一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統和方法技術方案

本發明專利技術提供一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統和方法，所述系統包括供電裝置、流化床粉煤氣化爐、旋風除塵器、排灰分選器和細灰收集室，所述供電裝置連接所述流化床粉煤氣化爐，所述流化床粉煤氣化爐包括爐體，所述爐體內部裝有金屬熱載體，外部設有電熱元件；所述爐體氣體出口連接所述旋風除塵器，所述旋風除塵器的下料口連接所述排灰分選器的入料口，所述排灰分選器的粗灰出口與所述返料口連接，所述排灰分選器的細灰出口與所述細灰收集室連接。所述方法是采用上述系統，先加熱流化床粉煤氣化爐內溫度達到800~1300℃；再用預熱氣化劑夾帶煤粉和碳酸鈣混合粉末在煤氣化爐中進行煤氣化反應；最后將高溫煤氣用于制備城市煤氣或者化工產品。

【技術實現步驟摘要】
一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統和方法
本專利技術涉及電網電能的綜合利用，具體涉及一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統和方法。
技術介紹
目前，火力發電是我國的主要發電方式，且在未來一段時間內不會發生變化。但近年來，隨著我國人民生活水平的提高和產業結構的調整，全社會的用電結構發生了很大的變化，導致各大電網的峰谷差日趨增大。而電網自身的調節能力較弱，因此在發電機組裝機容量難以滿足電網負荷的用電高峰時，不得不采取拉閘限電的方式來保證發電機組的穩定運行，而在用電低谷時，則需要關停許多發電機組。對于火力發電而言，發電機組的頻繁啟停不僅會使能耗增加，同時也會縮短發電機組的使用壽命，使電力設備的發電效率下降，使經濟效益降低。2014年我國30萬千瓦以上的火電設備年平均利用率僅為45%，這對能源危機日益嚴重的今天是一種極大的能源浪費和資源損失。因此，采取合適的電網調峰技術對于目前日趨嚴重的調峰問題具有重要的意義。根據調峰方式的不同，目前調峰技術可分為機組操作調峰和蓄能調峰兩種。機組操作調峰技術主要有少汽無功運行、低負荷運行和兩班制運行。其中少汽無功運行在用電低谷時將機組的負荷減少至零，使機組處于額定轉速旋轉的無功狀態；低負荷運行通過改變機組的負荷來滿足電網的調峰需求；兩班制運行根據電網的日負荷曲線分配規律，白天發電機組正常運行，夜間在用電低谷時則停機6～8h。這三種機組操作調峰技術雖因操作簡單、技術可靠和調峰效果顯著而廣泛用于目前的各大型火電機組中，但都存在各自的缺陷。少汽無功和低負荷運行方式的運行能耗高、能源浪費嚴重。兩班制運行方式對設備的操作參數的要求極為嚴格，安全性較低。蓄能調峰通過將用電低谷時的多余電能轉化成其他形式的能量進行儲存或直接利用，在用電高峰時又將儲存的能量轉化成電能供用戶使用，使用電低谷時的多余電能，轉變為用電高峰時的高價值電能，從而達到調峰填谷的目的。根據蓄能方式的不同，蓄能調峰技術可分為機械能蓄能、熱能蓄能、電化學蓄能和化學能蓄能。機械能蓄能將用電低谷時的多余電能轉化成機械能進行儲存，在用電高峰時將機械能轉化成電能，主要包括抽水蓄能和壓縮空氣蓄能。其中抽水蓄能利用用電低谷時的多余電能驅動水泵抽水至蓄水池中，而在用電高峰時通過蓄水池放水驅動水輪機發電。該蓄能技術具有系統可靠、蓄能容量大和使用壽命長等優點，但因受季節和地域的限制較大，無法大規模推廣。壓縮空氣蓄能利用用電低谷時的多余電能對空氣進行壓縮，然后在用電高峰時釋放壓縮空氣驅動汽輪機發電。該技術的運行費用低，但具有能源轉化率較低，靈活性和經濟性較差等缺點。熱能蓄能將用電低谷時的多余電能轉化成熱能進行儲存或直接利用，在用電高峰時再將熱能轉化為電能，主要包括熱水蓄熱鍋爐、燃氣熱電聯產和蓄能空調技術。