一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，属于冷热电联供技术领域，该系统包括依次连通的可再生能源发电制氨装置，液氨储罐、液氨气化制冷装置、氨气热交换装置、氨氢燃料预混装置、燃气轮机、余热锅炉和制氨原料供给装置，所述制氨原料供给装置与可再生能源发电制氨装置连通；所述氨气热交换装置还与氨气裂解装置连通，所述氨气裂解装置与氨氢燃料预混装置连通；所述余热锅炉内部设置有水冷壁，所述水冷壁与余热过滤外部的汽包连通，所述汽包与蒸汽轮机连通；所述燃气轮机和蒸汽轮机均连接有发电机；以及利用该系统的冷热电多联产方法，本发明专利技术不仅能实现零碳排放，还能全天候满足冷热电多联产需求，以及氨的循环利用。环利用。环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统和方法


[0001]本专利技术专利属于冷热电联供
，具体涉及一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统和方法。

技术介绍

[0002]冷热电联供是一种将制冷、供热（供蒸汽和热水）及发电过程一体化的多联产系统，是能源实现梯级利用的有效方式，同时可以降低环境污染，提高能源供应系统的可靠性。储能和储热能够提高分布式能源系统运行的安全性、经济性和灵活性，保障冷热电多联产系统全天候运行。
[0003]当前绝大多数冷热电联供系统使用化石燃料等作为一次能源，这些含碳燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳排放，与当前碳中和、碳减排的范畴下可的持续发展理念相违背，因此需要开发使用零碳或低碳燃料的冷热电联供系统。与此同时，直接采用风能、太阳能等新能源方式的冷热电联供系统又存在能量密度低、设备占地面积大、前期投资高、无法全天候工作、供电稳定性差、与现有冷热电联供系统契合度低、改造成本高等问题。为了实现碳中和、碳减排的目标，需要解决当前冷热电联供系统中的以上不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，提供一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统和方法，不仅能实现零碳排放，还能全天候满足用户侧的储能、储热、用冷、用热和用电需求，以及氨的循环利用。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，该系统包括依次连通的可再生能源发电制氨装置，液氨储罐、液氨气化制冷装置、氨气热交换装置、氨氢燃料预混装置、燃气轮机、余热锅炉和制氨原料供给装置，所述制氨原料供给装置与可再生能源发电制氨装置连通；所述氨气热交换装置还与氨气裂解装置连通，所述氨气裂解装置与氨氢燃料预混装置连通；所述余热锅炉内部设置有水冷壁，所述水冷壁与余热过滤外部的汽包连通，所述汽包与蒸汽轮机连通；所述燃气轮机和蒸汽轮机均连接有发电机；所述氨气裂解装置下半部以及氨气热交换装置安装于余热锅炉内部。
[0006]作为优选，所述可再生能源发电制氨装置包括可再生能源发电系统和电化学合成氨装置；可再生能源发电系统和电化学合成氨装置彼此连接，所述可再生发电能源系统为风力发电系统或水力发电系统或光能发电系统。
[0007]作为优选，所述液氨气化制冷装置包括氨气输送管道、吸热段、制冷剂输送管道和放热段，所述吸热段和放热段均为弯曲的毛细管，毛细管两端的管道直径大小不同，所述吸热段和放热段相对间隔设置；氨气和制冷剂在各自输送管道内流动方向相反；所述制冷剂输送管道与用户侧连通。
[0008]作为优选，所述氨气热交换装置包括若干段热交器，所述热交换器包括螺旋状输
送管道和连接在螺旋状输送管道上的若干翼片。
[0009]作为优选，所述氨氢燃料预混装置包括壳体、进气口、底部空腔、多孔介质和顶部空腔、出气口；所述壳体底部设有两个进气口，两个进气口分别与氨气热交换装置和氨气裂解装置连通，所述多孔介质设置于壳体内部中间段，所述多孔介质为采用致密的蜂窝状结构的陶瓷；所述壳体顶部设有出气口，所述出气口与燃气轮机连通。
[0010]作为优选，所述制氨原料供给装置包括引风机和烟气冷凝器，所述烟气冷凝器与余热锅炉、电化学合成氨装置和引风机连通，所述引风机也与电化学合成氨装置连通。
[0011]作为优选，所述余热锅炉内部设置有省煤器，所述省煤器依次与给水泵和储水罐连通，所述省煤器还与水冷壁连通和用户侧连通。
[0012]作为优选，所述余热锅炉内设置有空气预热器，所述空气预热器与送风机和燃气轮机压气机入口滤网连通，所述燃气轮机压气机入口滤网与燃气轮机连通；所述余热锅炉内部设置有蒸汽再热器，所述蒸汽再热器与蒸汽轮机连通，所述汽包还与蒸汽用户侧连通。
[0013]一种上述任一系统的基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产方法，包括以下步骤：S1、制氨并存储；利用可再生能源发电，为电化学方法合成氨提供电能，将合成的氨液化存储；S2、将存储的液化氨作为燃气发电机的燃料；取用存储的液化氨，先将其气化得到氨气，再将部分氨气热裂解后与剩余氨气混合，作为燃气发电机的燃料；所述燃气发电机的烟气通过热能回收装置用于居民制热；所述液化氨气化过程用于居民制冷；S3、将燃气发电机的烟气作为制取氨的原料；将经过热能回收装置处理的燃气发电机烟气与空气一起作为电化学方法合成氨的原料。
