一种煤电机组低碳运行系统及方法与流程

本发明涉及煤电机组低碳减排，具体涉及一种煤电机组低碳运行系统及方法。

背景技术：

1、低碳可再生能源转型，但可再生能源(如风能、太阳能)具有间隙性、波动性且不可调等特点，因此，煤电机组通过调峰调频成为可再生能源电力消纳的保障。同时，不断推动煤电机组灵活性改造，才能实现结构性减碳。

2、目前煤电机组通常以柴油作为燃料进行点火助燃，使用柴油点火不仅产生大量含硫废气且存在煤粉燃烧不充分，燃烧效率低的问题，燃煤单位热值含碳量及碳氧化率又与二氧化碳排放呈正相关。同时，随着燃煤机组运行灵活性和调峰率日渐提升，燃煤机组投入深度调峰的数量越来越庞大。另外，碳捕集成本高，碳利用受限于市场，碳封存对地质条件要求苛刻，都极大的影响了减少碳排放的节奏。

3、公开号为cn116608462a的专利申请文件公开了一种煤电机组稳燃装置，包括燃烧器和稳燃器，稳燃器与燃烧器连通，稳燃器沿第一方向延伸，稳燃器包括壳体和煤粉管组件，壳体包括空腔，至少部分煤粉管组件设在空腔内，煤粉管组件的外周面与壳体密封连接；煤粉管组件内设有第一通道和第二通道，第一通道和第二通道在煤粉管组件内间隔设置，第一通道和第二通道均与空腔连通，且第一通道的出口相对第二通道的出口邻近煤粉管组件的进口端，但其重点在于提高稳燃能力，未能考虑到系统的耦合。

4、公开号为cn115167187a的专利申请文件公开了一种适用于煤电机组深度调峰工况的给煤机自动控制系统，第二模拟量ai输入模块的输出端及第三模拟量ai输入模块的输出端与第二大选器的输入端相连接，第一开关量di输入模块的输出端、第四模拟量ai输入模块的输出端及第一常数块的输出端与第三模拟量选择器的输入端相连接；第一开关量di输入模块的输出端、第二常数块的输出端及第三常数块的输出端与第四模拟量选择器的输入端相连接，第四模拟量选择器的输出端及第三模拟量选择器的输出端与速率限制器的输入端相连接，速率限制器的输出端及第二大选器的输出端与加法器的输入端相连接，加法器的输出端与第三模拟量ao输出模块的输入端相连接，但其重点在于煤电机组灵活性改造，以提高深度调峰能力，未能考虑碳排放的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种煤电机组低碳运行系统及方法，通过引入电解制氢装置提高煤电机组灵活性，为可再生能源电力提供消纳保障，引入空分装置分离空气，低负荷富氧燃烧提高煤电机组稳燃能力，氮气与氢气合成氨气，实现烟气脱硫脱碳固碳一体化，引入甲醇合成装置根据市场供需情况灵活消纳碳酸氢铵，既能够实现煤电机组深度调峰又能提高稳燃能力，同时减少碳排放。

2、一种煤电机组低碳运行系统，包括：调峰调频控制单元1，调峰调频控制单元1生成的氧气传递给低负荷富氧燃烧稳燃单元2，调峰调频控制单元1生成的氢气传递给碳捕捉联产氮肥单元4和甲醇合成单元5；

3、低负荷富氧燃烧稳燃单元2产生的烟气传递给氨法脱硫单元3，低负荷富氧燃烧稳燃单元2产生的氮气传递给碳捕捉联产氮肥单元4，低负荷富氧燃烧稳燃单元2产生的能量传递给调峰调频控制单元1发电；

