[發明專利]一種以鎂為燃料的發電系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202011297083.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112282878A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 白文剛;張旭偉;喬永強;張一帆;楊玉;顧正萌;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F01D15/10;C25C3/04;C25C7/06;F22B33/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種以鎂為燃料的發電系統及其工作方法，該系統包括鎂燃料電解制備子系統、鎂燃燒與燃燒產物收集子系統和蒸汽朗肯循環發電子系統；本發明通過將基于鎂燃料儲能、鎂燃燒發電、蒸汽朗肯循環和氧化鎂電解再生等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現永久儲存、燃料循環再生無消耗、可便于開展全球能源貿易等優點。

技術領域

本發明屬于綠色循環發電和先進儲能技術領域，具體涉及一種以鎂為燃料的發電系統及其工作方法。

背景技術

隨著全球大氣污染和氣候變暖形勢的日趨嚴峻，傳統的以化石能源為主的發電系統將面臨前所未有的壓力和挑戰。從世界范圍來看，各國都在努力提高自身電力結構中可再生能源發電的比例。未來，世界能源領域的發展趨勢必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的間歇性、不穩定性和不確定性等特點，嚴重阻礙了可再生能源發電的發展。未來要實現可再生能源替代化石能源，必須依賴大規模和長周期儲能技術的發展和支撐。

目前，儲能技術領域的研究十分活躍，各種儲能技術迅猛發展，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鋰電池儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能、儲氫等。然而，現有的儲能技術難以同時滿足儲能密度大、可移動性、自耗損失小和全球能源貿易的要求。因此，需要開發一種新的儲能技術，從而使可再生能源發電在全世界范圍內向更深、更廣方向發展。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種以鎂為燃料的發電系統及其工作方法，該系統將基于鎂燃料儲能、鎂燃燒發電、蒸汽朗肯循環和氧化鎂電解再生等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現永久儲存、燃料循環再生無消耗、可便于開展全球能源貿易等優點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種以鎂為燃料的發電系統，包括鎂燃料電解制備子系統、鎂燃燒與燃燒產物收集子系統和蒸汽朗肯循環發電子系統；

所述鎂燃料電解制備子系統包括氧化鎂電解裝置1、電網中富余的可再生能源電力供應2、冷卻器3和鎂粉儲罐4；氧化鎂電解裝置1的電解液進口與MgO物料進口相連接，氧化鎂電解裝置1的助熔劑進口與助熔劑輸送管路相連接，氧化鎂電解裝置1的電源與電網中富余的可再生能源電力供應2相連接，氧化鎂電解裝置1的陰極連通冷卻器3的熱側進口，冷卻器3的熱側出口與鎂粉儲罐4的燃料進口相連接；

所述鎂燃燒與燃燒產物收集子系統包括與鎂燃料電解制備子系統的鎂粉儲罐4依次連接的鎂粉燃燒器5、鍋爐6、旋風分離器7、換熱器8、除塵器9和煙囪10；鎂粉和空氣經鎂粉燃燒器5混和后進入鍋爐6中燃燒，燃燒反應方程式為2Mg+O2＝2MgO，燃燒反應放出大量熱量，一部分被鍋爐6四周受熱面內的做功工質吸收，另一部分熱量伴隨煙氣經旋風分離器7后進入換熱器8被工質吸收，鍋爐6的煙氣出口與旋風分離器7的物料進口相連通，煙氣中固體燃燒產物MgO經旋風分離器7分離后從底部予以收集，旋風分離器7的氣體出口與換熱器8的熱側入口相連通，換熱器8的熱側出口與除塵器9的進口相連通，除塵器9的煙氣出口與煙囪10的進口相連通，煙氣中剩余的少量微細MgO顆粒被除塵器9收集回收，煙氣最終經煙囪10排入大氣；

所述蒸汽朗肯循環發電子系統包括蒸汽輪機11、發電機12、冷凝器13和給水泵14；新補充的動力循環工質水與冷凝器13冷凝回收得到的凝結水混合后與給水泵14的工質進口相連接，給水泵14的工質出口與換熱器8的冷側進口相連接，換熱器8的冷側出口與鍋爐6的動力循環工質進口相連接，鍋爐6的動力循環工質出口與蒸汽輪機11的進口相連接，蒸汽輪機11的工質出口與冷凝器13的工質進口相連接，發電機12與蒸汽輪機11同軸連接；新補充的動力循環工質水與冷凝器13冷凝回收得到的凝結水混合后進入給水泵14升壓后進入換熱器8吸熱，吸熱升溫后的工質進入鍋爐6，在鍋爐6中繼續吸熱升溫后成為高溫過熱蒸汽，高溫過熱蒸汽在蒸汽輪機11中膨脹做功并帶動發電機12旋轉發電后進入冷凝器13。