[发明专利]改造燃煤电厂用于联产水泥

说明书

本申请以2007年4月25日提交的美国临时申请US60/914026 全文作为参考。

背景技术

用于发电的煤燃烧是导致全球变暖的主要原因，每年产生数十 亿吨的CO₂和其他温室气体，尽管煤燃烧和碳收集技术进一步发展， 仍预计GHG排放会显著提高。在2003年，煤占据了世界总能源消 耗的百分之二十四。在未来的20年世界煤消耗和导致的GHG几乎 会倍增，由2003年的54亿短吨到2030年的106亿吨。用于水泥生 产的煤燃烧同样是导致全球变暖的主要原因，在2007年产生超过20 亿吨的CO₂和其他温室气体，尽管有工业承受量，总的排放仍预计 会大量提高。例如，水泥生产的排放在过去的15年增加了超过85 ％。

CFPPs和普通波特兰水泥(“OPC”)工业是并行和独立运作的。 CFPP工业燃烧煤产生高压蒸汽以驱动发电涡轮，而OPC工业燃烧 煤以将石灰石、粘土和焦炭转化为水泥熟料。本发明描述了将这两 种工业结合为一种的工艺和方法，通过应用CFPPs联产电能和水泥， 由此生产OPC不再需要煤燃烧。本发明可以在全球范围内显著减少 煤燃烧和其导致的温室气体。

根据美国政府，全世界可采煤总储量估计为10010亿吨-足以 维持大约180年。加上其他估算，地球上仅有大约250-300年的可 供经济开采的煤。如同不可再生的石油储量，煤储量也是不可再生 的，经济上切实可行的矿藏会最终耗尽。

全球每年的水泥需求超过21亿吨，并每年大约增长5％。为满 足这一需求，OPC工业每年燃烧数十亿吨煤。窑炉通常使用粉碎的 煤或焦炭作为燃料，且生产大约900g的水泥消耗大约450g的煤。 因此，水泥生产窑消耗超过10亿公吨的煤。在美国，有过400多家 的燃煤电厂。重要的是，世界面临的局面是在79个国家有超过7000 座的燃煤电厂，每年排放超过90亿吨的CO₂-到2012年超过310 亿吨。水泥通常是利用煤或焦炭作燃料通过在1450℃下煅烧石灰石 和粘土炭的混合物来生产。该工艺每吨水泥释放大约一吨二氧化碳 -半吨来自石灰石自身的煅烧，另一半来自煤或焦炭的煅烧和烧结。 世界范围的水泥生产超过25亿吨，由此产生超过25亿吨的CO₂，这 超过人类活动释放CO₂总量的7％。考虑到用于运输的能源和排放对 陆地、水源和大气质量的有害效应，水泥生产也具有负面影响。

全球每年的电能(能源)需求超过170亿千瓦时，并且还以每 年3％增长。电能通常是在CFPPs通过燃烧煤，产生高压蒸汽以驱 动发电涡轮而产生。其他产生电的方法包括利用水坝、天然气、风 力和太阳能。全世界大约25％的电是通过CFPPs产生的。为满足这 一需求，CFPP工业每年要燃烧大约60-70亿的煤。此外，在未来 数年中来自CFPPs的GHG排放据估计占据全球GHG排放的大约30 ％。

CFPPs产生多种煤燃烧产物(“CCPs”)。根据某些估算，每年 存在480MT的CCPs，中国为100MT(百万吨)，美国为83MT和 印度为80MT。这些CCPs通常被视为工业废物，但可被用于其他工 业，特别是已知粉煤灰具有胶结性。目前CCPs并未被充分有效利用。 在美国，2005年的粉煤灰产生总量-一种CCP成分-是71MT，但 只有29MT的粉煤灰(41％)被用于某些具有经济效益的方面；其 余都被作为垃圾掩埋。29MT的粉煤灰中只有15MT(21％)用于混 凝土和混凝土工业。CCP的其他成分-如炉底灰和锅炉渣-并未为 波特兰水泥业广泛使用。本发明通过利用就地联产电能和水泥的优 势，寻求获得未被充分利用的CCPs的最大经济效用。

CFPPs有效地消耗大部分由燃烧煤产生的BTUs以产生沸水、蒸 汽、压缩空气和暖气。这些能源中的许多都被回收和循环。然而， 仍有多达80％的能源被浪费。换言之，每磅BTUs只有大约20％实 际上被转换为电能。本发明通过利用就地联产电能和水泥的优势， 寻求获得未被充分利用的BTUs在沸水、低压蒸汽和压缩/暖气方面 的最大经济效用。

另外，CFPPs消耗了发电厂本身的大量地产，用于材料运输和 存储。本发明通过利用就地联产电能和水泥的优势，寻求获得未被 充分利用的地产的最大经济效用。