CN116182130A - 一种零碳排放电站锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电站锅炉技术领域，特别涉及一种零碳排放电站锅炉系统。技术问题为目前的锅炉系统碳排放较高。该电站锅炉系统包括热化学反应单元和发电单元；热化学反应单元包括反应物储料仓、物料输送装置、蒸汽发生装置和反应室，反应物储料仓储存有用于非燃烧水基热化学反应的固体颗粒，反应物储料仓中的固体颗粒通过物料输送装置至反应室，蒸汽发生装置用于产生水蒸气，蒸汽发生装置产生的水蒸气通过蒸汽泵传输至反应室；发电单元包括水冷壁、发电储水装置、汽轮机组和发电机，水冷壁套设在反应室外，发电储水装置与水冷壁的进口连接，汽轮机组与水冷壁的出口连接，汽轮机组与发电机连接。本发明实施例提供的电站锅炉系统能够实现零碳排放发电。

Description

一种零碳排放电站锅炉系统

技术领域

本发明涉及电站锅炉技术领域，特别涉及一种零碳排放电站锅炉系统。

背景技术

随着温室效应的加剧和碳达峰、碳中和目标的提出，减少碳排放越来越受到人们的重视。

现有技术中，电站锅炉中化石燃料的燃烧是主要的碳排放形式之一。因此，减少电站锅炉的碳排放对碳达峰、碳中和的目标意义重大。

因此，针对以上不足，需要提供一种零碳排放电站锅炉系统。

发明内容

本发明实施例提供了一种零碳排放电站锅炉系统，能够实现零碳排放发电。

本发明实施例提供一种零碳排放电站锅炉系统，包括热化学反应单元和发电单元；

所述热化学反应单元包括反应物储料仓、物料输送装置、蒸汽发生装置和反应室，所述反应物储料仓储存有用于非燃烧水基热化学反应的固体颗粒，所述反应物储料仓中的固体颗粒通过所述物料输送装置至反应室，所述蒸汽发生装置用于产生水蒸气，所述蒸汽发生装置产生的水蒸气通过蒸汽泵传输至所述反应室，所述反应室中的固体颗粒和水蒸气反应产生热量；

所述发电单元包括水冷壁、发电储水装置、汽轮机组和发电机，所述水冷壁套设在所述反应室外，所述发电储水装置与所述水冷壁的进口连接，所述汽轮机组与所述水冷壁的出口连接，所述汽轮机组与所述发电机连接；

所述反应室产生的热量加热由所述发电储水装置进入所述水冷壁中的水形成水蒸气，形成的水蒸气进入所述汽轮机组，水蒸气的热量被转化成机械能用于所述发电机发电。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

反应物储料仓中的固体颗粒和蒸汽发生装置中的水蒸气在反应室中发生非燃烧水基化学反应，产生大量高温水蒸气。具体地，在反应室发生非燃烧水基化学反应，产生大量热量，水蒸气作为反应物，同时水蒸气也作为流化剂，反应室内部呈现是一种流化床状态，由此反应更充分并且可以释放更多的热量。在该反应的过程中不形成二氧化碳，不会产生碳排放。反应室中非燃烧水基化学反应释放的热量将水冷壁中的水加热形成高温蒸汽，高温蒸汽进入汽轮机组由内能转化为机械能，汽轮机组产生的机械能传递给发电机发热。本发明提供的装置可以代替目前的煤炭燃料来大幅降低碳的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种零碳排放电站锅炉系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种零碳排放电站锅炉系统的化学反应产热水蒸气循环部分结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种零碳排放电站锅炉系统的蒸汽发电水蒸气循环部分结构示意图。

图中：

1-反应物储料仓；2-预热装置；3-物料输送装置；4-水冷壁；5-反应室；6-布风装置；7-第一循环泵；8-第一截止阀；9-质量流量控制器；10-蒸汽泵；11-蒸汽发生装置；12-第一循环水泵；13-第二截止阀；14-热化学储水装置；15-第二换热器；16-第一换热器；17-固气分离器；18-汽包；19-固体回收装置；20-第二循环泵；21-换热装置；22-省煤器；23-过热器；24-预热器；25-第二循环水泵；26-发电储水装置；27-除氧装置；28-第四循环水泵；29-第三循环水泵；30-冷却塔；31-冷凝器；32-汽轮机组；33-发电机；34-冷油器；35-风冷器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1至3所示，本发明实施例提供一种零碳排放电站锅炉系统，包括热化学反应单元和发电单元；

