一种基于电厂余热的氢燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于电厂低压省煤器和有机液体储氢技术的氢燃料电池系统，包括富氢有机液体储罐、计量泵、预热器、脱氢反应器、冷却器、汽水分离器、过滤器、缓冲罐、氢燃料电池、氢气循环泵、空滤器、空压机、中冷器、增湿器、节气门、储水箱、循环水泵、去离子装置、换热器、直流变换器、脱氢有机液体罐、凝汽器、给水泵、轴封加热器、各级低压加热器、低压省煤器、锅炉尾部烟道等主要设备，利用凝汽器出口的低温锅炉给水吸收空压机压缩空气产生的热量、氢燃料电池本体发电产生的余热和有机液体脱氢反应产生的余热，同时利用经过低温省煤器加热后的高温锅炉给水为有机液体脱氢反应器提供反应热。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电厂余热的氢燃料电池系统
本专利技术属于氢燃料电池系统，特别涉及一种基于电厂低压省煤器和有机液体储氢技术的氢燃料电池系统，特别针对锅炉尾气温度高于150℃的火电厂。
技术介绍
随着化石能源的逐渐枯竭，氢燃料的可再生能源利用率与战略能源多元化优势将日益凸显。而且氢燃料电池系统为零排放发电系统（其生成物只有纯净水），在世界各国愈加重视环境保护，限制污染排放的今天，氢能将是未来发电行业的主流之一。目前氢燃料电池系统中有些设备需要冷却，如空压机中冷器、氢燃料电池本体等；也有些设备需要加热，如多种供氢装置（如有机液体储氢技术，需要大量150℃～200℃的热能）、启动供热装置等。而且其冷却和加热的温度梯度很难协调，整个氢燃料电池系统的能效提升尚有很大潜力。而传统火电厂存在大量烟气余热，一般采用低压省煤器的形式加以利用，其最低介质温度低于50℃，吸收烟气余热后的最高介质温度超过150℃，可与氢燃料电池发电技术形成有效互补。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，基于有机液体储氢技术，利用现有汽柴油能源储运构架，并通过城市及周边的工业废热进一步提高氢气的储运效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，包括氢燃料电池系统和低压省煤器系统；所述的氢燃料电池系统包括氢气子系统、空气子系统、循环水子系统和发电子系统；所述的氢气子系统包括连接管依次连接的富氢有机液体储罐、计量泵、预热器冷侧、脱氢反应器、预热器热侧、冷却器、汽水分离器、过滤器、缓冲罐、电磁阀、减压阀、氢燃料电池和电磁阀，所述的汽水分离器分离出来的液体管道连接脱氢有机液体罐，氢燃料电池氢气进出口管道并联连接氢气循环泵；所述的空气子系统包括连接管依次连接的空滤器、空压机、中冷器、增湿器管侧、氢燃料电池、增湿器壳侧、节气门和汽水分离器；所述的循环水子系统包括连接管依次连接的储水箱、循环水泵、节温阀和氢燃料电池，其中氢燃料电池进出口循环水管道并联连接去离子装置，节温阀的超温接口管道连接换热器；所述的发电子系统包括电缆依次连接的氢燃料电池和直流变换器；所述低压省煤器系统包括锅炉给水子系统和低压省煤器子系统；所述的锅炉给水子系统包括连接管依次连接的凝汽器、给水泵、轴封加热器和多个低压加热器；所述的低压省煤器子系统包括通过电动调节阀连接在轴封加热器出口的锅炉给水主路上的低压省煤器。所述的一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其低压加热器包括连接管依次连接的第一低压加热器、第二低压加热器和第三低压加热器。所述的一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其低压省煤器进口通过电动调节阀连接第一低压加热器出口的锅炉给水分支连接管。所述的一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其中冷器通过电动调节阀连接轴封加热器，由轴封加热器出口的部分冷凝水冷却。所述的一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其换热器通过电动调节阀连接轴封加热器，由轴封加热器出口的部分冷凝水冷却。所述的一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其脱氢反应器通过电动调节阀连接低压省煤器，由低压省煤器出口的部分高温锅炉给水加热。本专利技术的有益效果是：1，能量综合利用效率高：氢燃料电池系统的发电效率可达60%，剩下约40%的废热一般通过换热器散发到环境中，而本专利技术可让氢燃料电池发电产生的废热及其辅助装置产生的废热都被火电厂低温凝结水吸收，提高了整个系统的能量利用率；另外，大规模储氢采用的技术大多需要消耗大量热能，如有机液体储氢、甲醇制氢等，一般通过燃烧制得的氢气或含氢原材料提供热量，无形中降低了氢能的有效利用率，而通过低压省煤器利用锅炉尾气余热可消除这部分自耗，进而提高整个系统的能量利用率。2，改造量小：首先低压省煤器本身是一种成熟的管束换热器，针对锅炉尾部烟道相当于并联了一级吸收烟气余热的换热器，针对汽轮机冷凝水管路相当于并联了一级加热冷凝水的换热器，其改造量较小；而低压省煤器与氢燃料电池系统之间主要是冷凝水支路的连接，而且是并联结构，其改造量也较小。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图。