[发明专利]一种基于化学链燃烧的氢气储能、热电联产及CO2捕获的系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于化学链燃烧的氢气储能、热电联产及CO₂捕获的系统及方法，该系统包括化学链燃烧系统、燃气轮机发电系统、补燃系统和余热回收利用系统。其中，化学链燃烧系统用以生产氢气、高温气体及实现燃烧产物中CO₂的吸附与分离；燃气轮机发电系统利用化学链燃烧系统或者补燃系统产生的高温气体进行发电；补燃系统在电力负荷较大的情况下接入，提升燃气透平入口的气体温度，提高发电效率；余热回收利用系统可实现系统内气体余热资源的高、中、低温梯级利用，生产系统内部所需的水蒸气以及供热。本发明在CO₂捕获和供热的同时，通过控制反应条件，可以调控发电和氢气储能的产出比例，根据电力需求进行生产，提高能源利用的动态效率。

技术领域

本发明涉及能源与环境技术领域，尤其涉及一种基于化学链燃烧的氢气储能、热电联产及CO₂捕获的系统及方法。

背景技术

目前能源消耗的主要方式是含碳的化石燃料的氧化放热，随着全球能源消耗量日益增多，大气中二氧化碳浓度的不断升高，全球气候变暖趋势逐渐加剧。在目前国际范围内环境保护政策日益严格的形势下，CO₂气体的减排显得尤为重要。与此同时，能源系统供需负荷变化增大，如何实现系统储能调剂控制负荷以实现系统整体动态效率和经济效益最大化成为亟待解决的问题。

1983年科学家Richter等首次提出化学链燃烧的概念，其目的是降低热电厂气体燃烧过程中产生的熵变，提高能源使用效率。20世纪90年代后期，许多学者开始把化学链燃烧作为一种CO₂捕捉的新型工艺进行研究。其基本原理是将传统的燃料与空气直接接触的燃烧借助于氧载体的作用而分解为2个气固反应，燃料与空气无需接触，由氧载体将空气中的氧传递到燃料中。利用化学链燃烧可以排除氮氧化物对CO₂的分离产生影响，由于燃料与空气不直接接触，不会有氮氧化合物产生，燃料反应器气体产物仅有CO₂和H₂O，分离水分即可获得纯的CO₂，省却了N₂/O₂分离装置，提高了CO₂捕获的效率。

氢气作为一种清洁、高效的二次能源受到越来越多国家的重视，将氢气储能与发电相结合，可以在电力负荷较小的情况下利用氢气储能替代电力生产，利用氢气储能平衡电力负荷的波动，实现能源系统的优化配置。化学链燃烧系统通过控制反应条件可以实现不同比例的氢气输出，将化学链燃烧系统与燃气轮机发电系统结合可以实现氢气储能与发电的联合生产；化学链燃烧系统产生的这部分氢气一方面可以作为补燃系统的燃料，避免了传统的补燃系统中含碳燃料的燃烧所产生的CO₂，实现CO₂的近零排放；另一方面还可以将氢气作为目标产物，利用氢气的生产进行储能，通过控制系统的反应条件实现氢气储能和电力生产的部分转换，在电力充足的情况下从发电向氢气储能生产转移，实现能源的合理利用。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明的目的是利用化学链燃烧、燃气轮机发电和余热回收利用的方式实现氢气储能、热电联产及CO₂捕获。本发明在高效捕获CO₂的基础上，还可以实现氢气储能和电力发电的按负荷需要生产配置，并且利用系统的余热生产水蒸气与供热，提高整体能源利用的动态效率，具有经济和环境保护效益。

本发明所述的技术方案为：