一种固体热载体煤气化电力蓄能系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种固体热载体煤气化电力蓄能系统和方法，所述系统包括供电装置、流化床粉煤气化炉、旋风除尘器、排灰分选器和细灰收集室，所述供电装置连接所述流化床粉煤气化炉，所述流化床粉煤气化炉包括炉体，所述炉体内部装有金属热载体，外部设有电热元件；所述炉体气体出口连接所述旋风除尘器，所述旋风除尘器的下料口连接所述排灰分选器的入料口，所述排灰分选器的粗灰出口与所述返料口连接，所述排灰分选器的细灰出口与所述细灰收集室连接。所述方法是采用上述系统，先加热流化床粉煤气化炉内温度达到800~1300℃；再用预热气化剂夹带煤粉和碳酸钙混合粉末在煤气化炉中进行煤气化反应；最后将高温煤气用于制备城市煤气或者化工产品。

【技术实现步骤摘要】
一种固体热载体煤气化电力蓄能系统和方法
本专利技术涉及电网电能的综合利用，具体涉及一种固体热载体煤气化电力蓄能系统和方法。
技术介绍
目前，火力发电是我国的主要发电方式，且在未来一段时间内不会发生变化。但近年来，随着我国人民生活水平的提高和产业结构的调整，全社会的用电结构发生了很大的变化，导致各大电网的峰谷差日趋增大。而电网自身的调节能力较弱，因此在发电机组装机容量难以满足电网负荷的用电高峰时，不得不采取拉闸限电的方式来保证发电机组的稳定运行，而在用电低谷时，则需要关停许多发电机组。对于火力发电而言，发电机组的频繁启停不仅会使能耗增加，同时也会缩短发电机组的使用寿命，使电力设备的发电效率下降，使经济效益降低。2014年我国30万千瓦以上的火电设备年平均利用率仅为45%，这对能源危机日益严重的今天是一种极大的能源浪费和资源损失。因此，采取合适的电网调峰技术对于目前日趋严重的调峰问题具有重要的意义。根据调峰方式的不同，目前调峰技术可分为机组操作调峰和蓄能调峰两种。机组操作调峰技术主要有少汽无功运行、低负荷运行和两班制运行。其中少汽无功运行在用电低谷时将机组的负荷减少至零，使机组处于额定转速旋转的无功状态；低负荷运行通过改变机组的负荷来满足电网的调峰需求；两班制运行根据电网的日负荷曲线分配规律，白天发电机组正常运行，夜间在用电低谷时则停机6～8h。这三种机组操作调峰技术虽因操作简单、技术可靠和调峰效果显著而广泛用于目前的各大型火电机组中，但都存在各自的缺陷。少汽无功和低负荷运行方式的运行能耗高、能源浪费严重。两班制运行方式对设备的操作参数的要求极为严格，安全性较低。蓄能调峰通过将用电低谷时的多余电能转化成其他形式的能量进行储存或直接利用，在用电高峰时又将储存的能量转化成电能供用户使用，使用电低谷时的多余电能，转变为用电高峰时的高价值电能，从而达到调峰填谷的目的。根据蓄能方式的不同，蓄能调峰技术可分为机械能蓄能、热能蓄能、电化学蓄能和化学能蓄能。机械能蓄能将用电低谷时的多余电能转化成机械能进行储存，在用电高峰时将机械能转化成电能，主要包括抽水蓄能和压缩空气蓄能。其中抽水蓄能利用用电低谷时的多余电能驱动水泵抽水至蓄水池中，而在用电高峰时通过蓄水池放水驱动水轮机发电。该蓄能技术具有系统可靠、蓄能容量大和使用寿命长等优点，但因受季节和地域的限制较大，无法大规模推广。压缩空气蓄能利用用电低谷时的多余电能对空气进行压缩，然后在用电高峰时释放压缩空气驱动汽轮机发电。该技术的运行费用低，但具有能源转化率较低，灵活性和经济性较差等缺点。热能蓄能将用电低谷时的多余电能转化成热能进行储存或直接利用，在用电高峰时再将热能转化为电能，主要包括热水蓄热锅炉、燃气热电联产和蓄能空调技术。热能蓄能具有技术成熟、经济环保等优点，但受季节和地域限制较大，因此无法大规模使用。电化学蓄能利用蓄电池或燃料电池将用电低谷时的多余电能储存起来，在用电高峰时再将电能释放，该蓄能方式的能源转化率高，但储存容量和发电功率是其大规模使用和发展的限制因素。