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1、(10)申请公布号 CN 103453542 A(43)申请公布日 2013.12.18CN103453542A*CN103453542A*(21)申请号 201310397102.7(22)申请日 2013.09.03F23K 3/02(2006.01)F23C 9/00(2006.01)F23J 15/02(2006.01)C10L 3/00(2006.01)C01B 31/18(2006.01)(71)申请人程礼华地址 310012 浙江省杭州市古墩路98号西城新座7楼森井公司(72)发明人程礼华(74)专利代理机构杭州之江专利事务所(普通合伙) 33216代理人张慧英(54) 发明名称。
2、电厂碳氧循环利用装置及其工艺(57) 摘要本发明涉及节能环保领域，涉及CO2与O2的循环利用，尤其涉及电厂碳氧循环利用装置及其工艺，包括：送煤器（17）、CO2回流器（6）、等离子炬催化器（1）、节能锅炉（2）、热交换器（3）、CO2捕集分离器（12）、脱氧器（14）、远程防爆总控检测系统（18）、烟囱（13），采用载体风送煤方式将反应原料送入等离子炬催化器（1）进行催化，将催化后的反应物与送入节能锅炉（2）同O2充分燃烧，产生的CO2进行脱氧后循环利用。本发明的有益效果在于：一是低成本纯氧燃烧，二是CO2回流催化与脱氧循环利用，三是降低设备投入，减少锅炉、以及除尘、脱硝、脱硫等环节设备容积7。
3、080%，四是节约用煤4570%，五是热能净转化率提高1倍以上。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号 CN 103453542 ACN 103453542 A1/2页21.电厂碳氧循环利用装置，其特征在于包括：送煤器（17）、CO2回流器（6）、等离子炬催化器（1）、节能锅炉（2）、热交换器（3）、CO2捕集分离器（12）、脱氧器（14）、远程防爆总控检测系统（18）、烟囱（13）；所述等离子炬催化器（1）一端连接送煤器（17）、CO2回流器（6），另一端与节能锅。
4、炉（2）下部的烟气进口连通，节能锅炉（2）顶端设有出口，顶端的出口与CO2回流器（6）连通，节能锅炉（2）下部还设有烟气出口，下部的烟气出口与热交换器（3）的烟气进口烟道连接；所述热交换器（3）的烟气出口烟道与CO2捕集分离器（12）连接，CO2捕集分离器（12）通过脱氧器（14）、鼓风机（4）与热交换器（3）的进氧口连接，脱氧器（14）与碳回收器（15）连接，CO2捕集分离器（12）还与烟囱（13）连接；所述远程防爆总控检测系统（18）与各个装置连接并实时检测。2.根据权利要求1所述的电厂碳氧循环利用装置，其特征在于，还包括有脱硫脱硝系统，所述脱硫脱硝系统包括脱硫装置、脱硝装置；脱硫装置连通。
5、于热交换器（3）的烟气出口烟道和CO2捕集分离器（12）之间，所述脱硝装置安装在节能锅炉（2）顶端的出口与CO2回流器（6）之间；所述脱硫装置包括：除尘器（7）、引风机（8）、脱硫渣液（10）、脱硫塔（11）、热换器（9），所述热交换器（3）的烟气出口烟道依次通过除尘器（7）、引风机（8）、脱硫渣液（10）、脱硫塔（11）、热换器（9）与CO2捕集分离器（12）连接。3.根据权利要求1所述的电厂碳氧循环利用装置，其特征在于，还包括有水蒸气箱（19）、净化器（20）、硫基复合肥生产线（21），所述水蒸气箱（19）连通节能锅炉（2）与增压风机（16），增压风机（16）连通CO2回流器（6）与等离子。
