一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的提供一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法，包括：超临界及以上参数煤电机组热力系统，用于提供超临界水、煤粉和低压中温水；超临界及耦合制氢系统，用于利用超临界水、煤粉和低压中温水制氢。本发明专利技术可以充分利用煤电机组剩余负荷空间，使机组处于高负荷水平的运转状态，提高煤电机组的运行水平和效率，在机组参与降负荷调峰时，可在不降低锅炉蒸发量的情况下，将所产生超临界水有效利用，降低发电量，实现灵活调峰，延长机组使用寿命。超临界及以上参数煤电机组热力系统可通过现有广泛采用的超临界以上参数煤粉炉发电机组直接进行改造，大大减少了超临界水制氢的相关成本。减少了超临界水制氢的相关成本。减少了超临界水制氢的相关成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法


[0001]本专利技术属于洁净能源转化领域，特别涉及一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法。

技术介绍

[0002]氢作为宇宙中分布最广泛的物质，以其单位质量热值高、燃烧等氧化反应最终产物为水的特点被认为是世界上最干净也最具有开发潜力的能源形式。包括我国在内的世界各国在氢能领域开展了大量的研究和应用，如氢燃料电池、大规模弃风弃电制氢、先进煤制氢技术等方面。氢能的大规模应用主要聚焦于制取、储存、利用三个方面，在制取方面，近年来，超临界水气化制氢技术以其近零的污染物排放、较高的制氢效率而得到了广泛的关注，但其相应的设备制造成本和建设成本较为高昂，单独建设超临界水气化制氢机组短时间内不具备很好地经济性。
[0003]另一方面，我国是一个多煤少油缺气的国家，为适应我国经济快速发展所带来的能源需要，我国建设起一大批煤电机组，随着我国科技实力的不断发展和相关产业的不断成熟，我国煤电机组的运行参数逐步提高，达到了超临界参数，超临界及其以上参数的煤电机组因为其成熟的技术路线和设备技术以及较高的发电效率，从2005年以来在全国各地大规模兴建，装机量不断地提高。然而，由于温室气体排放带来的全球气候变暖等环境问题的加剧，可再生能源，如风电、光伏等发电技术的装机不断攀升，大大挤占了火力发电机组的发电空间，全国煤电机组现阶段很多都处于全年利用小时数极低的状态，低负荷运行状态下的火力发电机组效率较低，而负荷的快速变化也会使机组寿命大幅度衰减，怎样利用好相关技术对煤电机组剩余负荷空间进行有效利用是现阶段的研究难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法，解决了现有技术中存在的上述不足。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供的提供一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，包括：
[0007]超临界及以上参数煤电机组热力系统，用于提供超临界水、煤粉和低压中温水；
[0008]超临界及耦合制氢系统，用于利用超临界水、煤粉和低压中温水制氢。
[0009]优选地，所述超临界及以上参数煤电机组热力系统包括供水系统、锅炉和制粉系统，其中，所述供水系统的出水口分为两路，一路连接锅炉的进水口，一路连接超临界及耦合制氢系统；所述制粉系统的出料口分为两路，一路连接锅炉的进料口，另一路连接超临界及耦合制氢系统；
[0010]所述锅炉的超临界水出口连接超临界及耦合制氢系统。
[0011]优选地，所述锅炉的高温高压蒸汽出口连接有高压缸，所述高压缸的中温中压出口连接有中低压缸，所述中低压缸的抽汽出口连接超临界及耦合制氢系统。
[0012]优选地，所述供水系统包括给水泵、高压加热器、补水系统、循环水泵、精处理设备0、低压加热器和除氧器，其中，所述补水系统的出水口依次经过循环水泵、精处理设备0、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器连接锅炉的进水口；所述除氧器的出水口还连接有超临界及耦合制氢系统。
[0013]优选地，超临界及耦合制氢系统包括高浓度煤浆混合器、煤浆超临界水混合器、超临界反应器、气固分离装置和氢气收集装置，其中，所述超临界及以上参数煤电机组热力系统的煤粉出口连接高浓度煤浆混合器的进料口；所述超临界及以上参数煤电机组热力系统的低压中温水出口连接高浓度煤浆混合器的进水口；所述高浓度煤浆混合器的出料口连接煤浆超临界水混合器的进浆口；
[0014]所述煤浆超临界水混合器的超临界水进口连接超临界及以上参数煤电机组热力系统的超临界水出口；
[0015]所述煤浆超临界水混合器的出浆口连接超临界反应器的进浆口，所述超临界反应器的气固混合物出口连接气固分离装置，所述气固分离装置的氢气出口连接氢气收集装置。
[0016]优选地，所述高浓度煤浆混合器的出浆口和煤浆超临界水混合器的进浆口之间依次设置有高压汽动煤浆柱塞泵和煤浆回热器，其中，所述高压汽动煤浆柱塞泵的进汽口连接超临界及以上参数煤电机组热力系统的抽汽出口。
[0017]优选地，所述超临界反应器还连接有高压催化剂混合器，所述高压催化剂混合器的进水口连接超临界及以上参数煤电机组热力系统的高压水出口。
[0018]一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢方法，基于所述的系统，包括以下步骤：
[0019]将超临界及以上参数煤电机组热力系统中的低压中温水和煤粉送入至超临界及耦合制氢系统进行混合，得到低压高浓度煤浆；
