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一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统及方法与流程

  • 国知局
  • 2024-08-01 01:39:47

本发明属于电站煤粉炉发电,特别涉及一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统及方法。

背景技术:

1、近年来,光伏发电和风力发电等新能源发电的装机容量大幅上升,新能源发电具有保护环境和减少化石能源消耗等优点。但是,在用电高峰期新能源发电受环境影响存在发电负荷不足的现象,而在用电低谷期新能源发电则是存在多发电量无处消纳的情况。目前,火力发电的发电量占总发电量占比仍超过60%,这说明接下来很长一段时间内火电依旧是主要发电形式。而由于新能源发电的装机容量的逐年上升,为了更好地配合新能源发电,这就要求发展燃煤电站锅炉深度调峰技术和可靠的储能技术。

2、现今常见的储能方式有压缩空气储能、蓄水储能和飞轮储能等。然而,这些储能方式存在建设周期长、投资大和储存能量运输不便等问题。

3、目前燃煤电站锅炉深度调峰常采用的技术手段为投油、投天然气和等离子助燃。投油和投天然气的手段无疑增大了油气资源的消耗,而等离子助燃的方式则会增大对锅炉炉膛的热冲击。此外,如今燃煤电站的煤源复杂且煤质较差,煤粉的挥发分含量较低,实现炉膛低负荷稳燃的难度较大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提供了一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统及方法。

2、本发明采用如下技术方案来实现的:

3、一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,包括氧化铝电解槽、冷凝器、铝颗粒贮存器、气体混合器、铝粉贮存器、铝-水发生器、氢气-水蒸气分离器、第一换热器、第二换热器、储水罐、第一氢气喷口、煤粉一次风喷口、第二氢气喷口、煤粉再燃区喷口、燃尽风喷口、省煤器和锅炉本体,以及在锅炉本体自下而上布置的着火区、再燃区和燃尽区;

4、第一氢气喷口、煤粉一次风喷口、第二氢气喷口、煤粉再燃区喷口和燃尽风喷口自下而上分别布置在炉膛的着火区、再燃区和燃尽区;省煤器布置在尾部烟道内;

5、氧化铝电解槽采用新能源发电量用于将氧化铝电解为铝燃料和氧气,铝燃料经过铝颗粒贮存器粉碎后进入铝粉贮存器,然后在铝-水发生器中铝粉燃料与汽轮机抽汽发生化学反应得到氢气-水蒸气混合物和氧化铝;氢气-水蒸气混合物在氢气-水蒸气分离器中进行分离,其中氢气作为助燃燃料在锅炉着火区通过第一氢气喷口和第二氢气喷口助燃煤粉燃料,水蒸气依次通过第一换热器和第二换热器后成为液态水,并收集在储水罐中;

6、铝-水发生器利用炉膛出口的高温烟气提供化学反应所需热量,然后再通入锅炉尾部竖直烟道中;

7、氧化铝电解槽电解产生的一部分氧气通过冷凝器和气体混合器制备富氧燃尽风,送入燃尽风喷口;

8、煤粉燃料作为再燃燃料通过煤粉再燃区喷口送入锅炉再燃区。

9、本发明进一步的改进在于,还包括烟气除尘器、风机和烟囱,尾部烟气分别经过烟气除尘器、风机和烟囱后排出。

10、本发明进一步的改进在于,氧化铝电解槽采用新能源发电量将氧化铝电解为铝燃料和氧气。

11、本发明进一步的改进在于,当新能源发电负荷不足时,新能源发电和电站燃煤发电均为电网供电。

12、本发明进一步的改进在于,当新能源发电负荷过剩时,维持电站燃煤锅炉处于低负荷稳燃状态。

13、本发明进一步的改进在于,煤粉一次风喷口布置在两个氢气喷口之间,使得氢气燃烧能够更好地助燃煤粉燃料。

14、本发明进一步的改进在于,氧化铝电解槽电解产生的另一部分氧气作为化工产品收集。

15、本发明进一步的改进在于,氢气-水蒸气分离器中分离所得的水蒸气携带大量热能,分别在第一换热器和第二换热器中对富氧燃尽风和省煤器出口的锅炉给水进行预热。

16、一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的方法,包括:

17、当新能源发电负荷不足时,新能源发电和电站燃煤发电均为电网供电;

18、当新能源发电负荷过剩时,需要维持电站燃煤锅炉处于低负荷稳燃状态;

19、利用过剩的新能源发电量在氧化铝电解槽中将氧化铝电解生成铝燃料和氧气,其中铝燃料先贮存在铝颗粒贮存器中,在需要进行铝水反应制备氢气时,铝颗粒通过粉碎等工艺制备为铝粉,进入铝粉贮存器;而电解氧化铝产生的氧气,一部分与空气混合制备富氧燃尽风,而剩余部分则是作为化工产品进行收集;

20、冷凝器中收集的水收集在储水罐中;

21、铝粉与汽轮机抽汽在铝-水发生器中发生化学反应制备氢气,利用炉膛出口高温烟气提供反应所需的热量,而换热后的高温烟气再回到锅炉竖直烟道内,提高scr入口前的烟气温度;铝-水发生器出口氢气和水蒸气混合物先经过氢气-水蒸气分离器进行分离,其中氢气分别通过第一氢气喷口和第二氢气喷口送入锅炉着火区助燃煤粉燃料,而水蒸气则分别通过第一换热器和第二换热器为富氧燃尽风和省煤器出口锅炉给水进行梯级预热,最后进入储水罐;

22、煤粉燃料通过煤粉再燃区喷口送入锅炉再燃区,通过燃料再燃的方式降低燃烧时的nox生成量;富氧燃尽风通过燃尽风喷口送入锅炉燃尽区,通过富氧气体和预热两种方式提高锅炉的燃烧效率。

