一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统及方法技术方案

一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统及方法，系统包括制气、配电、水路及煤气净化储存四个子系统；制气子系统采用双流化床煤气化工艺，以煤焦的电热效应为气化反应提供能量；配电子系统采用风能、太阳能发电中的乏电，为制气子系统提供电源；水路子系统用于为制气子系统提供冷却水和气化剂；煤气净化储存子系统用于净化和储存由制气子系统产出的煤气。方法为：煤气化炉中来自热解炉的煤焦颗粒处于流态化状态，通过给流态化床通电后煤焦颗粒相互碰撞使得电流导通，则煤焦颗粒在电流通过时靠自身电阻的热效应进行煤气化；产生的高温水煤气进入热解炉，促使煤颗粒流态化并进行热解，实现双流化床煤气化工艺，电能转化为煤气的化学能进行存储。学能进行存储。学能进行存储。

【技术实现步骤摘要】
一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统及方法


[0001]本专利技术属于电能利用与存储的电热煤气化
，特别是涉及一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，能源需求与环境问题成为了全球关注的焦点，积极推进新能源的开发利用和传统能源的高效清洁利用，是解决能源需求与环境问题的重要措施。
[0003]在新能源方面，风能、太阳能是绿色能源，在利用的过程中不产生任何温室气体，目前已成为新能源开发的主要领域。然而，风能和太阳能易受气候条件的影响，导致风机和光伏机组发电功率输出不稳定。如果并入电网系统中的风电或光伏电较多，则会导致电网电压时常波动，影响电网系统频率的稳定性。若风电或光伏电未及时并入电网，则会导致较高的“弃光率”和“弃风率”，造成了能源的大量浪费，因此，就地消纳“弃电”，对降低新能源的浪费起到了极其重要的作用。
[0004]在传统能源利用方面，因我国能源结构所限制，煤炭作为我国主体能源的地位短期不会改变，直接进行燃烧对环境破坏大且利用率低。煤气化是煤炭综合能源利用效率最高的一种洁净煤技术，其将煤制成煤气再燃烧，具有环境友好、污染物排放低及碳转化高等特点。
[0005]在现今的储能方法中，主流储能技术有抽水蓄能和电化学储能。抽水蓄能是目前应用最广、技术最为成熟的大规模储能技术，抽水蓄能系统的循环效率可达70％～80％。然而，抽水蓄能技术缺点也很明显，其需要找寻庞大的场地以修建水库，对场地的地形地质条件、水源水质变化、库区淹没和土壤盐碱化均有较高的要求，因此建设成本高、时间长，易对周遭环境造成破坏。另一种常用的储能方式是电化学储能，该方式的能量和功率配置灵活，受环境影响小，但应用成本相对较高，且各种电化学储能也都或多或少的存在环保问题。
[0006]煤气化炉是煤炭进行气化的主要设备，分为固定床、流化床和气流床，煤料供热方式可分为外热式和自热式。外热式炉中所需热量由外部供给，外部气体、液体或固体热载体直接和煤接触给热，或者通过一些换热表面间接地给煤料加热，但热量交换造成了大量的能量损失，且加热系统复杂。自热式是利用炉内部分煤燃烧反应产生的热量进行煤气化，因此出口煤气中二氧化碳和一氧化碳的含量相对较高，导致煤气热值偏低。
[0007]煤的电阻率高达103～105Ω
·
m，是不良的导热和导电体，但煤在隔绝氧气热解过程中，煤的电阻率不断的减小，当加热到600℃时，会释放出大量的挥发分，煤会粘结成半焦，继续加热到1000℃时，进入半焦变成焦炭的阶段，这一过程中半焦发生缩聚反应，释放出少量的烃类气体和氢气，随着芳香核的不段增大，碳结构单元排列规则化增强，电阻率降低。半焦的堆积电阻率约在10
‑3～10
‑2Ω.m之间，焦炭的堆积电阻率在10
‑4～10
