一种低氮浓碳燃烧工艺方法及系统
技术领域
本发明涉及烟气治理工艺
技术领域
，具体涉及一种低氮浓碳燃烧工艺方法及系统。背景技术
碳捕集技术是碳减排措施的基础和前提条件，也是在整个碳捕集、利用、封存系统中成本和能耗最大的环节。根据我国现有能源结构，不难发现电力、热力的生产和供应业在碳排放中所占比例最大。因此，捕集锅炉系统的二氧化碳排放对于降低我国总二氧化碳排放量具有重要的意义。目前国内外主要有3条捕集技术路线，分别为燃烧前捕获、富氧燃烧和燃烧后捕获。燃烧后捕获技术被认为是最可行的碳捕获方法。燃烧后捕集是系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离CO2。这些系统通常使用液态溶剂，从主要成分为氮(来自空气)的烟气中捕获少量的CO2成分(一般占体积的3-15％)，其中，化学溶剂MEA(乙醇胺)作为液态溶剂的吸收法应用最为普遍。然而MEA溶液自身存在着一些固有缺陷，其中较为突出的有MEA自身价格较高，再生温度过高，所需能耗大，投资运行成本高，且容易造成设备腐蚀。
发明内容
本发明提供了一种低氮浓碳燃烧工艺方法及系统，解决了以上所述的烟气捕碳实施投资大、效果不理想、运行成本高的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种低氮浓碳燃烧工艺方法，包括：
S1，锅炉的尾部烟气作为高温热源送入热泵系统进行换热；
S2，从热泵系统排出的大部分低温烟气进入到碳捕捉系统内进行分离提取出二氧化碳气态或液态产物；
从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧混合后重新进入到锅炉进行循环利用。这步操作既是补充了燃烧中所需要的氧，也是对烟气中氮气的稀释，降低最终烟气中热力氮的形成，控制了在燃烧过程中热力氮氧化物的形成。
可选的，所述锅炉的尾部烟气先经过脱硫脱硝装置进行脱硫脱硝后再进入到热泵系统内。
可选的，所述热泵系统设有两个排出口，一个大排出口用于排出大部分低温烟气，另一个小排出口用于排出少部分低温烟气。
可选的，其特征在于，所述小排出口上设有控制阀门，所述控制阀门用于打开或关闭所述小排出口，以定量释放二氧化碳。
可选的，所述S2具体包括：从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧在混合箱中混合后，通过风机送入到锅炉内进行循环利用。
可选的，所述S2具体包括：碳捕捉系统通过物理方法分离提取出二氧化碳气态或液态产物，所述物理方法为物理吸附或膜法。
可选的，所述S2具体包括：碳捕捉系统通过化学方法分离提取出二氧化碳气态或液态产物，所述化学方法为化学溶剂吸收法或加热分解法。
可选的，所述热泵系统以锅炉水系统中的回水作为冷源，来降低锅炉尾部烟气的温度。
本发明还提供了一种用于如前所述的低氮浓碳燃烧工艺方法的低氮浓碳燃烧系统，所述低氮浓碳燃烧系统包括：锅炉、热泵系统、碳捕捉系统及混合箱；
锅炉的尾部烟气作为高温热源送入热泵系统进行换热，热泵系统排出的大部分低温烟气进入到碳捕捉系统内进行分离提取出二氧化碳气态或液态产物，从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧在混合箱内混合后重新进入到锅炉进行循环利用。
可选的方案，所述混合箱为空箱，所述空箱的底部设有排水装置。
本发明实施例还提供了一种用于低氮浓碳燃烧工艺方法的系统，系统包括：锅炉、热泵系统、碳捕捉系统及混合箱。锅炉的尾部烟气作为高温热源送入热泵系统进行换热，热泵系统排出的大部分低温烟气进入到碳捕捉系统内进行分离提取出二氧化碳气态或液态产物，从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧在混合箱内混合后重新进入到锅炉进行循环利用。
优选的方案，所述混合箱为空箱，所述空箱的底部设有排水装置。混合箱内的气体有热交换过程，因此会产生水气，最后会形成水滞留在空箱内，空箱的排水装置将水排出，避免水越积越多形成反向溢流，还能避免因为积水的吸热和放热而影响混合箱内气体的热交换效率。
有益效果：本发明提供了一种低氮浓碳燃烧工艺方法及系统，包括：S1，锅炉的尾部烟气作为高温热源送入热泵系统进行换热；S2，从热泵系统排出的大部分低温烟气进入到碳捕捉系统内进行分离提取出二氧化碳气态或液态产物；从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧混合后重新进入到锅炉进行循环利用。该方案实现了锅炉系统排出的尾部烟气的碳集中与捕集的功能，提高了二氧化碳在烟气中的富集程度实现更好的碳回收；既是补充了燃烧中所需要的氧，也是对烟气中氮气的稀释，降低最终烟气中热力氮的形成，控制了在燃烧过程中热力氮氧化物的形成。另一方面，回收低品位热源，提高了系统整体能效，利于环保，利用锅炉原有设备，总体造价低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的