6、炬催化器（1）；所述净化器（20）连通热交换器（3）的烟气出口烟道及CO2捕集分离器（12），所述净化器（20）还与硫基复合肥生产线（21）连接。4.根据权利要求1所述的电厂碳氧循环利用装置，其特征在于，所述的等离子炬催化器（1）包括：空心阴极底座（22）、凹凸阴极（23）、一阳极（24）、二阳极（25）、长增压筒（26）、阴极冷却循环水（27）、阳极冷却循环水（28）、长增压筒冷却循环水（29）、载体风、电极催化芯（35）、绝缘体（36）、直流电源（37）、高压脉冲电源（38）、高压脉冲器（39）；所述载体风包括：第一路载体风（30）、第二路载体风（31）、第三路载体风（32）、第四路载体风。
7、（33）、第五路载体风（34）；所述空心阴极底座（22）、凹凸阴极（23）、一阳极（24）、二阳极（25）、长增压筒（26）依次排列并且左右对称，所述直流电源（37）的阴极与一侧的空心阴极底座（22）、凹凸阴极（23）连接，直流电源（37）的阳极与同侧的一阳极（24）、二阳极（25）连接；所述高压脉冲电源（38）的阴极与另一侧的空心阴极底座（22）、凹凸阴极（23）连接，高压直流脉冲电源（38）的阳极与同侧的一阳极（24）、二阳极（25）连接；蜂窝状的电极催化芯（35）插在等离子炬催化器（1）中央，一端通过绝缘体（36）与高压脉冲器（39）连接；阴极冷却循环水（27）流经左右两侧的空心阴极底座。
8、（22）、凹凸阴极（23），阳极冷却循环水（28）流经左右两侧的一阳极（24）、二阳极（25），长增压筒冷却循环水（29）流经两侧的长增压筒（26）。5.利用上述装置实现的电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于包括以下方法：步骤一：打开远程防爆总控监测系统（18）开关。并依次按操作规程打开各系统开关；步骤二：采用载体风送煤方式将反应原料送入等离子炬催化器（1）进行催化，将催化后的反应物与送入节能锅炉（2）同O2充分燃烧；步骤三：节能锅炉（2）燃烧后产生5001000的烟气，一部分返回CO2回流器（6）循环利用；另一部分经除尘、脱硝、脱硫后送CO2捕集分离器（12）分离出CO2，脱硫脱硝产生的权 利 。
9、要 求 书CN 103453542 A2/2页3N2经烟囱（13）排放，CO2捕集分离器（12）分离出的CO2送脱氧器（14）脱氧，O2经热交换器（3）加热后送节能锅炉（2）燃烧，碳送碳回收器（15）回收，做碳黑出售，或供送煤器（17）循环利用。6.根据权利要求5所述的电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于，载体风送煤类型为CO2送煤粉、或CO2+H2O（水蒸汽）送煤粉、O2送煤粉；优选第一路载体风（30）、第二路载体风（31）、第三路载体风（32）为CO2送煤粉，第四路载体风（33）、第五路载体风（34）为水蒸汽（H2O）送煤粉；或优选第一路载体风（30）为CO2送煤粉，第二路载体风（31）、第三。
10、路载体风（32）、第四路载体风（33）为水蒸汽（H2O）送煤粉，第五路载体风为（34）CO2+水蒸汽（H2O）送煤；或优选第一路载体风（30）、第二路载体风（31）、第三路载体风（32）为CO2+水蒸汽（H2O）送煤粉，第四路载体风（33）、第五路载体风（34）为送O2；所述载体风风压优选：第一路载体风（30）1KPa,第二路载体风（31）5KPa，第三路载体风（32）10KPa,第四路载体风（33）15KPa，第五路载体风（34）20KPa。7.根据权利要求5所述的电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于，节能锅炉（2）内设有一层或多层燃区，节能锅炉（2）内的温度达1300。8.根据权利要求5所述的。
