一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于生物质气化的电

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质气化的电
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氢三联供装置及方法


[0001]本专利技术涉及生物质为能源来源的分布式供能领域，尤其是一种基于生物质气化的电
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氢三联供装置及方法。

技术介绍

[0002]我国是农业大国，广阔的耕地和经济林面积每年会产生大量农林生物质废弃物；生物质能是一种CO2零排放的可再生能源，将其作为能源来源不仅能实现生物质废弃物的有效处置，还有助于降低对化石燃料的依赖。
[0003]生物质资源具有来源多样、能量密度较低及分布分散等特点，这些特点决定了因地制宜和分布式利用是发展生物质能产业的必然要求。工业园区具有能源密度大、用能形式多样、用能需求相对稳定的特点，是开展分布式能源应用的最佳应用场景之一。电和热是工业园区需求最为广泛的能量形式；此外，氢气是一种理想燃料，其在空气中的主要燃烧产物为水，不会造成环境污染，同时大大降低温室气体的排放。氢气是现代工业的重要原料，主要用于石油精炼和石化工业如合成氨和甲醇，也被用作航空工业中火箭燃料及冶金工业中的还原气，在现代社会中具有举足轻重的地位。氢能是未来我国重点发展的一种能量载体，其将在用能终端绿色低碳转型中扮演重要角色。因此，开展以生物质为能源来源的含氢多联供系统研究具有重要意义。生物质气化技术是以生物质为原料通过热化学的方式将其转化为有价值的气体产物和固体产物的过程，也是生产电力和热量、氢气和第二代生物燃料等的有效工艺。结合工业园区的用能的多样化需求，开展基于生物质气化的电
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氢三联供装置及方法具有良好应用前景。
[0004]现有的生物质气化技术需要高耗能的深冷空气制氧过程，且生物质气化制高纯氢气需经历气化、脱硫、重整、变换、酸性气体脱除和变压吸附等过程。虽然技术相对成熟，但工艺复杂、耗能高、制氢效率低；此外，基于生物质气化的多联供技术目前主要局限于电
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热联供，对以生物质为能源来源的含氢多联供系统，特别是针对多种能量形式间输出比例可灵活调节的含氢多联供系统还未有较为成熟的技术。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于生物质气化的电
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氢三联供装置及方法，在避免高耗能的空分制氧的同时，能生产纯度高达99％的氢气，并能有效调节电
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氢三者间的输出比例。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于生物质气化的电
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氢三联供装置，包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电
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供热单元以及管线；
[0007]生物质气化单元由气化炉、空预器、除尘脱硫器、分流器及分流器组成；空预器合成气侧串接于气化炉出口并与除尘脱硫器相连；分流器串接于空预器空气侧出口，分流器出口管路一分为二，一路与气化炉相连，另一路与化学链制氢单元空气反应器相连；分流器
串接于除尘脱硫器出口，分流器出口管路一分为二，一路与化学链制氢单元燃料反应器相连，另一路与燃气轮机发电单元混合器相连；