各附图标记为：1—富氢有机液体储罐，2—计量泵，3—预热器，4—脱氢反应器，5—冷却器，6/19—汽水分离器，7—过滤器，8—缓冲罐，9/13—电磁阀，10—减压阀，11—氢燃料电池，12—氢气循环泵，14—空滤器，15—空压机，16—中冷器，17—增湿器，18—节气门，20—储水箱，21—循环水泵，22—节温阀，23—去离子装置，24—换热器，25—直流变换器，26—脱氢有机液体罐，27—凝汽器，28—给水泵，29—轴封加热器，30—第一低压加热器，31—第二低压加热器，32—第三低压加热器，33—低压省煤器，34/35/36/37/38/39/40/41/42/43—电动调节阀，44—锅炉尾部烟道。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术进行清楚、完整地说明。以某台600MW燃煤发电机组为例。参照图1所示，本专利技术公开了一种基于电厂低压省煤器和有机液体储氢技术的氢燃料电池系统，包括氢燃料电池系统和低压省煤器系统。所述的氢燃料电池系统包括氢气子系统、空气子系统、循环水子系统和发电子系统。所述的氢气子系统包括连接管依次连接的富氢有机液体储罐1、计量泵2、预热器3冷侧、脱氢反应器4、预热器3热侧、冷却器5、汽水分离器6、过滤器7、缓冲罐8、电磁阀9、减压阀10、氢燃料电池11和电磁阀13。所述的汽水分离器6分离出来的液体管道连接脱氢有机液体罐26，氢燃料电池11氢气进出口管道并联连接氢气循环泵12。所述的空气子系统包括连接管依次连接的空滤器14、空压机15、中冷器16、增湿器17管侧、氢燃料电池11、增湿器17壳侧、节气门18和汽水分离器19。所述的循环水子系统包括连接管依次连接的储水箱20、循环水泵21、节温阀22和氢燃料电池11，其中氢燃料电池11进出口循环水管道并联连接去离子装置23，节温阀22的超温接口管道连接换热器24。所述的发电子系统包括电缆依次连接的氢燃料电池11和直流变换器25。所述低压省煤器系统包括锅炉给水子系统和低压省煤器子系统。所述的锅炉给水子系统包括连接管依次连接的凝汽器27、给水泵28、轴封加热器29和多个低压加热器，其中低压加热器包括连接管依次连接的第一低压加热器30（#7低压加热器）、第二低压加热器31（#6低压加热器）和第三低压加热器32（#5低压加热器），其中第一低压加热器30和第二低压加热器31之间连接电动调节阀35，第二低压加热器31和第三低压加热器32之间连接电动调节阀42。所述的低压省煤器子系统包括从轴封加热器29出口的锅炉给水分支连接管依次连接的电动调节阀34、电动调节阀36、低压省煤器33、电动调节阀40、电动调节阀42，低压省煤器33通过锅炉尾部烟道44连接锅炉。其中连接低压省煤器33进口的还包括从第一低压加热器30出口锅炉给水分支连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其特征在于：包括氢燃料电池系统和低压省煤器系统；/n所述的氢燃料电池系统包括氢气子系统、空气子系统、循环水子系统和发电子系统；所述的氢气子系统包括依次连接的富氢有机液体储罐（1）、计量泵（2）、预热器（3）冷侧、脱氢反应器（4）、预热器（3）热侧、冷却器（5）、汽水分离器（6）、过滤器（7）、缓冲罐（8）和氢燃料电池（11），所述的汽水分离器（6）连接脱氢有机液体罐（26），氢燃料电池（11）氢气进出口管道并联连接氢气循环泵（12）；所述的空气子系统包括依次连接的空滤器（14）、空压机（15）、中冷器（16）、增湿器（17）管侧、氢燃料电池（11）、增湿器（17）壳侧、节气门（18）和汽水分离器（19）；所述的循环水子系统包括依次连接的储水箱（20）、循环水泵（21）、节温阀（22）和氢燃料电池（11），其中氢燃料电池（11）进出口循环水管道并联连接去离子装置（23），节温阀（22）的超温接口管道连接换热器（24）；所述的发电子系统包括电缆依次连接的氢燃料电池（11）和直流变换器（25）；/n所述低压省煤器系统包括锅炉给水子系统和低压省煤器子系统；所述的锅炉给水子系统包括依次连接的凝汽器（27）、给水泵（28）、轴封加热器（29）和多个低压加热器；所述的低压省煤器子系统包括通过电动调节阀连接在轴封加热器（29）出口的锅炉给水主路上的低压省煤器（33）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电厂余热的氢燃料电池系统，其特征在于：包括氢燃料电池系统和低压省煤器系统；
所述的氢燃料电池系统包括氢气子系统、空气子系统、循环水子系统和发电子系统；所述的氢气子系统包括依次连接的富氢有机液体储罐（1）、计量泵（2）、预热器（3）冷侧、脱氢反应器（4）、预热器（3）热侧、冷却器（5）、汽水分离器（6）、过滤器（7）、缓冲罐（8）和氢燃料电池（11），所述的汽水分离器（6）连接脱氢有机液体罐（26），氢燃料电池（11）氢气进出口管道并联连接氢气循环泵（12）；所述的空气子系统包括依次连接的空滤器（14）、空压机（15）、中冷器（16）、增湿器（17）管侧、氢燃料电池（11）、增湿器（17）壳侧、节气门（18）和汽水分离器（19）；所述的循环水子系统包括依次连接的储水箱（20）、循环水泵（21）、节温阀（22）和氢燃料电池（11），其中氢燃料电池（11）进出口循环水管道并联连接去离子装置（23），节温阀（22）的超温接口管道连接换热器（24）；所述的发电子系统包括电缆依次连接的氢燃料电池（11）和直流变换器（25）；
所述低压省煤器系统包括锅炉给水子系统和低压省煤器子系统；所述的锅炉给水子系统包括依次连接的凝汽器（27）、给水泵（28）、轴封加热器（29）和多个低压加热器；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振，吴桐，吴鹏飞，李红享，洪浩源，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42