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蒸汽发电站集成的高温电池

阅读：870发布：2023-02-09

专利汇可以提供蒸汽发电站集成的高温电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种蒸汽发电站，其包括可以被燃烧室中的燃烧器装置烧热的蒸汽锅炉以及空气预热器，该空气预热器适合于从燃烧室的废气中提取热能，以便将热能向第一空气流传递，该第一空气流至少部分地作为燃烧空气又输入燃烧室中，其中蒸汽发电站还包括高温电池，其同样能够被供给来自第一空气流的空气。，下面是蒸汽发电站集成的高温电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种蒸汽发电站(1)，该蒸汽发电站包括能被燃烧室(4)的燃烧器装置烧热的蒸汽锅炉(2)以及空气预热器(5)，所述空气预热器(5)适合于从所述燃烧室(4)的废气中提取热能，以便将热能向第一空气流(6)传递，所述第一空气流(6)至少部分地作为燃烧空气又输入所述燃烧室(4)，其特征在于，所述蒸汽发电站(1)还包括高温电池(10)，所述高温电池(10)同样能够被供给来自第一空气流(6)的空气。
2.按照权利要求1所述的蒸汽发电站，其特征在于，给高温电池(10)供给的来自所述第一空气流(6)的空气在燃烧器装置的常规运行中具有至少250℃，优选至少300℃的温度水平。
3.按照前述权利要求之一所述的蒸汽发电站，其特征在于，给高温电池(10)供给的来自所述第一空气流(6)的空气在与高温电池(10)热交互作用之后，尤其在热和/或化学交互作用之后输入碎煤机(20)。
4.按照权利要求3所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述空气在与自身处于运行状态中的高温电池(10)热交互作用之后具有比与所述高温电池(10)热交互作用之前更高的温度水平。
5.按照权利要求3或4所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述碎煤机(20)被供给第二空气流(7)，所述第二空气流(7)具有比所述第一空气流(6)相对更低的温度水平。
6.按照权利要求5所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述第一空气流(6)和所述第二空气流(7)在输入所述碎煤机中之前相互混合。
7.按照权利要求3至6之一所述的蒸汽发电站，其特征在于，设置流体技术的调节装置，所述调节装置保证所述碎煤机(20)内部的温度在第一空气流(6)与第二空气流(7)混合之后不会波动大于50℃、优选不大于20℃的温度。
8.按照权利要求5至7之一所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述第二空气流(7)在输入所述碎煤机(20)中之前通过热交换器(8)、尤其是蒸汽运行的空气预热器(8)调节。
9.按照权利要求8所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述热交换器(8)设计用于，空气被热调节，尤其被预热，所述空气作为第一空气流(6)被输入所述空气预热器(5)并且后续作为燃烧空气输入所述燃烧室(4)。
10.按照权利要求1所述的蒸汽发电站，其特征在于，用于供给高温电池(10)的来自第一空气流(6)的空气首先被输入所述高温电池(10)中，并且在与其交互作用、尤其在与其热和/或化学交互作用之后作为燃烧空气被输入所述燃烧室(4)中。
11.按照前述权利要求之一所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述高温电池(10)是金属-空气电池(10)，其尤其在放电运行中通过化学反应消耗氧气。
12.按照前述权利要求之一所述的蒸汽发电站，其特征在于，所述高温电池(10)设计用于被供给水蒸气，所述水蒸气通过所述燃烧室(4)中的燃烧热被热制备。
13.一种用于运行按照前述权利要求1至12之一所述的蒸汽发电站的方法，其特征在于，在运行状态中以来自第一空气流(6)的空气给所述高温电池(10)供给。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，以来自第一空气流(6)的空气给高温电池(10)的供给根据所述高温电池(10)的运行状态控制或调节。

说明书全文

蒸汽发电站集成的高温电池

技术领域

[0001] 本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的蒸汽发电站，该蒸汽发电站包括可以被燃烧室中的燃烧器装置烧热的蒸汽锅炉以及空气预热器，其适合于从燃烧室的废气中提取热能，用于将热能向第一空气流传递，第一空气流至少部分地作为燃烧空气输入燃烧室中。此外本发明还涉及一种按照权利要求13的前序部分所述的用于运行这种蒸汽发电站的方法。

背景技术

[0002] 燃烧化石的蒸汽发电站首先用于满足在公共供电中的基本负荷，也就是公共电网由于电流需求产生的负载，该电流需求通常不低于日平均量。通过燃烧油或煤的蒸汽发电站尤其称为这种蒸汽发电站。为了满足其他的电流需求量，在相应的需求时使用中负荷或最大负荷发电站。