[0014]作为优选，所述步骤S2中热能回收装置还为蒸汽发电机和氨气裂解提供热能，并预热提供给燃气发电机的空气和氨气。
[0015]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术实现了燃料和自用电力的自给自足，无需使用额外的燃料成本，使用可再生能源发电催化制取氨，与传统制氨方式相比，本方法在制取液氨的过程中没有二氧化碳的排放；制取的氨用于后续的燃气发电，而燃气发电的烟气又作为制氨的原料，实现氨的循环利用；来自可再生能源的电力还满足本系统的各类泵与风机等辅机系统的自用电力需求，本系统氨合成过程无需补水，特别适合风、光资源充足，但是严重缺水的地区。
[0016]2、本专利技术对液氨燃料所蕴含能量的充分梯级利用，整个系统没有物质被排放，液氨气化吸热以及烟气所含废热被充分利用，使整个系统能量的利用最大化，不仅实现了储热，也满足了用户侧用冷、用热、用电的需求。
[0017]3、本专利技术仅采用氨作为燃气发电机的燃料，不产生任何含碳废物，实现了零碳排放；而且氨易液化存储，液氨的能量密度高、便于运输储存，有现成的运输体系，可满足用户侧灵活性调峰需求，用于土地紧张且热口密集地区的分布式供能；且液氨作为化学能，其存储也实现了良好的储能，不仅弥补了可再生能源发电系统无法全天候工作的缺陷，而且避免可再生资源发电量不能全部有效并入电网造成的资源浪费。
[0018]4、本专利技术采用氨裂解气体与氨气混合作为燃气轮机燃料，有效改善了氨单独作为燃料时，难着火，着火温度高，火焰稳定性差等问题；且氨的裂解气体和氨，以及供给给燃气
轮机的空气都在余热锅炉内经过预热，降低了燃气轮机点火温度的要求，节约能源；在预混装置内的多孔介质，具有一定的储热能力，提高了冷热电连供系统的鲁棒性。
[0019]5、本专利技术与现有冷热电联供系统契合度高，可以用于现有冷热电联供系统的技术升级改造，能够显著降低现有冷热电联供系统的双碳改造成本，也能够提高现有冷热电连供系统的能效，能够与现有系统耦合改造，实现节能减排；本系统具有较高的灵活性，可以根据所接可再生能源发电站的规模灵活调整。
附图说明
[0020]图1为基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统示意图；图2为氨氢裂解装置结构示意图；图3为基于氨氢预混装置正剖视图；图4为基于氨氢预混装置俯视图；图5为液氨气化制冷装置示意图。
[0021]图中标记名称：1、可再生能源发电系统，2、电网，3、电化学合成氨装置，4、液氨储罐，5、烟气冷凝器，6、引风机，7、用户端，8、制冷剂循环泵，9、液氨气化制冷装置，10、第一气气换热器，11、余热锅炉出口，12、送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，其特征在于：该系统包括依次连通的可再生能源发电制氨装置，液氨储罐、液氨气化制冷装置、氨气热交换装置、氨氢燃料预混装置、燃气轮机、余热锅炉和制氨原料供给装置，所述制氨原料供给装置与可再生能源发电制氨装置连通；所述氨气热交换装置还与氨气裂解装置连通，所述氨气裂解装置与氨氢燃料预混装置连通；所述余热锅炉内部设置有水冷壁，所述水冷壁与余热过滤外部的汽包连通，所述汽包与蒸汽轮机连通；所述燃气轮机和蒸汽轮机均连接有发电机；所述氨气裂解装置下半部以及氨气热交换装置安装于余热锅炉内部。2.根据权利要求1所述的一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，其特征在于：所述可再生能源发电制氨装置包括可再生能源发电系统和电化学合成氨装置；可再生能源发电系统和电化学合成氨装置彼此连接，所述可再生发电能源系统为风力发电系统或水力发电系统或光能发电系统。3.根据权利要求2所述的一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，其特征在于：所述液氨气化制冷装置包括氨气输送管道、吸热段、制冷剂输送管道和放热段，所述吸热段和放热段均为弯曲的毛细管，毛细管两端的管道直径大小不同，所述吸热段和放热段相对间隔设置；氨气和制冷剂在各自输送管道内流动方向相反；所述制冷剂输送管道与用户侧连通。4.根据权利要求3所述的一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，其特征在于：所述氨气热交换装置包括若干段热交器，所述热交换器包括螺旋状输送管道和连接在螺旋状输送管道上的若干翼片。5.根据权利要求4所述的一种基于氨合成与裂解的全天候冷热电多联产系统，其特征在于：所述氨氢燃料预混装置包括壳体、进气口、底部空腔、多孔介质和顶部空腔、出气口；所述壳体底部设有两个进气口，两个进气口分别与氨气热交换装置和氨气裂解装置连通，所述多孔介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶成飞，张明晨，王晨曦，王祎晨，孙荣岳，许万军，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：