一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统的制作方法

本发明属于清洁能源，具体涉及一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统。

背景技术：

1、风力发电和光伏发电等形式均是目前发展较为成熟的新能源发电形式，而近些年来新能源发电的装机容量持续上升。但是随着新能源发电装机容量的上升，也带来了一些问题，例如用电低谷期电网无法消纳风力与光伏的发电，从而造成“弃风弃光”的现象。这就要求发展稳定可靠的储能技术，目前常用的储能技术有熔盐储能、氨储能和飞轮储能等，每种储能形式都有其特点，单一的储能方式并不能满足能源系统中的要求，这就要求发展多种储能方式的耦合利用。

2、氨气是人工合成的一种化学物质，其特点是易液化、储运方便且燃烧后无碳排放。氨气的主要制备方式是氢气与氮气在催化剂的作用下进行合成，相比于氢气易燃易爆且难液化的特性，氨气是一种安全可靠且储运成本较低的储能介质。然而，氨气的燃烧特性相较于常规的气体燃料目前存在着火困难和层流火焰速度低等问题，只能通过一些辅助手段增强其燃烧特性。光热集热器是一种可以将分布的太阳能进行集中收集的装置，其节约的能量不仅可以降低燃煤发电中的煤耗，还可减少温室气体的排放，是一种具有前景的能量收集装置。熔盐储能是近年来得到广泛关注的一种储能方式，其特点是可以将光伏或者集热器等收集热能进行储存，并且占地面积不大；但是熔盐储能的储能周期较短，无法实现长时间的储能，并且能量运输也存在一定的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，能够以电站锅炉氨煤燃烧为主体实现多种储能方式的耦合，并且减少了工业系统的碳排放。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，包括深冷空分装置、电解水装置、氨气发生器、氨气贮存罐、氧气贮存罐、气体混合器、光热集热塔、熔盐储能换热器、磨煤机、第一风机、空气预热器、锅炉本体，以及在锅炉本体自下而上布置的着火区、混燃区和燃尽区；着火区设置有第一煤粉喷口，混燃区设置有氨气喷口和第二煤粉喷口，燃尽区设置有燃尽风喷口，空气预热器布置在锅炉本体的尾部烟道内；

4、深冷空分装置的n2出口和电解水装置的h2出口均接入氨气发生器的入口，氨气发生器的出口接入氨气贮存罐；氨气贮存罐的氨气出口通过熔盐储能换热器接入氨气喷口；深冷空分装置的o2出口和电解水装置的o2出口均接入氧气贮存罐的入口，氧气贮存罐的出口接入气体混合器的入口，气体混合器的出口通过第一风机接入空气预热器的入口，空气预热器的出口接入熔盐储能换热器的入口；

5、光热集热塔收集的热量由熔盐循环的方式带入熔盐储能换热器进行储存，熔盐储能换热器同时接入热风、锅炉给水和氨气，磨煤机的出口分别接入第一煤粉喷口和第二煤粉喷口。

6、本发明进一步的改进在于，还包括除尘器、第二风机和烟囱，锅炉本体的尾部烟道依次通过除尘器和第二风机连通至烟囱。

7、本发明进一步的改进在于，尾部烟气分别经过烟气除尘器和第二风机后通过烟囱排空。

8、本发明进一步的改进在于，氧气与空气在气体混合器中进行混合。

9、本发明进一步的改进在于，气体混合器排出的混合气体经过第一风机按次序送入空气预热器和熔盐储能换热器进行梯级预热，最终通入锅炉进行燃烧。

10、本发明进一步的改进在于，该系统采用新能源供电，当新能源发电过剩时，利用新能源多发电量为电解水装置供电，产生的氧气在氧气贮存罐中进行贮存；而深冷空分装置制备的氧气也在氧气贮存罐中进行贮存。

11、本发明进一步的改进在于，氮气与氢气均通入氨气发生器，两种气体在催化剂的作用下合成氨气，合成后的氨气通入氨气贮存罐中进行贮存。

12、本发明进一步的改进在于，氨气喷口形式上布置在第一煤粉喷口和第二煤粉喷口中间，通过富氧煤粉燃烧助燃氨气。

13、本发明进一步的改进在于，光热集热塔将分布式的太阳能光热进行汇集，并通过熔盐循环装置贮存在熔盐储能换热器中。

14、本发明至少具有如下有益的技术效果：

15、本发明所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，将氨储能装置、熔盐储能装置、电站锅炉氨煤燃烧系统和光热集热塔等系统进行耦合，通过能源和物质的交换不仅实现了电站锅炉中的氨煤混燃，还实现了不同储能装置之间的协同交互。该能源综合利用系统不仅实现了安全稳定的储能，还将新能源发电与火力燃煤发电技术相结合，优化了我国的能源供给结构，减少了碳排放，最终提高了能源系统的效率。

