一种改进型的氢气混合工质余热利用系统技术方案

本发明专利技术涉及一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，包括氢反应床、1号混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、发电机、气液分离器、空气换热管路和液体加压泵。氢反应床的氢气出口经高压氢气管路连接到1号混合气化器的氢气入口，气液分离器的凝液出口通过凝液管路连接到液体加压泵入口，液体加压泵出口连接到1号混合气化器的凝液入口。1号混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机的入口，带液膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口，气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床。本发明专利技术过工质循环驱动膨胀机做功，将热能转变为机械能带动发电机发电，充分回收利用了工业废热和环境空气热能。

An improved waste heat utilization system for hydrogen mixtures

The invention relates to an improved waste heat utilization system of hydrogen mixed refrigerant, which comprises a hydrogen reaction bed, a mixed gasifier No. 1, a mixed gas expander, a liquid-filled expander, a generator, a gas-liquid separator, an air heat exchange pipeline and a liquid pressure pump. The hydrogen outlet of the hydrogen reactor is connected to the hydrogen inlet of No. 1 mixed gasifier through the high pressure hydrogen pipeline, the condensate outlet of the gas-liquid separator is connected to the liquid pressure pump inlet through the condensate pipeline, and the liquid pressure pump outlet is connected to the condensate inlet of No. 1 mixed gasifier. The mixed gas outlet of No. 1 mixed gasifier is connected to the inlet of the mixed gas expander, the outlet of the mixed gas expander is connected to the inlet of the liquid expander, the outlet of the liquid expander is connected to the mixed gas inlet of the gas-liquid separator, and the hydrogen outlet of the gas-liquid separator is connected to the hydrogen reaction bed through the low pressure hydrogen pipeline. The invention converts heat energy into mechanical energy to drive generators to generate electricity by working fluid circulation driving expander, and fully recycles industrial waste heat and environmental air heat energy.

