[发明专利]一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉及其工作方法

权利要求书

1.一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉，其特征在于：包括超临界二氧化碳锅炉子系统和基于氨燃料储能子系统；

所述超临界二氧化碳锅炉子系统包括一次气气冷壁(1)、燃烧器(2)、低温过热器(3)、高温过热器(4)、二次气气冷壁(5)、低温再热器(6)、高温再热器(7)、烟气冷却器(8)、SCR脱硝装置(9)和空气预热器(10)；

超临界二氧化碳锅炉的一次气气冷壁(1)中的工质流动方向为向下流动，锅炉工质入口通过一次气气冷壁(1)进口连通一次气气冷壁(1)，一次气气冷壁(1)出口连通低温过热器(3)的入口，低温过热器(3)的工质出口与高温过热器(4)的入口相连通，高温过热器(4)的工质出口连接高压透平对外做功，完成做功后的高压透平排气连通二次气气冷壁(5)的入口，二次气气冷壁(5)的工质出口连通低温再热器(6)的入口，低温再热器(6)的工质出口与高温再热器(7)的入口相连通，高温再热器(7)的出口工质进入低压透平对外做功；所述烟气冷却器(8)、SCR脱硝装置(9)和空气预热器(10)依次布置在低温过热器(3)和低温再热器(6)下游，烟气冷却器(8)的进口工质与超临界二氧化碳循环火力发电系统中低温回热器冷侧出口分流相连通；

所述基于氨燃料储能子系统包括空气分离装置(11)、电解水装置(12)、合成氨装置(13)、运输罐车(14)和液氨储罐(15)；空气分离装置(11)的进口与外部空气供应系统相连接，在空气分离装置(11)中，空气经分离产生氮气和氧气，氧气通过收集后用作他用，空气分离装置(11)的氮气出口与合成氨装置(13)的氮气入口相连接，电解水装置(12)的物料进口与外部水供应系统相连接，在电解水装置(12)中，水经电解反应产生氢气和氧气，电解所需的电力由电网中富余的可再生能源电力供应，产生的氧气通过收集后用作他用，电解水装置(12)的氢气出口与合成氨装置(13)的氢气入口相连接，在合成氨装置(13)中发生氨合成反应，氮气和氢气通过化学反应产生氨气，合成氨装置(13)中氨合成反应所需的热量由可再生能源供应，合成氨装置(13)的氨气出口通过运输罐车(14)运输到超临界二氧化碳循环火力发电厂，并储存在电厂的液氨储罐(15)中，液氨储罐(15)的出口分成两路，一路与超临界二氧化碳锅炉的燃烧器(2)相连通，另一路与超临界二氧化碳锅炉的SCR脱硝装置(9)的氨气进口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉，其特征在于：所述燃烧器(2)位于超临界二氧化碳锅炉的一次气气冷壁(1)区域，燃烧器(2)中的燃料为煤粉与氨气的混合燃料。

3.根据权利要求1所述的一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉，其特征在于：所述低温过热器(3)与低温再热器(6)并排布置于锅炉尾部烟道。

4.根据权利要求1所述的一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉，其特征在于：额定工况下烟气冷却器(8)的出口烟温为320～390℃。

5.权利要求1至4任一项所述的耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉的工作方法，其特征在于：将电网中富余的可再生能源电力通过电解水制氢，制得的氢气与空气分离得到的氮气在合成氨装置(13)中通过氨合成反应产生氨气，合成氨装置(13)中氨合成反应所需的热量可由可再生能源供应，从而实现将可再生能源电力转化为氨燃料的化学能予以储能，基于氨燃料储能，由于氨气常温下液化压力低于氢气，易于大规模储存和运输，实现可再生能源的全球输运；超临界二氧化碳锅炉的燃烧器(2)中的燃料为煤粉和氨气混合燃料，通过混燃，一方面能够显著降低燃煤超临界二氧化碳锅炉的二氧化碳排放量，另一方面解决氨气单独燃烧火焰传播速度低带来的燃烧负面影响；此外，氨气还作为超临界二氧化碳锅炉的SCR脱硝装置(9)中NOx还原剂氨气的来源，解决燃煤锅炉SCR脱硝还原剂的供应问题。