本发明专利技术为一种使用电加热气化炉的耦合系统及其多能转化方法,属于氢能综合利用领域,针对现有技术无法合理整合和利用氢能、风能、太阳能等清洁能源为生活使用的问题,采用技术方案如下:一种使用电加热气化炉的耦合系统,包括:电网,电加热气化炉,高温蒸汽热泵,燃气发电系统,余热收集器,换热器,溴化锂机组,天然气管网,电加热气化炉通过电网产生富氢合成气,燃气发电系统利用富氢合成气发电,余热收集器收集燃气发电系统的余热,溴化锂机组和换热器分别连接余热收集器,向用户供冷和供热。本系统中的电加热气化炉利用风能发电和/或光能发电提供的富余电能进行制备氢气,燃气发电系统可多形式利用氢气发电,有效解决现有技术中的问题。中的问题。中的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种使用电加热气化炉的耦合系统及其多能转化方法
[0001]本专利技术属于氢能综合利用领域,特别涉及一种使用电加热气化炉的耦合系统及其多能转化方法。
技术介绍
[0002]氢能是一种高能量密度无污染的能源载体,可有效耦合传统化石能源和可再生能源,促进能源互补,协同优化,对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系有着重要意义。多种方式可以制备氢气,常用的有两种,一种是电解反应制备,一种是高温反应制备。电解反应耗电量大,且不能合理利用废料和温室气体作为生产原料,生产成本较高。
[0003]风能发电和太阳能发电也是合理利用清洁能源的典范,但仍需采用合理的方式整合利用。如何合理利用和整合清洁能源来满足用户使用是亟待解决的问题,为此,需要提供一种耦合系统和多能转化方法,能够合理整合和利用清洁能源为用户提供气、热、电等生活资源。
技术实现思路
[0004]针对现有技术无法合理整合和利用氢能、风能、太阳能等清洁能源为生活使用的问题,本专利技术提供一种使用电加热气化炉的耦合系统及其多能转化方法,采用电加热气化炉将废料制成富氢合成气,本专利技术能够合理利用风能发电和太阳能发电来的电能,有利于实现电力新能源消纳、废弃物资源产品合理利用、助力碳达峰和碳中和目标;平抑新能源的波动性和间歇性提高新能源利用率,助力电网削峰填谷;也通过多能联供的方式,满足用户对电、热、冷、气等多种能源需求。
[0005]本专利技术采用技术方案如下:一种使用电加热气化炉的耦合系统,包括:
[0006]电网,通过一光伏发电电源和/或一风力发电电源提供富余电能;
[0007]电加热气化炉,通过所述电网供电,以产生富氢混合气;
[0008]高温蒸汽热泵,通过所述电网供电,连接所述电加热气化炉,为所述电加热气化炉提供蒸汽;
[0009]燃气发电系统,连接所述电加热气化炉和所述电网,使用所述富氢混合气进行发电,并把产生的电能输送到所述电网上;
[0010]余热收集器,连接所述燃气发电系统,用于收集所述燃气发电系统的余热;
[0011]换热器,连接所述余热收集器,用于向用户供热;
[0012]溴化锂机组,连接所述余热收集器,用于向用户供冷;
[0013]天然气管网,连接所述电加热气化炉,以便向用户供气;
[0014]所述电加热气化炉具有一顶部设有填料口的壳体,所述壳体上设有电阻丝,以便分段控温,本专利技术中填料优选生物质或垃圾,以便实现废物回收再利用;所述壳体内从上到下依次设置:
[0015]干燥层,通过所述电阻丝辐射加热控温,以便从填料口进入的填料被干燥形成干
燥料;
[0016]裂解层,通过所述电阻丝辐射加热控温,以便在重力作用下下沉的干燥料发生热解反应形成焦炭;
[0017]第一氧化层,第一进气口与所述第一氧化层连通,所述第一进气口连通热空气气源,使得热空气进入所述第一氧化层;
[0018]还原层,第二进气口和一出气口连通所述还原层,所述第二进气口连通所述高温蒸汽热泵,使高温蒸汽进入所述还原层;
[0019]第二氧化层;
[0020]灰渣层,第三进气口连通所述灰渣层,所述第三进气口连通热空气气源,使得热空气进入所述灰渣层和第二氧化层;
[0021]所述焦炭在重力作用下下落,并填充所述第一氧化层、所述还原层和所述第二氧化层,所述还原层内设还原剂,所述热空气在第一氧化层和第二氧化层处与所述焦炭反应形成二氧化碳,二氧化碳、高温蒸汽、焦炭和催化剂在还原层处形成富氢合成气;所述还原层与一出气口相通,所述富氢合成气从所述出气口排出,所述出气口连通所述燃气发电系统,为所述燃气发电系统提供富氢混合气。
[0022]本系统中的电加热气化炉利用风能发电和/或光能发电提供的富余电能进行制备氢气,燃气发电系统可多形式利用氢气发电,不仅可消纳风能和/或太阳能等富余电力、平抑新能源的波动性和间歇性提高新能源利用率、助力电网削峰填谷、提升其需求响应能力,也通过多能联供的方式满足用户对电、氢、热、气多种能源需求。
[0023]本申请中的电加热气化炉为多段式气化炉,热空气分别从第一进气口和第三进气口进入壳体中反应生成二氧化碳,与水蒸气一并在还原层处还原获得富氢合成气,其中发生的反应包括:二氧化碳与碳反应生成一氧化碳,炭与水反应生成二氧化碳和氢气,一氧化碳和水反应生成二氧化碳和氢气;该电加热气化炉效率高,便于达到节能低碳的效果。
