本技术介绍了一种应用于造纸行业的煤气化与燃料电池集成的热电联产系统及其操作方法。该系统包含制浆、漂白、烘干等多个单元,以及酸化、碳化、碱化等处理单元,旨在将制浆和漂白过程中产生的黑液转化为粗碳。部分粗碳经过进一步处理成为活性炭,用于吸附剂,而另一部分则与煤炭一起通过两级气化过程转化为一氧化碳(CO),随后通过水煤气变换生成氢气(H2)。氢气作为燃料电池的原料,用于发电。系统还包括多个换热和传热单元,以最大化利用氢气、一氧化碳和水的高品位能量,通过精细化的能量管理和梯度利用策略,实现高效的热能和电能生产,为造纸厂提供稳定而高效的能源。
背景技术
造纸业是一个能源密集型行业,需要大量的热能和电能来驱动各种设备和工艺过程。中国造纸业的产能不断扩大,已跃居世界首位。而不论是在生产还是生活当中,人们对纸品的需求仍越来越大。在此趋势之下,为充分满足市场需求,制浆造纸企业持续扩大生产规模、提高产能。
随着生产规模的扩大和产能的提高,造纸生产过程中企业所需的热量和电量逐渐增多,为满足这一需求,大型企业普遍采用自发电形式进行能源供应。这些企业往往拥有自备电厂,通过燃煤发电确保生产的实效性。虽然这种方法成本较低,但燃煤资源的有限性和能源利用效率的低下成为制约其持续发展的瓶颈。此外,燃煤发电过程中会产生大量的CO2和SO2、NOx等污染物,这对环境会造成严重的负面影响。
企业自备电厂现多采用热电联产技术,通过能源分级、热电分产,将煤炭的化学能转换为蒸汽能,进而驱动汽轮机做功,汽轮机排放乏汽用于造纸生产。多数采用能够产生高温高压水蒸气的燃煤锅炉以及三废供热锅炉,为造纸生产线提供热能,确保汽轮机发电机组正常运行,满足厂区电力需求。由于备用锅炉采用热备用的运行方式,整体运行负荷较低,部分设备能力无法得到充分利用,运行效率不高。一旦某台锅炉出现故障,其余锅炉在短时间内难以迅速提高运行负荷以满足用汽需求,从而影响到整个生产线的稳定可靠和安全运行。
制作纸浆的过程中还会产生大量含有高浓度污染物的黑液废水,这些黑液成分复杂,若直接排放到水体中会造成严重污染。其中又含有大量可回收利用的物质,若不加以处理则会造成资源浪费。目前处理黑液采用最广的是燃烧法碱回收工艺,该工艺通过蒸发、浓缩、燃烧和苛化等步骤,将黑液转化为以铁酸钠为主要成分的固体产物。这些固体产物经水解后可生成氢氧化钠碱液和氧化铁,其中氢氧化钠可以用于工业制碱或造纸中的蒸煮阶段等,氧化铁则可以循环使用。采用该工艺能够达到90%以上的碱回收率,并能在煅烧过程中回收热能,是一种比较成熟的黑液治理方法。但该方法只能回收碱,大量的木质素则只能留在黑液中燃烧发热。而且该方法需要多级蒸发器、燃烧炉等大型设备,前期投资较大,故只适用于规模较大的造纸企业。
原本的燃煤发电效率低,能源消耗大,还会造成环境污染;热电联产供热能力不足,供热范围有限,经济性较差;碱回收过程黑液处理效率受限,投资成本较高。本发明则提出了一种具备黑液处理功能的热电联产系统。
实现思路