11、电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于，热交换器（3）以传热方式利用5001000的烟气将O2加热到80以上，预热后的O2送入节能锅炉（2）燃烧。9.根据权利要求5所述的电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于，CO2回流器（6）直接将节能锅炉（2）出来的5001000烟气循环返回和水蒸汽一起，把送煤器（17）输出的煤粉混合送入等离子炬催化器（1）进行催化转化反应。10.根据权利要求5所述的电厂碳氧循环利用工艺，其特征在于，脱氧器（14）输出电压10120KV，叠加高频脉冲2001600KV，脉冲电源1500A。权 利 要 求 书CN 103453542 A1/5页4电厂碳氧循环利用装置及其工艺技术领域00。
12、01 本发明涉及节能环保领域，涉及CO2与O2的循环利用，尤其涉及电厂碳氧循环利用装置及其工艺。背景技术0002 电厂发电产生温室效应罪魁祸首CO2，不利于现行的环保要求，同时现行传统电厂技术除了IGCC发电外，还存在以下缺陷：0003 1、空气燃烧，热能净转化率低，主要反应式为：C+O2+N2CO2+N2；0004 燃烧1吨标煤需约2.7吨O2，并带进约10吨N2，在燃烧排放烟气中，N2含量7885%，CO2含量仅815%。烟气中N2含量高，一是造成热能净转化率低的直接原因，二是造成锅炉与除尘、脱硝、脱硫、烟囱等配套工程设备容积大，浪费电厂投资成本与运行成本。0005 2、CO2资源浪费，污。
13、染环境：因为烟气中CO2含量太低，加大CO2捕集成本，造成电厂CO2资源普遍浪费。0006 3、热量损失大，热能净转化率低：传统电厂烟气中5001000的热能，几乎在除尘、脱硝、脱硫过程被全部消耗掉和被烟囱排放掉，是造成电厂热能净转化率低于40%的主要原因之一。0007 因此在节能减排的同时提高热能净转化率是现行电厂的主要发展方向。发明内容0008 本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供电厂碳氧循环利用装置及其工艺，解决现有电厂热能转化率低、CO2和O2资源浪费、污染环境等问题，实现电厂碳氧循环利用，提高热能转化率。0009 本发明是通过以下技术方案达到上述目的：电厂碳氧循环利用装置，包括：。
14、送煤器、CO2回流器、等离子炬催化器、节能锅炉、热交换器、CO2捕集分离器、脱氧器、远程防爆总控检测系统、烟囱；所述等离子炬催化器一端连接送煤器、CO2回流器，另一端与节能锅炉下部的烟气进口连通，节能锅炉顶端设有出口，顶端的出口与CO2回流器连通，节能锅炉下部还设有烟气出口，下部的烟气出口与热交换器的烟气进口烟道连接；所述热交换器的烟气出口烟道与CO2捕集分离器连接，CO2捕集分离器通过脱氧器、鼓风机与热交换器的进氧口连接，脱氧器与碳回收器连接，CO2捕集分离器还与烟囱连接；所述远程防爆总控检测系统与各个装置连接并实时检测。0010 作为优选，电厂碳氧循环利用装置包括有脱硫脱硝系统，所述脱硫脱。
15、硝系统包括脱硫装置、脱硝装置；脱硫装置连通于热交换器的烟气出口烟道和CO2捕集分离器之间，所述脱硝装置安装在节能锅炉顶端的出口与CO2回流器之间；所述脱硫装置包括：除尘器、引风机、脱硫渣液、脱硫塔、热换器，所述热交换器的烟气出口烟道依次通过除尘器、引风机、脱硫渣液、脱硫塔、热换器与CO2捕集分离器连接。0011 作为优选，碳氧循环利用装置还包括有水蒸气箱、净化器、硫基复合肥生产线，所说 明 书CN 103453542 A2/5页5述水蒸气箱连通节能锅炉与增压风机，增压风机连通CO2回流器与等离子炬催化器；所述净化器连通热交换器的烟气出口烟道及CO2捕集分离器，所述净化器还与硫基复合肥生产线连接。
16、。0012 作为优选，所述的等离子炬催化器包括：空心阴极底座、凹凸阴极、一阳极、二阳极、长增压筒、阴极冷却循环水、阳极冷却循环水、长增压筒冷却循环水、载体风、电极催化芯、绝缘体、直流电源、高压脉冲电源、高压脉冲器；所述载体风包括：第一路载体风、第二路载体风、第三路载体风、第四路载体风、第五路载体风；所述空心阴极底座、凹凸阴极、一阳极、二阳极、长增压筒依次排列并且左右对称，所述直流电源的阴极与一侧的空心阴极底座、凹凸阴极连接，直流电源的阳极与同侧的一阳极、二阳极连接；所述高压脉冲电源的阴极与另一侧的空心阴极底座、凹凸阴极连接，高压直流脉冲电源的阳极与同侧的一阳极、二阳极连接；蜂窝状的电极催化芯插。