[0020]将超临界及以上参数煤电机组热力系统中的超临界水送入至超临界及耦合制氢系统中，与低压高浓度煤浆进行混合反应制氢。
[0021]优选地，当满足下列任一条件时，超临界及耦合制氢系统停止运行：
[0022]超临界及耦合制氢系统最小工作功率对应的高浓度煤浆混合器最小给煤量小于制粉系统的最大煤粉量与超临界及以上参数煤电机组热力系统运行中锅炉所需的锅炉实时煤粉量之差；
[0023]超临界及耦合制氢系统最小工作功率对应的高浓度煤浆混合器的最小水流量小于循环水泵最大泵水量与超临界及以上参数煤电机组热力系统运行中锅炉所需的实时水流量之差；
[0024]超临界及耦合制氢系统最小工作功率对应的煤浆
‑
超临界水混合器的最小超临界水流量小于锅炉最大连续蒸发量与超临界及以上参数煤电机组热力系统运行中高压缸实时功率对应的所需蒸发量之差。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术提供的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，在现有
超临界及其以上参数煤电机组方案的基础上，通过添加超临界耦合制氢系统，实现电力、氢能的多联产，不需要破坏原有的煤电机组相应设备结构，不需要重复投资多余的煤储存、运输、煤粉制取设备系统，不需要添加过多的泵和热力设备，相应浆液泵尺寸大幅度缩小，有效降低了超临界水制氢的相关成本，例如在百万级机组内，为满足环保要求，仅仅建设封闭式的煤仓、相应运煤路线、磨煤设备，就会产生多达几亿的费用。同时，本专利技术可以充分利用煤电机组剩余负荷空间，使机组处于高负荷水平的运转状态，提高煤电机组的运行水平和效率，在机组参与调峰时，可在不降低锅炉蒸发量的情况下，将所产生整齐有效利用，降低发电量，实现灵活调峰，延长机组使用寿命。
附图说明
[0027]图1是超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统的总体示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。
[0029]如图1所示，本专利技术提供的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，包括超临界及以上参数煤电机组热力系统、超临界耦合制氢系统和阀门控制系统，其中：
[0030]所述超临界及以上参数煤电机组热力系统为目前全世界主流采用的超临界以上参数(一般指蒸汽循环参数，温度大于374摄氏度、压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，其特征在于，包括：超临界及以上参数煤电机组热力系统(1)，用于提供超临界水、煤粉和低压中温水；超临界及耦合制氢系统(2)，用于利用超临界水、煤粉和低压中温水制氢。2.根据权利要求1所述的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，其特征在于，所述超临界及以上参数煤电机组热力系统(1)包括供水系统、锅炉(1
‑
3)和制粉系统(1
‑
4)，其中，所述供水系统的出水口分为两路，一路连接锅炉(1
‑
3)的进水口，一路连接超临界及耦合制氢系统(2)；所述制粉系统(1
‑
4)的出料口分为两路，一路连接锅炉(1
‑
4)的进料口，另一路连接超临界及耦合制氢系统(2)；所述锅炉(1
‑
3)的超临界水出口连接超临界及耦合制氢系统(2)。3.根据权利要求2所述的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，其特征在于，所述锅炉(1
‑
3)的高温高压蒸汽出口连接有高压缸(1
‑
5)，所述高压缸(1
‑
5)的中温中压出口连接有中低压缸(1
‑
6)，所述中低压缸(1
‑
6)的抽汽出口连接超临界及耦合制氢系统(2)。4.根据权利要求2所述的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，其特征在于，所述供水系统包括给水泵(1
‑
1)、高压加热器(1
‑
2)、补水系统(1
‑
8)、循环水泵(1
‑
9)、精处理设备(1
‑
10)、低压加热器(1
‑
11)和除氧器(1
‑
12)，其中，所述补水系统(1
‑
8)的出水口依次经过循环水泵(1
‑
9)、精处理设备(1
‑
10)、低压加热器(1
‑
11)、除氧器(1
‑
12)、给水泵(1
‑
1)和高压加热器(1
‑
2)连接锅炉(1
‑
3)的进水口；所述除氧器(1
‑
12)的出水口还连接有超临界及耦合制氢系统(2)。5.根据权利要求1所述的一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统，其特征在于，超临界及耦合制氢系统(2)包括高浓度煤浆混合器(2
‑
1)、煤浆
‑
超临界水混合器(2
‑
4)、超临界反应器(2
‑
5)、气固分离装置(2
‑
7)和氢气收集装置(2
‑
8)，其中，所述超临界及以上参数煤电机组热力系统(1)的煤粉出口连接高浓度煤浆混合器(2
‑
1)的进料口；所述超临界及以上参数煤电机组热力系统(1)的低压中温水出口连接高浓度煤浆混合器(2
‑
1)的进水口；所述高浓度煤浆混合器(2
‑
1)的出料...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋子琛，张宝锋，赵勇，童博，韩毅，高晨，陈臣，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：