一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其包括气基竖炉冶炼单元；电解制氢单元的出气口与电热储氢气加热单元的进气口连通，固体蓄热锅炉的出气口与气基竖炉冶炼单元的竖炉的氢气进口连通。优点：利用风电、光伏的弃风、弃光清洁电力生产氢气，而且利用高电压的固体蓄热锅炉将电网富裕风电、光伏电力转换为热能进行储存，并利用固体蓄热锅炉加热氢气，为气基竖炉冶炼单元提供高温氢气，不仅实现了纯氢气的气基竖炉直接还原冶炼，减少碳排放，解决了因为氢还原的强吸热效应导致全氢竖炉入炉气量过大以及生产效率低下的问题；通过风光制氢、风光热储为气基竖炉的直接还原冶炼提供高温氢气，实现全链条清洁冶炼技术途径。冶炼技术途径。冶炼技术途径。

【技术实现步骤摘要】
一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统

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[0001]本专利技术涉及利用清洁能源冶炼
，特别涉及一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统。

技术介绍
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[0002]随着近几年三北地区风电、光伏规模不断扩大，受风电出力、光伏出力特性与用电负荷特点的影响，大部分地区风电场、光伏电站存在弃风、弃光限电现象，由于电网缺少储能设施等调峰手段，不得不限制风电机组与光伏组件出力，对风电、光伏运行时数产生明显影响。
[0003]根据我国制取氢气的原料不同，氢气的制备方法可以分为非可再生制氢和可再生制氢，前者的原料是化石燃料，后者的原料是水或可再生物质，目前制备氢气的最主要问题是如何控制制氢过程中的碳排放、成本，未来技术的主要发展方向是使用可再生能源电解水、电解氯化钠溶液，包括风电制氢、光伏制氢和生物制氢；但是，我国新能源制氢技术研发起步较晚，进展较为缓慢，目前尚无成熟商业运行的新能源制氢储能系统。
[0004]钢铁工业是国民经济的基础产业，对支撑其他产业发展、保障国家安全、提升国际地位具有极其重要的作用，因此，钢铁工业有效降低碳排放强度成为碳减排计划的重中之重，低碳绿色化是钢铁工业未来发展方向；将氢气用于钢铁制造的氢冶金工艺为变革性技术，是钢铁产业优化能源结构、工艺流程和产业结构，彻底实现低碳绿色化可持续发展的有效途径之一；针对我国的资源和能源供应条件，合理选择适合于我国国情的氢冶金工艺路线对实现钢铁产业低碳绿色、可持续发展至关重要。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用清洁能源制取氢气，能够实现电热转换、热储存并加热氢气，为气基竖炉冶炼单元提供高温、高纯度氢气，而且能够有效消纳和储存盈余的风电、光伏电力的风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统。
[0006]本专利技术由如下技术方案实施：一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其包括风力发电单元、光伏发电单元、配电网、电解制氢单元、电热储氢气加热单元和气基竖炉冶炼单元；所述风力发电单元的输出端和所述光伏发电单元的输出端分别与所述配电网的输入端电连接，所述配电网的输出端分别与所述电解制氢单元的用电设备和所述电热储氢气加热单元的用电设备电连接；所述电解制氢单元的氢气储罐的出气口与所述电热储氢气加热单元的固体蓄热锅炉的进气口连通，所述固体蓄热锅炉的出气口与所述气基竖炉冶炼单元的竖炉的氢气进口连通。
[0007]进一步地，所述电解制氢单元包括电解槽、氢分离器、氧分离器、所述氢气储罐和氧气储罐；所述电解槽的氢气出口与所述氢分离器的进气口连通，所述氢分离器的出气口与所述氢气储罐的进气口连通；所述电解槽的氧气出口通过管道与所述氧分离器的进气口连通，所述氧分离器的出气口与所述氧气储罐的进气口连通。
[0008]进一步地，其还包括碱液收集器、循环泵和补水罐；所述氢分离器的液体出口和所述氧分离器的液体出口均与所述碱液收集器的进口连通，所述碱液收集器的出口通过所述循环泵与所述电解槽连通；所述补水罐通过给水管道与所述氧分离器相连。
[0009]进一步地，所述碱液收集器和所述循环泵之间的管路上连接有碱液补充罐；所述补水罐通过管道与所述碱液补充罐相连。
[0010]进一步地，其还包括电解制氢变压器和整流逆变器；所述电解制氢变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述电解制氢变压器的输出端与所述整流逆变器的输入端电连接，所述整流逆变器的输出端与所述电解制氢单元的用电设备电连接。
[0011]进一步地，所述电热储氢气加热单元包括氢气加热单元变压器、锅炉控制柜和所述固体蓄热锅炉；所述氢气加热单元变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述氢气加热单元变压器的输出端与所述锅炉控制柜的输入端电连接，所述锅炉控制柜的输出端与所述固体蓄热锅炉电连接。
[0012]进一步地，在所述固体蓄热锅炉的进气口上装设有气体流量控制阀。