[0003] 以油或煤燃烧的蒸汽发电站由于较高的运行固定成本以及相对较低的燃料成本作为基础负载电站运行。该蒸汽发电站在运行中作为基础负载类型优选在上部负载区域中圆形地围绕钟表运行。该蒸汽发电站按照技术设计也由于其相对有利的启动速度或较快的可调节性同样可以适合作为中负载发电站。

[0004] 这种蒸汽发电站优选在持续运行中使用，其特别适用于在较小的电流需求的时间中用于向中间存储器系统供电，在再次电流需求时从该中间存储器系统中又可以快速地提供电能。

[0005] 这种中间存储器系统例如是工业的电池，其能够将发电站功率以电的形式存储为电能。结合向公共电网提供电能，在此尤其是高温电池技术被证实是合适的。

[0006] 在此，高温电池应该理解为这种电池，该电池适合将电站容量中间存储为电功率，用于将其在需要时以足够量又向公共电网输出。此外，这种高温电池的运行温度至少为100℃，尤其大于250℃并且特别优选地大于500℃。高温电池优选是具有上述运行温度的固态电解质电池。

[0007] 因此，例如钠硫电池(Na-S 蓄电池)适用于中间存储更大量的电功率。其可以在峰值负载时间中或为了电网稳定非常短时间地又向公共电网输出。另一种适用于在峰值负载时间中供电的高温电池技术是由本申请人开发的金属-空气电池，如其在DE 10 2009 057720A1中所述。在此在本申请中明确地参考了该文献的内容。这种金属-空气电池的特征在于存在可氧化的金属、优选是金属材料，例如铁，其在电池放电时通过水蒸气氧化。电池的功率输出还基于阴极侧的过程气体输入，其典型以空气作为过程气体被供给。在空气中存在的氧气在此在阴极上的放电状态中被降低并且通过气密的固体电解质(其将阴极和阳极隔开)向阳极区域传输。在那进行被降低的氧气的氧化，其中变为自由的电荷作为电功率通过触点分接。为了固体电解质在运行状态中可以保证其离子的导电性，金属-空气电池的功能性需要最低温度，为了经济的运行不能低于该最低温度。

[0008] 所有的高温电池共同的是，其为了经济运行要求供给热能。为了提供热能，通常将电加热系统作为热源集成在各个电池中，用于将电池置于或保持为运行温度。但是这在整体考虑待使用的电功率时，常常被证明是在经济上不利的，因为电能的供给在制造、提供和中间存储时具有不期望的损失功率。

[0009] 此外，热损失也算作这种损失功率，因为大约大于250℃或大于500℃的运行温度不仅意味着用于提供由电能获得的热能的很高的供给耗费，而且同样需要很高的隔绝耗费，用于将热损失保持尽可能低。

发明内容

[0010] 因此本发明所要解决的技术问题在于，避免由现有技术已知的缺点。本发明所要解决的技术问题尤其在于，避免高温电池相对低效地提供直接由电能获得的热能。此外提供一种发电方案，其允许这种高温电池的高效能的运行。这种方案优选涉及一种将高温电池集成在蒸汽发电站中用于合适地向高温电池提供能量的方法。

[0011] 按照本发明，所述技术问题通过一种按照权利要求1所述的蒸汽发电站以及通过一种按照权利要求13所述的用于运行这种蒸汽发电站的方法解决。

[0012] 所述技术问题尤其通过一种蒸汽发电站解决，该蒸汽发电站包括可以被燃烧室的燃烧器装置烧热的蒸汽锅炉，以及空气预热器，该空气预热器适合将热能从燃烧室的废气中取出，用于将热能向第一空气流传递，第一空气流至少部分地作为燃烧空气又输入燃烧室中，其中蒸汽发电站还包括高温电池，该高温电池同样能够被供给来自第一空气流的空气。

[0013] 本发明所要解决的技术问题还通过一种用于运行这种蒸汽发电站的方法解决，其中，尤其是高温电池在运行状态中被供给来自第一空气流的空气。

[0014] 按照本发明，热能也可以从燃烧室的废气获得，所述热能至少部分地向第一空气流传递，其中来自第一气流的热能提供用于供给高温电池。据此，用于运行高温电池所需的热能完全地或至少部分地从废气中获取。但因此高温电池中用于达到运行温度的电驱动的热装置是过剩的或可以在相对更低的功率输出下运行。