熱能蓄能具有技術成熟、經濟環保等優點，但受季節和地域限制較大，因此無法大規模使用。電化學蓄能利用蓄電池或燃料電池將用電低谷時的多余電能儲存起來，在用電高峰時再將電能釋放，該蓄能方式的能源轉化率高，但儲存容量和發電功率是其大規模使用和發展的限制因素。化學能蓄能利用用電低谷時的多余電能進行化學產品的制備。與其他蓄能方式相比，化學能蓄能可最大程度上提高電網設備的利用率，減少峰谷差，保證高效的能源轉化率。在目前化學能蓄能技術中，電解水制氫技術具有環保，無污染的優點，可得到高附加值的氫氣，但該技術投資成本高，經濟性差；電解鋁技術對環境污染嚴重，而且在鋁產能過剩的今天，通過電解鋁技術進行電網調峰不具有優勢。因此，需要一種既不受季節和地域限制，又能產生較好的經濟效益的高效、安全、環保的電力蓄能調峰技術。
技術實現思路
針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統和方法，所述系統和方法將電加熱技術與固體熱載體煤氣化技術相耦合，利用用電低谷時的多余電能，加熱流化床粉煤氣化爐內的金屬熱載體，為煤氣化過程提供足夠的熱量，實現由電能到化學能的高效轉化。本專利技術采用的技術方案為：一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，包括供電裝置、流化床粉煤氣化爐、旋風除塵器、排灰分選器和細灰收集室，所述供電裝置連接所述流化床粉煤氣化爐，所述流化床粉煤氣化爐包括爐體，所述爐體內部裝有金屬熱載體，外部設有電熱元件；所述爐體設有煤粉入口、石灰石入口、氣化劑入口、返料口和氣體出口；所述氣體出口連接所述旋風除塵器，所述旋風除塵器的下料口連接所述排灰分選器的入料口，所述排灰分選器的粗灰出口與所述返料口連接，所述排灰分選器的細灰出口與所述細灰收集室連接；所述排灰分選器設有布風板，用于篩選出細灰顆粒；所述供電裝置分別與所述電熱元件和電網連接。進一步地，所述系統還包括煙氣換熱器、余熱鍋爐和除塵器，所述煙氣換熱器分別連接所述旋風除塵器和所述余熱鍋爐，所述余熱鍋爐連接所述除塵器。進一步地，所述細灰收集室內設有換熱器，所述細灰收集室的出口連接灰倉。進一步地，所述電熱元件為感應線圈或電阻式加熱體，當電熱元件為感應線圈時，所述金屬熱載體為直徑0.5～4mm的含有堿性金屬元素的磁性金屬小球；當電熱元件為電阻式加熱體時，所述金屬熱載體為直徑0.5～4mm的含有堿性金屬元素的金屬小球。進一步地，所述系統還可以包括城市煤氣處理裝置，所述城市煤氣處理裝置包括合成氣成分調節裝置和甲烷化裝置，所述合成氣成分調節裝置連接所述除塵器，用于通過水氣轉換反應調節高溫煤氣中CO與H2的摩爾比為1:3，所述甲烷化裝置用于將從所述合成氣成分調節裝置出來的混合氣通過甲烷化反應全部轉化為城市煤氣。一種固體熱載體煤氣化電力蓄能方法，是采用上述系統，包括以下步驟：（1）根據谷期的實際用電量確定電網調峰量，設置用電負荷，并確定所述電網調峰系統的數量；如果采用1套電網調峰系統，直接進入步驟（2）；如果采用多套電網調峰系統，將多套電網調峰系統并聯后再進入步驟（2）；（2）將電能引入流化床粉煤氣化爐內加熱金屬熱載體至溫度達到800~1300℃并保持恒定；（3）將煤粉和石灰石分別通過煤粉入口和石灰石入口加入至流化床粉煤氣化爐內，將預熱至200~400℃的氣化劑由氣化劑入口通入至流化床粉煤氣化爐內進行煤氣化反應，反應過程中，夾帶固體反應物料的混合氣在旋風除塵器和排灰分選器的作用下不斷分離出粗灰和細灰后得到高溫煤氣，其中粗灰返回至流化床粉煤氣化爐內繼續進行煤氣化反應，細灰通過細灰收集室后進入灰倉；（4）將高溫煤氣用于制備城市煤氣或者化工產品。上述方法中，所述氣化劑為CO2、水蒸氣、富CO2煙氣中的一種或多種混合，所述氣化劑在流化床粉煤氣化爐中的流化風速為0.5～8m/s。