[發明專利]穩燃調峰系統及穩燃調峰方法

有效

• 申請號: 202210280955.1
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114623431B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 肖剛;祝培旺
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F22B33/18
• 分類號: F22B33/18;F28D20/00;F01D15/10;F01K11/02;F01K17/06;B01D53/26;C01B3/06
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明提供一種基于熱化學循環反應的穩燃調峰系統以及方法。利用熱化學循環反應進行儲/放熱，儲熱密度高，放熱均勻且能源利用率高。該基于熱化學循環反應的穩燃調峰系統包括鍋爐、汽輪機、發電機、蒸汽發生器、儲熱裝置、冷凝器、供水機和儲氫裝置。其中，儲熱裝置具備供水入口、氧氣出口、氫氣出口；供水機的供水出口與儲熱裝置的供水入口相連；儲熱裝置的氧氣出口與鍋爐相連；蒸汽發生器的一次側進口與儲熱裝置的氫氣出口相連；蒸汽發生器的一次側出口與儲氫裝置相連；儲熱裝置包括與供水入口流入的供水接觸的固態儲熱模塊、以及加熱固態儲熱模塊的電加熱器。

技術領域

本發明涉及火電廠調峰技術領域，具體涉及一種基于熱化學循環反應的穩燃調峰系統及穩燃調峰方法。

背景技術

根據中國電力企業聯合會預測，2030年火電裝機容量占總裝機容量的51％，2050年進一步下降到38％。與此相對應的是，新能源裝機占比將達到33％。而隨著電力需求增速放緩，可再生能源裝機容量迅速增長，使得電網高峰與低谷負荷的峰谷差最多超過一倍，給電網的調度帶來了極大的困難。與新能源等電源相比，火電具有較好的調峰性能，讓其參與深度調峰是當前電源供給側改革的有效途徑，也是提高企業生命周期的必要選擇。

目前，火力發電廠一般情況下穩定運行的最低負荷為50％。當負荷逐步下降時，首先，會造成脫硝裝置入口煙氣溫度過低，導致脫硝裝置無法工作，出現污染物排放不達標的問題；在此基礎上繼續降低負荷時，由于燃燒物(煤粉、油等)的流量的進一步減小，會導致在鍋爐中混合不均，鍋爐無法穩定燃燒的問題；如果還要降低負荷，最終會使得鍋爐內局部溫度過低而導致熄火和黑爐的嚴重安全問題。

在保證污染物排放指標和低負荷穩定燃燒的情況下，為了響應電網的調度，火力發電廠常用電加熱的深度調峰系統，通過超出電網需求的部分電能轉化為熱能進行儲存。具體而言，將部分電能通過電加熱水儲能、電固體蓄熱鍋爐等調峰系統轉化為顯熱進行儲能，能有效降低火電機組的上網功率，實現深度調峰。

但這些調峰系統大多采用顯熱儲能材料，顯熱儲能的儲能密度普遍較低，調峰系統占地較大，并且，顯熱儲能的儲/放熱溫度變化大，后續放熱時無法提供穩定的熱能，難以再利用，另外，將能量單純以熱量的形式存儲，大量熱量在存儲時逸散，造成調峰系統的整體能源浪費。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于熱化學循環反應的穩燃調峰系統以及穩燃調峰方法。利用熱化學循環反應進行儲/放熱，儲熱密度高，放熱均勻且能源利用率高。

本發明第一方面提供了一種基于熱化學循環反應的穩燃調峰系統，包括鍋爐、汽輪機、發電機、蒸汽發生器、儲熱裝置、冷凝器、供水機和儲氫裝置。

其中，儲熱裝置具備供水入口、氧氣出口、氫氣出口；供水機的供水出口與儲熱裝置的供水入口相連；儲熱裝置的氧氣出口與鍋爐相連；蒸汽發生器的一次側進口與儲熱裝置的氫氣出口相連；蒸汽發生器的一次側出口與儲氫裝置相連；儲熱裝置包括與供水入口流入的供水接觸的固態儲熱模塊、以及加熱固態儲熱模塊的電加熱器。

根據該技術方案，當電網調度要求需要火力發電廠降低負荷時，為了保證鍋爐的低負荷穩定燃燒，火力發電廠的發電循環中產生的電能大于電網所需要的電能，利用電加熱器將多余的電能轉換為熱能，并通過加熱固態儲熱模塊進行儲能來減少上網功率，從而降低鍋爐負荷過低而導致的安全與環境風險。

并且，本發明提供的穩燃調峰系統是基于熱化學循環反應的，即固態儲熱模塊的儲熱材料通過熱化學循環反應進行儲/放熱，具體地，本發明提供的固態儲熱模塊的儲熱材料能夠發生氧化還原反應，反應式如下：

還原反應(儲熱)：M_xO_y+z+△H＝＝M_xO_y+z/2*O₂