一种燃气发电耦合SOEC制氢系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中；蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；水蒸气加热器，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成所述高温水蒸气；固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述高温水蒸气进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。所述系统实现了利用可再生能源电力或电网廉价波谷电力，将燃气发电副产的高温水蒸气耦合固体氧化物电解池，生产清洁的氢气。洁的氢气。洁的氢气。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气发电耦合SOEC制氢系统


[0001]本技术涉及电解制氢领域，尤其涉及一种燃气发电耦合SOEC制氢系统。

技术介绍

[0002]固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell，SOEC)是一种能在中高温下将热能和电能高效环保地直接转化为燃料中化学能的全固态化学电解装置。 SOEC的一个很重要的应用领域是高温电解水制取氢气。利用SOEC高温电解水制氢具有突出的优点，当电解所需要的电能和热能由可再生能源或先进核能提供时，该制氢模式清洁、节能、高效。
[0003]目前燃气电厂为了进一步提高发电效率，一般采用燃气和蒸汽联合循环发电，在发电过程中副产高温水蒸气用于蒸汽循环发电，然而高温水蒸气的利用价值有待进一步利用和开发。在可再生能源资源丰富或电网廉价波谷电价应用场景下，如何进一步提高副产的高温水蒸气利用价值是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本技术的目的是提供一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，将发电副产的高温水蒸气耦合固体氧化物电解池，生产清洁的氢气，同时进一步提升副产水蒸气的利用价值。
[0005]为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：
[0006]本技术提供一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，包括：
[0007]燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中，并将产生的高温尾气排出；
[0008]蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；
[0009]水蒸气加热器，所述水蒸气加热器与所述燃气轮机发电模块和蒸汽轮机发电模块之间通过管路连通；
[0010]固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述水蒸气加热器与所述固体氧化物电解模块之间通过管路连接，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成高温水蒸气，所述高温水蒸气分成两股，其中一股用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电，另一股通过所述管路进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。
[0011]进一步的，所述蒸汽轮机发电模块包括：
[0012]水泵，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的副产水蒸气与外界水进入至所述水泵内混合增压，所述水蒸气加热器与所述水泵之间通过管路连接，增压后的水和副产水蒸气在所述水蒸气加热器内与高温尾气进行换热形成所述高温水蒸气；
[0013]水蒸气分配器，所述水蒸气分配器与所述水蒸气加热器之间通过管路连接，所述
水蒸气分配器用于将所述高温水蒸气分配为两股，其中一股用于供蒸汽轮机的循环发电，另一股用于供所述固体氧化物电解模块电解产生氢气；
[0014]蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，一股所述高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电产生电力，所述电力并入至所述电网中。
[0015]进一步的，所述燃气轮机发电模块与所述固体氧化物电解模块的阴极之间通过管路连接，所述氢气作为燃气和空气进入至所述燃气轮机发电模块中燃烧产生电力并汇入至所述电网中。
[0016]进一步的，所述燃气轮机发电模块包括：
[0017]燃气压缩机、空气压缩机、燃气加热器、空气加热器和燃气轮机，所述燃气压缩机与所述燃气加热器之间通过管路连接，所述燃气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接，所述空气压缩机与所述空气加热器之间通过管路连接，所述空气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接；
[0018]燃气进入至所述燃气压缩机增压后进入至所述燃气加热器加热，加热后的燃气进入至所述燃气轮机内；
[0019]空气进入至所述空气压缩机增压后进入至所述空气加热器加热，加热后的空气进入至所述燃气轮机内与加热后的燃气燃烧推动所述燃气轮机产生电力，所述电力并入电网中。
[0020]进一步的，所述固体氧化物电解模块包括：
