锅炉稳燃系统及方法与流程

本发明涉及锅炉，具体涉及一种锅炉稳燃系统及方法。

背景技术：

1、为构建清洁低碳、安全高效现代能源体系，我国可再生能源装机容量迅速增长。以风电和太阳能发电为代表的新能源将逐步成为我国的主体电源，在电网中的发电比例将逐年提高。但由于风电和太阳能发电是间歇性的不稳定电源，因其自身的随机性及间歇性特点，电力波动性强，与用电需求的时空匹配难度大，可再生能源对电网调峰的贡献极其有限，其电量保证需要有具有调节能力的火电给予支持和保障，势必为火电厂参与深度调峰提出更高要求，具有良好调峰潜力的煤电机组正担负着电网中基础调节能源的重要角色。

2、其中，燃煤锅炉作为煤电机组的前端核心系统，其低（变）负荷运行性能直接影响着煤电机组的整体调峰能力。当火电厂负荷下降至较低水平时，锅炉脱硝装置入口烟气温度过低，导致脱硝装置无法工作，会出现污染物排放不达标的问题；继续降低负荷，由于燃烧物(煤粉、油等)的流量的进一步减小，会导致在锅炉中混合不均，锅炉无法稳定燃烧，甚至最终会使得锅炉内局部温度过低而导致熄火和黑炉的严重安全问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种锅炉稳燃系统，以解决现有技术中当火电厂负荷下降至较低水平时锅炉无法稳定燃烧的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种锅炉稳燃系统，包括发电模块、热力循环模块和高温电解池；所述发电模块包括发电机和逆电器；所述热力循环模块包括锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵；所述给水泵的出水口与所述锅炉连通，所述锅炉与所述汽轮机连通，所述汽轮机与所述凝汽器连通，所述凝汽器与所述给水泵的进水口连通；所述发电机分别与电网、所述汽轮机和逆变器连接，所述逆变器和所述高温电解池连接，所述高温电解池和所述锅炉连通。

3、进一步的，还包括co2捕集模块，所述co2捕集模块与所述锅炉连通。

4、进一步的，还包括ch4合成反应器，所述ch4合成反应器分别与所述高温电解池、co2捕集模块连通。

5、优选的，所述高温电解池为固体氧化物电解池，工作温度500-1000℃。

6、本发明还进一步提供了一种利用上述系统的锅炉稳燃方法，包括以下步骤：煤粉在所述锅炉中燃烧加热，使得经所述给水泵加压进入所述锅炉的水产生高温高压蒸汽，该蒸汽进入所述汽轮机，推动所述汽轮机旋转并带动所述发电机发电；经所述汽轮机做功后的蒸汽乏汽进入所述凝汽器冷凝为液态水，该液态水进一步经所述给水泵加压进入所述锅炉，形成完整循环；所述逆变器将所述发电机产生的交流电转变为直流电；所述高温电解池利用该直流电将高温水蒸气电解为氧气和氢气，将多余电能转化为化学能储存。

7、进一步的，当所述高温电解池的运行温度高于蒸汽温度时，利用富余电力对所述锅炉中的蒸汽进行预加热后导入所述高温电解池。

8、进一步的，所述高温电解池利用电能和热能两部分能量驱动，通过调整电压、电流来调节电解过程的热、电配比。

9、进一步的，所述锅炉燃烧后的烟气经加压后进入co2吸收塔，通过吸收剂回收，然后经升温加压后进入co2解析塔，降温后经气液分离器得到纯净的co2。

10、进一步的，将烟气回收得到的co2与电解水蒸气制得的氢气进行加氢反应，生成甲烷。

11、与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

12、1.本发明提出利用高温电解池与火电厂锅炉耦合，利用富余电力负荷电解水制氢，能在电力负荷降低、需降低火电厂上网功率时，将多余电力输出至高温电解池，同时将部分富余蒸汽输送至高温电解池用于电解制氢，将多余电能转化为化学能储存。

13、2.本发明中的高温电解池为固体氧化物电解池，工作温度500-1000摄氏度，与锅炉蒸汽温度相当，当电解池运行温度高于蒸汽温度时，可利用富余电力对锅炉蒸汽进行预加热后导入电解池；高温电解池能利用电能和热能两部分能量驱动，通过调整电压电流可调节电解过程的热、电配比。

