一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括供電裝置、熔鐵電弧爐、煤氣化爐，所述供電裝置連接所述熔鐵電弧爐，所述熔鐵電弧爐通過上連接管和下連接管與所述煤氣化爐連接，并且所述熔鐵電弧爐中上連接管和下連接管的管口距離H

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法
本專利技術(shù)涉及電網(wǎng)電能的綜合利用，具體涉及一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
目前，火力發(fā)電是我國的主要發(fā)電方式。近年來，隨著我國人民生活水平的提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，全社會(huì)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，導(dǎo)致各大電網(wǎng)峰谷差日趨增大。電力企業(yè)在供電安全性、可靠性及電能質(zhì)量等方面的要求也越來越高。電網(wǎng)負(fù)荷隨時(shí)間分配不平衡，電網(wǎng)日負(fù)荷隨時(shí)間呈現(xiàn)規(guī)律性變化，電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組要同時(shí)滿足峰谷兩個(gè)期間的用電需求。電網(wǎng)低谷負(fù)荷只有電網(wǎng)高峰負(fù)荷的60%，電網(wǎng)低谷電能不能有效利用。這導(dǎo)致在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)需要拉閘限電，而低谷時(shí)則需要停掉很多機(jī)組。發(fā)電機(jī)組頻繁啟停不僅會(huì)增加能耗，使電力設(shè)備發(fā)電效率下降，經(jīng)濟(jì)效益降低，而且會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的使用壽命。2014年我國30萬千瓦以上火電設(shè)備年平均利用率僅為45%，對(duì)于能源短缺的今天，這會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)和資源損失。目前，我國電網(wǎng)調(diào)峰能力難以滿足日益增長(zhǎng)的客觀調(diào)峰需求，電網(wǎng)調(diào)峰技術(shù)的發(fā)展對(duì)于日趨嚴(yán)重的調(diào)峰問題意義重大。按照調(diào)峰方式的不同，目前的調(diào)峰技術(shù)主要分為機(jī)組操作調(diào)峰和蓄能調(diào)峰兩類。機(jī)組操作調(diào)峰主要包括少汽無功運(yùn)行、低負(fù)荷運(yùn)行及兩班制運(yùn)行。少汽無功運(yùn)行在用電低谷時(shí)將機(jī)組的負(fù)荷減少至零，使機(jī)組處于額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的無功狀態(tài)；低負(fù)荷運(yùn)行通過改變機(jī)組的負(fù)荷來滿足電網(wǎng)的調(diào)峰需求；兩班制運(yùn)行根據(jù)電網(wǎng)的日負(fù)荷曲線的分配規(guī)律，在白天機(jī)組正常運(yùn)行，夜間在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)則停機(jī)6-8h。少汽無功運(yùn)行及低負(fù)荷運(yùn)行均存在能源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題。兩班制運(yùn)行的調(diào)峰方式則對(duì)設(shè)備操作參數(shù)要求嚴(yán)格，安全性較低。蓄能調(diào)峰是我國乃至世界電網(wǎng)調(diào)峰的必然趨勢(shì)。按照蓄能方式的不同，電網(wǎng)蓄能調(diào)峰可以分為：(1)機(jī)械能蓄能：抽水蓄能，壓縮空氣蓄能；(2)熱能蓄能：熱水蓄熱鍋爐，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)，蓄能空調(diào)技術(shù)；(3)電化學(xué)蓄能：蓄電池、燃料電池；(4)化學(xué)能蓄能：電解鋁，電解水制氫。在目前的蓄能調(diào)峰技術(shù)中，抽水蓄能調(diào)峰技術(shù)、熱水蓄熱鍋爐、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)以及蓄能空調(diào)技術(shù)均受到季節(jié)和地域的限制；壓縮空氣蓄能技術(shù)調(diào)峰速度慢靈活性差；蓄電池，燃料電池蓄能調(diào)峰技術(shù)能源轉(zhuǎn)換效率高，但存儲(chǔ)容量及發(fā)電功率是其技術(shù)發(fā)展的限制環(huán)節(jié)。