上述方法中，所述氣化劑、石灰石和煤粉中的C與氣化劑中的O的摩爾比為1:0.9~1:1.5，CaCO3與煤粉中的S的摩爾比為1:1~2.5:1。上述方法中，所述將高溫煤氣用于制備城市煤氣，具體過程為：將高溫煤氣依次經換熱器換熱、除塵器除塵后進入合成氣成分調節裝置，與溫度為250~300℃水蒸氣反應生成H2，并控制高溫煤氣中CO與所生成的H2的摩爾比為1:3；將混合氣送入甲烷化裝置中于250~300℃發生甲烷化反應獲得城市煤氣。上述方法中，所述將高溫煤氣依次經換熱器換熱，所述換熱器中換熱介質為水，換熱后獲得的水蒸氣用作氣化劑。上述方法中，所述化工產品包括合成油、甲醇、乙二醇、羰基醇、二甲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于包括供電裝置、流化床粉煤氣化爐、旋風除塵器、排灰分選器和細灰收集室，所述供電裝置連接所述流化床粉煤氣化爐，所述流化床粉煤氣化爐包括爐體，所述爐體內部裝有金屬熱載體，外部設有電熱元件；所述爐體設有煤粉入口、石灰石入口、氣化劑入口、返料口和氣體出口；所述氣體出口連接所述旋風除塵器，所述旋風除塵器的下料口連接所述排灰分選器的入料口，所述排灰分選器的粗灰出口與所述返料口連接，所述排灰分選器的細灰出口與所述細灰收集室連接；所述排灰分選器設有布風板，用于篩選出細灰顆粒；所述供電裝置分別與所述電熱元件和電網連接。

【技術特征摘要】
1.一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于包括供電裝置、流化床粉煤氣化爐、旋風除塵器、排灰分選器和細灰收集室，所述供電裝置連接所述流化床粉煤氣化爐，所述流化床粉煤氣化爐包括爐體，所述爐體內部裝有金屬熱載體，外部設有電熱元件；所述爐體設有煤粉入口、石灰石入口、氣化劑入口、返料口和氣體出口；所述氣體出口連接所述旋風除塵器，所述旋風除塵器的下料口連接所述排灰分選器的入料口，所述排灰分選器的粗灰出口與所述返料口連接，所述排灰分選器的細灰出口與所述細灰收集室連接；所述排灰分選器設有布風板，用于篩選出細灰顆粒；所述供電裝置分別與所述電熱元件和電網連接。2.根據權利要求1所述的一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于所述系統還包括煙氣換熱器、余熱鍋爐和除塵器，所述煙氣換熱器分別連接所述旋風除塵器和所述余熱鍋爐，所述余熱鍋爐連接所述除塵器。3.根據權利要求2所述的一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于所述細灰收集室內設有換熱器，所述細灰收集室的出口連接灰倉。4.根據權利要求3所述的一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于所述電熱元件為感應線圈，所述金屬熱載體為直徑0.5～4mm的含有堿性金屬元素的磁性金屬小球。5.根據權利要求3所述的一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于所述電熱元件為電阻式加熱體，所述金屬熱載體為直徑0.5～4mm的含有堿性金屬元素的金屬小球。6.根據權利要求2~5任意一項權利要求所述的一種固體熱載體煤氣化電力蓄能系統，其特征在于所述系統還可以包括城市煤氣處理裝置，所述城市煤氣處理裝置包括合成氣成分調節裝置和甲烷化裝置，所述合成氣成分調節裝置連接所述除塵器，用于通過水氣轉換反應調節高溫煤氣中CO與H2的摩爾比為1:3，所述甲烷化裝置用于將從所述合成氣成分調節裝置出來的混合氣通...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于慶波，楊凡，秦勤，段文軍，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21