[发明专利]一种掺氨燃烧的超临界二氧化碳锅炉系统和调节方法

说明书

本发明提供了一种掺氨燃烧的超临界二氧化碳锅炉系统和调节方法，涉及掺氨燃烧的超临界二氧化碳布雷顿循环发电领域，包括超临界二氧化碳锅炉、透平、回热器、冷却器、主压缩机、液氨汽化器、液氨储罐和液氨泵；通过将锅炉掺氨燃烧与超临界二氧化碳布雷顿循环的特点相结合，即将掺氨燃烧所需液氨进行汽化的能量需求与超临界二氧化碳布雷顿循环中的冷端冷却要求相结合。由于对液氨的汽化采用循环的冷端冷却要求来实现，因此液氨的汽化对超临界二氧化碳布雷顿循环几乎没有影响。这样不仅实现了零能耗掺氨燃烧，而且确保了掺氨燃烧对原有超临界二氧化碳布雷顿循环的影响近乎为零，最终可同时实现对能量的高效利用和二氧化碳的显著减排。

技术领域

本发明属于掺氨燃烧的超临界二氧化碳布雷顿循环发电领域，尤其涉及一种掺氨燃烧的超临界二氧化碳锅炉系统和调节方法。

背景技术

氨(NH₃)是一种零碳化合物，燃烧后的产物是水和氮，而氮气是大气的主要成分之一。同时，氨也是一种有发展前景的清洁能源载体和储存介质，是解决氢能储运的重要手段之一。

氢能尤其绿氢前景广阔，但氢储运一直是氢能高效利用面临的卡脖子难题。氨作为高效储氢介质，具有高能量密度、易液化储运、安全性高和无碳排放等优势，并且全球八成以上的氨用于生产化肥，有着完备的贸易和运输体系。因此，将可再生能源生产的氢转换为氨进行运输，能够极大地解决氢能运输瓶颈，降低用能成本，提高氢能利用的综合效率。锅炉的掺氨燃烧，是将氨和化石燃料按比例混合，作为锅炉燃料，既可实现燃料的稳定燃烧，又可达到低碳排放。

与传统水工质朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环在500～700℃时具有循环热效率高，能量密度大，系统简单紧凑，安全性好，不需要设置除氧、除盐、排污及疏放水设施等优势，可以在提升系统热功转换效率的同时降低投入成本。因此，开发掺氨燃烧的超临界二氧化碳先进动力循环技术对降低碳排放以及实现化石燃料的高效清洁利用均具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺氨燃烧的超临界二氧化碳锅炉系统和调节方法，可实现零能耗将液氨汽化为氨气并进行燃烧利用，从而同时达到减碳和动力循环高效利用的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种掺氨燃烧的超临界二氧化碳锅炉系统，包括超临界二氧化碳锅炉、透平、回热器、冷却器、主压缩机、液氨汽化器、液氨储罐和液氨泵；

所述超临界二氧化碳锅炉的出口与所述透平的入口连接，所述透平的出口与所述回热器的低压侧入口连接，所述回热器的低压侧出口与所述冷却器的放热侧入口连接，所述冷却器的放热侧出口与所述液氨汽化器的高温侧入口连接，所述液氨汽化器的高温侧出口与所述主压缩机的入口连接，所述主压缩机的出口与所述回热器的高压侧入口连接，所述回热器的高压侧出口与所述超临界二氧化碳锅炉的入口连接，所述液氨储罐的出口与所述液氨泵的入口连接，所述液氨泵的出口与所述液氨汽化器的低温测入口连接，所述液氨汽化器的低温测出口与所述超临界二氧化碳锅炉连接。

进一步地，还包括再压缩机，所述再压缩机的入口与所述回热器的低压侧出口连接，所述再压缩机的出口与所述回热器的高压侧入口连接。

进一步地，所述回热器包括高温回热器和低温回热器，所述透平的出口与所述高温回热器的低压侧入口连接，所述高温回热器的低压侧出口与所述低温回热器的低压侧入口连接，所述低温回热器的低压侧出口与所述冷却器的放热侧入口连接，所述主压缩机的出口与所述低温回热器的高压侧入口连接，所述低温回热器的高压侧出口与所述高温回热器的高压侧入口连接，所述高温回热器的高压侧出口与所述超临界二氧化碳锅炉的入口连接。

进一步地，还包括再压缩机，所述再压缩机的入口与所述低温回热器的低压侧出口连接，所述再压缩机的出口与所述高温回热器的高压侧入口连接，或者说所述再压缩机的出口连接至所述低温回热器高压侧出口，然后再连接至所述高温回热器的高压侧入口。