[发明专利]一种全天候运行的太阳能气化反应器

说明书

本公开提供了一种全天候运行的太阳能气化反应器，其气化反应装置采用一体化分级气化反应结构，其内部形成有反应腔体和灰渣及燃烧腔体；在太阳能资源充足时段，太阳能气化反应器工作于太阳能气化反应模式，太阳能集热镜场用于提供反应热；在反应热的驱动下反应物在反应腔体中发生气化反应，灰渣及燃烧腔体用于收集气化反应的固体灰渣；在无充足太阳能辐射时段，太阳能气化反应器工作于常规气化反应模式，空气与固体灰渣在灰渣及燃烧腔体中燃烧产生高温燃烧热，在高温燃烧热的驱动下反应物在反应腔体中发生气化反应，灰渣及燃烧腔体用于收集气化反应的固体灰渣。

技术领域

本公开涉及高温太阳能热化学利用技术领域，尤其是一种全天候运行的太阳能气化反应器。

背景技术

能源是人类文明与社会经济发展的重要基础，化石能源也成为当前社会发展与现代工业的主要能源，随着人类的不断开采，化石能源的枯竭己不可避免，而其使用过程中产生的大量温室气体和一些有毒有害物质也会威胁全球生态环境与人类健康。人类赖以生存的生态环境己受到严重威胁。我国的能源结构以煤炭等化石能源为主，同时石油和天然气等优质能源仍然严重依赖进口。一次能源消耗量由2000年的14.6亿吨标准煤增长至2015年43亿吨标准煤。2015年，我国的煤炭消费比重高达64％，而水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量仅占能源消费总量的17.9％。面对当前能源短缺和环境污染等制约我国经济社会健康发展的瓶颈问题，大力开发利用太阳能、生物质能等可再生能源以逐步替代煤炭等化石能源己经成为我国和世界其他各国促进节能减排和实现能源可持续发展的共同选择。

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源，在缓解日益严重的环境污染问题和实现能源供应多元化的过程中发挥着重要作用。我国是太阳能资源非常丰富的国家之一，从地理分布上看，西北地区太阳能资源开发潜力最大，占全国总量的35％。根据我国各地区太阳能资源、可开发资源、可利用面积等指标，估算全国符合太阳能集热发电基本条件的太阳能热发电可装机潜力约为1.6×10¹⁰～1.8×10¹⁰kW·h。综合考虑太阳能集热发电条件好的地区的水资源条件、电力输送条件等因素，中国太阳能热发电理论可开发量约为8×10⁹kW·h。目前，太阳能的发电形式主要包括太阳能热发电和太阳能光伏发电等，然而，太阳能因能量密度低、不连续性和不稳定性等固有特性导致太阳能热利用和太阳能热发电技术的效率偏低。另一方面，太阳能与生物质、煤炭和天然气等常规能源系统进行整合的利用方法将成为解决上述问题的重要技术手段，这种多能源互补的利用模式现己得到了广泛关注。通过与成熟的发电技术进行集成，能够有效地解决太阳能利用温度和效率较低等问题，同时也能降低太阳能热利用的技术和经济风险，另外利用太阳能替代部分常规能源，能够有效地降低常规能源的使用率，也被作为是减少化石能源消耗的重要技术手段。

太阳能与生物质、煤炭和天然气等能源的互补形式主要包括热互补和热化学互补(即太阳能热化学)。具体而言，太阳能热化学是指利用太阳能驱动吸热型热化学反应，是实现与其他能源互补的重要技术手段，首先将借助聚光集热装置将太阳能转变为高温太阳热能，进而以反应热的形式驱动吸热型化学反应，实现以高密度化学能形式收集和存储太阳能，再通过热力循环完成热功转换或作其他用途。

针对太阳能与生物质的热化学互补形式，可以利用高温聚焦的太阳热能为生物质的气化热解反应提供高温反应热，并生成富含H₂和CO的高品质合成气。

由此将间歇性、不连续性太阳能转化为高品质的燃料化学能，实现了太阳能能量品位提升，另外也实现了太阳能的低成本、高密度化学储能，以解决当前太阳能热利用技术所存在的不稳定不连续等技术难题；同时产生的太阳能燃料可实现远距离输送，实现太阳能资源的地区性转移；另外，将太阳能转化为高品位的太阳能燃料后，可作为燃气-蒸汽联合循环等先进作功设备的气体燃料直接用于燃烧发电，还可作为原料用于合成各种类型液体燃料和化工产品，这对于迎合当前多元化能源消费体系的正常需求有着非常重要的意义。