[0021]阴极换热器、阳极换热器、固体氧化物电解池和SOEC空气风机；
[0022]所述阴极换热器与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，另一股所述水蒸气进入至所述阴极换热器内进行加热后进入至所述固体氧化物电解池阴极内；
[0023]空气经过所述SOEC空气风机压缩增压后进入至所述阳极换热器加热，加热后的空气进入至所述固体氧化物电解池的阳极内电解产生氧气；
[0024]另一股所述水蒸气与空气在所述固体氧化物电解池内发生电解反应生产所述氢气和氧气。
[0025]进一步的，所述燃气轮机与所述空气加热器、燃气加热器和所述水蒸气加热器依次通过管路连通，所述燃气轮机产生的高温尾气先后通过空气加热器、燃气加热器和水蒸气加热器进行充分换热后排出。
[0026]进一步的，所述固体氧化物电解池的阴极与所述燃气轮机之间通过管路连通，电解产生的氧气与阳极的空气形成富氧SOEC出口空气，所述富氧SOEC 出口空气与空气汇合进入至所述燃气轮机内用于供所述燃气轮机发电。
[0027]进一步的，还包括氢气提纯净化器，所述固体氧化物电解模块的阴极、氢气提纯净化器和燃气轮机之间依次通过管路连接，电解产生的氢气经过所述氢气提纯净化器净化后作为燃气进入至所述燃气轮机内发电和/或作为氢气产品向外输出。
[0028]本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0029](1)本技术将燃气联合循环发电副产的高温水蒸气，利用固体氧化物电解池电解为氢气和氧气，相比传统工艺进一步提升水蒸气的利用价值。
[0030](2)本技术采用可再生能源电力或者电网廉价的波谷电力为固体氧化物电解池提供能量，将波动电力或低价电力转化为可以长期稳定储存的化学能，实现能量的高效
储存。
[0031](3)本技术固体氧化物电解池模块通过电化学反应生成氢气和富氧空气，产生的氢气既可以作为产品输出界外，也可以与燃料混合进行掺氢燃烧发电，此外富氧空气进入燃气发电系统，进一步提升燃料利用效率，提高发电效率。
附图说明
[0032]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0033]图1是燃气发电耦合SOEC制氢系统的结构示意图；
[0034]附图中各标记表示如下：
[0035]1‑
燃气压缩机；2
‑
燃气加热器；3
‑
燃气轮机；4
‑
空气压缩机；5
‑
空气加热器；6
‑
水蒸气加热器；7
‑
水泵；8
‑
水蒸气分配器；9
‑
蒸汽轮机；10
‑
阴极换热器；11
‑
SOEC 电解池；12
‑
SOEC空气风机；13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，包括：燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中，并将产生的高温尾气排出；蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；水蒸气加热器，所述水蒸气加热器与所述燃气轮机发电模块和蒸汽轮机发电模块之间通过管路连通，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成所述高温水蒸气；固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述水蒸气加热器与所述固体氧化物电解模块之间通过管路连接，所述高温水蒸气分成两股，其中一股用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电，另一股通过所述管路进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。2.根据权利要求1所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述蒸汽轮机发电模块包括：水泵，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的副产水蒸气与外界水进入至所述水泵内混合增压，所述水蒸气加热器与所述水泵之间通过管路连接，增压后的水和副产水蒸气在所述水蒸气加热器内与高温尾气进行换热形成所述高温水蒸气；水蒸气分配器，所述水蒸气分配器与所述水蒸气加热器之间通过管路连接，所述水蒸气分配器用于将所述高温水蒸气分配为两股，其中一股用于供蒸汽轮机的循环发电，另一股用于供所述固体氧化物电解模块电解产生氢气；蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，一股所述高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电产生电力，所述电力并入至所述电网中。3.根据权利要求2所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述燃气轮机发电模块与所述固体氧化物电解模块的阴极之间通过管路连接，所述氢气作为燃气和空气进入至所述燃气轮机发电模块中燃烧产生电力并汇入至所述电网中。4.根据权利要求3所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述燃气轮机发电模块包括：燃气压缩机、空气压缩机、燃气加热器、...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚辉超，王秀林，隋依言，侯建国，张雨晴，侯海龙，戴若云，伍思达，卢璐，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：