[发明专利]一种化学链燃烧废气利用和水下压缩氮气储能的耦合系统

说明书

本发明属于化学链燃烧废气利用、压缩空气储能技术领域，具体涉及一种化学链燃烧废气利用和水下压缩氮气储能的耦合系统，包括化学链燃烧单元、冷凝器、氨合成单元、液氮生产单元、水下压缩氮气储能系统，化学链燃烧单元的氧化反应侧出口连接至冷凝器入口；冷凝器出口与氨合成单元、液氮生产单元、压缩机分别相连；水下压缩氮气储能系统包括依次通过管道串联在一起的压缩机、第一换热器、水下储气装置、第二换热器、膨胀机、发电机；膨胀机出口与氨合成单元、液氮生产单元分别相连。本耦合系统以氮气为载体，将化学链燃烧单元对废气的利用与水下压缩氮气储能系统采用的储能技术相结合，形成可实现资源充分利用和电力系统灵活调节的综合系统。

技术领域

本发明属于化学链燃烧废气利用、压缩空气储能技术领域，具体涉及一种化学链燃烧废气利用和水下压缩氮气储能的耦合系统。

背景技术

化学链燃烧技术被广泛认为是目前最具有前景的碳捕集技术之一，具有高能源转化效率、低二氧化碳捕集成本和污染物协同控制等优点。它的基本原理是将传统的燃料与空气直接接触燃烧，借助于载氧体转化为2个气固反应，燃料与空气不直接接触，由载氧体将空气中的氧气传递给燃料，载氧体通常为金属氧化物。其中还原反应侧，还原性燃料与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质，二氧化碳和水蒸气，高温二氧化碳和水蒸气推动膨胀机做功后可经过简单的冷凝设备去除水，从而实现去二氧化碳的捕集；氧化反应侧，湿空气与还原反应侧生成的金属单质发生氧化反应，生成金属单质回到还原反应侧，剩余气体推动膨胀机做功后通常直接排放到大气中。氧化反应侧废气为高浓度氮气和水蒸气，可进一步综合利用，节约资源。

水下压缩空气储能利用水的静压特性实现压缩空气的等压存储和释放，具有系统效率高、储能规模灵活可变等优点，为未来海洋可再生能源的规模化存储提供了一种全新的思路和可行的技术方案。水下储气装置通常可分为开式和闭式储气装置，开式储气装置中，高压空气与水直接接触，高压空气中的氧气和水中的氧气形成浓度差，从而导致高压空气中的氧气不可避免的溶解于水中，导致气量损失，存在系统效率低等问题。

发明内容

本发明提供一种化学链燃烧废气利用和水下压缩氮气储能的耦合系统，解决化学链燃烧废气直接排放浪费资源、水下压缩空气储能气量损失等问题，从而提高化学链燃烧废气综合利用以及提升电力资源灵活配置，实现资源的高效利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种化学链燃烧废气利用和水下压缩氮气储能的耦合系统，包括化学链燃烧单元、冷凝器、氨合成单元、液氮生产单元、压缩机、第一换热器、水下储气装置、第二换热器、膨胀机、发电机，其中：

化学链燃烧单元的氧化反应侧出口连接至冷凝器入口；

冷凝器出口与氨合成单元、液氮生产单元、压缩机分别相连；

压缩机、第一换热器、水下储气装置、第二换热器、膨胀机、发电机依次通过管道串联，压缩机、第一换热器、水下储气装置、第二换热器、膨胀机、发电机形成水下压缩氮气储能系统；

膨胀机出口与氨合成单元、液氮生产单元分别相连；

所述耦合系统以氮气为载体，将化学链燃烧单元对废气的利用与水下压缩氮气储能系统采用的储能技术相结合，形成可实现资源充分利用和电力系统灵活调节的综合系统。

作为本发明的进一步优选，还包括电动机，电动机与压缩机相连。

作为本发明的进一步优选，还包括两蓄热器和两蓄冷器，第一换热器和第二换热器均一端与蓄热器相连，均另一端与蓄冷器相连。

作为本发明的进一步优选，所述水下储气装置可采用开式储气装置或闭式储气装置。

作为本发明的进一步优选，化学链燃烧单元氧化反应侧废气流入冷凝器，去除废气中的水，剩下高浓度的氮气可同去氨合成单元或者液氮生产单元；

当用电低谷或存储富余可再生能源时，高浓度氮气也可通入水下压缩氮气储能系统中的压缩机，氮气经压缩机多级压缩后，在第一换热器中与冷源进行换热，进去水下储气装置存储，此时水下储气装置中为高压氮气；