1.本发明涉及煤炭发电领域，尤其涉及一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统及其使用方法。
背景技术：
2.中国电力联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2021》显示：2020年，全国全口径发电量76364亿千瓦时，其中，火电发电量51770亿千瓦时(煤电发电量为46296亿千瓦时，占89％)；2020年，全国单位火电发电量的二氧化碳排放量约为832克/千瓦时，合计二氧化碳排放量约为43亿吨(占全国二氧化碳排放总量约95亿吨的45％以上)。由此可见，实现火力发电企业碳中和，特别是燃煤电厂碳中和是实现2060年碳中和的关键。
3.目前，我国燃煤电厂，基本都已经达到超低排放标准，即：烟尘、二氧化硫、氧气、氮化合物排放量分别为10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，部分电厂实际排放指标已经分别达到5mg/m3、17mg/m3、24mg/m3。但对于二氧化碳排放的控制，还处于研究、摸索阶段。
4.实现燃煤电厂的碳中和，就是要将烟气中的二氧化碳全部捕集下来，然后，通过埋存或再利用方式，达到零排放。但由于二氧化碳在烟气中的比例只有14％左右，使得二氧化碳的全部捕集难以实现。
5.现有的煤粉锅炉，燃烧后的气体中二氧化碳浓度较低，且空气中的氮气参与燃烧后易产生含碳化合物，如果对气体中的二氧化碳直接提纯会产生不必要的功耗，因此需要一种方案对现有的锅炉进行改造，以达到排放的废气中含有较高浓度的二氧化碳，利于后续的收集二氧化碳步骤。
6.因此，针对煤炭发电领域提供一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统及其使用方法，是亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
7.本发明的目的在于提供一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统及其使用方法，实现对传统锅炉的废气进行高效率收集。
8.为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统，所述煤粉锅炉具有燃烧部、给煤部和驱风装置，所述给煤部、驱风装置分别与所述燃烧部连接，所述给煤部用于为燃烧部提供煤粉，所述驱风装置用于将燃烧部内的废气排出，包括：二氧化碳收集部、气体混合部，驱风装置分别与气体混合部和二氧化碳收集部连接，所述煤粉锅炉在工作过程中产生的废气一部分进入二氧化碳收集部，另一部分进入气体混合部，所述气体混合部用于将废气和氧气混合后形成碳空气通入到所述煤粉锅炉；所述煤粉锅炉产生的废气主要成分为二氧化碳、水和o2氧气。
9.进一步地，所述气体混合部与所述空分装置连接，所述空分装置用于分离空气中的氧气并将氧气供给所述气体混合部，所述空分装置能够产生纯度99％以上的氧气。
10.进一步地，所述空分装置与所述煤粉锅炉连接，所述煤粉锅炉为所述空分装置提
供动能。
11.进一步地，所述煤粉锅炉还包括：够产生水蒸气的锅筒、排渣装置和脱硫除尘装置，所述锅筒与燃烧部连接，所述排渣装置与所述燃烧部连接，所述脱硫除尘装置所述驱风装置连接，所述燃烧部加热锅筒产生水蒸气，所述排渣装置用于清理所述燃烧部内的废渣，所述脱硫除尘装置用于清除燃烧部产生的废气中的硫化物和大颗粒灰尘。
12.进一步地，所述驱风装置和所述二氧化碳收集部之间设有脱水部，所述脱水部设于脱硫除尘装置和所述二氧化碳收集部之间，所述脱水部用于清除废气中的水分。
13.进一步地，驱风装置内设有热量交换器，所述热量交换器用于将排出煤粉锅炉的废气的热量传递给通入煤粉锅炉的碳空气。
14.进一步地，所述空分装置与所述锅筒连接，所述锅筒产生水蒸气提供能量驱动所述空分装置；所述锅筒产生的过热蒸汽20-40％用于驱动所述空分装置内离心式空压机。
15.一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统的使用方法，往所述煤粉锅炉内通入煤和水，燃烧后所述煤粉锅炉产生过热蒸汽和废气，所述废气通入所述脱水部，所述废气脱水后一部分进入气体混合部，另一部分进入二氧化碳收集部；所述气体混合部将废气和来自于空分装置的氧气混合为碳空气，所述碳空气通入所述煤粉锅炉进行反应；80-90％的废气进入气体混合部，10-20％的废气进入二氧化碳收集部。
