一种CaO高温储热消纳风电耦合生物质燃烧发电的储能方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风电消纳技术，尤其涉及一种利用CaO储热的风电消纳技术。
【背景技术】
[0002] 风能是一种能量大，无污染的清洁可再生的能源，因此利用风能发电是一项被多 国看好的技术，中国对于风电的投入也很大，到2010年中国的风电装机容量全球第一。但 是，在看到风电优势的同时，也不能忽略其弊端：由于自然风存在日夜变化性的显著特点， 风力发电具有反调峰的特性，在夜间用电负荷处于低谷的时段，往往风能资源却较为丰富， 风电并网出力较大。这样会超出电网承受的范围，电网只能限制风电场机组暂停发电，弃风 不用。
[0003] 夜间弃风是对风能资源的严重浪费，给风电投资企业造成较大的经济损失，同时 也会影响企业投资风电的积极性。解决好弃风问题对风电产业至关重要。
【发明内容】
[0004] 本发明是一种CaO高温储热消纳风电耦合生物质燃烧发电的储能方法及系统，能 有效解决夜间弃风造成的资源浪费，并且对〇)2进行收集，实现碳的负排放。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种CaO高温储热消纳风电耦合生物质燃烧发电的储能方法，本发明特征在于， 包括生物质燃烧发电子系统、CaO高温储热子系统以及电力消纳子系统；生物质燃烧发电 子系统通过CaO高温储热子系统与电力消纳子系统耦合：用电高峰时段，来自CaO储罐的 高温CaO喷入生物质燃烧发电系统的热烟气中，高温CaO吸收烟气中的CO 2并释放热量，生 物质烟气热量额外增加，能够产生更多热量，蒸汽量随之增加，通过汽轮机发电量也随之增 加；高温CaO吸收CO 2生成CaCO3，经分离进入CaCO3储罐（10);用电低谷或者发生弃风现象 时段，使用CaCO 3分解电热炉，将来自CaCO 3储罐（10)的CaCO 3分解为CaO和CO 2，高温CaO 进入CaO储罐，0)2经余热利用降温，得到纯净的CO 2并封存；CaCO 3分解电热炉由电力驱动， 用于消纳风电或其它富余电力。
[0007] 本发明所述的生物质燃烧发电子系统工作方法是：生物质燃料投入生物质燃烧 炉内，生物质燃料与经过空气预热器预热后的热空气相接触并在生物质燃烧炉中进行燃烧 反应，生物质燃烧炉的四周布置有水冷壁管道，来自汽机的给水经过尾部受热面加热后就 通入生物质燃烧炉的水冷壁管道，被燃烧反应放出的热量加热成饱和蒸汽通入碳酸化炉的 过热管道中；燃烧反应生成的烟气被通入烟气混合器中，烟气混合器中的烟气包括两部分： 一部分是来自生物质燃烧炉的烟气；另一部分是反应系统尾部处经过除尘器除尘后排出的 烟气，抽取部分排出烟气作为再循环烟气通入烟气混合器中，循环量根据混合烟气温度设 定，烟气混合器中可以布置水冷受热面或过热蒸汽受热面；这两部分烟气混合后形成的混 合烟气温度比来自生物质燃烧炉的烟气温度低，使来自生物质燃烧炉的烟气中的K 20、Na2O 等碱性金属化合物以固态的形式存在；再将烟气混合器中的混合烟气通入旋风除尘器中排 灰，脱除K20、Na2O等固态碱性金属化合物颗粒。接着将干净的烟气通入碳酸化炉中，在碳 酸化炉内布置有各种受热面（过热器、蒸发器等），正常情况下，干净的烟气经过旋风除尘 器后进入尾部受热面，在尾部受热面布置有各种受热面（过热器、省煤器等），烟气降温后 进入空气预热器；上述所述的各种受热面用于将来自汽轮机的高压给水转变为高压高温蒸 汽，再回到汽轮机发电。进入空气预热器的烟气加热空气，将空气加热到较高温度，高温空 气进入生物质燃烧炉，烟气降温后称为较低温度的烟气，低温烟气进入除尘器，除尘后的低 温烟气，分为两部分，一部分排到大气里，另一部分经过增压风机回到烟气混合器。
[0008] 本发明所述CaO高温储热子系统、生物质燃烧发电子系统工作方法是：将CaO储罐 中的高温CaO喷入碳酸化炉吸收烟气中的CO 2生成CaCO 3，释放出额外的热量加热蒸汽，产 生更多的电能；将碳酸化炉炉膛中的烟气通入旋风除尘器中进行气固分离，0 &〇)3固体在旋 风除尘器中被脱除，储存在0&〇) 3储罐中；在用电低谷或者发生弃风现象时段通入CaCO 3分 解电热炉中加热煅烧，生成高温CaO和CO2，高温CaO储存在CaO储罐中，实现CaO和CaCO 3 的循环利用。