[0015] 借助来自第一空气流的热能来供给集成在蒸汽发电站过程中的高温电池典型地通过获取来自第一空气流的适合量的空气实现。因此按照实施形式可以考虑的是，第一空气流通过设置合适的空气管道分离，其中第一空气流的一部分又作为燃烧空气输入燃烧室中，但另一部分以合适方式输入高温电池中。通过合适的流体技术的调节和/或热调节还可以合适地调节输入高温电池中的、热能的量。

[0016] 此外高温电池布置在发电站中被证实是特别有利的，因为在供给高温电池时的热能或电损失功率也可以保持很大程度地低。因此，按照本发明的电站集成的解决方案还可以期待明显改进的效率。

[0017] 按照本发明的第一优选实施形式规定，来自第一空气流的供给高温电池的空气在燃烧器装置的常规运行中具有至少250℃、优选至少300℃的温度水平。由此例如可以保证，通常需要250℃至300℃的运行温度的钠硫电池可以有利地运行。尤其为了必要的达到钠硫电池所需的运行温度不再需要其他加热装置。因此这允许在加热装置的提供以及运行时所需加热装置方面的耗费减少。因为通过将高温电池集成在蒸汽发电站中还可以将热功率损失保持相对低，按照实施形式的集成解决方案被证明是特别有利的。

[0018] 按照另一种优选的实施形式规定，来自第一空气流的、供给高温电池的空气在与高温电池热交互作用后、尤其在热和/或化学的交互作用后输入碎煤机中。为此，按照实施形式设置适用的输入器件。在此通常在高温电池内部进行交互作用，其中空气接下来被输入碎煤机中。来自空气的热能在此尤其用于煤粉的干燥或惰性化。此外，空气也可以以合适方式用于将煤粉从碎煤机传送至燃烧室中。根据高温电池的运行状态，空气可以被输入或输出不同量的热能，因此在输入到碎煤机中时会出现温度波动。

[0019] 若例如上述金属-空气电池在放电状态中被供给来自第一空气流的空气，则空气的能量含量由于在金属-空气电池中出现的放热反应甚至继续升高。空气还可以在流出高温电池后相对进入该高温电池的时刻具有更高的温度。但是也可以表现不同的是，高温电池例如在放电状态的时刻首先吸收热能，并因此减小空气的能量含量。当高温电池在预备状态中既不充电也不放电时，也可以期待温度的微小改变。

[0020] 来自第一空气流的空气也可以首先用于向高温电池提供热能，因此其也可以同时实现传输介质的功能，用于使例如热能从高温电池中散发。按照实施形式从高温电池排出的第一气流的空气被输入碎煤机，因此其中吸收的热能后续以合适方式被使用。特别有效的使用尤其在于，附加热能从高温电池借助该空气流被排出并且输入碎煤机中。

[0021] 因此按照该实施形式的一种扩展设计规定，在与处于运行中的高温电池热交互作用之后的空气具有比在与高温电池热交互作用之前更高的温度水平。如上所述，这种更高的温度水平尤其在上述金属-空气电池的放电过程中出现。按照另一种实施形式规定，从高温电池提取的、输入碎煤机中的空气的流量被控制或调节，用于特别有利地设计输入碎煤机中的热量。

[0022] 按照本发明的另一种实施形式可以考虑的是，碎煤机被供给具有比第一空气流相对更小的温度水平的第二空气流。第一空气流和第二空气流在输入碎煤机之前优选相互混合。在此如果没有在输入碎煤机之前混合，通常在合适的混合室中或备选地在碎煤机自身中进行混合。通过提供不同温度水平的第二空气流可以以合适方式调节输入碎煤机中的热量。若碎煤机需要输入增加的热能，则可以按照比例扩大来自第一空气流的空气的部分流量。若给碎煤机输入相对更小的热量，则同样相应地扩大来自第二空气流的空气的部分。通过合适地选择单独的部分气流可以向碎煤机输入足够的热能。同样在合适的调节中流量可以被有利地调节。

[0023] 按照该方面的扩展设计规定，设置流体技术的调节装置，其保证碎煤机内部的温度在来自第一气流的空气与来自第二气流的空气混合之后波动不会大于50℃、优选不大于20℃的温度。在这种波动范围中可以特别均匀地在碎煤机中制备煤粉，由此在煤粉燃烧时也可以期待在平均时间内(im Zeitmittel)更均匀的燃烧温度。

