一种铝水燃烧热电联供系统技术方案

本发明专利技术公开了一种铝水燃烧热电联供系统，包括自助进料机、混料室、管束反应器、反应器壁面换热器、水泵、喷嘴、气固分离器、增压泵、汽轮机、发电机、管式换热器、气液分离器、缓冲罐、干燥器、氢气纯化器、燃料电池电堆、燃料电池壁面换热器。其有益效果是：基于(铝水燃烧制氢

【技术实现步骤摘要】
一种铝水燃烧热电联供系统


[0001]本专利技术涉及热联供电
，具体为一种铝水燃烧热电联供系统。

技术介绍

[0002]基于燃气内燃机、燃气轮机的分布式热电联供系统可以很好地满足居民单元、小型社区、商业或工业建筑、医院等公共场所对照明、电器设备、采暖和热水等的需求。而现有的热电联供系统往往采用内燃机，发电效率以及电热综合利用率较低，同时燃烧产生的副产物容易对环境造成污染。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种铝水燃烧热电联供系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：包括自助进料机、混料室、管束反应器、反应器壁面换热器、水泵、喷嘴、气固分离器、增压泵、汽轮机、发电机、管式换热器、气液分离器、缓冲罐、干燥器、氢气纯化器、燃料电池电堆、燃料电池壁面换热器；所述自助进料机位于混料室上；所述混料室通过气管与管束反应器连接；所述反应器壁面换热器位于管束反应器上；所述水泵通过管路连接至管束反应器内部顶部，且在管路末端上设有喷嘴；所述管束反应器通过管路与气固分离器与连接；所述气固分离器通过管路经增压泵与汽轮机连接；所述汽轮机转动带动发电机发电，且通过管路与管式换热器连接；所述气液分离器通过管路与管式换热器连接；所述缓冲罐通过管路与气液分离器连接，且通过管路分别与混料室和干燥器连接；所述氢气纯化器通过管路与干燥器连接；所述燃料电池电堆通过管路与氢气纯化器；所述燃料电池壁面换热器位于燃料电池电堆上。
[0005]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述水泵与外部水源连接，分别通过管路连接至反应器壁面换热器、燃料电池壁面换热器、冷凝器作为冷却水，经冷热交换后与气液分离器分离的回收水混合一起进入管式换热器，再循环回到水泵。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述气液分离器分离出的氢气通过管路进入缓冲罐后，少量氢气直接通过管路经混料室进入管束反应器，大量氢气通过管路经干燥器、氢气纯化器进入燃料电池电堆。
[0007]所述管束反应器中排出的高温水蒸气和氢气混合气，通过管路经气固分离器、增压泵、汽轮机进入管式换热器换热后经冷凝器冷凝后进入气液分离器完成气液分离。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术主组合利用汽轮机动能发电和燃料电池化学发电提高发电效率至50％以上；组合利用化学反应热和高温混和蒸气热进行梯次换热，形成高品质热源；氢能转化为电能和热能的全过程清洁高效，气液分离器分离的水和燃料电池发电生成的水循环利用，同时将冷却水用于供热，解决了管束反应器和燃料电池的冷却问题，提高了燃料电池的工作效率，提高电热综合利用率至90％以上；排放的Al(OH)3可集中回收加工为高纯氧化铝微粉材料，显著降低制氢用氢成本，解决了制氢用氢成
本高企导致的商业化应用难题；本系统可拓展性强，可接入吸收式制冷机向用户供冷，还可接入加氢机，为氢能源汽车提供加氢服务，实现冷热电氢综合能源供给。同时，热电联产型微电网可并网运行，也可独立运行，当主网发生故障时，微电网还能够维持对自身内部的能量供应，提高了供电可靠性。
附图说明
[0010]图1为本专利技术结构示意图；
[0013]图中：自助进料机1、混料室2、管束反应器3、反应器壁面换热器4、水泵5、冷凝器51、喷嘴6、气固分离器7、增压泵8、汽轮机9、发电机10、管式换热器11、气液分离器12、缓冲罐13、干燥器14、氢气纯化器15、燃料电池电堆16、燃料电池壁面换热器17。
具体实施方式
[0014]实施例1