[0008]化学链制氢单元由燃料反应器、水蒸气反应器、空气反应器、余热锅炉合成气侧、余热锅炉氢气侧、氢气压缩机、冷却器和换热器组成；燃料反应器串接于分流器其中一路出口和空气反应器固体出口，燃料反应器出口管路一分为二，一路为固体并与水蒸气反应器相连，另一路为气体并与余热锅炉相连；余热锅炉合成气侧管路串接于燃料反应器气体出口并与混合器相连；水蒸气反应器串接于燃料反应器固体出口和换热器水侧出口，水蒸气反应器出口管路一分为二，一路为固体并与空气反应器相连，另一路为气体并与余热锅炉相连；余热锅炉氢气侧串接于水蒸气反应器气体出口并与氢气压缩机相连；氢气压缩机串接于余热锅炉氢气侧出口并与冷却器相连；冷却器氢气侧串接于氢气压缩机出口，冷却器水侧出口与换热器水侧相连；空气反应器串接于水蒸气反应器固体出口和分流器其中一路出口，空气反应器出口管路一分为二，一路为固体并与燃料反应器相连，另一路为气体并与换热器空气侧相连；换热器水侧串接于冷却器水侧出口并与水蒸气反应器相连，换热器空气侧串接于空气反应器出口；
[0009]燃气轮机发电单元由混合器、燃料压缩机、空气压缩机、燃烧室、燃气轮机和余热锅炉烟气侧组成；混合器串接于分流器其中一路出口和余热锅炉合成气侧，并与燃料压缩机相连；燃料压缩机串接于混合器出口并与燃烧室相连；空气压缩机与燃烧室相连；燃烧室串接于燃料压缩机和空气压缩机出口，并与燃气轮机相连；燃气轮机串接于燃烧室出口并与余热锅炉烟气侧相连；
[0010]蒸汽轮机发电
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供热单元由蒸汽轮机、换热器、凝汽器、给水泵、余热锅炉水侧、余热锅炉蒸汽侧和余热锅炉蒸汽侧组成；蒸汽轮机串接于余热锅炉蒸汽侧出口，蒸汽轮机出口一分为二，一路与换热器相连，另一路与凝汽器蒸汽侧相连；换热器热侧串接于蒸汽轮机抽汽口并与给水泵相连，换热器冷侧为供热媒介；凝汽器串接于蒸汽轮机排汽口并与给水泵相连；给水泵串接于换热器热侧出口和凝汽器蒸汽侧出口并与余热锅炉水侧相连；余热锅炉水侧串接于给水泵出口并与余热锅炉蒸汽侧相连；余热锅炉蒸汽侧串接于余热锅炉水侧出口并与余热锅炉蒸汽侧相连；余热锅炉蒸汽侧串接于余热锅炉蒸汽侧出口并与蒸汽轮机相连。
[0011]优选的，生物质气化炉的气化介质为空气。
[0012]优选的，化学链制氢单元中的循环固体物料为铁基载氧体，其主要由铁氧化物和惰性载体构成。
[0013]优选的，分流器和分流器可对出口两条支路中气体流量进行单独控制。
[0014]优选的，燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器属于流化床反应器。
[0015]优选的，燃料反应器中未完全转化的合成气经余热锅炉和混合器之后，进一步压缩并送入燃烧室进行燃烧以使其充分转化；
[0016]优选的，蒸汽轮机属于抽汽凝汽式汽轮机。
[0017]基于上述内容，本专利技术还提供一种基于生物质气化的电
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氢三联供方法，包括如下步骤：
[0018]S1：将生物质、热空气通入气化炉中发生生物质气化反应生成合成气，生物质气化炉采用常压气化，反应温度为750～950℃；合成气进入空预器与空气换热后经除尘脱硫器
处理进入分流器，其中一部分进入化学链制氢单元的燃料反应器，另一部分进入燃气轮机发电单元；空气经空预器加热升温至600～800℃进入分流器，其中一部分作为气化剂进入气化炉，另一部分作为氧化剂进入化学链制氢单元的空气反应器；
[0019]S2：燃料反应器处于鼓泡流态化，温度控制在800～850℃，进入燃料反应器的合成气与高价态铁氧化物Fe2O3/Fe3O4发生氧化还原反应，Fe2O3被深度还原生成Fe/FeO并进入水蒸气反应器，而合成气由于热力学限制只能被部分氧化为CO2和H2O，即形成未完全转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物质气化的电
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氢三联供装置，其特征在于，包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电
