本發(fā)明屬于低碳能源，具體涉及一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、煤基固廢的堆存和填埋占據(jù)了大量的土地資源，對環(huán)境和安全帶來了較大的隱患。而目前，煤基固廢的常用處理手段除了填埋就是制造初級建筑材料，不僅利用率不高，且無法產(chǎn)生高附加值，無法達(dá)到“變廢為寶”的目的。

2、煤基固廢中蘊含著豐富的礦物質(zhì)和金屬元素，因此具有豐富的利用價值。例如火力發(fā)電行業(yè)常見的煤粉灰是一種典型的煤基固廢，但是目前缺乏有效的利用手段，大多以填埋方式進(jìn)行處理。煤基固廢中具有豐富的ca、fe、k和mg等元素，可以為植物生長提供必要的養(yǎng)分；此外，煤粉灰由于其特殊的理化特性還具有較強的保水能力，有利于植物的生長。而燃煤鍋爐燃燒后產(chǎn)生的大渣可以用來制備纖維材料，不僅具有優(yōu)質(zhì)的保水能力，并且在制備過程中利用高溫使得其內(nèi)部的重金屬等揮發(fā)，是一種優(yōu)質(zhì)的綠色生態(tài)修復(fù)材料。目前，煤基固廢的存量逐年增長，若得不到綠色清潔的處理，會對生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞。

3、我國北方煤電基地通常生態(tài)環(huán)境較為脆弱，土地荒漠化嚴(yán)重，但是具有較好的日照條件和風(fēng)力條件，因此也建造了較多的光伏和風(fēng)力發(fā)電機組。這些煤炭基地區(qū)域的生態(tài)情況復(fù)雜，水土流失嚴(yán)重，隨著能源開采進(jìn)程的推進(jìn)，本就脆弱的生態(tài)環(huán)境遭到了更大破壞，這一現(xiàn)象亟待改善。煤基固廢若是作為廢棄物填埋則會加劇生態(tài)環(huán)境的破壞，但是若制備綠色生態(tài)修復(fù)材料，則可修復(fù)煤電基地附近的生態(tài)環(huán)境。利用綠色生態(tài)修復(fù)材料、煤粉灰和煤矸石制備的類土材料可以在干旱的土地上種植紅柳、梭梭等能源植物，不僅耐干旱且可以保持水土；而光伏板可以為能源植物遮擋陽光，避免長時間的陽光直射，提高其存活率。能源植物生長成熟后可以收集作為生物質(zhì)燃料在電站鍋爐中進(jìn)行摻燒，這不僅可以節(jié)約燃煤電廠的煤炭消耗量，還可降低碳排放量，使得新能源發(fā)電與燃煤發(fā)電進(jìn)行有機結(jié)合，降低了整個能源系統(tǒng)的碳排放。為了進(jìn)一步緩解北方煤電基地廣泛存在的水土流失與土地荒漠化問題，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是迫在眉睫的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)及方法，將燃煤電站、新能源發(fā)電、煤基固廢利用和生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域相結(jié)合，不僅提高了煤基固廢的利用率、拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，還構(gòu)建了多元耦合的能源系統(tǒng)，降低了該系統(tǒng)的碳排放。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電機組、風(fēng)力發(fā)電機組、電弧爐、類土壤制備機、能源植物、生物質(zhì)破碎機、生物質(zhì)顆粒料貯存器和燃煤鍋爐系統(tǒng)；

4、光伏發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電機組用于發(fā)電，一部分并入電網(wǎng)，另一部分為電弧爐供電，燃煤鍋爐系統(tǒng)的大渣出口連通至電弧爐，電弧爐的出口連通至類土壤制備機，光伏發(fā)電機組下方種植有能源植物，生物質(zhì)破碎機設(shè)置有能源植物入口，生物質(zhì)破碎機的出口連通至燃煤鍋爐系統(tǒng)。

5、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括煙氣除塵器和引風(fēng)機，燃煤鍋爐系統(tǒng)的煙氣出口通過煙氣除塵器連通至引風(fēng)機。

6、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括煙囪，引風(fēng)機的出口連通至煙囪。

7、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，燃煤鍋爐系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的大渣一部分進(jìn)入電弧爐中制備纖維材料，另一部分與煙氣除塵器中收集的煤粉灰作為建筑材料原料。

8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光伏發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電機組的冗余發(fā)電量用于為電弧爐提供電能。

9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，類土壤制備機用于制備類土壤生態(tài)修復(fù)材料。

10、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，能源植物種植在光伏發(fā)電機組下，利用光伏發(fā)電機組為其提供遮擋。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，成熟后的能源植物通入生物質(zhì)破碎機中進(jìn)行破碎和定型工序后制備為生物質(zhì)顆粒料，進(jìn)而儲存在生物質(zhì)顆粒料貯存器中。

12、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，燃煤鍋爐系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的煙氣能夠在煙氣除塵器中收集得到煤粉灰。

13、一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源方法，該方法基于所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，包括：

14、利用光伏發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電機組的冗余發(fā)電量為電弧爐提供電能；燃煤鍋爐系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的大渣一部分進(jìn)入電弧爐中制備纖維材料，另一部分與煙氣除塵器中收集的煤粉灰作為建筑材料原料；

