一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开的一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统及其工作方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。包括煤仓、备煤单元、锅炉单元、发电单元、脱硝单元、除尘单元、脱硫单元、矿化单元、粉煤灰干燥单元、冷却塔、烟囱、污水处理单元。在现有煤矸石掺烧燃煤发电系统的基础上改进了备煤单元与污水处理单元、增加了矿化单元与粉煤灰干燥单元，该系统通过矿化单元的矿化过程可以将烟气中部分CO2固定下来，实现CO2的减排；同时矿化过程可以将粉煤灰中的CaO与MgO转化为CaCO3与MgCO3，拓宽固废粉煤灰的应用领域，提高粉煤灰利用率。本发明专利技术能够实现煤矸石固体废弃物的利用和CO2排放量的降低；同时能够减少粉煤灰中CaO和MgO的含量，提高粉煤灰在建材制造领域的应用。煤灰在建材制造领域的应用。煤灰在建材制造领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统及工作方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物资源化利用
，具体涉及一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统及工作方法。

技术介绍

[0002]在煤炭的开采、洗选过程中会产生大量煤矸石，每年由此产生数亿吨煤矸石，但煤矸石的利用率不足30％，造成了严重的资源浪费，同时大量煤矸石只能通过堆放、填埋等方式处置，一方面占用了大量土地资源，另一方面也造成了一定的环境污染。因此提高煤矸石利用率，消除其造成的负面影响具有重要的经济效益与环境效益。
[0003]随着全球经济的不断发展，源于人类活动的CO2排放量逐年上升，截至2020年，全球大气CO2平均浓度已达412ppm，由CO2等温室气体引起的全球气候变化给人类的持续发展带来了重大挑战。为应对全球气候变化带来的影响，各国签署了《京都议定书》和《巴黎协定》等多个应对全球气候变化的协议，旨在逐步减少温室气体排放，将本世纪全球平均气温升高控制在2℃以内。
[0004]火力发电仍是当前主要的发电方式，因绝大部分煤矸石中含有10％～40％的碳元素，其余绝大部分为灰分，因此可将其作为燃料与动力煤掺烧进行发电，这也是煤矸石目前主要的利用方式之一。但由于煤矸石中含有大量灰分，部分出产的煤矸石CaO、MgO等物质含量超过10％，属于钙镁型煤矸石，掺烧后会产生大量粉煤灰同样难以处置；同时燃煤发电也是最主要的CO2排放源之一，不符合碳减排的期望。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统及工作方法，能够提高煤矸石的利用率，实现煤矸石掺烧发电烟气CO2的矿化，从而降低CO2的排放；同时CO2矿化产物可用于建材的生产，解决了煤矸石燃烧产物的处置问题，还具有较好的经济效益。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，包括煤仓1、备煤单元2、锅炉单元3、炉渣收集单元4、发电单元5、脱硝单元6、除尘单元7、脱硫单元8、矿化单元9、粉煤灰干燥单元10、冷却塔11、烟囱12和污水处理单元13；
[0008]煤仓1的出口与备煤单元2的入口连接，备煤单元2的出口与锅炉单元3的原料入口连接，锅炉单元3的炉渣出口与炉渣收集单元4连接，锅炉单元3的蒸汽出口与发电单元5连接，锅炉单元3的烟气出口与脱硝单元6的入口连接，脱硝单元6的出口与除尘单元7的入口连接，除尘单元7的烟气出口与脱硫单元8的入口连接，除尘单元7的粉煤灰出口与矿化单元9的粉煤灰入口连接，脱硫单元8的出口与矿化单元9的烟气入口连接，矿化单元9的烟气出口与冷却塔11的入口连接，矿化单元9的粉煤灰出口与粉煤灰干燥单元10的入口连接，矿化单元9的污水出口与污水处理单元13的入口连接，冷却塔11的烟气出口与烟囱12的入口连
接，冷却塔11的冷凝水出口与矿化单元9的补水入口连接，冷却塔11的污水出口与污水处理单元13的入口连接，污水处理单元13的出口与冷凝塔11的净水入口连接。
[0009]优选地，矿化单元9的污水出口与污水处理单元13的入口之间的连接管路上设有控制阀。
[0010]优选地，冷却塔11的净水出口与矿化单元9的净水入口之间的连接管路上设有控制阀。
[0011]优选地，冷却塔11的污水出口与污水处理单元13的污水入口之间的连接管路上设有控制阀。
[0012]本专利技术公开的上述煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统的工作方法，包括：
[0013]煤仓中的煤炭与煤矸石进入备煤单元，备煤单元根据煤矸石含碳量调节动力煤与掺烧煤矸石加入的比例制备煤粉进入锅炉单元，锅炉单元利用制备的煤粉燃烧产生过热蒸汽，过热蒸汽送入发电单元发电，锅炉单元燃烧煤粉产生的炉渣由底部排出进入炉渣收集单元；锅炉单元燃烧煤粉产生的烟气经烟道依次通入脱硝单元、除尘单元和脱硫单元进行NO
x
、粉煤灰和SO
x