[0015]如图1所示，本专利技术公开了一种铝水燃烧热电联供系统，自助进料机1、混料室2、管束反应器3、反应器壁面换热器4、水泵5、喷嘴6、气固分离器7、增压泵8、汽轮机9、发电机10、管式换热器11、气液分离器12、缓冲罐13、干燥器14、氢气纯化器15、燃料电池电堆16、燃料电池壁面换热器17；水泵5与外部水源连接，分别通过管路连接至反应器壁面换热器4、燃料电池壁面换热器17、冷凝器51作为冷却水，经冷热交换后与气液分离器12分离的回收水混合一起进入管式换热器11，再循环回到水泵5，将冷却水循环利用起来。气液分离器12分离出的氢气通过管路进入缓冲罐13后，少量氢气直接通过管路经混料室2进入管束反应器3，大量氢气通过管路经干燥器14、氢气纯化器15进入燃料电池电堆16，通过循环制氢，将氢气作为载气随自动进料机1内的铝基合金材料共同进入管束反应器3，反应后得到高温过饱和水蒸气和氢气的混合气体，经气固分离器7分离副产物Al(OH)3后，经增压泵8增压进入汽轮机9，汽轮机9转动带动发电机10发电；管束反应器3中排出的高温水蒸气和氢气混合气，通过管路经气固分离器7、增压泵8、汽轮机9进入管式换热器11换热后经冷凝器51冷凝后进入气液分离器12完成气液分离。
[0016]本专利技术的工作原理如下：自助进料机1贮料容器中装有预先处理的铝基合金粉料，并在与混料室连接处配有高压防反吹装置。自助进料机1将铝基合金输入混料室2混入载气氢气气流，在载气作用下进入管束反应器3，同时，水泵5向管束反应器3泵入过量水，管束反应器3顶端设有喷嘴6，水经喷嘴6向燃烧室中喷入，铝基合金与水发生反应生成氢气和Al(OH)3，由于铝基合金与水为放热反应，过量的水气化为高温过饱和水蒸气，氢气、水蒸气和Al(OH)3颗粒一起进入气固分离器7，分离出Al(OH)3，高温过饱和水蒸气和氢气的混合气经增压泵8增压后进入汽轮机9，带动汽轮机9做功进而驱动发电机10发电。经过汽轮机9的高温水蒸气和氢气的混合气进入管式换热器11，换热后进入冷凝器51，水蒸气凝结为水，进入气液分离器12分离出水，氢气进入缓冲罐13后少量氢气流向进料室2作为载气，大量氢气经干燥、过滤后进入燃料电池发电。汽轮机9发电、燃料电池发电经逆变后并入交流母线，接入电负载和PCS储能电池，储能电池根据用电负荷，峰时放电，谷时充电。
[0017]水泵5从外部水源抽水，一部分输送至管束反应器3作为反应用水，一部分作为冷却水并行进入反应器壁面换热器4铝基合金反应生热与冷却水进行换热、燃料电池壁面换
热器17燃料电池工作生热与冷却水进行换热、冷凝器51燃氢锅炉流出的高温混合气与冷却水进行换热，经热交换后形成热水，进入管式换热器11。同时，经过汽轮机9排出的高温水蒸气和氢气的混合气也进入管式换热器11，上步冷却水换热后形成的热水在管式换热器11中与高温混合气进行二次热交换，进一步提高热源品质，作为热源接入热负载和蓄热罐，蓄热罐根据用热负荷，峰时放热，谷时蓄热。或热源接入吸收式制冷机，向用户供冷。气液分离器12分离的水和燃料电池发电生成的水均可回收循环利用，汇集后经水泵5输送至管束反应器3作为反应用水或用于冷却循环水。
[0018]某10KW热电冷联供系统，发电效率51.5％，热效率42.7％，总效率94.2％。该系统由铝基合金与水在管束反应器中进行水解反应产生氢气，燃料电池发电机组、汽轮机组分别以氢气和氢气/水蒸气混和气为驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝水燃烧热电联供系统，其特征在于：包括自助进料机(1)、混料室(2)、管束反应器(3)、反应器壁面换热器(4)、水泵(5)、喷嘴(6)、气固分离器(7)、增压泵(8)、汽轮机(9)、发电机(10)、管式换热器(11)、气液分离器(12)、缓冲罐(13)、干燥器(14)、氢气纯化器(15)、燃料电池电堆(16)、燃料电池壁面换热器(17)；所述自助进料机(1)位于混料室(2)上；所述混料室(2)通过气管与管束反应器(3)连接；所述反应器壁面换热器(4)位于管束反应器(3)上；所述水泵(5)通过管路连接至管束反应器(3)内部顶部，且在管路末端上设有喷嘴(6)；所述管束反应器(3)通过管路与气固分离器(7)与连接；所述气固分离器(7)通过管路经增压泵(8)与汽轮机(9)连接；所述汽轮机(9)转动带动发电机(10)发电，且通过管路与管式换热器(11)连接；所述气液分离器(12)通过管路与管式换热器(11)连接；所述缓冲罐(13)通过管路与气液分离器(12)连接，且通过管路分别与混料室(2)和干燥器(14)连接；所述氢气纯化器(15)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘发民，王凯，薄建民，
申请(专利权)人：刘发民，
类型：发明
国别省市：