[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

说明书

本发明公开了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，该锅炉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；该方法将超临界二氧化碳循环火力发电、可再生能源发电和基于氨燃料储能等进行有效地耦合，具有发电效率高、火力发电二氧化碳排放低、储能密度高、储能周期长和便于长距离运输等优点。

技术领域

本发明属于绿色低碳发电和先进储能技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着全球大气污染和气候变暖形势的日趋严峻，传统的以化石能源为主的发电系统将面临前所未有的压力和挑战。从世界范围来看，各国都在努力提高自身电力结构中可再生能源发电的比例。对于火力发电系统来讲，在“30达峰、60中和”的大背景下，如何积极应对碳达峰、碳中和目标，努力寻求一条适合自身发展的道路对于今后火力发电技术的长远发展具有重要意义。此外，可再生能源的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，严重阻碍了可再生能源的发展。未来可再生能源要实现大比例发展，作为关键环节的储能技术的作用举足轻重。因此，如果能够开发出一种新的技术，该技术不仅能实现火力发电的高效和低碳，而且能将电网中富余的可再生能源进行有效储存，可以想象，该技术必然具有广阔的应用前景，同时能够有效推动我国能源结构转型和能源革命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了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，该方法将超临界二氧化碳循环火力发电、可再生能源发电和基于氨燃料储能等进行有效地耦合，具有发电效率高、火力发电二氧化碳排放低、储能密度高、储能周期长和便于运输等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耦合氨燃料储能的超临界二氧化碳锅炉，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可由可再生能源供应，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。