4、氨法脱硫单元3产生的脱硫后的烟气和脱硫吸收液传递给碳捕捉联产氮肥单元4；

5、碳捕捉联产氮肥单元4产生的氨气和脱硫液传递给氨法脱硫单元3，碳捕捉联产氮肥单元4产生的碳酸氢铵传递给甲醇合成单元5；

6、甲醇合成单元5产生的水传递给调峰调频控制单元1，甲醇合成单元5产生的氨气传递给碳捕捉联产氮肥单元4。

7、所述调峰调频控制单元1包括电解制氢装置11，所述电解制氢装置11的电力输入端连接发电机12的电力输出端，发电机12的电力输出端还连接电网13，电解制氢装置11的氢气出口连通氢气储罐14的入口。

8、所述低负荷富氧燃烧稳燃单元2包括低负荷富氧燃烧稳定装置22，所述低负荷富氧燃烧稳定装置22的入口连通氧气储罐23的出口，氧气储罐23的入口连通电解制氢装置11的氧气出口，氧气储罐23的入口还连通空分装置27的氧气出口，空分装置27的入口进入空气；所述低负荷富氧燃烧稳定装置22的出口连通燃煤锅炉21的风道，燃煤锅炉21的蒸气出口连通汽轮机24的进气口，汽轮机24的动力输出端连接发电机12，汽轮机24的出气口连通凝汽器25的进气口，凝汽器25的出口连通除氧器26的入口，除氧器26的出口连通燃煤锅炉21的省煤器。

9、所述氨法脱硫单元3包括脱硫塔31，脱硫塔31的入口连通燃煤锅炉21的烟气出口，脱硫塔31的出口连通硫酸铵合成装置32的入口，硫酸铵合成装置32的出口连通第一容器33。

10、所述碳捕捉联产氮肥单元4包括氨气合成装置44，所述氨气合成装置44的入口连通氮气储罐45的出口，氮气储罐45的入口连通空分装置27的氮气出口，氨气合成装置44的入口还连通氢气储罐14的出口，氨气合成装置44的出口连通氨气储罐43的入口，氨气储罐43的出口连通脱硫塔31的入口，氨气储罐43的出口还连通碳酸氢铵合成装置41的入口，碳酸氢铵合成装置41的入口还连通脱硫塔31出口，所述碳酸氢铵合成装置41的出口连通洗氨塔46的入口，碳酸氢铵合成装置41的出口连通第二容器42，所述洗氨塔46和脱硫塔31相互连通，洗氨塔46的出口连通烟囱47。

11、所述甲醇合成单元5包括碳酸氢铵分解装置51，碳酸氢铵分解装置51的入口连通第二容器42的出口，碳酸氢铵分解装置51的氨气出口连通氨气储罐43的入口，碳酸氢铵分解装置51的二氧化碳出口连通二氧化碳储罐52的入口，二氧化碳储罐52的出口连通甲醇合成装置53的入口，甲醇合成装置53的入口还连通氢气储罐14的出口，甲醇合成装置53的水出口连通水储罐5，甲醇合成装置53的甲醇出口连通甲醇储罐54，水储罐55出口连通电解制氢装置11的入口。

12、所述第一容器33中存放硫酸铵。

13、所述第二容器42中存放碳酸氢铵。

14、基于一种煤电机组低碳运行系统的运行方法，包括：

15、步骤1，燃煤锅炉21通过煤燃烧产生热能，将水加热为蒸汽，蒸汽进入汽轮机24，推动转轴转动，带动发电机12发电，发电机12的发电满足电网13供电后，富余的电能进入电解制氢装置11，水分子在电极上产生电化学反应，产生的氢气和氧气分别进入氢气储罐14和氧气储罐23，氧气储罐23中的氧气与空气混合进入燃煤锅炉21，富氧空气作为助燃气体辅助燃烧，空分装置27分离出的氮气与氢气储罐14中的氢气在氨气合成装置44中合成氨气并储存在氨气储罐43中；