23、本发明进一步的改进在于,还包括:锅炉尾部烟气分别经过烟气除尘器、风机和烟囱后排空。

24、本发明至少具有如下有益的技术效果:

25、本发明提供的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,铝燃料与水反应制备的氢气是一种很好的气体燃料,可以在炉膛中有效助燃煤粉。此外,如今燃煤电站的煤源复杂且煤质较差,煤粉的挥发分含量较低,实现炉膛低负荷稳燃的难度较大;而氢气则能很好的助燃低质煤,从而实现燃煤电站锅炉的深度调峰。

26、本发明提供的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的方法,铝燃料作为一种金属燃料,具有地壳中分布广、化学性质较为稳定和储运安全便捷等特点。金属铝可以与co2、空气和水等发生化学反应,其中铝与水反应可以就地生产氢气且释放大量热量,氢气是一种优质的燃料并且该化学反应没有碳排放。因此,金属铝燃料可作为一种优质的储能材料。

27、综上,本发明采用的是铝燃料,铝燃料是一种优质的储能材料,其来源较广且方便运输。铝燃料与水反应可生成氢气并释放大量热量,氢气作为一种优质气体燃料可在炉膛内有效助燃低质煤从而实现电站燃煤锅炉的低负荷稳燃。并且,燃煤电站也可为铝-水反应器提供热量和蒸汽等,二者的深度耦合可以提高工业生产的效率。本发明通过耦合燃煤电站锅炉和铝燃料储能系统,实现了新能源发电与火力发电的有机结合,稳定了电网供电负荷,优化了能源结构,并且减少了碳排放,提高了工业生产的效率。

技术特征:

1.一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,包括氧化铝电解槽(1)、冷凝器(2)、铝颗粒贮存器(3)、气体混合器(4)、铝粉贮存器(5)、铝-水发生器(6)、氢气-水蒸气分离器(7)、第一换热器(8)、第二换热器(9)、储水罐(10)、第一氢气喷口(11)、煤粉一次风喷口(12)、第二氢气喷口(13)、煤粉再燃区喷口(14)、燃尽风喷口(15)、省煤器(16)和锅炉本体(20),以及在锅炉本体(20)自下而上布置的着火区、再燃区和燃尽区;

2.根据权利要求1所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,还包括烟气除尘器(17)、风机(18)和烟囱(19),尾部烟气分别经过烟气除尘器(17)、风机(18)和烟囱(19)后排出。

3.根据权利要求1所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,氧化铝电解槽(1)采用新能源发电量将氧化铝电解为铝燃料和氧气。

4.根据权利要求3所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,当新能源发电负荷不足时,新能源发电和电站燃煤发电均为电网供电。

5.根据权利要求3所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,当新能源发电负荷过剩时,维持电站燃煤锅炉处于低负荷稳燃状态。

6.根据权利要求1所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,煤粉一次风喷口(12)布置在两个氢气喷口之间,使得氢气燃烧能够更好地助燃煤粉燃料。

7.根据权利要求1所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,氧化铝电解槽(1)电解产生的另一部分氧气作为化工产品收集。

8.根据权利要求1所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统,其特征在于,氢气-水蒸气分离器(7)中分离所得的水蒸气携带大量热能,分别在第一换热器(8)和第二换热器(9)中对富氧燃尽风和省煤器(16)出口的锅炉给水进行预热。

9.一种如权利要求1所述系统的铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的方法,其特征在于,包括:

10.根据权利要求9所述的一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的方法,其特征在于,还包括:锅炉尾部烟气分别经过烟气除尘器(17)、风机(18)和烟囱(19)后排空。

技术总结本发明公开了一种铝燃料储能耦合电站燃煤锅炉深度调峰的系统及方法,该系统包括氧化铝电解槽、冷凝器、铝颗粒贮存器、气体混合器、铝粉贮存器、铝‑水发生器、氢气‑水蒸气分离器、第一换热器、第二换热器、储水罐、第一氢气喷口、煤粉一次风喷口、第二氢气喷口、煤粉再燃区喷口、燃尽风喷口、省煤器和锅炉本体等;该方法包括:当新能源发电负荷不足时,新能源发电和电站燃煤发电均为电网供电;当新能源发电负荷过剩时,需要维持电站燃煤锅炉处于低负荷稳燃状态;利用过剩的新能源发电量在氧化铝电解槽中将氧化铝电解生成铝燃料和氧气;铝粉与汽轮机抽汽在铝‑水发生器中发生化学反应制备氢气,利用炉膛出口高温烟气提供反应所需的热量,而换热后的高温烟气再回到锅炉竖直烟道内,提高SCR入口前的烟气温度;铝‑水发生器出口氢气和水蒸气混合物先经过氢气‑水蒸气分离器进行分离,其中氢气送入锅炉着火区助燃煤粉燃料,而水蒸气则分别通过换热器为富氧燃尽风和省煤器出口锅炉给水进行梯级预热;煤粉燃料通过煤粉再燃区喷口送入锅炉再燃区,通过燃料再燃的方式降低燃烧时的NO<subgt;x</subgt;生成量;富氧燃尽风通过燃尽风喷口送入锅炉燃尽区,通过富氧气体和预热两种方式提高锅炉的燃烧效率。本发明通过耦合燃煤电站锅炉和铝燃料储能系统,实现了新能源发电与火力发电的有机结合,稳定了电网供电负荷,优化了我国能源结构。技术研发人员:王超伟,柳宏刚,杨高波,周平,王志刚,胡自坤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:2024/6/11

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