16.进一步地，所述给煤部提供煤炭到所述燃烧部内，所述碳空气经过所述驱风装置加热后通入所述燃烧部内与煤炭反应生热，加热所述锅筒内的水受热成为过热蒸汽，煤炭燃烧后产生的废气通入所述驱风装置换热后进入脱硫除尘装置，废气经过脱硫除尘后进入脱水部。
17.进一步地，所述空分装置将空气分离出氧气通入所述气体混合部，所述锅筒内的过热蒸汽一部分通入动力驱动部，另一部分通入所述空分装置提供动力。
18.本发明优点：
19.1)本发明能够对现有的燃煤电厂进行碳中和改造，最大限度保留原有燃煤电厂的工艺系统和设备，充分利用，减少浪费；与原有燃煤电厂的总用煤量相同，对上游系统影响小；采用二氧化碳循环保证原有锅炉的换热能力，对下游系统影响小。
20.2)废气中二氧化碳含量高，97％以上，利于二氧化碳的回收利用或捕集；本发明实现了二氧化碳的零排放。
21.3)废气能够循环回粉煤锅炉，可在高温下与燃料煤反应，提高了燃料利用率。
附图说明
22.图1是本发明提供的一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统示意图。
23.如图所述，1-给煤部，2-燃烧部，3-驱风装置，4-脱水部，5-二氧化碳收集部，6-气体混合部，7-空分装置，8-脱硫除尘装置。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.所述煤粉锅炉具有燃烧部2、给煤部1和驱风装置3，所述给煤部1、驱风装置3分别
与所述燃烧部2连接，所述给煤部1用于为燃烧部2提供煤粉，所述驱风装置3用于将燃烧部2内的废气排出，其特征在于，包括：二氧化碳收集部5、气体混合部6，驱风装置3分别与气体混合部6和二氧化碳收集部5连接，所述煤粉锅炉在工作过程中产生的废气一部分进入二氧化碳收集部5，另一部分进入气体混合部6，所述气体混合部6用于将废气和氧气混合后形成碳空气通入到所述煤粉锅炉；所述煤粉锅炉产生的废气主要成分为二氧化碳、水和o2氧气。
26.进一步地，所述气体混合部6与所述空分装置7连接，所述空分装置7用于分离空气中的氧气并将氧气供给所述气体混合部6，所述空分装置7能够产生纯度99％以上的氧气；所述空分装置7与所述煤粉锅炉连接，所述煤粉锅炉为所述空分装置7提供动能。
27.所述煤粉锅炉还包括：够产生水蒸气的锅筒、排渣装置和脱硫除尘装置8，所述锅筒与燃烧部2连接，所述排渣装置与所述燃烧部2连接，所述脱硫除尘装置8所述驱风装置3连接，所述燃烧部2加热锅筒产生水蒸气，所述排渣装置用于清理所述燃烧部2内的废渣，所述脱硫除尘装置8用于清除燃烧部2产生的废气中的硫化物和大颗粒灰尘；所述驱风装置3和所述二氧化碳收集部5之间设有脱水部4，所述脱水部4设于脱硫除尘装置8和所述二氧化碳收集部5之间，所述脱水部4用于清除废气中的水分，驱风装置3内设有热量交换器，所述热量交换器用于将排出煤粉锅炉的废气的热量传递给通入煤粉锅炉的碳空气，所述空分装置7与所述锅筒连接，所述锅筒产生水蒸气提供能量驱动所述空分装置7，所述锅筒产生的过热蒸汽31.5％用于驱动所述空分装置7内离心式空压机。
28.具体实施方式：以600mw粉煤锅炉为例，一种基于煤粉锅炉改造的碳中和的系统的使用方法，所述给煤部1提供煤炭到所述燃烧部2内，消耗煤炭226.4t/h；所述碳空气经过所述驱风装置3加热后通入所述燃烧部2内与煤炭反应生热，产生的废气3660t/h主要成分为二氧化碳、水和o2氧气，发生如下反应：
[0029][0030]
2co+o2→
2co2△
h＝-566.6kj/mol
[0031]
通入所述锅筒内的水受热成为过热蒸汽，煤炭燃烧后产生的废气通入所述驱风装置3换热后进入脱硫除尘装置8，废气经过脱硫除尘后进入脱水部4，此时二氧化碳含量达到97％以上；废气通过所述脱水部4后，88.8％的废气进入气体混合部6，11.2％的废气进入二氧化碳收集部5，所述二氧化碳收集部5收集处理384t/h的二氧化碳。
[0032]
所述锅筒产生的过热蒸汽产量为2000t/h，其中31.5％的过热蒸汽630t/h用于驱动空分装置7的离心式空压机，68.5％的过热蒸汽1370t/h去汽轮机发电系统；所述空分装置7将空气分离出氧气通入所述气体混合部6。
[0033]
所述气体混合部6将废气与来自所述空分装置7的氧气混合成为碳空气，碳空气通过管路进入所述驱风装置3。
[0034]
本发明相对于传统锅炉系统，减少了脱硝装置，因为空分装置7使得煤炭燃烧的过程中氮气不参与反应，烟气中的氮化合物主要来源于原料煤自身携带的n元素，含量很低，可以取消原系统中的脱硝装置，从而节约了脱硝装置的运行和维护费用。
[0035]
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。