热化学反应单元包括反应物储料仓1、物料输送装置3、蒸汽发生装置11和反应室5，反应物储料仓1储存有用于非燃烧水基热化学反应的固体颗粒，反应物储料仓1中的固体颗粒通过物料输送装置3至反应室5，蒸汽发生装置11用于产生水蒸气，蒸汽发生装置11产生的水蒸气通过蒸汽泵10传输至反应室5，反应室5中的固体颗粒和水蒸气反应产生热量；

发电单元包括水冷壁4、发电储水装置26、汽轮机组32和发电机33，水冷壁4套设在反应室5外，发电储水装置26与水冷壁4的进口连接，汽轮机组32与水冷壁4的出口连接，汽轮机组32与发电机33连接；

反应室5产生的热量加热由发电储水装置26进入水冷壁4中的水形成水蒸气，形成的水蒸气进入汽轮机组32，水蒸气的热量被转化成机械能用于发电机33发电。

反应物储料仓1中的固体颗粒和蒸汽发生装置11中的水蒸气在反应室5中发生非燃烧水基化学反应，产生大量高温水蒸气。具体地，在反应室5发生非燃烧水基化学反应，产生大量热量，水蒸气作为反应物，同时水蒸气也作为流化剂，反应室5内部呈现是一种流化床状态，由此反应更充分并且可以释放更多的热量。在该反应的过程中不形成二氧化碳，不会产生碳排放。反应室5中非燃烧水基化学反应释放的热量将水冷壁4中的水加热形成高温蒸汽，高温蒸汽进入汽轮机组32由内能转化为机械能，汽轮机组32产生的机械能传递给发电机33发热。本发明提供的装置可以代替目前的煤炭燃料来大幅降低碳的排放。

在本发明中，蒸汽发生装置11通过蒸汽泵10提供动力，通过第一截止阀8实现水蒸气的输送、截止、调节等功能，通过质量流量控制器9控制蒸汽的流量和质量。可以设置热化学储水装置14为蒸汽发生装置11供水，热化学储水装置14通过第二截止阀13实现水的输送、截止、调节等功能。热化学储水装置14通过第一循环水泵12向蒸汽发生装置11输水。

在本发明的一些实施例中，热化学反应单元还包括固气分离器17，固气分离器17分离出的固体传输至固体回收装置19，固气分离器17设置有换热装置21，换热装置21与第一换热器16循环连接，换热装置21通过循环管道将固气分离器17中的热量传输给第一换热器16；其中，循环连接为通过多条管道连接两个装置以使管道中的流体在两个装置中循环流通；

反应物储料仓1设置有用于加热反应物储料仓1的预热装置2，预热装置2与第一换热器16通过循环连接的方式连接，第一换热器16的热量通过管道中的流体传输给预热装置2。

在本实施例中，反应室5反应后形成的固气混合物通过固气分离器17分离，高温固体颗粒进入固体回收装置19中，固体回收装置19设置有换热装置21，换热装置21将高温固体的热量传给第一换热器16，流经第一换热器16的流体被加热后进入预热装置2，预热装置2中的流体加热反应物储料仓1后流出，然后再次进入第一换热器16加热。预热装置2设置有第一循环泵7，第一循环泵7驱动流体循环流过预热装置2。换热装置21和第一换热器16之间通过第二循环泵20实现流体循环。综上，通过流体循环和换热能够显著地增加本发明提供的系统的能量利用率。

在本发明的一些实施例中，固气分离器17分离的气体经过过热器23进入蒸汽发生装置，汽包18传输至汽轮机组32的水蒸气经过过热器23，过热器23将固气分离器17输出的水蒸气的热量传递给汽包18输出的水蒸气，固气分离器17输出的水蒸气冷凝进入蒸汽发生装置11，汽包18输出的水蒸气形成过热蒸汽进入汽轮机组32。