‑3Ω.m之间，因此完全满足焦炭通电后依靠自身电阻产生的热量完成煤气化的要求。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统及方法，采用煤气化炉和煤热解炉的两个流化床式炉子，煤气化炉中原料来自热解炉的煤焦颗粒，当煤焦颗粒在气化剂的作用下处于流态化状态时，通过给煤气化炉中的石墨电极通电，由于煤焦颗粒与石墨电极碰撞及煤焦颗粒之间相互碰撞，使得流化床中电流导通，当电流流过煤焦颗粒时，煤焦颗粒的电阻产生热效应，在气化剂的作用下，煤焦颗粒完成煤气化反应，产生的高温水煤气进入热解炉；热解炉中的煤颗粒在高温水煤气作用下，处于流化状态并开始热解，生成了煤气和导电性能好的煤焦颗粒。本专利技术中电能转化为热能在煤气化炉内完成，具有系统简单、热损失小、电热效率高的特点；双流化床工艺互为彼此提供原料和热源，可实现电能转化为煤气的化学能进行存储。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，包括制气子系统、配电子系统、水路子系统及煤气净化储存子系统；所述制气子系统采用双流化床煤气化工艺，以煤焦电热效应产生的热量作为气化反应的能量来源；所述配电子系统采用风能或太阳能发电中不能并入电网的乏电，作为制气子系统的供电电源；所述水路子系统用于为制气子系统提供冷却水和气化剂；所述煤气净化储存子系统用于净化和储存由制气子系统产出的煤气。
[0010]所述制气子系统包括煤气化炉、灰斗、第一旋风分离器、热解炉、煤斗、送料器、第二旋风分离器及三通阀；所述煤气化炉的水煤气出口与第一旋风分离器的进料口相连通，煤气化炉的排渣口与灰斗的进料口相连通；所述第一旋风分离器的固相料出口与煤气化炉的进料口相连通，第一旋风分离器的气相料出口经降温后与热解炉的底部进料口相连通；所述煤斗的出料口与送料器的进料端相连通，送料器的出料端与热解炉的侧部进料口相连通；所述热解炉的顶部出料口与第二旋风分离器的进料口相连通，第二旋风分离器的固相料出口通过三通阀分别与热解炉的底部进料口和煤气化炉的进料口相连通，第二旋风分离器的气相料出口接入煤气净化储存子系统。
[0011]所述配电子系统包括发电机组、控制器、蓄能电池及变压器；所述发电机组为风能发电机组或太阳能发电机组；所述发电机组通过控制器一路与蓄能电池电连接，另一路经变压器与煤气化炉电连接；所述蓄能电池通过控制器经变压器与煤气化炉电连接。
[0012]当所述发电机组的发电功率大于煤气化炉的用电功率时，所述蓄能电池用于存储发电机组的过剩电能；当所述发电机组的发电功率低于煤气化炉的用电功率时，所述蓄能电池与发电机组协同向煤气化炉供电。
[0013]所述水路子系统包括第一水箱、第一水泵、第一换热器、第二换热器、蒸汽发生器、第二水箱及第二水泵；所述第一水箱的出水口与第一水泵的进水口相连通，在第一水箱与第一水泵之间的管路上设置有第一阀门；所述第一水泵的出水口与第一换热器的进水口相连通，第一换热器的出水口与第二换热器的进水口相连通，第二换热器的出水口与蒸汽发生器的进水口相连通；所述第二换热器的进气口与第一旋风分离器的气相料出口相连通，第二换热器的出气口与热解炉的底部进料口相连通；所述蒸汽发生器的蒸汽出口接入煤气化炉，蒸汽发生器的蒸汽出口输出的蒸汽作为煤气化炉的气化剂；所述第二水箱的出水口与第二水泵的进水口相连通，第二水泵的出水口接入煤气化炉，第二水箱内的水作为煤气化炉的冷却水，冷却水流经煤气化炉后回流至第二水箱内；在所述第二水箱与第二水泵之
间的管路上设置有第二阀门。
[0014]所述煤气净化储存子系统包括除焦油装置、气液分离器、水处理装置、除尘器、脱硫装置、气泵及集气罐；所述除焦油装置的进气口与第二旋风分离器的气相料出口相连通，除焦油装置的出气口与第一换热器的进气口相连通，第一换热器的出气口与气液分离器的进料口相连通；所述气液分离器的液相出料口接入水处理装置，气液分离器的气相出料口与除尘器的进气口相连通，除尘器的出气口与脱硫装置的进气口相连通，脱硫装置的出气口与气泵的进气口相连通，气泵的出气口接入集气罐；所述集气罐内存储的一部分煤气作为蒸汽发生器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：包括制气子系统、配电子系统、水路子系统及煤气净化储存子系统；所述制气子系统采用双流化床煤气化工艺，以煤焦电热效应产生的热量作为气化反应的能量来源；所述配电子系统采用风能或太阳能发电中不能并入电网的乏电，作为制气子系统的供电电源；所述水路子系统用于为制气子系统提供冷却水和气化剂；所述煤气净化储存子系统用于净化和储存由制气子系统产出的煤气。