[0013]进一步地，所述气基竖炉冶炼单元包括进出料口依次连接的矿料仓、振动给料器、物料输送机、上料斗、所述竖炉和出料斗。
[0014]进一步地，其还包括气液分离器；所述竖炉的炉顶出气口通过管道与所述气液分离器的进气口连通，所述气液分离器的出气口通过管道与所述固体蓄热锅炉的进气口连通。
[0015]进一步地，所述固体蓄热锅炉包括底座、氢气进气总管、氢气出气总管和固定在所述底座顶部的绝热炉壳；所述绝热炉壳内砌筑有蓄热砖层，所述蓄热砖层内埋设有若干根电热丝；所述蓄热砖层内穿设有若干根氢气支管，所述氢气进气总管与各所述氢气支管的进口连通，各所述氢气支管的出口与所述氢气出气总管连通；所述氢气进气总管上装设有高温风机。
[0016]本专利技术的优点：通过风力发电单元和光伏发电单元为电解制氢单元和电热储氢气加热单元提供清洁电力，电解制氢单元制取氢气，电热储氢气加热单元实现电热转换、热储存并加热氢气，为气基竖炉冶炼单元提供高温、高纯度氢气，气基竖炉冶炼单元利用纯氢气作为还原剂将氧化铁球团矿冶炼为海绵铁。
[0017]本专利技术不仅利用了风电、光伏的弃风、弃光清洁电力生产氢气，而且利用高电压的固体蓄热锅炉将电网富裕风电、光伏电力转换为热能进行储存，并利用固体蓄热锅炉加热氢气，为气基竖炉冶炼单元提供高温氢气，不仅实现了纯氢气的气基竖炉直接还原冶炼，减少碳排放，而且解决了因为氢还原的强吸热效应导致全氢竖炉入炉气量过大以及生产效率低下的问题。
[0018]固体蓄热锅炉的电热转换与蓄热功能，实现了风能与光能的储存，起到了平滑风光出力波动的功能，提高了资源利用率，缓解了我国三北地区的弃风限电问题，使多余新能源电力通过氢能、热能进行储存，为电网提供削峰填谷手段，通过风光制氢、风光热储为气基竖炉的直接还原冶炼提供高温氢气，实现全链条清洁冶炼技术途径。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术所述固体蓄热锅炉的结构示意图。
[0021]附图中各部件的标记如下：风力发电单元1、风力发电机1.1、风力发电变压器1.2、光伏发电单元2、光伏组件2.1、逆变器2.2、光伏发电变压器2.3、电解制氢单元3、电解制氢变压器3.1、整流逆变器3.2、电解槽3.3、氢分离器3.4、氧分离器3.5、氢气储罐3.6、氧气储罐3.7、碱液收集器3.8、循环泵3.9、补水罐3.10、碱液补充罐3.11、电热储氢气加热单元4、氢气加热单元变压器4.1、锅炉控制柜4.2、固体蓄热锅炉4.3、底座4.31、绝热炉壳4.32、蓄热砖层4.33、电热丝4.34、氢气支管4.35、氢气进气总管4.36、氢气出气总管4.37、高温风机4.38、气体流量控制阀4.4、气基竖炉冶炼单元5、矿料仓5.1、振动给料器5.2、物料输送机5.3、上料斗5.4、竖炉5.5、出料斗5.6、气液分离器5.7、配电网6。
具体实施方式：
[0022]如图1和图2所示，本实施例提供一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其包括风力发电单元1、光伏发电单元2、配电网6、电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其特征在于，其包括风力发电单元、光伏发电单元、配电网、电解制氢单元、电热储氢气加热单元和气基竖炉冶炼单元；所述风力发电单元的输出端和所述光伏发电单元的输出端分别与所述配电网的输入端电连接，所述配电网的输出端分别与所述电解制氢单元的用电设备和所述电热储氢气加热单元的用电设备电连接；所述电解制氢单元的氢气储罐的出气口与所述电热储氢气加热单元的固体蓄热锅炉的进气口连通，所述固体蓄热锅炉的出气口与所述气基竖炉冶炼单元的竖炉的氢气进口连通。2.根据权利要求1所述的一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其特征在于，所述电解制氢单元包括电解槽、氢分离器、氧分离器、所述氢气储罐和氧气储罐；所述电解槽的氢气出口与所述氢分离器的进气口连通，所述氢分离器的出气口与所述氢气储罐的进气口连通；所述电解槽的氧气出口通过管道与所述氧分离器的进气口连通，所述氧分离器的出气口与所述氧气储罐的进气口连通。3.根据权利要求2所述的一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其特征在于，其还包括碱液收集器、循环泵和补水罐；所述氢分离器的液体出口和所述氧分离器的液体出口均与所述碱液收集器的进口连通，所述碱液收集器的出口通过所述循环泵与所述电解槽连通；所述补水罐通过给水管道与所述氧分离器相连。4.根据权利要求3所述的一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其特征在于，所述碱液收集器和所述循环泵之间的管路上连接有碱液补充罐；所述补水罐通过管道与所述碱液补充罐相连。5.根据权利要求2所述的一种风光制氢、风光热储与气基竖炉联合运行系统，其特征在于，其还包括电解制氢变压器和整流逆变器；所述电解制氢变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵静，司有华，于海鹏，张宝，孟斌，杨婧，高亚辉，丁英华，璐娜，牛守慧，赛娜，
申请(专利权)人：内蒙古恒瑞新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：