耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的方法及系统与流程

1.本发明属于能源技术与环境保护技术交叉领域，尤其涉及一种耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的方法及系统。


背景技术：

2.我国正加速构建一个清洁、低碳、高效、多元能源消费结构，在今后越来越高比例的间歇性电源介入电网的情况下，电力系统对调节电源容量的需求更是非常巨大。大力发展安全可靠，并具有低碳高效的具备深度灵活调节特性的电源势在必行，这也是火电今后必须而且应该有能力承担的历史性责任。
3.根据能量存储形式的不同，储能技术可以分为：机械储能、化学储能、电磁储能和蓄热储能。目前，多数储能技术尚处于研究阶段或示范阶段，只有压缩空气储能、抽水蓄能和电池储能技术比较成熟。其中，压缩空气储能和抽水蓄能可以实现大规模的能量存储(100mw及以上)，但能量存储密度都比较低，需要较大的存储空间，地理条件的限制阻碍了他们的广泛应用。电池储能具有较高的能量存储密度，且不受地理位置的限制，但电池储能的存储容量较低，生产成本较高，电池生产与报废过程中引起的环境污染问题尚无有效的解决措施。为了解决上述储能技术存在的局限性，近年来许多学者提出了各种新颖的储能概念(如热化学储能)，以实现较高的成本效益、地理不受限制和环境友好。相比于其他储能技术，热化学储能应用范围非常广泛。热化学储能既可以用于建筑的供暖和制冷，也可以与热力发电厂集成用于发电。此外，热化学储能系统还可以与其他储能系统(如压缩空气储能系统、液态空气储能系统)耦合，以提高系统的整体效率、平滑电厂发电装置的显著波动以及减少温室气体的排放。但热化学储能也存在能量转换效率低等问题。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的在于提供一种耦合液氧储能调峰的流化床锅炉高氧浓度燃烧的方法及系统，发挥高氧浓度燃烧技术在处理固体废弃物、煤矸石等难燃燃料中的优势，同时结合液氧储能技术扩展电厂的边界出力，实现火力机组的灵活调峰。
5.技术方案：本发明的耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的方法，其特征在于：包括如下步骤：
6.步骤一：空气分离子系统生成的液态氧气进入到液氧储罐内进行存储；储罐内的液态氧气经过增压泵提高压力后依次进入温差发电子系统的液氧蒸发器、氧气透平和氧气换热器，生成满足燃烧要求的气态氧气，并通过氧气透平产生一定的电力；
7.步骤二：氧气换热器出口的气态氧气分为两路，一路与循环烟气按一定比例混合后作为一次风进入流化床锅炉，另一路气态氧气与空气按一定比例混合后作为二次风进入流化床锅炉；燃料在流化床锅炉中与一次风、二次风共同组织燃烧；
8.步骤三：燃料燃烧生成的烟气依次流经辐射换热器、对流换热器后分为两路，一路直接进入烟气净化处理子系统，另一路通过烟气循环风机增压后作为循环烟气与气态氧气
进行混合；流化床锅炉产生的高压蒸汽进入蒸汽轮机后，推动轮机做功并带动发电机产生电力；
9.步骤四：当外界电力需求降低后，流化床锅炉仍然保持较高负荷运行，产生的电力除对外输送外，多余电力用来供给空气分离子系统；生成的液氧部分用于燃料燃烧，剩余部分在液氧储罐进行存储；
10.步骤五：当外界电力需求增加后，空气分离子系统停止运行，流化床锅炉满负荷运行，此时机组所需要的高浓度氧气来自于液氧储罐，流化床锅炉生产的电力除少部分厂用电外，全部对外进行输送。
11.进一步地，步骤一中，所述空气分离子系统采用深冷空分装置或分子筛式空分装置。
12.进一步地，步骤二中，所述流化床锅炉的燃料为固体废弃物、煤矸石、石油焦或者油页岩。
13.进一步地，步骤二中，所述一次风中氧气浓度在10％～20％，二次风中氧气浓度在30％～50％。
14.本发明还公开了一种耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的系统，包括空气分离子系统、液氧储罐、温差发电子系统、流化床锅炉子系统和烟气净化处理子系统，其中：
15.所述温差发电子系统包括依次相连的液氧增压泵、液氧蒸发器、氧气透平和氧气换热器；
16.所述流化床锅炉子系统包括依次相连的流化床燃烧器、辐射换热器、对流换热器、烟气循环风机；
