

3、与现有的燃烧系统相比，本系统通过反应器消耗二氧化碳得到一氧化碳，起到减排的作用，同时又将生成的一氧化碳作为原料与氧气反应，重新生成二氧化碳，并且得到更多的热能，以此循环往复，使燃煤锅炉不仅没有二氧化碳的排放，同时，还能利用二氧化碳得到更多的热能，进一步的提高锅炉燃烧效率，起到节能减排的效果。

4、在本系统中，还原剂可以为碳还可以为无烟煤，优选的还原剂为碳，碳的反应速度大于无烟煤，且二氧化碳与碳的反应为可逆吸热反应，随着反应温度的升高，平衡向右移动，一氧化碳含量增加，二氧化碳含量则降低。反应器在锅炉本体内的温度较高，当温度在900℃以上时，二氧化碳含量已经很少，几乎全部转变成一氧化碳。碳与一氧化碳之间的反应温度高于900℃以上有利于反应向生成一氧化碳方向进行，并加快反应速度，因此对于放置在锅炉本体内的反应器而言，还原剂使用碳效果更佳。

5、其次，本系统中还原剂与二氧化碳的反应为吸热反应，因此需要热源，本系统的反应器放置在锅炉本体内，反应器可直接利用锅炉本体内的高温作为热源，以使二氧化碳与还原剂反应，这样本系统不需要额外加热就可以将二氧化碳转化为一氧化碳，能进一步的达到节能的效果。为更好的达到反应器传热的效果，本系统的反应器优选为陶瓷移动床反应器，陶瓷移动床反应器采用高温陶瓷模具加工而成，安装在锅炉高温内壁以保证加热的有效性，利用炉内高温加热，把焦碳很容易地加热到大于等于1000℃的温度。直接利用锅炉本体的温度使碳与二氧化碳反应生成一氧化碳，co2+c＝2co，并且吸收热量41.2千卡。

6、锅炉本体尾部排放的二氧化碳进行循环，从而实现炉内压力和温度自行循环，与现有的额外通入气体或额外需要加热的燃烧系统相比，本系统不会增加炉内压力，使用更加安全，并且控制简单，便于长期使用。

7、优选的，循环燃烧区包括设置在锅炉本体内壁上的第一供风管和第二供风管，第一供风管与反应器内部连通，第一供风管上设置有若干第一喷嘴，第二供风管上设置有若干第二喷嘴，且第二供风管位于第一供风管的外侧。第二供风管喷出的氧气包裹在第一供风管喷出的一氧化碳的外侧，氧气和一氧化碳在锅炉内部流动，氧气包裹在一氧化碳上，能够进一步的促进氧气和一氧化碳的反应，提高使用效率。

8、更进一步的，为了更好的保证碳和二氧化碳在反应器中的反应，本系统在锅炉本体外，第一风管和反应器之间还包括加热装置，所述加热装置内设置有用于将碳推入反应器中的螺旋推进器。优选的，所述碳为直径为0.05-0.1mm的颗粒。

9、考虑陶瓷移动床反应器的耐热性能，在本系统中，采用两级反应温度，一级反应温度为0-700℃，二级反应温度为900-1000℃，即在本系统中，首先还原剂首先通过加热装置进行一级加热，然后通过加热装置内的螺旋推进器将碳推入反应器中，在推入的同时第一风管通入的二氧化碳作用在加热装置中的碳中，进一步的将碳吹入反应器中，并且在吹入的过程中，二氧化碳能够带动直径为0.05-0.1mm的碳颗粒吹入反应器中，不仅能增大二氧化碳与碳之间的接触，同时，二氧化碳连续通入加热装置中，还能延长二氧化碳的停留时间，提高产物一氧化碳的含量。通过加热装置和反应器两个装置进行两级反应，在进一步提高一氧化碳浓度的同时门还可以增加陶瓷移动床反应器的使用寿命，使反应器内不易结疤。

10、更进一步的，锅炉本体的尾部连接有用于通入二氧化碳的第二风管，第二风管的一端与锅炉本体内部连通，并且在循环燃烧区上方形成下沉供风区，下沉供风区用于向锅炉本体中心喷射二氧化碳气流，所述二氧化碳气流下沉至锅炉本体底部与底部上升气流混合。