15、電弧爐中制備纖維材料與煤矸石和煙氣除塵器中收集的煤粉灰共同作為類土壤生態(tài)修復(fù)材料的原料，在類土壤制備機中進(jìn)行制備；

16、利用制備所得的類土壤生態(tài)修復(fù)材料在光伏發(fā)電機組下種植耐干旱和水土保持能力強的能源植物；

17、生長成熟后的能源植物在生物質(zhì)破碎機中經(jīng)過破碎和定型等工序后，進(jìn)入生物質(zhì)顆粒料貯存器中貯存；

18、生物質(zhì)顆粒料貯存器中貯存的生物質(zhì)顆粒料在燃煤鍋爐系統(tǒng)中進(jìn)行摻燒；

19、燃煤鍋爐系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的煙氣，在煙氣除塵器收集煤粉灰。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果：

21、本發(fā)明提供的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)及方法，利用光伏發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電機組的冗余發(fā)電量為電弧爐供電，可以大大減少制備纖維材料的能耗；并且燃煤鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的大渣具有一定的余熱，可以利用，使得能耗進(jìn)一步降低。

22、進(jìn)一步，本發(fā)明利用電弧爐制備纖維材料產(chǎn)生的廢氣通入燃煤鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行燃燒，不僅可以利用廢氣中的余熱和可燃物質(zhì)，還可對廢氣無害處理，使得纖維制備過程綠色節(jié)能。纖維材料、煤粉灰和煤矸石共同作為類土壤生態(tài)修復(fù)材料的制備原料，其中煤粉灰的質(zhì)量占比不低于40%、煤矸石的質(zhì)量占比不高于30%，具體占比可根據(jù)種植能源植物的特點進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。利用類土壤生態(tài)修復(fù)材料在光伏發(fā)電機組下種植能源植物，可利用光伏發(fā)電機組的遮擋避免日光長時間直射能源植物，提高其存活率；且能源植物選擇紅柳或者梭梭等具有耐干旱、水土保持能力強且熱值高等特點的植物。將成熟后的能源植物進(jìn)行破碎和定型等工序后制備得到生物質(zhì)顆粒料，將生物質(zhì)顆粒料進(jìn)行貯存，并在燃煤鍋爐系統(tǒng)中進(jìn)行摻燒，可以降低機組的發(fā)電煤耗和碳排放量。

23、綜上，本發(fā)明將新能源發(fā)電、燃煤發(fā)電、煤基固廢利用、生態(tài)修復(fù)和生物質(zhì)摻燒等系統(tǒng)進(jìn)行耦合，不僅可以制備得到綠色生態(tài)材料、建筑材料和電能等多元產(chǎn)品，實現(xiàn)化工多聯(lián)產(chǎn)，還可得到能源利用率高且碳排放量降低的能源綜合利用系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，包括光伏發(fā)電機組（1）、風(fēng)力發(fā)電機組（2）、電弧爐（3）、類土壤制備機（4）、能源植物（5）、生物質(zhì)破碎機（6）、生物質(zhì)顆粒料貯存器（7）和燃煤鍋爐系統(tǒng)（8）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，還包括煙氣除塵器（9）和引風(fēng)機（10），燃煤鍋爐系統(tǒng)（8）的煙氣出口通過煙氣除塵器（9）連通至引風(fēng)機（10）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，還包括煙囪（11），引風(fēng)機（10）的出口連通至煙囪（11）。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，燃煤鍋爐系統(tǒng)（8）燃燒后產(chǎn)生的大渣一部分進(jìn)入電弧爐（3）中制備纖維材料，另一部分與煙氣除塵器（9）中收集的煤粉灰作為建筑材料原料。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，光伏發(fā)電機組（1）和風(fēng)力發(fā)電機組（2）的冗余發(fā)電量用于為電弧爐（3）提供電能。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，類土壤制備機（4）用于制備類土壤生態(tài)修復(fù)材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，能源植物（5）種植在光伏發(fā)電機組（1）下，利用光伏發(fā)電機組（1）為其提供遮擋。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，成熟后的能源植物（5）通入生物質(zhì)破碎機（6）中進(jìn)行破碎和定型工序后制備為生物質(zhì)顆粒料，進(jìn)而儲存在生物質(zhì)顆粒料貯存器（7）中。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，其特征在于，燃煤鍋爐系統(tǒng)（8）燃燒后產(chǎn)生的煙氣能夠在煙氣除塵器（9）中收集得到煤粉灰。

10.一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源方法，其特征在于，該方法基于權(quán)利要求2至9中任一項所述的一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種耦合燃煤電站固廢利用的低碳能源系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括光伏發(fā)電機組、風(fēng)力發(fā)電機組、電弧爐、生物質(zhì)破碎機、生物質(zhì)顆粒料貯存器和燃煤鍋爐系統(tǒng)等；該方法包括：利用光伏發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電機組的冗余發(fā)電量為電弧爐提供電能；電弧爐中制備纖維材料與煤矸石和煙氣除塵器中收集的煤粉灰共同作為類土壤生態(tài)修復(fù)材料的原料，在類土壤制備機中進(jìn)行制備；在光伏發(fā)電機組下種植耐干旱和水土保持能力強的能源植物；能源植物經(jīng)過破碎和定型等工序后，進(jìn)入生物質(zhì)顆粒料貯存器中貯存；生物質(zhì)顆粒料在燃煤鍋爐系統(tǒng)中進(jìn)行摻燒；燃煤鍋爐系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的煙氣，在煙氣除塵器收集煤粉灰。本發(fā)明提高了煤基固廢的利用率、拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：王超偉,徐黨旗,柳宏剛,房凡,馬翔,王長安,姬海民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15