具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明低氮浓碳燃烧工艺方法及系统的功能原理图。
附图标记说明：锅炉1，热泵系统2，碳捕捉系统3，风机4，混合箱5。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种低氮浓碳燃烧工艺方法，包括：S1，锅炉1的尾部烟气作为高温热源送入热泵系统2进行换热；S2，从热泵系统2排出的大部分低温烟气进入到碳捕捉系统3内进行分离提取出二氧化碳气态或液态产物；从热泵系统2排出的少部分低温烟气与补充氧混合后重新进入到锅炉1进行循环利用，这步操作既是补充了燃烧中所需要的氧，也是对烟气中氮气的稀释，降低最终烟气中热力氮的形成，控制了在燃烧过程中热力氮氧化物的形成。
该方案实现了锅炉1系统排出的尾部烟气的碳集中与捕集的功能，提高了二氧化碳在烟气中的富集程度实现更好的碳回收；另一方面，回收低品位热源，提高了系统整体能效，利于环保，利用锅炉1原有设备，总体造价低，便于实施和推广应用。
锅炉1的尾部烟气排出口与热泵系统2的进气口通过管道密封连接，热泵系统2有至少一个低温烟气排出口，从锅炉1出来的高温烟气经过热泵系统2进行换热后经过低温烟气排出口排出至碳捕捉系统3，另一部分低温烟气经过管道重新回到锅炉1内。
可选的方案，所述锅炉1的尾部烟气先经过脱硫脱硝装置进行脱硫脱硝后再进入到热泵系统2内。对于燃煤锅炉1，锅炉1出口会设置环保所需要的脱硫脱硝装置，尾部烟气会先经过环保装置再进入热泵系统2。
可选的方案，所述热泵系统2设有两个排出口，一个大排出口用于排出大部分低温烟气，另一个小排出口用于排出少部分低温烟气。从热泵系统2排出的少部分低温烟气与补充氧在混合箱5中混合后，通过风机4送入到锅炉1内进行循环利用。对于燃气锅炉1，取经过热泵系统2降温的烟气，作为烟气再循环中所循环的烟气，再与补充氧在混合箱5中混合均匀。混合后的气体通过风机4送入炉膛内，降低炉膛燃烧温度，从而降低氮氧化物的生成。对于燃煤锅炉1，取经过热泵系统2降温后的部分低温烟气，与补充氧气在混合箱5中混合均匀，将混合后的气体作为二次风通过风机4送入炉膛内助燃。经由上述步骤循环，完成了二氧化碳在烟气中的富集。
可选的方案，所述小排出口上设有控制阀门，所述控制阀门用于打开或关闭所述小排出口，以定量释放二氧化碳。其中，控制阀门可以为电子阀门，可以远程控制该阀门的开启和关闭，可以远程开启该电子阀门，热泵系统2中的部分低温烟气顺着连接管流入到混合箱5内，然后通过外围管道的排气孔重新到达锅炉1内。通过锅炉1燃烧情况来控制低温烟气的火锅量。
可选的方案，从热泵系统2排出的大部分低温烟气的温度不高于15℃。锅炉1尾部烟气作为高温热源送入热泵系统2进行换热，输出低温烟气(理想状态下10℃左右)，排出烟气冷凝后的凝结水。对于燃气锅炉1，这部分凝结水量巨大，输出的低温烟气体积急剧减小；
可选的方案，所述S2具体包括：碳捕捉系统3通过物理方法分离提取出二氧化碳气态或液态产物，所述物理方法为物理吸附或膜法。碳捕捉系统3位于烟气处理系统的最末端。由热泵系统2输出的低温烟气中含有高浓度二氧化碳，进入碳捕捉系统3后，通过物理方法或化学方法被分离提取出二氧化碳气态或液态产物，作为工业气体使用或销售。其中物理方法主要是物理吸附(活性炭)和膜法；化学方法主要是化学溶剂吸收法和加热分解法。
可选的方案，所述热泵系统2以锅炉1水系统中的回水作为冷源，来降低锅炉1尾部烟气的温度。节约能源，提高锅炉1系统的热能利用率。
可选的方案，所述混合箱5为空箱，所述空箱的底部设有排水装置。通过排水装置对冷却过程中产生的水进行及时排出。
有益效果：
(1)提高了二氧化碳在烟气中的富集程度。从热泵系统排出的少部分低温烟气与补充氧混合后重新进入到锅炉进行循环利用既是补充了燃烧中所需要的氧，也是对烟气中氮气的稀释，降低最终烟气中热力氮的形成，控制了在燃烧过程中热力氮氧化物的形成。
(2)回收低品位热源，提高了系统整体能效。
(3)利于环保。
(4)利用锅炉原有设备，总体造价低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