化学能蓄能利用用电低谷时的多余电能进行化学产品的制备。与其他蓄能方式相比，化学能蓄能可最大程度上提高电网设备的利用率，减少峰谷差，保证高效的能源转化率。在目前化学能蓄能技术中，电解水制氢技术具有环保，无污染的优点，可得到高附加值的氢气，但该技术投资成本高，经济性差；电解铝技术对环境污染严重，而且在铝产能过剩的今天，通过电解铝技术进行电网调峰不具有优势。因此，需要一种既不受季节和地域限制，又能产生较好的经济效益的高效、安全、环保的电力蓄能调峰技术。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种固体热载体煤气化电力蓄能系统和方法，所述系统和方法将电加热技术与固体热载体煤气化技术相耦合，利用用电低谷时的多余电能，加热流化床粉煤气化炉内的金属热载体，为煤气化过程提供足够的热量，实现由电能到化学能的高效转化。本专利技术采用的技术方案为：一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，包括供电装置、流化床粉煤气化炉、旋风除尘器、排灰分选器和细灰收集室，所述供电装置连接所述流化床粉煤气化炉，所述流化床粉煤气化炉包括炉体，所述炉体内部装有金属热载体，外部设有电热元件；所述炉体设有煤粉入口、石灰石入口、气化剂入口、返料口和气体出口；所述气体出口连接所述旋风除尘器，所述旋风除尘器的下料口连接所述排灰分选器的入料口，所述排灰分选器的粗灰出口与所述返料口连接，所述排灰分选器的细灰出口与所述细灰收集室连接；所述排灰分选器设有布风板，用于筛选出细灰颗粒；所述供电装置分别与所述电热元件和电网连接。进一步地，所述系统还包括烟气换热器、余热锅炉和除尘器，所述烟气换热器分别连接所述旋风除尘器和所述余热锅炉，所述余热锅炉连接所述除尘器。进一步地，所述细灰收集室内设有换热器，所述细灰收集室的出口连接灰仓。进一步地，所述电热元件为感应线圈或电阻式加热体，当电热元件为感应线圈时，所述金属热载体为直径0.5～4mm的含有碱性金属元素的磁性金属小球；当电热元件为电阻式加热体时，所述金属热载体为直径0.5～4mm的含有碱性金属元素的金属小球。进一步地，所述系统还可以包括城市煤气处理装置，所述城市煤气处理装置包括合成气成分调节装置和甲烷化装置，所述合成气成分调节装置连接所述除尘器，用于通过水气转换反应调节高温煤气中CO与H2的摩尔比为1:3，所述甲烷化装置用于将从所述合成气成分调节装置出来的混合气通过甲烷化反应全部转化为城市煤气。一种固体热载体煤气化电力蓄能方法，是采用上述系统，包括以下步骤：（1）根据谷期的实际用电量确定电网调峰量，设置用电负荷，并确定所述电网调峰系统的数量；如果采用1套电网调峰系统，直接进入步骤（2）；如果采用多套电网调峰系统，将多套电网调峰系统并联后再进入步骤（2）；（2）将电能引入流化床粉煤气化炉内加热金属热载体至温度达到800~1300℃并保持恒定；（3）将煤粉和石灰石分别通过煤粉入口和石灰石入口加入至流化床粉煤气化炉内，将预热至200~400℃的气化剂由气化剂入口通入至流化床粉煤气化炉内进行煤气化反应，反应过程中，夹带固体反应物料的混合气在旋风除尘器和排灰分选器的作用下不断分离出粗灰和细灰后得到高温煤气，其中粗灰返回至流化床粉煤气化炉内继续进行煤气化反应，细灰通过细灰收集室后进入灰仓；（4）将高温煤气用于制备城市煤气或者化工产品。上述方法中，所述气化剂为CO2、水蒸气、富CO2烟气中的一种或多种混合，所述气化剂在流化床粉煤气化炉中的流化风速为0.5～8m/s。上述方法中，所述气化剂、石灰石和煤粉中的C与气化剂中的O的摩尔比为1:0.9~1:1.5，CaCO3与煤粉中的S的摩尔比为1:1~2.5:1。