2.根据权利要求1所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：所述制气子系统包括煤气化炉、灰斗、第一旋风分离器、热解炉、煤斗、送料器、第二旋风分离器及三通阀；所述煤气化炉的水煤气出口与第一旋风分离器的进料口相连通，煤气化炉的排渣口与灰斗的进料口相连通；所述第一旋风分离器的固相料出口与煤气化炉的进料口相连通，第一旋风分离器的气相料出口经降温后与热解炉的底部进料口相连通；所述煤斗的出料口与送料器的进料端相连通，送料器的出料端与热解炉的侧部进料口相连通；所述热解炉的顶部出料口与第二旋风分离器的进料口相连通，第二旋风分离器的固相料出口通过三通阀分别与热解炉的底部进料口和煤气化炉的进料口相连通，第二旋风分离器的气相料出口接入煤气净化储存子系统。3.根据权利要求2所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：所述配电子系统包括发电机组、控制器、蓄能电池及变压器；所述发电机组为风能发电机组或太阳能发电机组；所述发电机组通过控制器一路与蓄能电池电连接，另一路经变压器与煤气化炉电连接；所述蓄能电池通过控制器经变压器与煤气化炉电连接。4.根据权利要求3所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：当所述发电机组的发电功率大于煤气化炉的用电功率时，所述蓄能电池用于存储发电机组的过剩电能；当所述发电机组的发电功率低于煤气化炉的用电功率时，所述蓄能电池与发电机组协同向煤气化炉供电。5.根据权利要求4所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：所述水路子系统包括第一水箱、第一水泵、第一换热器、第二换热器、蒸汽发生器、第二水箱及第二水泵；所述第一水箱的出水口与第一水泵的进水口相连通，在第一水箱与第一水泵之间的管路上设置有第一阀门；所述第一水泵的出水口与第一换热器的进水口相连通，第一换热器的出水口与第二换热器的进水口相连通，第二换热器的出水口与蒸汽发生器的进水口相连通；所述第二换热器的进气口与第一旋风分离器的气相料出口相连通，第二换热器的出气口与热解炉的底部进料口相连通；所述蒸汽发生器的蒸汽出口接入煤气化炉，蒸汽发生器的蒸汽出口输出的蒸汽作为煤气化炉的气化剂；所述第二水箱的出水口与第二水泵的进水口相连通，第二水泵的出水口接入煤气化炉，第二水箱内的水作为煤气化炉的冷却水，冷却水流经煤气化炉后回流至第二水箱内；在所述第二水箱与第二水泵之间的管路上设置有第二阀门。6.根据权利要求5所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：所述煤气净化储存子系统包括除焦油装置、气液分离器、水处理装置、除尘器、脱硫装置、气泵及集气罐；所述除焦油装置的进气口与第二旋风分离器的气相料出口相连通，除焦油装置的出气口与第一换热器的进气口相连通，第一换热器的出气口与气液分离器的进料口相连通；所述气液分离器的液相出料口接入水处理装置，气液分离器的气相出料口与除尘器的
进气口相连通，除尘器的出气口与脱硫装置的进气口相连通，脱硫装置的出气口与气泵的进气口相连通，气泵的出气口接入集气罐；所述集气罐内存储的一部分煤气作为蒸汽发生器的供热燃气。7.根据权利要求6所述的一种直流电极式流化床煤气化电力储能系统，其特征在于：所述煤气化炉采用直流电极式流化床煤气化炉，炉体为矩形，炉体包括炉墙、炉底和炉顶；所述炉墙及炉底由外至内依次为钢板、绝热砖...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦勤，孟云鹏，陈浩凯，于庆波，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：