17、在等离子炬催化器中央，一端通过绝缘体与高压脉冲器连接；阴极冷却循环水流经左右两侧的空心阴极底座、凹凸阴极，阳极冷却循环水流经左右两侧的一阳极、二阳极，长增压筒冷却循环水流经两侧的长增压筒。0013 电厂碳氧循环利用工艺，包括以下方法：0014 步骤一：打开远程防爆总控监测系统开关。并依次按操作规程打开各系统开关；0015 步骤二：采用载体风送煤方式将反应原料送入等离子炬催化器进行催化，将催化后的反应物与送入节能锅炉同O2充分燃烧；0016 步骤三：节能锅炉燃烧后产生5001000的烟气，一部分返回CO2回流器循环利用；另一部分经除尘、脱硝、脱硫后送CO2捕集分离器分离出CO2，脱硫脱硝产生的N。
18、2经烟囱排放，CO2捕集分离器分离出的CO2送脱氧器脱氧，O2经热交换器加热后送节能锅炉燃烧，碳送碳回收器回收，做碳黑出售，或供送煤器循环利用。0017 作为优选，载体风送煤类型为CO2送煤粉、或CO2+H2O（水蒸汽）送煤粉、O2送煤粉；优选第一路载体风、第二路载体风、第三路载体风为CO2送煤粉，第四路载体风、第五路载体风为水蒸汽（H2O）送煤粉；或优选第一路载体风为CO2送煤粉，第二路载体风、第三路载体风、第四路载体风为水蒸汽（H2O）送煤粉，第五路载体风为CO2+水蒸汽（H2O）送煤；或优选第一路载体风、第二路载体风、第三路载体风为CO2+水蒸汽（H2O）送煤粉，第四路载体风、第五路载体。
19、风为送O2；所述载体风风压优选：第一路载体风1KPa,第二路载体风5KPa，第三路载体风10KPa,第四路载体风15KPa，第五路载体风20KPa。0018 作为优选，节能锅炉内设有一层或多层燃区，节能锅炉内的温度达1300。0019 作为优选，热交换器以传热方式利用5001000的烟气将O2加热到80以上，预热后的O2送入节能锅炉燃烧。0020 作为优选，CO2回流器直接将节能锅炉出来的5001000烟气循环返回和水蒸汽一起，把送煤器输出的煤粉混合送入等离子炬催化器进行催化转化反应。0021 作为优选，脱氧器输出电压10120KV，叠加高频脉冲2001600KV，脉冲电源1500A。0022。
20、 本发明的有益效果在于：一是低成本纯氧燃烧，二是CO2回流催化与脱氧循环利用，三是降低设备投入，减少锅炉、以及除尘、脱硝、脱硫等环节设备容积7080%，四是节约用煤4570%，五是热能净转化率提高1倍以上。说 明 书CN 103453542 A3/5页6附图说明0023 图1是实施例1的电厂碳氧循环利用装置的结构示意图；0024 图2是实施例2的电厂碳氧循环利用装置的结构示意图；0025 图3是等离子炬催化器的结构示意图；0026 图4是节能锅炉的结构示意图；0027 图5是脱氧器的结构示意图。具体实施方式0028 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：00。
21、29 实施例1：如图1所示，电厂碳氧循环利用装置由送煤器17、CO2回流器6、等离子炬催化器1、节能锅炉2、脱硝器5、热交换器3、除尘器7、增压风机16、引风机8、脱硫渣液10、脱硫塔11、热换器9、CO2捕集分离器12、脱氧器14、鼓风机4、碳回收器15、远程防爆总控检测系统18、烟囱13组成；所述等离子炬催化器1一端连接送煤器17、CO2回流器6，另一端与节能锅炉2下部的烟气进口连通，节能锅炉2顶端设有出口，顶端的出口与CO2回流器6连通，节能锅炉2下部还设有烟气出口，下部的烟气出口与热交换器3的烟气进口烟道连接；所述热交换器3的烟气出口烟道与CO2捕集分离器12连接，CO2捕集分离器12。