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供热单元以及管线；生物质气化单元由气化炉(1)、空预器(2)、除尘脱硫器(3)、分流器(4)及分流器(13)组成；空预器(2)合成气侧串接于气化炉(1)出口并与除尘脱硫器(3)相连；分流器(13)串接于空预器(2)空气侧出口，分流器(13)出口管路一分为二，一路与气化炉(1)相连，另一路与化学链制氢单元空气反应器(14)相连；分流器(4)串接于除尘脱硫器(3)出口，分流器(4)出口管路一分为二，一路与化学链制氢单元燃料反应器(5)相连，另一路与燃气轮机发电单元混合器(7)相连；化学链制氢单元由燃料反应器(5)、水蒸气反应器(16)、空气反应器(14)、余热锅炉(6)合成气侧、余热锅炉(17)氢气侧、氢气压缩机(18)、冷却器(19)和换热器(15)组成；燃料反应器(5)串接于分流器(4)其中一路出口和空气反应器(14)固体出口，燃料反应器(5)出口管路一分为二，一路为固体并与水蒸气反应器(16)相连，另一路为气体并与余热锅炉(6)相连；余热锅炉(6)合成气侧管路串接于燃料反应器(5)气体出口并与混合器(7)相连；水蒸气反应器(16)串接于燃料反应器(5)固体出口和换热器(15)水侧出口，水蒸气反应器(16)出口管路一分为二，一路为固体并与空气反应器(14)相连，另一路为气体并与余热锅炉(17)相连；余热锅炉(17)氢气侧串接于水蒸气反应器(16)气体出口并与氢气压缩机(18)相连；氢气压缩机(18)串接于余热锅炉(17)氢气侧出口并与冷却器(19)相连；冷却器(19)氢气侧串接于氢气压缩机(18)出口，冷却器(19)水侧出口与换热器(15)水侧相连；空气反应器(14)串接于水蒸气反应器(16)固体出口和分流器(13)其中一路出口，空气反应器(14)出口管路一分为二，一路为固体并与燃料反应器(5)相连，另一路为气体并与换热器(15)空气侧相连；换热器(15)水侧串接于冷却器(19)水侧出口并与水蒸气反应器(16)相连，换热器(15)空气侧串接于空气反应器(14)出口；燃气轮机发电单元由混合器(7)、燃料压缩机(8)、空气压缩机(9)、燃烧室(10)、燃气轮机(11)和余热锅炉(12)烟气侧组成；混合器(7)串接于分流器(4)其中一路出口和余热锅炉(6)合成气侧，并与燃料压缩机(8)相连；燃料压缩机(8)串接于混合器(7)出口并与燃烧室(10)相连；空气压缩机(9)与燃烧室(10)相连；燃烧室(10)串接于燃料压缩机(8)和空气压缩机(9)出口，并与燃气轮机(11)相连；燃气轮机(11)串接于燃烧室(10)出口并与余热锅炉(12)烟气侧相连；蒸汽轮机发电
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供热单元由蒸汽轮机(21)、换热器(20)、凝汽器(22)、给水泵(23)、余热锅炉(12)水侧、余热锅炉(6)蒸汽侧和余热锅炉(17)蒸汽侧组成；蒸汽轮机(21)串接于余热锅炉(17)蒸汽侧出口，蒸汽轮机(21)出口一分为二，一路与换热器(20)相连，另一路与凝汽器(22)蒸汽侧相连；换热器(20)热侧串接于蒸汽轮机(21)抽汽口并与给水泵(23)相连，换热器(20)冷侧为供热媒介；凝汽器(22)串接于蒸汽轮机(21)排汽口并与给水泵(23)相连；给水泵(23)串接于换热器(20)热侧出口和凝汽器(22)蒸汽侧出口并与余热锅炉(12)水侧相连；余热锅炉(12)水侧串接于给水泵(23)出口并与余热锅炉(6)蒸汽侧相连；余热锅炉(6)蒸汽侧串接于余热锅炉(12)水侧出口并与余热锅炉(17)蒸汽侧相连；余热锅炉(17)蒸汽侧串接于余热锅炉(6)蒸汽侧出口并与蒸汽轮机(21)相连。2.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电
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氢三联供装置，其特征在于，生物质气化炉(1)的气化介质为空气。
3.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电
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氢三联供装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：方鑫，袁宇波，李娟，汪家铭，史明明，周建华，姜云龙，陈锦铭，袁晓冬，潘益，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：