[发明专利]一种氨的化学链燃烧发电系统和方法

说明书

本发明涉及一种氨的化学链燃烧发电系统和方法，该系统包括燃料反应器，燃料反应器内布置水冷壁管，水冷壁管的入口连通燃料反应器工业水入口，水冷壁管出口连通的燃料反应器蒸汽出口，蒸汽出口连通汽轮机入口，汽轮机同轴连接发电机；燃料反应器的气固混合物出口连通第一分离器入口，第一分离器的顶部为尾气出口，底部的还原态载氧体出口连通空气反应器入口，空气反应器底部为空气入口，空气反应器的气固混合物出口连通第二分离器入口，第二分离器顶部为氮气出口，第二分离器底部的氧化态载氧体出口连通燃料反应器的氧化态载氧体入口；本发明开公开了该系统的工作方法；本发明系统和方法能够提高燃烧反应速率，实现纯氨燃料的稳定燃烧。

技术领域

本发明涉及氨的合成和利用技术，具体为一种氨的化学链燃烧发电系统和方法。

背景技术

氨是一种可再生清洁无碳燃料，能量密度约为22.5MJ/kg，与化石燃料相当。将氨直接燃烧可以减少裂解为氢过程中的能量损耗，并且无温室气体排放，在碳达峰和碳中和的大背景下，采用纯氨燃烧发电可以显著降低发电过程中的碳排放。氨作为燃料的价格低，并且氨的压缩、储运成本远低于氢气，我国每年约有1.8亿吨氨被生产和运输，利用氨作为燃料发电具备一定工业基础。氨有多种制备途径，利用可再生能源的弃电制氨，然后就地消纳用于燃烧发电，可实现氨全生命周期内的零碳排放。

相关文献报道了氨气的掺烧机理，对氨-天然气、氨-氢气混燃进行了实验和模拟研究，如专利CN110312898B公开的一种利用燃烧用空气使燃料用氨在燃烧器内燃烧的燃烧装置，同时将氨作为燃料和还原剂使用。又如专利CN112012854A公开的一种面向可再生储氢燃料的发动机燃烧系统，利用氨和氢互补燃烧，在提升氨燃烧特性的同时，有效抑制NOx排放。又如专利CN110440251B公开的一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置，通过调节气态氨、含碳可燃性气体和空气比例，使得氨气能够在微正压条件下即实现完全燃烧，同时向外界提供热量。氨直接燃烧存在火焰速度低、NOx排放高的挑战，特别是纯氨燃料难以稳定燃烧，限制了氨燃料的商业化应用。

化学链式燃烧(Chemical Looping Gasification,CLC)是一种新颖的燃烧技术，它是通过链式反应利用固体载氧体中的晶格氧在燃料反应器中使燃料完全氧化成二氧化碳和水，反应后的载氧体在空气反应器中被空气重新氧化恢复晶格氧循环使用的过程。与传统燃烧技术相比，化学链式燃烧具有燃料高效转化、二氧化碳分离、产物低NOx等特点，更适合于氨燃料的燃烧。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氨的化学链燃烧发电系统和方法，是一种经济可行、低氮氧化物排放、低碳排放的氨化学链燃烧发电系统和方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种氨的化学链燃烧发电系统，包括燃料反应器9，燃料反应器9上设置有工业水入口1、蒸汽出口3、氨气入口7、氧化态载氧体入口8和气固混合物出口，燃料反应器9内布置水冷壁管2，水冷壁管2的入口连通工业水入口1，水冷壁管2出口连通的蒸汽出口3，氨气与氧化态载氧体发生还原反应放出热量，用来加热水冷壁管2中的工业水；蒸汽出口3连通汽轮机4入口，汽轮机4同轴连接发电机5；燃料反应器9的气固混合物出口连通第一分离器10入口，第一分离器10的顶部为尾气出口11，底部的还原态载氧体出口连通空气反应器14入口，空气反应器14底部为空气入口13，空气反应器14的气固混合物出口连通第二分离器15入口，第二分离器15顶部为氮气出口16，第二分离器15底部的氧化态载氧体出口连通燃料反应器9的氧化态载氧体入口8。

所述氧化态载氧体为过渡金属氧化物。

所述过渡金属氧化物采用赤泥，该赤泥为制铝工业提取氧化铝时排出的废渣。

所述的氨的化学链燃烧发电系统的工作方法，工业水从工业水入口1进入在水冷壁管2中流动并吸热，变成蒸汽，蒸汽从蒸汽出口3送往汽轮机4，推动汽轮机4转动并带动发电机5发电，产生电能6送往电网销售；