[0024] 按照本发明一种特别优选的实施形式规定，第二空气流在输入碎煤机中之前通过热交换器、尤其是蒸汽运行的空气预热器调节。热交换器在此尤其适用于向第二空气流输入足够的热能，因此第二空气流具有一温度水平，其在与来自第一空气流的空气混合之后具有整体温度水平，其适用于碎煤机的运行。通过由热交换器提供热能，尤其可以有利地补偿来自第一空气流的空气和来自第二空气流的空气之间的温度水平的差值，使得在两个空气流混合之后期待更小的波动。

[0025] 按照该实施形式的扩展方面规定，热交换器设计用于热调节，尤其是预热空气，该空气作为第一空气流被输入空气预热器并且作为燃烧空气输入后续的燃烧室。因此不仅提高了第一空气流的空气的热能含量，而且改进了蒸汽发电站的整体热效率。

[0026] 按照蒸汽发电站的另一种有利的实施形式规定，用于供给高温电池的来自第一空气流的空气首先被输入高温电池中，并且在与其交互作用、尤其在与其热和/或化学交互作用之后作为燃烧空气被输入燃烧室中。因此已经提供给高温电池的热能不再能够用于燃烧空气。但另一方面在高温电池适当运行中也可以将热输入第一空气流的空气中，因此燃烧空气具有更高的热能含量。据此来自第一空气流的空气在进入燃烧室中时具有更高的温度水平。这种升高的热能含量还可以导致更高的燃烧效率。但是因为高温电池根据运行状态从第一空气流的空气中获取不同量的热能或向其输入不同量的热能并因此空气的温度水平波动，所以需要特别关注燃烧空气的合适的热制备。如前所述的实施形式，在此可以考虑与另一空气流的混合，该另一空气流与来自第一空气流的空气混合为，使得有利地调节了输入燃烧室的燃烧空气的温度水平的波动。

[0027] 按照本发明的蒸汽发电站的另一种实施形式规定，高温电池是金属-空气电池，其在放电运行中通过化学反应消耗尤其是氧气。据此来自第一空气流的空气不仅用于提供高温电池的热能，而且同时也是过程气体，在金属-空气电池的运行状态的过程中可以改变该过程气体的组分。因此第一空气流的空气实现了两种有利的功能。

[0028] 按照另一种优选的实施形式规定，高温电池设计用于被供给水蒸气，其通过燃烧室中的燃烧热被热制备。尤其在高温电池设计为金属-空气电池的情况下，水蒸气还可以附加地用于提供用于氧化金属存储器材料、例如金属的铁或低价的氧化铁的氧化剂。在此，水自身在这种氧化过程中还原为氢气。为了给金属-空气电池提供附加的热能，这种水蒸汽可以处于相对来自第一空气流的空气的温度水平更高的温度水平。因此例如可以考虑，来自蒸发过程的水蒸气在大于300℃、尤其大于500℃的温度时被排出，用于输入金属-空气电池。因此按照实施形式，高温电池可以借助其他的热能被供给，这一方面提高了高温电池的运行效率，另一方面可以改善蒸汽发电站的整体效率。

[0029] 按照本发明的方法的一种优选的实施形式规定，以来自第一空气流的空气对高温电池的供给根据高温电池的运行状态控制或调节。因此可以例如借助合适的传感器器件检测高温电池的运行状态，并且紧接着借助合适的控制或调节器件合适地控制或调节来自第一空气流的空气量。若高温电池例如处于充电状态中并且需要相对更高的热输入，则可以提高例如输入高温电池的空气流量。另一方面可以考虑，当高温电池例如处于放电状态中并且由于电化学反应自身产生化学能时，降低空气流量和热能的量。附图说明

[0030] 以下示范性地结合附图阐述本发明。在此附图不应视作对本发明整体构思的限制。此外附图仅是示意性的，用于保持概览性和易于理解。技术人员能够根据附图示意示出的布局做出修正。在附图中：

[0031] 图1以示意的连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的第一实施形式；

[0032] 图2以示意的连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的第二实施形式；

[0033] 图3以示意的连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的第三实施形式。

具体实施方式

[0034] 图1以示意的连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的第一实施形式。在此蒸汽发电站1包括具有未进一步标明和示出的燃烧装置的燃烧室4。在燃烧装置运行时在燃烧室4中形成具有很高热能含量的废气。该废气例如借助适合的废气管道输入脱氮设备30中。
为了可以在蒸汽发电站运行时将废气的热能用于其他过程，热能的一部分通过热交换器意义上的再生式空气预热器5向第一空气流6的空气传递。在输出热能之后，可以在例如颗粒分离器31中继续制备废气，用于稍后排放到环境中。