【技术实现步骤摘要】
一种改进型的氢气混合工质余热利用系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种改进型的氢气混合工质余热利用系统。
技术介绍
能源短缺、环境污染、全球气候变化，令开发清洁、高效、安全和可持续的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源车辆由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。氢作为燃料的优点是，以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装，因此氢能动力具有广阔的应用前景。目前高温工业废气基本上都得到了很好地利用，用于生产蒸汽、用于汽轮发电等等。但是低温工业废气的热值低，利用价值不大，用于生产蒸汽发电经济效益较差，因此大部分被废弃。公开号为102287800A的专利技术专利申请公开“一种利用焦炉加热废气余热生产蒸汽的系统。该系统包括上端与焦炉废气烟道连接的余热锅炉，余热锅炉的下端通过引风机与烟囱连接，所述的余热锅炉内部从上至下依次设置过热器、蒸发器、省煤器、冷水预热器；冷水预热器的进口集箱与软化水箱连接，出口集箱连接省煤器，省煤器的出口集箱与蒸发器连接，蒸发器的蒸汽出口与过热器的进口集箱连接”。该专利申请过程简单，设备容易布置，占地面积少。但是不适宜利用工业废气余热进行发电。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，利用空气或/和高温烟气携带的热量，通过能量转换转变为机械能带动发电机发电，并用多余的能量制备氧气，提高余热利用率，增加企业经济效益。本专利技术的技术方案是：改进型的氢气混合工质余热利用系统，系统包括氢反应床、1号混合气化器、混合气膨胀机、带液膨胀机、发电机、气液分离器、空气换热管路和液体加压泵，混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴或非同轴连接；氢反应床设有换热设备和换热器，所述1号混合气化器设有换热盘管；所述空气换热管路连接到换热设备的空气入口，换热设备的空气出口与环境连通；所述换热器的出口通过换热介质管路连接到1号混合气化器的换热盘管，所述换热盘管的出口通过换热介质管路连接到换热器的入口；所述1号混合气化器设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，所述气液分离器设有氢气出口、凝液出口和混合气入口；所述氢反应床的氢气出口经高压氢气管路连接到1号混合气化器的氢气入口，所述气液分离器的凝液出口通过凝液管路连接到液体加压泵入口，所述液体加压泵出口连接到1号混合气化器的凝液入口；所述1号混合气化器的混合气出口连接到混合气膨胀机入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器的混合气入口，气液分离器的氢气出口经低压氢气管路连接到氢反应床。所述系统设有2号混合气化器、液体乙烷分离器、乙烷加压泵、冷量回收器、氧气冷凝器和液氧分离器；所述2号混合气化器设有空气换热盘管、空气进口、乙烷出口和烷-空混合气出口，所述空气进口与2号混合气化器连接，所述空气换热盘管与空气管路连接；所述1号混合气化器设有乙烷空气换热盘管，所述冷量回收器设有不凝气盘管，所述氧气冷凝器设有氢气换热盘管，不设置换热器和换热介质管路，所述空气换热管路替换为余热烟气管路；所述余热烟气管路依次通过氢反应床的换热设备和1号混合气化器的换热盘管连接到废气排放口；所述液体乙烷分离器设有烷-空混合气入口、乙烷出口和空气出口，所述乙烷出口通过乙烷加压泵连接到2号混合气化器的乙烷入口，所述2号混合气化器的烷-空混合气出口通过1号混合气化器的乙烷空气换热盘管连接到液体乙烷分离器的烷-空混合气入口；所述液体乙烷分离器的空气出口通过冷量回收器和氧气冷凝器连接到液氧分离器的空气入口，所述液氧分离器的液氧出口连接到液氧出口，液氧分离器不凝气出口通过冷量回收器的不凝气盘管连接到排气口；所述气液分离器的氢气出口连接到氧气冷凝器的氢气换热盘管，氢气换热盘管出口经低压氢气管路连接到氢反应床。所述乙烷空气换热盘管为由粗变细的变径结构。由换热盘管的出口出来的低温空气经氢反应床的换热设器换热后，经过循环换热介质管路进入换热盘管的入口，循环使用；高温的空气通过空气入口经过换热设备进入氢反应床后从空气出口排空；混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功；当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温空气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将空气的热量带入氢反应床，使氢反应床放氢，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，换热后温度降低的空气排空；当吸氢时，给氢反应床降温采用氢气作为低温循环介质，低温循环介质氢气与来自1号混合气化器的换热盘管出口的低温空气间壁或非间壁换热，1号混合气化器的换热盘管的冷量来自液氮气化吸热，低温循环介质氢气把低温空气的冷量带入氢反应床，使氢反应床吸氢，把氢反应床吸氢放出的热量传给低温空气；每一级氢反应床设置至少两个储罐，分别吸氢或放氢，轮流使用；1号混合气化器是至少两个相同或不相同的混合气化器组合在一起，循环交替使用，保证出口混合气温度、压力和流量稳定；先将从高压氢气管路中过来的氢气进入1号混合气化器，然后关闭高压氢气管路和1号混合气化器之间的通道，然后打开液氮加压泵和1号混合气化器之间的通道，使液氮进入1号混合气化器，然后关闭液氮加压泵和1号混合气化器之间的通道，一是通过氢气混合换热，另一方面通过换热介质管路吸收氢反应床吸氢时放出的热量带入1号混合气化器，使液氮气化，形成高压氢氮混合气，然后打开1号混合气化器和混合气膨胀机之间的通道，使高压氮氢混合气进入混合气膨胀机做功，至少两个相同或不相同的1号混合气化器轮流进行上述过程，不排除采用合适的机械装置，使1号混合气化器混合气出口的混合气温度、压力和流量尽可能稳定；作为循环介质，氢气可以被其他稳定的有机无机物质所替代。所述气液分离器的氢气出口设有氢气过滤膜。所述凝液管路中的凝液工质液氮可以被惰性气体和其他稳定的有机和无机工质所替代，乙烷可以被其他稳定的有机和无机工质所替代。所述氢反应床至少一级，采用多级结构时，氢反应床上一级吸氢放热传递给下一级放氢使用，进入氢反应床将热量传递给金属氢化物；所述氢反应床内装载金属储氢材料，低压氢气由氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气；和空气或烟气间壁或非间壁换热，氢反应床采用循环介质包括氢气但不限于氢气，直接进入氢反应床进行加热或移热，或采用电、电磁或内部加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质。所述余热烟气管路的热源为发动机或工业装置排出的高温烟气，凝液管路中的凝液工质为稳定的无机工质或有机工质或液氮或惰性气体或正丁烷或丙烷；所述系统包括凝液管路、1号混合气化器和2号混合气化器在内的装置具备制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统包括氢反应床（1）、1号混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）、发电机（5）、气液分离器（6）、空气换热管路（19）和液体加压泵（7），所述混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴或非同轴连接；所述氢反应床（1）设有换热设备（33）和换热器（28），所述1号混合气化器（2）设有换热盘管（26）；所述空气换热管路（19）连接到换热设备（33）的空气入口（30），换热设备（33）的空气出口（31）与环境连通；所述换热器（28）的出口通过换热介质管路（27）连接到1号混合气化器（2）的换热盘管（26），所述换热盘管的出口通过换热介质管路（27）连接到换热器（28）的入口；所述1号混合气化器（2）设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，所述气液分离器（6）设有氢气出口、凝液出口和混合气入口；所述氢反应床（1）的氢气出口经高压氢气管路（10）连接到1号混合气化器（2）的氢气入口，所述气液分离器（6）的凝液出口通过凝液管路（12）连接到液体加压泵（7）入口，所述液体加压泵（7）出口连接到1号混合气化器（2）的凝液入口；所述1号混合气化器（2）的混合气出口连接到混合气膨胀机（3）入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机（4）的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口，气液分离器（6）的氢气出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）。...