11、锅炉本体的尾部的二氧化碳分别通过第一风管和第二风管进入锅炉本体内部，第一风管中的二氧化碳用于与还原剂反应生成一氧化碳，而第二风管的二氧化碳在通入锅炉本体后，在循环燃烧区上方形成下沉供风区，锅炉本体内部包括从上到下包括燃尽区和燃烧区，底部上升气流由底部进风口进入炉体并在炉体内竖直向上移动。煤粉在锅炉本体内部燃烧区燃烧，上升气流在上升过程中携带锅炉本体内的煤粉燃烧得到的烟尘、气体排放物竖直向上移动，最终经顶部的排风口排出炉。其中，烟尘主要有重量较轻的氧化物杂质，以及未完全燃烧的煤碳颗粒，气体排放物主要有燃烧过程中产生的co2、so2、nox。为了让燃烧反应更加充分，第二风管通入的二氧化碳形成下沉供风区，下沉供风区包括设置在锅炉本体内壁上的第三供风管，第三供风管与第二风管的内部连通，第三供风管上设置有若干第三喷嘴，第三喷嘴出气端向下倾斜，第二风管通入的二氧化碳形成二氧化碳气流向锅炉本体中心喷射下沉气流，二氧化碳气流与上升气流的移动方向近乎垂直，从而在循环燃烧区的上方形成风幕，以减少向排风口移动的烟尘、co2、so2、nox等排放物的排放量；同时，二氧化碳气流向中心喷射后，能够带动部分烟尘、co2、so2、nox等排放物沿竖直向下移动至锅炉底部，再次与底部上升气流接触上升形成循环气流；在下沉过程中，烟尘、co2、so2、nox等排放物再次经过燃尽区和燃烧区，与供给的氧气二次燃烧，提高燃料的燃尽率，减少烟尘中的固体颗粒杂质，降低co2、so2、nox的气体排放物的排放量。

12、同时，与现有的燃烧系统相比，本系统通入的二氧化碳气流为锅炉本体的尾部的二氧化碳，其本身具有一定温度，而现有的燃烧系统在通入气体时，并不具有温度，在锅炉内通入冷空气后，还会带走锅炉内的温度，影响使用，而本系统，本身不需要对二氧化碳加热，在实现上述目的的同时，还能进一步的保证锅炉的燃烧效率。

13、本发明的另一个目的在于提供一种燃煤锅炉的二氧化碳循环燃烧系统的使用方法，包括以下步骤：

14、第一风管上设置有第一阀门，调节第一阀门使锅炉本体的尾部的二氧化碳通入具有碳的反应器内；

15、二氧化碳与碳在反应器中反应得到一氧化碳；

16、一氧化碳通过反应器进入锅炉本体内，与第二喷嘴喷出的氧气反应生成二氧化碳，并在锅炉本体内形成循环燃烧区。

17、同时，第二风管上设置有第二阀门，调节第二阀门使二氧化碳通入锅炉本体内，使二氧化碳向锅炉本体中心喷射形成下沉供风区。

18、在使用时，可以通过调节第一阀门和第二阀门，控制二氧化碳通入的速度，使本系统的效果更佳，对于第一风管而言，由于二氧化碳的还原反应速度较慢，因此可以通过控制第一阀门调节第一风管中二氧化碳流入的速度，采取连续、间歇、先间歇后连续通入二氧化碳的方式，延长二氧化碳的停留时间，可提高产物一氧化碳的含量。

19、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

20、1、本发明利用二氧化碳气体将碳吹入陶瓷移动床反应器，陶瓷移动床反应器内的二氧化碳气体与灼热的焦碳充分接触，二氧化碳全部被灼热的焦碳还原成一氧化碳，完成反应co2+c＝2co。一氧化碳在锅炉本体内部与氧气形成二次循环燃烧，不仅可提高燃料的燃烧余烬率和热效率，同时一氧化碳与氧气为放热反应，比较原有燃烧技术煤碳节能20％以上；

21、2、本发明借助于引入锅炉尾部提供的余热能量与碳和co2气体混合，co2气体与碳在800到1000℃的温度下转化为2co。此方法能够以简单且有效的方式将co2转化为2co，其中碳的转化所需能量为锅炉余热的热量，不需要额外进行加热，进一步的提高使用效率，达到节能效果；

22、3、本发明采用锅炉本体尾部的二氧化碳形成下沉供风区，二氧化碳气流与上升气流的移动方向近乎垂直，从而在循环燃烧区的上方形成风幕，以减少向排风口移动的烟尘、co2、so2、nox等排放物的排放量；在下沉过程中，烟尘、co2、so2、nox等排放物再次经过燃尽区和燃烧区，到燃烧区与燃料进行混合形成二次循环燃烧，提高燃料的燃尽率，减少烟尘中的固体颗粒杂质；

23、4、陶瓷移动床反应器在锅炉本体内的温度为800-1000℃之间，在此温度区间中将co2气体与碳转化为2co效果最佳，因此在不额外调整温度的前提下，本系统能够直接达到最佳的转化效率，进一步的提高使用效率，其次，本系统的碳颗粒直径为0.05-0.1mm，碳颗粒与co2气体充分接触，进一步的提高反应效率；

24、5、本系统利用炉内二氧化碳烟气再循环，从而实现炉内压力和温度自行循环，不会增加炉内压力。控制简单、方便，节能减排效果最佳；

25、6、本发明实现了在炉内状态下利用焦碳还原二氧化碳转化成一氧化碳循环燃烧，解决了现有燃煤锅炉大量的二氧化碳排放造成环境污染和资源的浪费问题；

26、7、本发明易于对现有锅炉进行改造，仅需将陶瓷移动床反应器设置在锅炉本体内，在锅炉体上做简单地安装改造即可实现环保要求，不需要复杂的控制机构，更便于长期使用。