16、该发明的优势在于以下几点：

17、(1)利用氨储能和熔盐储能两种储能系统将新能源发电与电站锅炉燃煤发电相结合，提高了能量使用效率，同时减少了碳排放。

18、(2)利用熔盐储能系统预热和富氧气体助燃等方式实现了锅炉内的氨煤高效混燃，推动了能源结构转型。

19、(3)利用光热集热塔和熔盐储能换热器相结合，收集了分散的太阳能光热，并利用这部分热量预热了省煤器后锅炉给水、锅炉热风和氨气，强化了锅炉内的氨煤混燃，提高了锅炉效率。

20、(4)该工业系统可生产出n2、o2、nh3、热能、电能和蒸汽等多种化工产品，不仅提高了能源系统的利用效率，还实现了化工多联产。

21、(5)该工业系统通过耦合氨储能装置、熔盐储能装置和电站锅炉工业装置形成了一种新型的能源综合利用系统，不仅提高了传统电站锅炉的燃烧效率，还实现了长期安全稳定的储能。

技术特征：

1.一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，包括深冷空分装置(1)、电解水装置(2)、氨气发生器(3)、氨气贮存罐(4)、氧气贮存罐(5)、气体混合器(6)、光热集热塔(7)、熔盐储能换热器(8)、磨煤机(9)、第一风机(14)、空气预热器(15)、锅炉本体(19)，以及在锅炉本体(19)自下而上布置的着火区、混燃区和燃尽区；着火区设置有第一煤粉喷口(10)，混燃区设置有氨气喷口(11)和第二煤粉喷口(12)，燃尽区设置有燃尽风喷口(13)，空气预热器(15)布置在锅炉本体(19)的尾部烟道内；

2.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，还包括除尘器(16)、第二风机(17)和烟囱(18)，锅炉本体(19)的尾部烟道依次通过除尘器(16)和第二风机(17)连通至烟囱(18)。

3.根据权利要求2所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，尾部烟气分别经过烟气除尘器(16)和第二风机(17)后通过烟囱(18)排空。

4.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，氧气与空气在气体混合器(6)中进行混合。

5.根据权利要求4所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，气体混合器(6)排出的混合气体经过第一风机(14)按次序送入空气预热器(15)和熔盐储能换热器(8)进行梯级预热，最终通入锅炉进行燃烧。

6.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，该系统采用新能源供电，当新能源发电过剩时，利用新能源多发电量为电解水装置(2)供电，产生的氧气在氧气贮存罐(5)中进行贮存；而深冷空分装置(1)制备的氧气也在氧气贮存罐(5)中进行贮存。

7.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，氮气与氢气均通入氨气发生器(3)，两种气体在催化剂的作用下合成氨气，合成后的氨气通入氨气贮存罐(4)中进行贮存。

8.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，氨气喷口(11)形式上布置在第一煤粉喷口(10)和第二煤粉喷口(12)中间，通过富氧煤粉燃烧助燃氨气。

9.根据权利要求1所述的一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，其特征在于，光热集热塔(7)将分布式的太阳能光热进行汇集，并通过熔盐循环装置贮存在熔盐储能换热器(8)中。

技术总结本发明公开了一种光热耦合电站锅炉氨煤混燃的能源综合利用系统，包括深冷空分装置、电解水装置和氨气发生器等；深冷空分装置的N<subgt;2</subgt;出口和电解水装置的H<subgt;2</subgt;出口均接入氨气发生器的入口，氨气发生器的出口接入氨气贮存罐；氨气贮存罐的氨气出口通过熔盐储能换热器接入氨气喷口；深冷空分装置的O<subgt;2</subgt;出口和电解水装置的O<subgt;2</subgt;出口均接入氧气贮存罐的入口，氧气贮存罐的出口接入气体混合器的入口，气体混合器的出口通过第一风机接入空气预热器的入口，空气预热器的出口接入熔盐储能换热器的入口；光热集热塔收集的热量由熔盐循环的方式带入熔盐储能换热器进行储存，熔盐储能换热器同时接入热风、锅炉给水和氨气，磨煤机的出口分别接入第一煤粉喷口和第二煤粉喷口。本发明能够以电站锅炉氨煤燃烧为主体实现多种储能方式的耦合，并且减少了工业系统的碳排放。技术研发人员：王超伟,柳宏刚,胡自坤,周凌宇,王志刚,周平受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29