在本实施例中，固气分离器17分离出的高温气体和汽包18输出的气体通过不同管道流经过热器23，固气分离器17输出的气体温度高，因此，汽包18输出的气体在流经过热器23时被进一步加热形成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机组32发电，提高了能量利用率。固气分离器17输出的气体依然含有较高热量，经过过热器23后进入蒸汽发生装置11再次循环使用，同样进一步提高了能源利用率。

在本发明的一些实施例中，发电单元还包括汽包18，汽包18的底部装盛有水，汽包18的底部与水冷壁4的进口连接，汽包18的中部与水冷壁4的出口连接，汽包18的顶部还与汽轮机组32的进口连接，发电储水装置26与汽包18的底部连接，发电储水装置26为汽包18供水；

和/或，

发电储水装置26中的水经过省煤器22进入汽包18，固气分离器17输出的水蒸气依次流经过热器23、省煤器22和第二换热器15释放热量后流入蒸汽发生装置，省煤器22用于加热由发电储水装置26流入汽包18中的水；

流体在预热装置2中释放热量后通过管道依次流经第二换热器15和第一换热器16，第一换热器16和第二换热器15用于加热即将进入预热装置2的流体。

在本发明实施例中，汽包18起调节作用，发电储水装置26中的水在汽包18中缓存以为水冷壁4提供稳定的水源，同时，也为顶部高温蒸汽的循环提供了空间。

在本发明实施例中，固气分离器17分离出的高温水蒸气依次经过并加热过热器23、省煤器22和第二换热器15，省煤器22的热量传递给由发电储水装置26流入汽包18中的水，使汽包18中的水温度升高，如此，由汽包18流入水冷壁4的水更易被加热形成高温蒸汽。高温流体经过第二换热器15释放热量，释放的热量用来加热循环流经预热装置2的流体，该部分极大地增加了锅炉系统的能量利用率。

在本发明的一些实施例中，发电储水装置26通过预热器24连接省煤器22，预热器24用于加热发电储水装置26传输至省煤器22的水。

在本实施例中，发电储水装置26中的水通过第二循环水泵25进入预热器24。

在本发明的一些实施例中，汽轮机组32与冷凝器31连接，过热蒸汽经过汽轮机组32后传输至冷凝器31，冷凝器31通过循环连接的方式连接有冷却塔30。

在本实施例中，经过汽轮机组32的水蒸气进入冷凝器31冷却，然后进入冷却塔30，冷却塔30用于将废热的冷却水在冷塔体内部与空气进行热交换，并将废热传给大气。冷却塔30冷却水蒸气后形成的水通过第三循环水泵29再次进入冷凝器31中。

在本发明的一些实施例中，冷凝器31依次与除氧装置27和发电储水装置26连接。

在本实施例中，冷凝器31中的水通过第四循环水泵28进入除氧装置27中，除氧装置27用于去除水中的氧气及其他气体，保证蒸汽循环水的品质，使进入发电储水装置26后再次循环利用。

在本发明的一些实施例中，汽轮机组32连接有冷油器34，冷油器34用于保证汽轮机和发电机33的轴承元件的温度范围在承受限度内；

和/或，

零碳排放电站锅炉系统中的装置和管道都布置有绝热材料以减少热损失。

在本实施例中，由于本申请选择的非燃烧水基热化学反应的反应温度低于传统的煤体燃料的燃烧温度，因此，可以在系统的装置和管道外围设置绝热材料，进而减少热损失，提高反应的热利用率。通过多个热循环和绝热材料使零碳排放电站锅炉系统的热利用率达到90%以上。

在本发明的一些实施例中，发电机33连接有风冷器35，风冷器35用于冷却发电机33的元件，防止发电机33过热。

在本发明的一些实施例中，反应室5底部设置有布风装置6，布风装置6用于使进入反应室5的水蒸气分布均匀。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，包括热化学反应单元和发电单元；

所述热化学反应单元包括反应物储料仓（1）、物料输送装置（3）、蒸汽发生装置（11）和反应室（5），所述反应物储料仓（1）储存有用于非燃烧水基热化学反应的固体颗粒，所述反应物储料仓（1）中的固体颗粒通过所述物料输送装置（3）至反应室（5），所述蒸汽发生装置（11）用于产生水蒸气，所述蒸汽发生装置（11）产生的水蒸气通过蒸汽泵（10）传输至所述反应室（5），所述反应室（5）中的固体颗粒和水蒸气反应产生热量；