【技术特征摘要】
1.一种改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统包括氢反应床（1）、1号混合气化器（2）、混合气膨胀机（3）、带液膨胀机（4）、发电机（5）、气液分离器（6）、空气换热管路（19）和液体加压泵（7），所述混合气膨胀机、带液膨胀机与发电机同轴或非同轴连接；所述氢反应床（1）设有换热设备（33）和换热器（28），所述1号混合气化器（2）设有换热盘管（26）；所述空气换热管路（19）连接到换热设备（33）的空气入口（30），换热设备（33）的空气出口（31）与环境连通；所述换热器（28）的出口通过换热介质管路（27）连接到1号混合气化器（2）的换热盘管（26），所述换热盘管的出口通过换热介质管路（27）连接到换热器（28）的入口；所述1号混合气化器（2）设有氢气入口、凝液入口和混合气出口，所述气液分离器（6）设有氢气出口、凝液出口和混合气入口；所述氢反应床（1）的氢气出口经高压氢气管路（10）连接到1号混合气化器（2）的氢气入口，所述气液分离器（6）的凝液出口通过凝液管路（12）连接到液体加压泵（7）入口，所述液体加压泵（7）出口连接到1号混合气化器（2）的凝液入口；所述1号混合气化器（2）的混合气出口连接到混合气膨胀机（3）入口，混合气膨胀机的出口连接到带液膨胀机（4）的入口，所述带液膨胀机的出口连接到气液分离器（6）的混合气入口，气液分离器（6）的氢气出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）。2.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：所述系统设有2号混合气化器（13）、液体乙烷分离器（14）、乙烷加压泵（15）、冷量回收器（16）、氧气冷凝器（17）和液氧分离器（18）；所述2号混合气化器（13）设有空气换热盘管（29）、空气进口（24）、乙烷出口和烷-空混合气出口，所述空气进口与2号混合气化器（13）连接，所述空气换热盘管与空气管路连接；所述1号混合气化器（2）设有乙烷空气换热盘管（22），所述冷量回收器（16）设有不凝气盘管（23），所述氧气冷凝器设有氢气换热盘管（25），不设置换热器（28）和换热介质管路（27），所述空气换热管路（19）替换为余热烟气管路（11）；所述余热烟气管路依次通过氢反应床（1）的换热设备（33）和1号混合气化器（2）的换热盘管（26）连接到废气排放口；所述液体乙烷分离器（14）设有烷-空混合气入口、乙烷出口和空气出口，所述乙烷出口通过乙烷加压泵（15）连接到2号混合气化器（13）的乙烷入口，所述2号混合气化器（13）的烷-空混合气出口通过1号混合气化器（2）的乙烷空气换热盘管（22）连接到液体乙烷分离器（14）的烷-空混合气入口；所述液体乙烷分离器的空气出口通过冷量回收器（16）和氧气冷凝器（17）连接到液氧分离器（18）的空气入口，所述液氧分离器的液氧出口连接到液氧出口（21），液氧分离器不凝气出口通过冷量回收器（16）的不凝气盘管（23）连接到排气口（20）；所述气液分离器（6）的氢气出口连接到氧气冷凝器的氢气换热盘管（25），氢气换热盘管出口经低压氢气管路（9）连接到氢反应床（1）；所述乙烷空气换热盘管（22）为由粗变细的变径结构。3.根据权利要求1所述的改进型的氢气混合工质余热利用系统，其特征是：由换热盘管（26）的出口出来的低温空气经氢反应床的换热设器（28）换热后，经过循环换热介质管路（27）进入换热盘管（26）的入口，循环使用；高温的空气通过空气入口（30）经过换热设备（33）进入氢反应床后从空气出口（31）排空；混合气膨胀机和带液膨胀机循环做功；当放氢时，给氢反应床加热采用氢气作为高温循环介质，高温循环介质氢气与高温空气间壁或非间壁换热后，加热后的高温循环介质氢气进入氢反应床，将空气的热量带入氢反应床，使氢反应床放氢，高温循环介质氢气循环回间壁换热器或非间壁换热器中循环使用，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，
申请(专利权)人：上海柯来浦能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31