[0024]进一步地,所述第一进气口和第三进气口与第二进气口同侧设置,所述出气口与所述第二进气口相对设置。这样设置以便热空气与焦炭充分接触、充分反应,高温蒸汽能够与焦炭充分反应,出气口处获得的富氢合成气中氢气占比更高。
[0025]进一步地,所述耦合系统还包括一甲醇合成器,所述甲醇合成器连接所述电加热气化炉,用于合成甲醇,所述余热收集器与所述甲醇合成器相连,以便收集所述甲醇合成器的余热。甲醇合成器可进一步将氢能和二氧化碳转化为甲醇等零碳燃料,从而实现基于碳捕集的氢能高效转化,促进工业、交通等领域的脱碳。
[0026]进一步地,所述光伏发电电源和/或所述风力发电电源均通过一变压器连接所述电网,以便使用。
[0027]进一步地,所述发电系统与所述电加热气化炉通过PSA提纯器和储氢罐相连,以便氢气提纯和储存。
[0028]进一步地,所述发电系统包括燃料电池、燃气轮机和内燃机,所述燃料电池、所述燃气轮机和所述内燃机均通过消耗所述电加热气化炉产生的氢气发电。
[0029]进一步地,所述换热器为两级换热器,其第一级通过混合式冷凝器进行尾气与冷水进行热交换,其第二级通过板式换热器与第一级产出的热水进行热交换,最终板式换热器出来的热水用于满足用户热需求,达到高效节能目的。
[0030]上述耦合系统进行氢电热气耦合的多能转化方法,包括:
[0031]步骤1,将光伏发电电源和/或风力发电电源连接电网,为电网提供富余电能;
[0032]步骤2,将高温蒸汽热泵和电加热气化炉连接电网,同时将高温蒸汽热泵和电加热气化炉相连,使得高温蒸汽热泵产生至少100℃的蒸汽并将蒸汽通入电加热气化炉中促使电加热气化炉产生富氢合成气:
[0033]步骤2.1,将生物质/垃圾从所述电加热气化炉的填料口加入;
[0034]步骤2.2,将所述生物质/垃圾依次在干燥层处干燥、在裂解层处裂解后形成焦炭,所述焦炭在重力作用下下落并填充第一氧化层、还原层和第二氧化层;
[0035]步骤2.3,将热空气通入所述电加热气化炉的第一氧化层和灰渣层中,使得焦炭反应产生二氧化碳;
[0036]步骤2.4,将高温蒸汽通入所述电加热气化炉中,使得高温蒸汽、二氧化碳、焦炭和还原剂反应产生富氢合成气;
[0037]步骤3,将燃气发电系统连接所述电加热气化炉和所述电网,使得燃气发电系统利用所述富氢合成气发电,并把产生的电能输送到所述电网上;
[0038]步骤4,采用余热收集器收集所述燃气发电系统的余热;
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种使用电加热气化炉的耦合系统,其特征在于,包括:电网,通过一光伏发电电源和/或一风力发电电源提供富余电能;电加热气化炉,通过所述电网供电,以产生富氢混合气;高温蒸汽热泵,通过所述电网供电,连接所述电加热气化炉,为所述电加热气化炉提供蒸汽;燃气发电系统,连接所述电加热气化炉和所述电网,使用所述富氢混合气进行发电,并把产生的电能输送到所述电网上;余热收集器,连接所述燃气发电系统,用于收集所述燃气发电系统的余热;换热器,连接所述余热收集器,用于向用户供热;溴化锂机组,连接所述余热收集器,用于向用户供冷;天然气管网,连接所述电加热气化炉,以便向用户供气;所述电加热气化炉具有一顶部设有填料口的壳体,所述壳体上设有电阻丝,以便分段控温;所述壳体内从上到下依次设置:干燥层,通过所述电阻丝辐射加热控温,以便从填料口进入的填料被干燥形成干燥料;裂解层,通过所述电阻丝辐射加热控温,以便在重力作用下下沉的干燥料发生热解反应,形成焦炭;第一氧化层,第一进气口与所述第一氧化层连通,所述第一进气口连通热空气气源,使得热空气进入所述第一氧化层;还原层,第二进气口和一出气口连通所述还原层,所述第二进气口连通所述高温蒸汽热泵,使高温蒸汽进入所述还原层;第二氧化层;灰渣层,第三进气口连通所述灰渣层,所述第三进气口连通热空气气源,使得热空气进入所述灰渣层和第二氧化层;所述焦炭在重力作用下下落,并填充所述第一氧化层、所述还原层和所述第二氧化层,所述还原层内设还原剂,所述热空气在第一氧化层和第二氧化层处与所述焦炭反应形成二氧化碳,二氧化碳、高温蒸汽、焦炭和催化剂在还原层处形成富氢合成气;所述还原层与一出气口相通,所述富氢合成气从所述出气口排出,所述出气口连通所述燃气发电系统,为所述燃气发电系统提供富氢混合气。2.根据权利要求1所述的使用电加热气化炉的耦合系统,其特征在于,所述第一进气口和第三进气口与第二进气口同侧设置,所述出气口与所述第二进气口相对设置。3.根据权利要求1所述的使用电加热气化炉的耦合系统,其特征在于,还包括一甲醇合成器,所述甲醇合成器连接所述电加热气化炉,用于合成甲醇,所述余热收集器与所述甲醇合成器相连,以便收集所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:章康,吕洪坤,应光耀,韩高岩,国旭涛,蔡洁聪,童家麟,
申请(专利权)人:国网浙江省电力有限公司电力科学研究院,
类型:发明
国别省市:
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