一种SOFC耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统及方法与流程

本发明属于新能源发电，具体涉及一种sofc(solid oxide fuel cell，固体氧化物燃料电池)耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统及方法。

背景技术：

1、新能源发电的装机容量得到了迅速提高，然而新能源发电由于其受环境影响较大，因此目前出现了大量的“弃风弃光”现象，这不仅是一种资源的浪费，同时延长了新能源投资的资金回报周期。因此，为了提高能源利用效率，这就需要发展一种长期高效的储能形式。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。目前在燃煤电站中常用氨气与煤在锅炉内进行混燃，但是氨气存在着火困难和层流火焰速度低等问题，并且氨煤混燃尚存在氨逃逸的问题，会增大燃烧过程中的nox生成量，因此在电站锅炉中进行氨煤混燃存在一定的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统及方法，能够实现sofc与电站锅炉深度调峰技术相结合，不仅提高了能源的利用效率，还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sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，包括深冷空分装置、电解水装置、氨气发生器、氨气贮存罐、固体氧化物燃料电池、氧气贮存罐、气体混合器、冷凝器、磨煤机、空气预热器、除尘器、风机、co2贮存罐、锅炉本体，在锅炉本体自下而上布置的着火区、主燃区和燃尽区，以及分别布置在着火区、主燃区和燃尽区的一次风喷口、二次风喷口和燃尽风喷口；

4、深冷空分装置的n2出口连接至氨气发生器的n2进口，深冷空分装置的o2出口连接至氧气贮存罐的第一入口，电解水装置的h2出口连接至氨气发生器的h2进口，电解水装置的o2出口连接至氧气贮存罐的第二入口，氨气发生器的nh3出口连接至氨气贮存罐的进口，氨气贮存罐的出口连接至固体氧化物燃料电池的nh3进口，氧气贮存罐的出口分为两路，一路连接至固体氧化物燃料电池的o2进口，另一路连接至气体混合器的o2进口，固体氧化物燃料电池的o2出口连接至氧气贮存罐的第三入口，固体氧化物燃料电池的nh3/h2/n2/水蒸气混合气体出口连接至冷凝器的进口，冷凝器的nh3/h2/n2出口连接至氨气发生器的nh3/h2/n2进口；

5、空气预热器设置在锅炉本体的竖直尾部烟道内，空气预热器的出口依次通过除尘器和风机连接至co2贮存罐的进口，co2贮存罐的出口连接至气体混合器的co2进口，气体混合器的第一出口通过磨煤机连接至一次风喷口，第二出口连接至二次风喷口，第三出口连接至燃尽风喷口。

6、本发明进一步的改进在于，电解水装置采用新能源发电来供电。

7、本发明进一步的改进在于，深冷空分装置中多余的n2用于化工。

8、本发明进一步的改进在于，氨气贮存罐中多余的nh3用于化工。

9、本发明进一步的改进在于，nh3/h2/n2/水蒸气混合气体通过冷凝器将水收集到储水器中。

10、本发明进一步的改进在于，co2贮存罐中多余的co2用于化工。

11、本发明进一步的改进在于，氧气贮存罐中多余的o2用于化工。

12、本发明进一步的改进在于，co2贮存罐与氧气贮存罐分别提供co2和o2通入气体混合器中，能够制备出o2浓度不同的o2/co2混合气体。

13、本发明进一步的改进在于，利用锅炉本体的炉膛出口高温烟气为固体氧化物燃料电池提供反应所需热量，预热后的烟气再返回锅炉本体的竖直尾部烟道内。

14、一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放方法，该方法基于所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，包括：

15、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；

16、氨气贮存罐和氧气贮存罐出口分别为固体氧化物燃料电池提供阳极和阴极的材料；当需要快速升负荷时，利用固体氧化物燃料电池发电提供发电负荷，在此期间锅炉同时提升负荷；

17、利用锅炉炉膛出口的高温烟气为固体氧化物燃料电池提供热量，保证其反应的高效，预热后的烟气则返回到锅炉本体的竖直尾部烟道内；

18、固体氧化物燃料电池出口未反应的氧气返回通入氧气贮存罐中，而出口处的nh3/h2/n2/水蒸气混合气体则是先通过冷凝器将水收集到储水器中，然后通入氨气发生器制备氨气；