14、3.本发明利用产生的氢气与锅炉尾气捕集的二氧化碳，通过二氧化碳催化加氢制取甲烷，可以同时利用火电厂深度调峰时多余的电能、热能和蒸汽，维持锅炉稳定燃烧，同时回收部分二氧化碳，生产甲烷可作为燃料出售，提高技术经济性，同时避免了氢气储运难题。

技术特征：

1.一种锅炉稳燃系统，其特征在于，包括发电模块、热力循环模块和高温电解池；所述发电模块包括发电机和逆电器；所述热力循环模块包括锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵；所述给水泵的出水口与所述锅炉连通，所述锅炉与所述汽轮机连通，所述汽轮机与所述凝汽器连通，所述凝汽器与所述给水泵的进水口连通；所述发电机分别与电网、所述汽轮机和逆变器连接，所述逆变器和所述高温电解池连接，所述高温电解池和所述锅炉连通。

2.根据权利要求1所述的锅炉稳燃系统，其特征在于，还包括co2捕集模块，所述co2捕集模块与所述锅炉连通。

3.根据权利要求2所述的锅炉稳燃系统，其特征在于，还包括ch4合成反应器，所述ch4合成反应器分别与所述高温电解池、co2捕集模块连通。

4.根据权利要求1所述的锅炉稳燃系统，其特征在于，所述高温电解池为固体氧化物电解池，工作温度500-1000℃。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述系统的锅炉稳燃方法，其特征在于，包括以下步骤：煤粉在所述锅炉中燃烧加热，使得经所述给水泵加压进入所述锅炉的水产生高温高压蒸汽，该蒸汽进入所述汽轮机，推动所述汽轮机旋转并带动所述发电机发电；经所述汽轮机做功后的蒸汽乏汽进入所述凝汽器冷凝为液态水，该液态水进一步经所述给水泵加压进入所述锅炉，形成完整循环；所述逆变器将所述发电机产生的交流电转变为直流电；所述高温电解池利用该直流电将高温水蒸气电解为氧气和氢气，将多余电能转化为化学能储存。

6.根据权利要求5所述的锅炉稳燃方法，其特征在于，当所述高温电解池的运行温度高于蒸汽温度时，利用富余电力对所述锅炉中的蒸汽进行预加热后导入所述高温电解池。

7.根据权利要求5所述的锅炉稳燃方法，其特征在于，所述高温电解池利用电能和热能两部分能量驱动，通过调整电压、电流来调节电解过程的热、电配比。

8.根据权利要求5所述的锅炉稳燃方法，其特征在于，所述锅炉燃烧后的烟气经加压后进入co2吸收塔，通过吸收剂回收，然后经升温加压后进入co2解析塔，降温后经气液分离器得到纯净的co2。

9.根据权利要求8所述的锅炉稳燃方法，其特征在于，将烟气回收得到的co2与电解水蒸气制得的氢气进行加氢反应，生成甲烷。

技术总结
本发明公开了一种锅炉稳燃系统及方法，旨在解决现有技术中当火电厂负荷下降至较低水平时锅炉无法稳定燃烧的技术问题。该系统包括高温电解池、发电机、逆电器、锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵；所述给水泵的出水口与所述锅炉连通，所述锅炉与所述汽轮机连通，所述汽轮机与所述凝汽器连通，所述凝汽器与所述给水泵的进水口连通；所述发电机分别与电网、所述汽轮机和逆变器连接，所述逆变器和所述高温电解池连接，所述高温电解池和所述锅炉连通。本发明利用高温电解池与火电厂锅炉耦合，能在电力负荷降低、需降低火电厂上网功率时，将多余电力输出至高温电解池，同时将部分富余蒸汽输送至高温电解池用于电解制氢，将多余电能转化为化学能储存。

技术研发人员：刘群安,周纪龙,桑山松,王岳峰,席净,陈静,杨长明,齐晓冰,周波,李勇,谢屹鹏,周静,宋燕,段忠泽
受保护的技术使用者：河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22