22、通过脱氧器14、鼓风机4与热交换器3的进氧口连接，脱氧器14与碳回收器15连接，CO2捕集分离器12还与烟囱13连接；所述远程防爆总控检测系统18与各个装置连接并实时检测；所述脱硝器5安装在节能锅炉2顶端的出口与CO2回流器6之间；所述热交换器3的烟气出口烟道依次通过除尘器7、引风机8、脱硫渣液10、脱硫塔11、热换器9与CO2捕集分离器12连接。0030 电厂碳氧循环利用工艺原理化学转化式为：0031 CO2+C（煤） 2CO （1）0032 C（煤）+H2OCO+H2 （2）0033 CO+H2OCO2+H2 （3）0034 2CO+O22CO2 （4）0035 C（煤）+O2CO2 （5。
23、）0036 CO2C（碳）+O2 （6）0037 具体操作包括：0038 第一步：打开远程防爆总控监测系统18开关。并依次按操作规程打开各系统开关；0039 第二步：启动CO2回流器6用CO2把送煤器17中的煤粉送入等离子炬催化器1催化，完成CO2+C（煤） CO反应，将CO送入节能锅炉2同与O2充分燃烧；0040 第三步：节能锅炉2燃烧后5001000烟气CO2一部分返回CO2回流器6循环利用；一部分经除尘、脱硝、脱硫后送CO2捕集分离器12分离，N2送烟囱13排放，CO2送脱氧器14脱氧，O2经热交换器3加热80以上，送节能锅炉2燃烧。碳送碳回收器15回收，做碳黑出售，或供送煤器17循环利。
24、用。0041 如图3所示，等离子炬催化器1包括：空心阴极底座22、凹凸阴极23、一阳极24、说 明 书CN 103453542 A4/5页7二阳极25、长增压筒26、阴极冷却循环水27、阳极冷却循环水28、长增压筒冷却循环水29、载体风、电极催化芯35、绝缘体36、直流电源37、高压脉冲电源38、高压脉冲器39；所述载体风包括：第一路载体风30、第二路载体风31、第三路载体风32、第四路载体风33、第五路载体风34；所述空心阴极底座22、凹凸阴极23、一阳极24、二阳极25、长增压筒26依次排列并且左右对称，所述直流电源37的阴极与一侧的空心阴极底座22、凹凸阴极23连接，直流电源37的阳极与。
25、同侧的一阳极24、二阳极25连接；所述高压脉冲电源38的阴极与另一侧的空心阴极底座22、凹凸阴极23连接，高压直流脉冲电源38的阳极与同侧的一阳极24、二阳极25连接；蜂窝状的电极催化芯35插在等离子炬催化器中央，一端通过绝缘体36与高压脉冲器39连接；阴极冷却循环水27流经左右两侧的空心阴极底座22、凹凸阴极23，阳极冷却循环水28流经左右两侧的一阳极24、二阳极25，长增压筒冷却循环水29流经两侧的长增压筒26；长增压筒26与节能锅炉壁40下端的烟气进口连通。0042 其中，载体风风压优选：第一路载体风301KPa,第二路载体风315KPa，第三路载体风3210KPa,第四路载体风3315。
26、KPa，第五路载体风3420KPa。0043 采取多路载体风的多种搭配送煤方式，优选第一路载体风30、第二路载体风31、第三路载体风32为CO2送煤粉；第四路载体风33、第五路载体风34为水蒸汽送煤粉。0044 电极催化芯35为蜂窝状或网板状，由一组或多组排列，材质优选耐酸碱性不锈钢。0045 远程防爆等离子催化器中的主要完成化学转化式为：0046 CO2+C2CO0047 C+H2OCO+H20048 CO+H2OCO2+H20049 具体操作时：0050 第一步：打开阴极冷却循环水27、阳极冷却循环水28的开关；0051 第二步：打开直流电源37、高压脉冲电源38、高压脉冲器39开关；00。