的脱除净化，净化后的烟气通入矿化单元进行CO2矿化；除尘收集单元收集的粉煤灰送入矿化单元进行CO2矿化，在矿化单元(9)中采用CO2液相矿化技术，将粉煤灰分散于水中，粉煤灰中CaO与MgO与水反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，Ca(OH)2和Mg(OH)2与通入水中的烟气含有的CO2发生反应，生成CaCO3与MgCO3沉淀，实现部分CO2的脱除，该沉淀与粉煤灰共同组成矿化粉煤灰；经矿化吸收部分CO2的烟气通入冷却塔冷凝回收烟气中的部分水蒸气，冷却后的烟气通入烟囱排向大气，矿化单元的液相中的微量金属元素浓度随着粉煤灰的不断加入而逐渐升高，需定时排出部分液相至污水处理单元并从冷却塔加入等量净水保持液相成分稳定。
[0014]优选地，备煤单元根据煤矸石的含碳量，调节动力煤与掺烧煤矸石加入的比例，制备热值为2500～4500kcal/kg煤粉。
[0015]优选地，矿化单元采用液相矿化技术，通过温控系统控制工作温度60～80℃。
[0016]优选地，进入矿化单元的粉煤灰的停留时间为5～30min。
[0017]优选地，矿化单元的液相中Na
+
浓度大于0.1mol/L时，排出10％的矿化液相并补充等量净水。
[0018]优选地，粉煤灰干燥单元排出的干燥粉煤灰用于制造建材。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术公开的一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，在现有煤矸石掺烧燃煤发电系统的基础上改进了备煤单元与污水处理单元、增加了矿化单元与粉煤灰干燥单元，因煤矸石中含有大量灰分，现有煤矸石掺烧燃煤发电厂因此会产生大量粉煤灰，又因粉煤灰中含有一定量CaO与MgO，因此粉煤灰在建材行业的应用受到一定限制。该系统通过矿化单元的矿化过程可以将烟气中部分CO2固定下来，实现CO2的减排；同时矿化过程可以将粉煤灰中的CaO与MgO转化为CaCO3与MgCO3，拓宽固废粉煤灰的应用领域，提高粉煤灰利用率。
[0021]进一步地，矿化单元与污水处理单元之间设有控制阀，能够调节污水排出流量，因粉煤灰中含有少量金属杂离子，当溶液中的微量金属离子浓度积累较高时，会影响后续粉煤灰元素成分，并对设备造成一定腐蚀，因此需要不断排出污水，补充净水。
[0022]进一步地，矿化单元在矿化过程中烟气会夹带部分水汽排出，并且矿化单元会定
期排出污水，因此需要从冷却塔补充净水，冷却塔净水与矿化单元之间设有控制阀，能够控制进入矿化单元的水流量，控制反应进度。
[0023]进一步地，污水处理单元处理后的净水返回冷却塔用于冷却，冷却塔与污水处理单元之间设有控制阀，可以控制冷却水的流量。
[0024]本专利技术公开的上述煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统的工作方法，自动化程度高，在实现节能减排的同时，还能产出能够作为建材原料的粉煤灰，具有良好的经济效益；系统内的水资源得到了循环利用，节约了水资源，降低了运行成本。
[0025]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，其特征在于，包括煤仓(1)、备煤单元(2)、锅炉单元(3)、炉渣收集单元(4)、发电单元(5)、脱硝单元(6)、除尘单元(7)、脱硫单元(8)、矿化单元(9)、粉煤灰干燥单元(10)、冷却塔(11)、烟囱(12)和污水处理单元(13)；煤仓(1)的出口与备煤单元(2)的入口连接，备煤单元(2)的出口与锅炉单元(3)的原料入口连接，锅炉单元(3)的炉渣出口与炉渣收集单元(4)连接，锅炉单元(3)的蒸汽出口与发电单元(5)连接，锅炉单元(3)的烟气出口与脱硝单元(6)的入口连接，脱硝单元(6)的出口与除尘单元(7)的入口连接，除尘单元(7)的烟气出口与脱硫单元(8)的入口连接，除尘单元(7)的粉煤灰出口与矿化单元(9)的粉煤灰入口连接，脱硫单元(8)的出口与矿化单元(9)的烟气入口连接，矿化单元(9)的烟气出口与冷却塔(11)的入口连接，矿化单元(9)的粉煤灰出口与粉煤灰干燥单元(10)的入口连接，矿化单元(9)的污水出口与污水处理单元(13)的入口连接，冷却塔(11)的烟气出口与烟囱(12)的入口连接，冷却塔(11)的冷凝水出口与矿化单元(9)的补水入口连接，冷却塔(11)的污水出口与污水处理单元(13)的入口连接，污水处理单元(13)的出口与冷凝塔(11)的净水入口连接。2.根据权利要求1所述的煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，其特征在于，矿化单元(9)的污水出口与污水处理单元(13)的入口之间的连接管路上设有控制阀。3.根据权利要求1所述的煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，其特征在于，冷却塔(11)的净水出口与矿化单元(9)的净水入口之间的连接管路上设有控制阀。4.根据权利要求1所述的煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统，其特征在于，冷却塔(11)的污水出口与污水处理单元(13)的污水入口之间的连接管路上设有控制阀。5.权利要求1～4任意一项所述的煤矸石发电与CO2矿化协同利用系统的工作方法，其特征在于，包括：煤仓(1)中的煤矸石与动力煤进入备煤单元(2)，备煤单元(2)根据煤矸石含碳量调节动力煤与掺烧煤矸石加入的比例制备煤粉进入锅炉单元(3)，锅炉单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，王琪，程阿超，杜秉晓，刘仁龙，孙文利，周星，张旭，阴利民，邓正鑫，沈玉玲，
申请(专利权)人：华能大庆热电有限公司，
类型：发明
国别省市：