16、步骤2，燃煤锅炉21产生的烟气进入脱硫塔31脱硫，在硫酸铵合成装置32生成副产品硫酸铵，脱硫后的烟气进入碳酸氢铵合成装置41进行氨法脱碳固碳，生成副产品碳酸氢铵，脱硫塔31脱硫后产生脱硫吸收液，将脱硫吸收液用于吸收脱碳逃逸的氨，脱硫吸收液进入洗氨塔46吸收捕集尾气中的氨，吸收结束返回脱硫塔31进行脱硫；

17、步骤3，富余的碳酸氢铵进入碳酸氢铵分解装置51受热分解成氨气及二氧化碳，氨气进入氨气储罐43，二氧化碳进入二氧化碳储罐52，二氧化碳储罐52中的二氧化碳与氢气储罐14中的氢气进入甲醇合成装置53，得到甲醇和水，甲醇进入甲醇储罐54，水进入水储罐55，水储罐55中的水进入电解制氢装置11中。

18、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明采用将调峰调频控制单元、低负荷富氧燃烧稳燃单元、氨法脱硫单元、碳捕捉联产氮肥单元和甲醇合成单元闭环结合的方式，解决了可再生能源消纳、煤电机组燃烧效率低、碳排放量大、碳捕集成本高、二氧化碳资源利用不充分的问题，对煤炭发电富余电能进行灵活消纳的同时，实现了煤电机组稳燃、烟气脱硫脱碳固碳一体化，通过合理规划和协调，较大范围地利用现有资源，降低了物流成本，优化了垂直整合的生产流程，提高了整体效益；每个单元之间有着紧密相连的产业链，每个单元产生的资源可以清晰地分配到下一个环节中，避免了损失；五个单元之间互相配合，协同作业，通过统一监控、信息化管理等提高生产效率，追求经济效益的最大化。

20、(2)本发明引入电解制氢可以大幅降低机组上网功率，提高机组调峰能力，同时，对热力系统来说，机组仍处于较高负荷区间运行，对煤耗、安全性都有保障，可规避当前从机组热力系统本身进行灵活性改造而带来的潜在设备安全风险；制氢的原料可以使用甲醇合成装置的副产品水，即是成本的节约，也减少废水处理的压力；制氢后的氢气也可应用于多个领域，如燃料电池发电、车辆动力、工业加热和氢化加工等，具有广阔的市场前景。

21、(3)本发明引入电解制氢，其副产品纯氧能够实现锅炉富氧燃烧，在机组启停和低负荷时，富氧燃烧作为一种稳燃手段，减少燃油消耗，降低运行成本；富氧燃烧状态下煤粉燃烧更加充分，提高燃烧效率；富氧燃烧减少了由于氮气和其他气体参与导致通道被化学侵蚀和氧化的问题，同时减少了设备的维护成本。

22、(4)本发明引入氨法脱硫和碳捕集联产氮肥，不仅实现燃煤机组烟气脱硫脱碳固碳一体化，同时通过联产氮肥的方式实现了二氧化碳资源化利用，大幅减少了碳排放量并降低减排成本，硫酸铵氮肥及碳酸氢铵氮肥也促进了新型绿色农业发展。

23、(5)本发明引入甲醇合成，解决了碳酸氢铵和氢气的消纳问题，以及氢气储运难题，以氢气和二氧化碳为原料，开发了生成甲醇的新途径，捕捉的二氧化碳得到了再利用。

24、综上，本发明结合了电解制氢技术、低负荷富氧稳燃技术、氨法脱硫技术、碳捕捉联产氮肥技术及甲醇合成技术，通过引入电解制氢装置提高煤电机组灵活性，为可再生能源电力提供消纳保障，引入空分装置分离空气，低负荷富氧燃烧提高煤电机组稳燃能力，氮气与氢气合成氨气，实现烟气脱硫脱碳固碳一体化，引入甲醇合成装置根据市场供需情况灵活消纳碳酸氢铵，既能够实现煤电机组深度调峰又能提高稳燃能力，同时减少碳排放。