27、52 第三步、打开第一路载体风30、第二路载体风31、第三路载体风32、第四路载体风33、第五路载体风34开关；0053 如图4所示，节能锅炉2包括：送氧器42、下主燃区43、中次燃区44、上助燃区45；所述下主燃区43、中次燃区44、上助燃区45从下往上依次设在节能锅炉2的燃烧膛（41）内，送氧器42设在节能锅炉2下部与热交换器3的出氧口连接。0054 多层燃区排列有利于充分燃烧，并显著提高热能净转化率。0055 节能锅炉2主要完成化学转化式为：0056 2CO+O22CO20057 C+O2CO20058 具体操作时：0059 第一步：打开送氧器42开关向节能锅炉2内送O2，送氧管道口为1。
28、层或多层，每层1个或多个送O2入口。0060 第二步：依次打开下主燃区43、中次燃区44、上助燃区45、等离子炬催化器1电源开关，将CO+C（煤）+H2O（水蒸汽）催化反应的气体送入节能锅炉2内与送氧器42送来的O2燃烧。说 明 书CN 103453542 A5/5页80061 如图5所示，脱氧器14包括：O2储气罐46、高频波形器47、高频脉冲电源48、脱氧器壳49、绝缘子50、电极芯51、防爆传感器52、红外传感观察器53；所述脱氧器壳49底部与碳回收器15连接，脱氧器壳49下部与CO2捕集分离器12连接，脱氧器壳49顶部与O2储气罐46连接，脱氧器壳49上部设有绝缘子50，绝缘子50上设。
29、有电极芯51，绝缘子50伸出脱氧器壳外部的一端与高频波形器47连接，高频脉冲电源48与高频波形器47连接；所述防爆传感器52、红外传感观察器53分别设在脱氧器14的上端与下端，检测脱氧过程。0062 脱氧器壳49与电极芯51优选材质为涂上催化剂的不锈钢，催化剂优选Ni为主稀土元素，或NiFe为主稀土元素；电极芯51为蜂窝状或网板状，由1个或多个排列组成。0063 脱氧器14主要完成化学转化式为：CO2C（碳）+O20064 具体操作时：0065 第一步：依次打开高频脉冲电源48与CO2捕集分离器12开关，以及防爆传感器52和红外传感观察器53开关；0066 第二步：CO2经电极芯51催化分解成。
30、C和O2，C送碳回收器15，O2送O2储气罐46，供节能锅炉2燃烧。0067 实施例2：如图2所示，电厂碳氧循环利用装置由送煤器17、CO2回流器6、等离子炬催化器1、节能锅炉2、热交换器3、增压风机16、CO2捕集分离器12、脱氧器14、鼓风机4、碳回收器15、远程防爆总控检测系统18、水蒸气箱19、净化器20、硫基复合肥生产线21组成；所述等离子炬催化器1一端连接送煤器17，另一端与节能锅炉2下部的烟气进口连通，节能锅炉2顶端设有出口，顶端的出口与CO2回流器6连通，节能锅炉2下部设有烟气出口，下部的烟气出口与热交换器3的烟气进口烟道连接；所述水蒸气箱19连通节能锅炉2与增压风机16，增压。
31、风机16连通CO2回流器6与等离子炬催化器1；所述净化器20连通热交换器3的烟气出口烟道及CO2捕集分离器12，所述净化器20还与硫基复合肥生产线21连接；CO2捕集分离器12通过脱氧器14、鼓风机4与热交换器3的进氧口连接，脱氧器14与碳回收器15连接。0068 本实施例的装置通过将节能锅炉2的水蒸汽送水蒸气箱19后与CO2一起把送煤器17的煤粉送入等离子炬催化器（1进行催化转化。主要反应式为：0069 CO2+C（煤） 2CO （1）0070 C（煤）+H2OCO+H2 （2）0071 CO+H2OCO2+H2 （3）0072 完成上述反应后，将烟气送净化器20进行除尘、脱硝、脱硫一体化净化处理，尘硝硫物质送硫基复合肥生产线21生产肥料，CO2送CO2捕集分离器12循环利用。0073 本装置实现了碳资源、氧资源、尘硫硝物质的循环利用和再利用，节能环保的同时减少烟气等污染物的排放，减少了氮氧化物的产生。0074 以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。说 明 书CN 103453542 A1/3页9图1图2说 明 书 附 图CN 103453542 A2/3页10图3图4说 明 书 附 图CN 103453542 A10。