與其他蓄能技術(shù)相比，化學(xué)能蓄能具有一定的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)可適應(yīng)電網(wǎng)峰谷特性，利用谷期電制備化學(xué)產(chǎn)品，在最大程度上提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率，減少峰谷差，保證高效的能源轉(zhuǎn)化效率。在目前化學(xué)能蓄能技術(shù)的研發(fā)中，電解水制氫技術(shù)具有環(huán)保，無污染的優(yōu)點(diǎn)，利用該技術(shù)可得到高附加值的氫氣，但其投資成本高，經(jīng)濟(jì)性差；電解鋁技術(shù)存在污染嚴(yán)重的問題，而且在鋁產(chǎn)能過剩的今天，通過電解鋁技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰不占優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)提供一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)及方法基于鐵浴煤氣化技術(shù)，即利用谷期電制備高溫煤氣，進(jìn)而制備城市煤氣/化工合成氣，屬于一種新型化學(xué)能蓄能技術(shù)。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，包括供電裝置、熔鐵電弧爐、煤氣化爐，所述供電裝置連接所述熔鐵電弧爐，所述熔鐵電弧爐通過上連接管和下連接管與所述煤氣化爐連接，并且所述熔鐵電弧爐中上連接管和下連接管的管口距離H1與所述煤氣化爐中上連接管和下連接管的管口距離H3要滿足以下關(guān)系式：H3<0.953H1；所述供電裝置與電網(wǎng)連接。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括換熱器和除塵器，所述換熱器連接所述煤氣化爐，所述除塵器連接所述換熱器。進(jìn)一步地，所述供電裝置包括與電網(wǎng)連接的峰谷調(diào)控器，所述峰谷調(diào)控器依次連接熔斷器、互感器、變壓器、短網(wǎng)，所述短網(wǎng)通過加熱電極連接所述熔鐵電弧爐。進(jìn)一步地，所述加熱電極為石墨電極。進(jìn)一步地，所述煤氣化爐設(shè)有物料噴嘴、氣體出口、熔渣出口，所述物料噴嘴垂直設(shè)置于所述煤氣化爐頂部；或者所述物料噴嘴設(shè)置在所述煤氣化爐側(cè)部，且所述物料噴嘴與所述煤氣化爐側(cè)壁的夾角為10°~45°。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還可以包括城市煤氣處理裝置，所述城市煤氣處理裝置包括合成氣成分調(diào)節(jié)裝置和合成氣反應(yīng)器，所述合成氣成分調(diào)節(jié)裝置用于通過水蒸氣變換反應(yīng)調(diào)節(jié)CO與H2的摩爾比為1:3，所述合成氣反應(yīng)器用于將從所述合成氣成分調(diào)節(jié)裝置出來的混合氣通過甲烷化反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為城市煤氣，所述合成氣成分調(diào)節(jié)裝置連接所述除塵器。一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰方法，是采用上述電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，包括以下步驟：（1）根據(jù)谷期的實(shí)際用電量確定電網(wǎng)調(diào)峰量，設(shè)置用電負(fù)荷，并確定所述電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)的數(shù)量；如果采用1套電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，直接進(jìn)入步驟（2）；如果采用多套電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，將多套電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)并聯(lián)后再進(jìn)入步驟（2）；（2）將電流引入熔鐵電弧爐內(nèi)加熱鐵水至熔鐵電弧爐和煤氣化爐內(nèi)溫度達(dá)到1500~1600℃并穩(wěn)定；（3）將氣化劑預(yù)熱至200~400℃，從物料噴嘴噴入預(yù)熱氣化劑攜帶的煤粉和碳酸鈣混合粉末至煤氣化爐中進(jìn)行煤氣化反應(yīng)，得到高溫煤氣；（4）將高溫煤氣用于制備城市煤氣或者化工產(chǎn)品。上述方法中，所述氣化劑為CO2、水蒸氣、富CO2煙氣中的一種或多種混合。上述方法中，所述預(yù)熱氣化劑攜帶的煤粉和碳酸鈣混合粉末，其中氣化劑、煤粉和碳酸鈣中的C與氣化劑中的O的摩爾比為1:0.9~1:1.5，CaCO3與煤粉中的S的摩爾比為1:1~2.5:1。