[0009] 本发明所述的电力消纳子系统工作方法是：在用电低谷或者发生弃风现象时段， 将0&〇) 3储罐中的CaCO3通入CaCO3分解电热炉，电热炉由电力驱动，电能转化为热能对 CaCO3固体进行分解，产生高温CaO和高温CO 2，经过气固分离后，高温CaO储存在CaO储罐 中，高温CO2通入CO 2设置的余热利用装置，热量被进一步利用，最终通入CO 2收集器封存， 实现碳的负排放。
[0010] -种用于实现CaO高温储热消纳风电耦合生物质燃烧发电的储能方法的系统，本 发明特征在于，生物质燃烧发电子系统（工作流程按框图所示，）依次连接着的设备为生 物质燃烧炉、烟气混合器、旋风除尘器、碳酸化炉、旋风除尘器、尾部受热面、空气预热器、除 尘器，其中生物质燃烧炉烟气出口与烟气混合器相连，生物质燃烧炉蒸汽进口与尾部受热 面汽机给水管道出口相连，生物质燃烧炉中布置有水冷壁管道，生物质燃烧炉蒸汽出口与 碳酸化炉蒸汽管道进口相连；烟气混合器出口与旋风除尘器相连，旋风除尘器烟气出口与 碳酸化炉相连，旋风除尘器有排灰管道；碳酸化炉的炉膛烟气出口通道与旋风除尘器相连， 碳酸化炉的过热管道出口与汽轮机相连；旋风除尘器烟气出口与尾部受热面相连，旋风除 尘器的固体通道出口与0 &〇)3储罐相连，尾部受热面设置有给水管路，该管路中为汽轮机 给水，并与生物质燃烧炉中的水冷壁相连，尾部受热面的烟气出口与空气预热器相连，空气 预热器设置有空气进口，空气预热器的空气侧出口与生物质燃烧炉相连，空气预热器的烟 气侧出口与除尘器相连，除尘器设置有至烟气混合器的再循环烟气流通管路和烟气排放管 路；
[0011] CaO高温储热子系统，由碳酸化炉、旋风除尘器、CaO储罐、CaCO3储罐、CaCO 3分解 电热炉构成，其中碳酸化炉的烟气出口与旋风除尘器相连，旋风除尘器的固体通道出口与 CaCO3储罐相连，CaCO3储罐的出口与CaCO3分解电热炉相连，CaCO 3分解电炉设置有气固分 离器，分离出的固体流通管道出口与CaO储罐相连，CaO储罐的出口与碳酸化炉相连；
[0012] 电力消纳子系统，由CaO储罐、CaCO3储罐、CaCO 3分解电热炉、CO 2余热利用设备、 CO2收集装置构成，其中CaCO 3储罐的出口与CaCO 3分解电热炉相连，CaCO 3分解电炉设置有 气固分离器，分离出的固体流通管道出口与CaO储罐相连，分离出的气体流通管道出口与 CO2余热利用设备相连，CO 2余热利用设备出□与CO 2收集装置相连。
[0013] 本发明生物质燃烧炉中的烟气温度需达到800°C以上，生物质燃烧炉四周布置有 水冷壁管道，将给水加热成饱和蒸汽。
[0014] 本发明烟气混合器中的烟气一部分是来自生物质燃烧炉的烟气，另一部分是经过 除尘器后抽取出来的作为再循环的烟气，两部分烟气混合后，烟气混合器中的烟气温度降 低到K 20、Na2O凝固点以下，能够（可以）使来自生物质燃烧炉的烟气中的K20、Na 2O等碱性 金属化合物以固态的形式存在，避免腐蚀烟气管道。
[0015] 本发明碳酸化炉设置有蒸发受热面和过热器受热面，由于喷入碳酸化炉的高温 CaO自身所携带的热量以及吸收CO2所放出的热量，碳酸化炉的烟气区温度要高于烟气混合 器中的烟气温度，能够将更多的给水加热成过热蒸汽，产生更多的有效电能。
[0016] 本发明经过除尘器后的烟气温度在150°C左右，抽取部分烟气作为再循环烟气，剩 余的排放掉。再循环烟气的量受生物质燃烧炉中烟气温度、烟气量以及供电负荷的影响；当 生物质燃烧炉中烟气温度不高、烟气量不大或负荷量增大时，抽取较少的烟气作为再循环 烟气，再循环烟气的量过多会带来较大的能量损失，不能使足够量的给水加热成过热蒸汽 至汽轮机中做功，不利于电网调峰；要尽量使生物质燃烧炉中的烟气量与再循环烟气量相 匹配，即再循环烟气的加入使混合烟气的温度降到K 2O和Na2O等碱性金属氧化物的凝固点 以下KTC，同时烟气的温度和烟气量满足负荷要求。
[0017] 本发明CaCO3和CaO可以循环使用。
[0018] 本发明CaO储罐（9)中经过CaCO3分解电热炉得到的CaO温度达到900°C以上， 〇 &0)3储罐中经过旋风除尘器得到的CaCO 3温度达到700 °C。需要对CaO储罐和CaCO 3储罐 使用保温层进行保温，避免能量的不必要散失。
[0019] 本发明CaO储罐设置有投放CaO的通道