所述发电单元包括水冷壁（4）、发电储水装置（26）、汽轮机组（32）和发电机（33），所述水冷壁（4）套设在所述反应室（5）外，所述发电储水装置（26）与所述水冷壁（4）的进口连接，所述汽轮机组（32）与所述水冷壁（4）的出口连接，所述汽轮机组（32）与所述发电机（33）连接；

所述反应室（5）产生的热量加热由所述发电储水装置（26）进入所述水冷壁（4）中的水形成水蒸气，形成的水蒸气进入所述汽轮机组（32），水蒸气的热量被转化成机械能用于所述发电机（33）发电。

2.根据权利要求1所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述热化学反应单元还包括固气分离器（17），所述固气分离器（17）分离出的固体传输至固体回收装置（19），所述固气分离器（17）设置有换热装置（21），所述换热装置（21）与第一换热器（16）循环连接，所述换热装置（21）通过循环管道将所述固气分离器（17）中的热量传输给所述第一换热器（16）；其中，所述循环连接为通过多条管道连接两个装置以使管道中的流体在两个装置中循环流通；

所述反应物储料仓（1）设置有用于加热所述反应物储料仓（1）的预热装置（2），所述预热装置（2）与所述第一换热器（16）通过所述循环连接的方式连接，所述第一换热器（16）的热量通过管道中的流体传输给所述预热装置（2）。

3.根据权利要求2所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述发电单元还包括汽包（18），所述汽包（18）的底部装盛有水，所述汽包（18）的底部与所述水冷壁（4）的进口连接，所述汽包（18）的中部与所述水冷壁（4）的出口连接，所述汽包（18）的顶部还与所述汽轮机组（32）的进口连接，所述发电储水装置（26）与所述汽包（18）的底部连接，所述发电储水装置（26）为所述汽包（18）供水；

和/或，

所述固气分离器（17）分离的气体经过过热器（23）进入所述蒸汽发生装置，所述汽包（18）传输至所述汽轮机组（32）的水蒸气经过所述过热器（23），所述过热器（23）将所述固气分离器（17）输出的水蒸气的热量传递给所述汽包（18）输出的水蒸气，所述固气分离器（17）输出的水蒸气冷凝进入所述蒸汽发生装置（11），所述汽包（18）输出的水蒸气形成过热蒸汽进入所述汽轮机组（32）。

4.根据权利要求3所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述发电储水装置（26）中的水经过省煤器（22）进入所述汽包（18），所述固气分离器（17）输出的水蒸气依次流经所述过热器（23）、所述省煤器（22）和第二换热器（15）释放热量后流入所述蒸汽发生装置，所述省煤器（22）用于加热由所述发电储水装置（26）流入所述汽包（18）中的水；

流体在所述预热装置（2）中释放热量后通过管道依次流经所述第二换热器（15）和所述第一换热器（16），所述第一换热器（16）和所述第二换热器（15）用于加热即将进入所述预热装置（2）的流体。

5.根据权利要求4所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述发电储水装置（26）通过预热器（24）连接所述省煤器（22），所述预热器（24）用于加热所述发电储水装置（26）传输至所述省煤器（22）的水。

6.根据权利要求2所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述汽轮机组（32）与冷凝器（31）连接，过热蒸汽经过所述汽轮机组（32）后传输至所述冷凝器（31），所述冷凝器（31）通过所述循环连接的方式连接有冷却塔（30）。

7.根据权利要求6所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述冷凝器（31）依次与除氧装置（27）和所述发电储水装置（26）连接。

8.根据权利要求1所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述汽轮机组（32）连接有冷油器（34），所述冷油器（34）用于保证汽轮机和发电机（33）的轴承元件的温度范围在承受限度内；

和/或，

所述零碳排放电站锅炉系统中的装置和管道都布置有绝热材料以减少热损失。

9.根据权利要求1所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述发电机（33）连接有风冷器（35），所述风冷器（35）用于冷却发电机（33）的元件，防止发电机（33）过热。

10.根据权利要求1所述的零碳排放电站锅炉系统，其特征在于，所述反应室（5）底部设置有布风装置（6），所述布风装置（6）用于使进入所述反应室（5）的水蒸气分布均匀。

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