19、锅炉o2/co2燃烧得到co2占比很高的尾部烟气，尾部烟气经过除尘器和风机后，收集并贮存在co2贮存罐中；

20、co2贮存罐和氧气贮存罐分别为气体混合器提供co2和o2，形成不同浓度的o2/co2混合气体，在锅炉中强化煤粉燃料的燃烧过程。

21、本发明至少具有如下有益的技术效果：

22、本发明所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统及方法，将氨储能装置、新能源发电装置、sofc和电站锅炉发电多种工业设备相耦合，并在电站锅炉中采用o2/co2燃烧，最终形成了一套兼顾发电与储能的工业系统。此举不仅实现了工业系统的零碳排放，还提高了工业生产和能源利用的效率，并且该工业系统同时生产o2、nh3、电力和蒸汽等多种化工产品，最终实现了能源系统的化工多联产。概括来说，本发明的优势在于以下几点：

23、(1)利用sofc处理氨燃料从而发电，不仅提高了能量转化的效率，还避免了碳排放。

24、(2)锅炉中o2/co2燃烧有利于后续的碳捕集与碳封存，耦合sofc与新能源发电，使得该工业系统零碳排放。

25、(3)在电网有需求时，sofc发电可以快速升高发电负荷，使得电站锅炉避免由于快速升负荷带来的热冲击。

26、(4)利用锅炉燃烧产生的高温烟气为sofc发电提供热量，可提高sofc的发电效率。

27、(5)该工业系统可生产出h2、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。

技术特征：

1.一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，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)、固体氧化物燃料电池(5)、氧气贮存罐(6)、气体混合器(7)、冷凝器(8)、磨煤机(10)、空气预热器(14)、除尘器(15)、风机(16)、co2贮存罐(17)、锅炉本体(18)，在锅炉本体(18)自下而上布置的着火区、主燃区和燃尽区，以及分别布置在着火区、主燃区和燃尽区的一次风喷口(11)、二次风喷口(12)和燃尽风喷口(13)；

2.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，电解水装置(2)采用新能源发电来供电。

3.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，深冷空分装置(1)中多余的n2用于化工。

4.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，氨气贮存罐(4)中多余的nh3用于化工。

5.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，nh3/h2/n2/水蒸气混合气体通过冷凝器(8)将水收集到储水器(9)中。

6.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，co2贮存罐(17)中多余的co2用于化工。

7.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，氧气贮存罐(6)中多余的o2用于化工。

8.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，co2贮存罐(17)与氧气贮存罐(6)分别提供co2和o2通入气体混合器(7)中，能够制备出o2浓度不同的o2/co2混合气体。

9.根据权利要求1所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，其特征在于，利用锅炉本体(18)的炉膛出口高温烟气为固体氧化物燃料电池(5)提供反应所需热量，预热后的烟气再返回锅炉本体(18)的竖直尾部烟道内。

10.一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任一项所述的一种sofc耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统，包括：

技术总结本发明一种SOFC耦合电站锅炉调峰的零碳排放系统及方法，该系统包括深冷空分装置、电解水装置和氨气发生器等；该方法包括：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；利用锅炉炉膛出口的高温烟气为固体氧化物燃料电池提供热量；固体氧化物燃料电池出口处的NH<subgt;3</subgt;/H<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;/水蒸气混合气体则是先通过冷凝器将水收集到储水器中，然后通入氨气发生器制备氨气；锅炉O<subgt;2</subgt;/CO<subgt;2</subgt;燃烧得到CO<subgt;2</subgt;占比很高的尾部烟气，尾部烟气经过除尘器和风机后，收集并贮存在CO<subgt;2</subgt;贮存罐中；CO<subgt;2</subgt;贮存罐和氧气贮存罐分别为气体混合器提供CO<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;，形成不同浓度的O<subgt;2</subgt;/CO<subgt;2</subgt;混合气体，在锅炉中强化煤粉燃料的燃烧过程。本发明提高了能源的利用效率，还减少了工业系统的碳排放。技术研发人员：王超伟,柳宏刚,王志刚,周平,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：2024/6/23