[0035] 第一空气流6的空气例如可以从新鲜空气输入管18中获取。通过借助空气预热器5的热能传递调节新鲜空气的热量。这样被调节的空气量的温度水平明显被提高，因此在第一空气流6中形成至少250℃、优选至少300℃的温度。第一空气流6的一部分作为次级空气通过合适的次级空气输入管17重新作为热调节的燃烧空气输入燃烧室。第一空气流6的另一部分作为初级空气借助合适的初级空气输入管16输入高温电池10。在此初级空气内部的热能可以通过相互作用传递至高温电池10。但是按照这种高温电池10的运行状态还可能的是，在与高温电池10热的交互作用之后本身附加的热能传递给初级空气。在与高温电池10进行了交互作用之后，初级空气输入碎煤机20，用于能够实现煤粉制备。尤其通过空气输入进行煤粉的干燥或惰性化处理。

[0036] 在此，来自新鲜空气输入管18的新鲜空气可以划分为两支不同的空气流，其中一支空气流用于吸收来自再生式空气预热器5的其他热能，而另一支空气流用于输入至碎煤机20。为了以合适方式调节输入碎煤机20的空气的量或其中包含的热量，如图1所示，设置适合的调节或控制器件，优选是阀。其可以以适用方式装入空气输入管19中。

[0037] 所示实施形式规定，碎煤机20通过两支独立的空气流供给，它们在输入碎煤机20之前相互混合。两支空气流之一是从高温电池10流出的空气流7。另一支空气流是从新鲜空气输入管18的新鲜空气流中划分的部分气流。在此，两个空气流通常具有不同的含热量。尤其当从高温电池10取出的空气流7由于高温电池10的不同的运行状态本身在其能量含量方面波动时，这种波动差通过从空气导入管19中取出的空气流以合适方式补偿。通过两支气流相互间的合适调节或控制可以将输入碎煤机20中的总热能的波动宽度保持相对较低。

[0038] 在高温电池10放电时，电能向电网输入线11提供。另一方面在高温电池10的充电状态中需要通过未进一步显示的输入线给高温电池10提供电能。

[0039] 若如当前实施形式所示，高温电池10涉及上述金属-空气电池，则其还可以通过蒸汽输入管40供给水蒸汽。按照当前的图示获得在燃烧室4中制备的蒸汽。为了适当地调节为高温电池10提供的蒸汽量，如示意显示那样在蒸汽输入管40中设置合适的控制或调节器件，尤其是阀。若不再继续需要高温电池10中的水蒸气或应该更换该水蒸气，则该水蒸气借助蒸汽排出管41从高温电池10中排出。

[0040] 如根据图1中的示意图明确显示，该高温电池10的蒸汽发电站集成的提供能够实现向该高温电池合适地提供来自废气管道15的废气的热能。由于燃烧室4和高温电池10的位置上的接近，在借助来自第一空气流6的空气提供热能时的热损失有利地很低。通过将高温电池10集成在蒸汽发电站中尤其可以实现蒸汽发电站的整体效率的非常有利的提高。

[0041] 图2以示意的连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的另一实施形式。与图1所示的视图相比，图2中示出的实施形式的区别仅在于，借助再生式空气预热器5的热传递不是对未调节的来自新鲜空气输入管18的新鲜空气进行，而是向已经热调节的空气进行。所述空气按照实施形式为了热调节已经在热交换器8中、特别优选是蒸汽运行的空气预热器8中获得热输入。按照实施形式可以向新鲜空气的热传递。

[0042] 图3以示意连接图示出按照本发明的蒸汽发电站的另一种实施形式。图3所示的实施形式相对图1所示的本发明的实施形式的区别在于，不是来自初级空气输入管16的初级空气、而是来自次级空气输入管17的次级空气输入高温电池10。对应这种实施形式，也就是说高温电池10在次级空气输入管17中连接在燃烧室4的上游。虽然来自初级空气输入管16的初级空气的所有含热量可用于在碎煤机20中的煤粉制备，但是当前用于高温电池10的运行的热能从次级空气输入管17内的次级空气中获取。这在高温电池的运行中具有优点，因为通过高温电池10的运行产生的热能可以附加地提供给燃烧空气。

[0043] 在按照图1至3例示出的本发明的实施形式中所要求保护的特征本身应该单独地也在其整体上连同其他所示特征要求保护。

[0044] 其他的实施形式由各从属权利要求得出。

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