|
華中科技大學(xué)
搜 索
高等教育領(lǐng)域數(shù)字化綜合服務(wù)平臺
搜 索
.jpg){kind=logo}
華中科技大學(xué)
教育部
- 74 高校采購信息
- 3295 科技成果項目
- 0 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目
- 0 高校項目需求
源頭捕集CO2的自熱化學(xué)鏈燃燒裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化
2024-07-18 15:42:35
云上高博會
http://www.gxf2npi.xyz
所屬領(lǐng)域:
項目成果/簡介:
自熱化學(xué)鏈燃燒裝置是化學(xué)鏈燃燒技術(shù)研發(fā)平臺、也是循環(huán)流化床研發(fā)平臺，不僅可實(shí)現(xiàn)天然氣等氣體燃料化學(xué)鏈燃燒，還可進(jìn)行煤化學(xué)鏈燃燒和生物質(zhì)等碳中性燃料的化學(xué)鏈燃燒，亦可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物清潔低碳的化學(xué)鏈燃燒，同樣可進(jìn)行常規(guī)的循環(huán)流化床空氣燃燒或者部分化學(xué)鏈燃燒。
化學(xué)鏈燃燒的基本原理是利用兩個相互串聯(lián)且氣氛隔絕的反應(yīng)器將一步式燃燒反應(yīng)分解成兩步的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，通過循環(huán)利用一種固體金屬氧化物（氧載體）進(jìn)行傳熱和傳氧提供燃料燃燒所需熱量和氧量，實(shí)現(xiàn)燃料與空氣不直接接觸無焰無O2燃燒、化學(xué)能梯級利用、低NOx和二噁英生成、燃燒產(chǎn)物CO2原位高濃度富集和低能耗捕集。化學(xué)鏈燃燒的第一步是在燃料反應(yīng)器中氧載體與燃料之間的反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O；還原后的氧載體被送回空氣反應(yīng)器通過空氣氧化恢復(fù)其載氧能力，反應(yīng)熱則用來驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電或產(chǎn)生水蒸氣供熱。燃料反應(yīng)器出口氣體不被N2稀釋，簡單冷凝后就可得到高純度的CO2（可達(dá)95%），無需耗能的CO2分離過程。
圖1 自熱化學(xué)鏈燃燒源頭碳捕集技術(shù)研發(fā)示范
自熱化學(xué)鏈燃燒裝置具有國際領(lǐng)先的技術(shù)指標(biāo)，如表1所示。其中，反映化學(xué)鏈燃燒性能的指標(biāo)（燃料反應(yīng)器干煙氣CO2濃度、CO2捕集率、燃燒效率）均在90%以上，而煙塵、SO2、NOx排放濃度均達(dá)到現(xiàn)行超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，CO2經(jīng)壓縮純化后，符合食品級要求。
表1 串行流化床自熱化學(xué)鏈燃燒裝置的主要技術(shù)指標(biāo)
|
序號 |
技術(shù)項目 |
性能指標(biāo) |
|
1 |
燃料反應(yīng)器干煙氣CO2濃度 |
≥90% |
|
2 |
CO2捕集率 |
≥90% |
|
3 |
燃燒效率 |
≥90% |
|
4 |
煙塵排放濃度 |
≤5 mg/m³ |
|
5 |
SO2排放濃度 |
≤5 mg/m³ |
|
6 |
NOx排放濃度 |
≤10 mg/m³ |
|
7 |
CO2壓縮純化品級 |
食品級 |
|
8 |
產(chǎn)生蒸汽參數(shù) |
310 ℃/1MPa |
|
9 |
串行流化床熱效率 |
90% |
|
10 |
CO2捕集成本(折算) |
≤1.0GJ/tCO2 |