上述方法中，所述将高温煤气用于制备城市煤气，具体过程为：将高温煤气依次经换热器换热、除尘器除尘后进入合成气成分调节装置，与温度为250~300℃水蒸气反应生成H2，并控制高温煤气中CO与所生成的H2的摩尔比为1:3；将混合气送入甲烷化装置中于250~300℃发生甲烷化反应获得城市煤气。上述方法中，所述将高温煤气依次经换热器换热，所述换热器中换热介质为水，换热后获得的水蒸气用作气化剂。上述方法中，所述化工产品包括合成油、甲醇、乙二醇、羰基醇、二甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于包括供电装置、流化床粉煤气化炉、旋风除尘器、排灰分选器和细灰收集室，所述供电装置连接所述流化床粉煤气化炉，所述流化床粉煤气化炉包括炉体，所述炉体内部装有金属热载体，外部设有电热元件；所述炉体设有煤粉入口、石灰石入口、气化剂入口、返料口和气体出口；所述气体出口连接所述旋风除尘器，所述旋风除尘器的下料口连接所述排灰分选器的入料口，所述排灰分选器的粗灰出口与所述返料口连接，所述排灰分选器的细灰出口与所述细灰收集室连接；所述排灰分选器设有布风板，用于筛选出细灰颗粒；所述供电装置分别与所述电热元件和电网连接。

【技术特征摘要】
1.一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于包括供电装置、流化床粉煤气化炉、旋风除尘器、排灰分选器和细灰收集室，所述供电装置连接所述流化床粉煤气化炉，所述流化床粉煤气化炉包括炉体，所述炉体内部装有金属热载体，外部设有电热元件；所述炉体设有煤粉入口、石灰石入口、气化剂入口、返料口和气体出口；所述气体出口连接所述旋风除尘器，所述旋风除尘器的下料口连接所述排灰分选器的入料口，所述排灰分选器的粗灰出口与所述返料口连接，所述排灰分选器的细灰出口与所述细灰收集室连接；所述排灰分选器设有布风板，用于筛选出细灰颗粒；所述供电装置分别与所述电热元件和电网连接。2.根据权利要求1所述的一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于所述系统还包括烟气换热器、余热锅炉和除尘器，所述烟气换热器分别连接所述旋风除尘器和所述余热锅炉，所述余热锅炉连接所述除尘器。3.根据权利要求2所述的一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于所述细灰收集室内设有换热器，所述细灰收集室的出口连接灰仓。4.根据权利要求3所述的一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于所述电热元件为感应线圈，所述金属热载体为直径0.5～4mm的含有碱性金属元素的磁性金属小球。5.根据权利要求3所述的一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于所述电热元件为电阻式加热体，所述金属热载体为直径0.5～4mm的含有碱性金属元素的金属小球。6.根据权利要求2~5任意一项权利要求所述的一种固体热载体煤气化电力蓄能系统，其特征在于所述系统还可以包括城市煤气处理装置，所述城市煤气处理装置包括合成气成分调节装置和甲烷化装置，所述合成气成分调节装置连接所述除尘器，用于通过水气转换反应调节高温煤气中CO与H2的摩尔比为1:3，所述甲烷化装置用于将从所述合成气成分调节装置出来的混合气通...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆波，杨凡，秦勤，段文军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21