17.空气分离子系统与液氧储罐相连，液氧储罐则与温差发电子系统的液氧增压泵相连；温差发电子系统的换热器与流化床锅炉子系统的流化床燃烧器相连，而流化床锅炉子系统的烟气循环风机与烟气净化处理子系统相连接。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
19.(1)高氧浓度燃烧技术有利于提高燃烧温度，降低固废燃烧过程中二噁英等污染物的生成量；
20.(2)采用液氧储能技术扩展电厂的边界出力，实现火力机组的灵活调峰；
21.(3)采用一二次风燃烧分级技术，降低燃烧过程中的nox原始生成量。
22.(4)利用高氧浓度燃烧技术处理固废、煤矸石等劣质难燃固体燃料，降低了燃料成本；
附图说明
23.图1为本发明的系统结构及流程示意图；
24.图中，1-空气分离装置；2-液氧储罐；3-液氧增压泵；4-液氧蒸发器；5-氧气透平；6-氧气换热器；7-流化床燃烧器；8-辐射换热器；9-对流换热器；10-烟气循环风机；11-烟气净化处理装置；
25.l1-液态氧气；g1-气态氧气；g2-空气；g3-二次风；g4-一次风；g5-烟气；g6-循环烟气；s1-燃料。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
27.如图1所示为一种耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的系统，包括空气分离子系统、液氧储罐、温差发电子系统、流化床锅炉子系统和烟气净化处理子系统等，其中：
28.温差发电子系统包括依次相连的液氧增压泵、液氧蒸发器、氧气透平和氧气换热器；
29.流化床锅炉子系统包括依次相连的流化床燃烧器、辐射换热器、对流换热器、烟气循环风机。
30.空气分离子系统与液氧储罐相连，液氧储罐则与温差发电子系统的液氧增压泵相连；温差发电子系统的换热器与流化床锅炉子系统的流化床燃烧器相连，而流化床锅炉子系统的烟气循环风机与烟气净化处理子系统相连接。
31.采用上述系统，耦合液氧储能调峰的流化床高氧浓度燃烧的方法如下：
32.空气分离子系统采用分子筛空分装置或深冷空分装置，消耗一定的电力并产生低温液态氧气。生成的液态氧气进入到液氧储罐内进行存储。储罐内的液态氧气经过增压泵提高压力到5mpa，然后依次进入温差发电子系统的液氧蒸发器、氧气透平和氧气换热器，生成满足燃烧要求的气态氧气，并通过氧气透平产生一定的电力。温差发电子系统可选用单级、双级或者多级透平进行发电。
33.氧气换热器出口的气态氧气分为两路，一路与循环烟气按一定比例混合后作为一次风进入流化床锅炉。在流化床中一次风用以保持良好的流化状态，通常一次风中氧气浓度控制在10％～20％之间。另一路气态氧气与空气按一定比例混合后作为二次风进入流化床锅炉，而二次风中氧气浓度为30％～50％。燃料在流化床锅炉中与一次风、二次风共同组织燃烧，一二次风中不同的氧气浓度使得炉内密相区形成较为强烈的还原性气氛，降低nox的排放。而大量的循环烟气再次穿过密相区床层，其中的nox也会被密相区大量的焦炭或co还原成n2。
34.本系统可以选用固体废弃物作为燃料，通常在燃烧固体废弃物的过程中会存在燃料燃烧不稳定的问题。但本系统采用高氧浓度燃烧，燃烧气氛中的氧气浓度在30％以上，可以大幅改善燃料的燃烧性能。
35.燃料燃烧生成的烟气依次流经辐射换热器、对流换热器换热后，烟气温度降低至150～200℃。此后烟气后分为两路，一路直接进入烟气净化处理子系统，经过脱硫脱硝除尘等环保装置后排入大气。另外一路烟气则通过烟气循环风机增压后作为循环烟气与气态氧气进行混合。流化床锅炉产生的高压蒸汽进入蒸汽轮机后，推动轮机做功并带动发电机产生电力。
36.当外界电力需求降低后，即用电低谷时，流化床锅炉仍然保持较高负荷运行，产生的电力除对外输送外，多余电力用来供给空气分离子系统。生成的液氧部分用于燃料燃烧，剩余部分在液氧储罐进行存储。这样在降低机组输电负荷的情况下还可以使得锅炉维持较高的负荷，降低了用于稳燃用柴油的消耗量，提高电厂经济性的同时也保证了锅炉的安全性。
37.当外界电力需求增加后，即用电高峰时，空气分离子系统停止运行，流化床锅炉满负荷运行，此时机组所需要的高浓度氧气来自于液氧储罐，流化床锅炉生产的电力除少部
分厂用电外，全部对外进行输送。