作為國際上領(lǐng)先的源頭捕碳裝置，基于燃料能量梯級利用的兆瓦級化學(xué)鏈燃燒裝置采用串行流化床的技術(shù)路線，可實(shí)現(xiàn)無需外部供熱的自熱連續(xù)運(yùn)行，且可實(shí)現(xiàn)對外供給“零碳”水蒸氣以及CO2的富集、壓縮、純化和商業(yè)利用的一體化。進(jìn)一步，10MW以上自熱化學(xué)鏈燃燒源頭捕碳裝置將為化學(xué)鏈燃燒工業(yè)應(yīng)用起到至關(guān)重要的技術(shù)支撐作用，也將是掌握化學(xué)鏈燃燒全套自主知識產(chǎn)權(quán)、形成可實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)產(chǎn)能、站在新一代低能耗碳捕集技術(shù)國際前沿的關(guān)鍵步驟，對我國“雙碳”戰(zhàn)略的推進(jìn)有著重要的引領(lǐng)示范效應(yīng)。
由于不需要常規(guī)碳捕集方式的高能耗高成本氣-氣分離，化學(xué)鏈燃燒的碳捕集成本低于100元/噸（常規(guī)碳捕集成本約300元/噸以上）、系統(tǒng)能效降低2-3個百分點(diǎn)（常規(guī)碳捕集降低約10個百分點(diǎn)）。即使不考慮碳稅或碳交易市場、也不考慮高純CO2出售收益，50MW鍋爐供熱成本增加約15元/噸，600MW電站供電成本僅增加約8分/度電（常規(guī)碳捕集增加約2角/度電）。若進(jìn)入碳交易市場，50MW化學(xué)鏈燃燒鍋爐供熱成本比常規(guī)鍋爐低約3元/噸，600MW煤化學(xué)鏈燃燒電站用于碳交易可收益1億元/年。如果考慮高純CO2出售，50MW化學(xué)鏈燃燒鍋爐的供熱成本比常規(guī)鍋爐低約130元/噸，600MW煤化學(xué)鏈燃燒電站用于CO2出售可收益9.3億元/年。
效益分析:
經(jīng)濟(jì)效益：由于不需要常規(guī)碳捕集方式的高能耗高成本氣-氣分離，化學(xué)鏈燃燒的碳捕集成本低于100元/噸（常規(guī)碳捕集成本約300元/噸以上）、系統(tǒng)能效降低2-3個百分點(diǎn)（常規(guī)碳捕集降低約10個百分點(diǎn)）。兆瓦級化學(xué)鏈燃燒裝置CO2捕獲能力0.1~1萬噸/年，經(jīng)壓縮純化的CO2濃度高達(dá)99.99%，經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計150~250萬元，碳交易額幾十萬元。
政治效益：在碳捕集利用與封存技術(shù)中，任何一項技術(shù)實(shí)現(xiàn)變革性突破都將帶來能源結(jié)構(gòu)的巨大變化。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)作為最具潛力的低成本碳捕集技術(shù)，已發(fā)展到中試規(guī)模及工程示范放大階段。在國內(nèi)與國際社會率先實(shí)現(xiàn)兆瓦級化學(xué)鏈燃燒技術(shù)工程示范裝置研發(fā)與運(yùn)行必將引領(lǐng)世界各化學(xué)鏈燃燒技術(shù)研發(fā)單位，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的決心與能力，為技術(shù)進(jìn)一步放大提供指導(dǎo)，為碳減排事業(yè)指明方向。
社會效益：兆瓦級自熱化學(xué)鏈燃燒鍋爐將是國際上首臺套和最大規(guī)模的化學(xué)鏈燃燒工業(yè)裝置，也將是國際上首臺套商業(yè)運(yùn)行的碳捕集工業(yè)裝置，且具備進(jìn)一步放大的工業(yè)化應(yīng)用前景。在雙碳戰(zhàn)略背景下，掌握該技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)將對我國碳達(dá)峰和碳中和起到巨大的支撐作用，必將成為雙碳標(biāo)志性、引領(lǐng)性工程。
技術(shù)成熟度:
掃碼關(guān)注，查看更多科技成果
取消
確定