上述方法中，所述將高溫煤氣用于制備城市煤氣，具體過程為：將高溫煤氣依次經(jīng)換熱器換熱、除塵器除塵后進(jìn)入合成氣成分調(diào)節(jié)裝置，與水蒸氣反應(yīng)生成H2，并控制CO與所生成的H2的摩爾比為1:3；將混合氣送入合成氣反應(yīng)器中發(fā)生甲烷化反應(yīng)獲得城市煤氣。上述方法中，所述將高溫煤氣依次經(jīng)換熱器換熱，所述換熱器中換熱介質(zhì)為水，換熱后獲得的水蒸氣用作氣化劑。上述方法中，所述化工產(chǎn)品包括合成油、甲醇、乙二醇、羰基醇、二甲醚以及低碳烯烴等以CO為主要原料的產(chǎn)品。本專利技術(shù)涉及的反應(yīng)方程式為：CaCO3=CaO+CO2(g)=+110.39kJ/mol(1)CaO+S+C=CaS+CO(g)?H2=-26.85kJ/mol(2)C+CO2(g)=2CO(g)=+161.81kJ/mol(3)C+H2O(g)=CO(g)+H2(g)=+135.0kJ/mol(4)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)?H5=+39.22kJ/mol(5)CO(g)+3H2=CH4(g)+H2O(g)?H6=-216.45kJ/mol(6)CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)?H6=-202.51kJ/mol(7)?H1~?H7表示反應(yīng)(1)~(7)的反應(yīng)熱。煤氣化反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，以高溫鐵水作為熱載體，為煤氣化反應(yīng)提供所需的熱量。熔池中的鐵水對(duì)煤氣化反應(yīng)還具有催化作用，可提高煤氣化反應(yīng)速率，改善煤氣組分。下面以50MW谷期調(diào)峰負(fù)荷為例，按照質(zhì)量守恒及能量守恒對(duì)電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)及方法所需物料及生成的產(chǎn)物進(jìn)行計(jì)算，方法如下：計(jì)算條件：熔鐵電弧爐為交流電弧爐，輸入功率Pa=50MW，電熱效率為78%，熔鐵電弧爐鐵水入口溫度為1450℃，出口溫度為1550℃，氣化劑為CO2，煤氣化爐內(nèi)煤粉中的C與CO2摩爾比為1:1，煤粉中的S與CaCO3摩爾比為1:1。選用的煤粉為劣質(zhì)煤和優(yōu)質(zhì)煤兩種，兩種煤的工本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于包括供電裝置、熔鐵電弧爐、煤氣化爐，所述供電裝置連接所述熔鐵電弧爐，所述熔鐵電弧爐通過上連接管和下連接管與所述煤氣化爐連接，并且所述熔鐵電弧爐中上連接管和下連接管的管口距離H

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于包括供電裝置、熔鐵電弧爐、煤氣化爐，所述供電裝置連接所述熔鐵電弧爐，所述熔鐵電弧爐通過上連接管和下連接管與所述煤氣化爐連接，并且所述熔鐵電弧爐中上連接管和下連接管的管口距離H1與所述煤氣化爐中上連接管和下連接管的管口距離H3要滿足以下關(guān)系式：H3<0.953H1；所述供電裝置與電網(wǎng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括換熱器和除塵器，所述換熱器連接所述煤氣化爐，所述除塵器連接所述換熱器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于所述供電裝置包括與電網(wǎng)連接的峰谷調(diào)控器，所述峰谷調(diào)控器依次連接熔斷器、互感器、變壓器、短網(wǎng)，所述短網(wǎng)通過加熱電極連接所述熔鐵電弧爐。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于所述加熱電極為石墨電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于所述煤氣化爐設(shè)有物料噴嘴、氣體出口、熔渣出口，所述物料噴嘴垂直設(shè)置于所述煤氣化爐頂部；或者所述物料噴嘴設(shè)置在所述煤氣化爐側(cè)部，且所述物料噴嘴與所述煤氣化爐側(cè)壁的夾角為10°~45°。6.根據(jù)權(quán)利要求2~5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種電弧爐雙室鐵浴煤氣化的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還可以包括城市煤氣處理裝置，所述城市煤氣處理裝置包括合成氣成分調(diào)節(jié)裝置和合成氣反應(yīng)器，所述合成氣成分調(diào)節(jié)裝置用于通過水蒸氣變換反應(yīng)調(diào)節(jié)CO與H2的摩爾比為1:3，所述合成氣反應(yīng)器用于將從所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于慶波，左宗良，秦勤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21