【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电设备，尤其涉及一种二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统。
技术介绍
1、太阳能光热技术是一种利用太阳辐射作为热源进行加热以及能量转换的技术，具有多种不同的应用方式，而太阳能光热发电则是一种比较典型的太阳能光热技术的具体应用方式。该应用方式一般是利用反射镜或反射镜系统将太阳光汇聚于一处产生≥1200℃的高温，从而对导热油或熔融盐等导热储热介质进行加热，再通过导热储热介质加热水蒸气，进而由水蒸气带动蒸汽轮机发电。
2、然而太阳能光热发电虽然具有高效、无污染等优点，且具有一定的日落后持续发电的能力，但由于成本原因，很难实现24小时持续供电。
3、煤制氢作为煤炭资源高效清洁利用的重要方式，在实施时首先要通过水煤气变换，将煤炭转化为一氧化碳和氢气的合成气；然后再通过一氧化碳变换，将合成气中的一氧化碳转化为氢气和二氧化碳；最后再通过分离装置对二氧化碳和氢气进行分离，获得纯度≥99.8％的氢气。
4、然而煤制氢工艺的水煤气变换和一氧化碳变换过程均会排出大量二氧化碳，且两个化学过程的二氧化碳排放量各占总排放量的一半左右。其中，一氧化碳变换过程排放的二氧化碳是通过气体分离装置排放的，较为易于进行捕集；而水煤气变换过程由于需要通过燃煤的方式为反应供能，从而导致二氧化碳以不利于碳捕集的高温烟气形式排放至大气。目前，通过煤制氢的方式每生产1公斤氢气约排放二氧化碳22公斤，而在增加碳捕集系统后可以将整体的碳排放降低50％-55％，即生产1公斤氢气所排放的二氧化碳降至10-11公斤，如此巨大的二
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能够实现不间断连续发电和二氧化碳零排放的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供一种二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，包括煤粉输送装置、太阳能光热子系统、合成气制备子系统、氢气制备子系统和高温燃料电池，煤粉输送装置上开设有供煤粉通入的进料口和供水蒸气通入的进气口，煤粉输送装置的出料口和外部水蒸气均接入太阳能光热子系统，太阳能光热子系统在将煤粉与水蒸气加热后分别输送至合成气制备子系统，合成气制备子系统将制备出的一氧化碳和氢气的合成气通入气柜内储存，气柜的输气口接入氢气制备子系统，氢气制备子系统所制备的二氧化碳通入二氧化碳捕集提纯装置中保存、而氢气则通入高温燃料电池的负极气体入口，高温燃料电池的正极气体入口通有空气，高温燃料电池的输出端在与逆变器连接后接入电网，且高温燃料电池的排气口与大气连通。
4、优选地，太阳能光热子系统包括定日镜阵列、第一光热加热装置和第二光热加热装置，定日镜阵列将阳光分别集中反射到第一光热加热装置和第二光热加热装置上，煤粉输送装置的出料口接入第一光热加热装置的进料口，外部水蒸气接入第二光热加热装置的进气口，第一光热加热装置的出料口、第二光热加热装置的出气口均与合成气制备子系统连接。
5、优选地，合成气制备子系统包括气化炉、除尘装置和脱硫装置，煤粉和水蒸气在加热后均通入气化炉进行合成气制备反应，气化炉上开设有用于灰渣排出的排渣口，气化炉的合成气出口依次与除尘装置、脱硫装置连接，脱硫装置的出口与气柜连接。
6、优选地，合成气制备子系统还包括余热回收装置，余热回收装置的进气口与气化炉的合成气出口连接，余热回收装置的出气口接入除尘装置，余热回收装置的冷水口通有冷却水，余热回收装置的两个水蒸气出口分别与煤粉输送装置的进气口、太阳能光热子系统的外部水蒸气进口连接。
7、优选地，氢气制备子系统包括一氧化碳变换装置和气体分离装置，气柜将一氧化碳和氢气的合成气通入一氧化碳变换装置内进行一氧化碳变换反应，一氧化碳变换装置的出口接入气体分离装置，气体分离装置的二氧化碳出口与二氧化碳捕集提纯装置连接，气体分离装置的氢气出口与高温燃料电池的负极气体入口连接。
8、优选地，气体分离装置上还设有氢气存储出口，气体分离装置的氢气存储出口与氢气精制提纯装置连接。
9、优选地，还包括氧气制备子系统，氧气制备子系统将空气中的氧气分离并通入高温燃料电池的正极气体入口。
10、优选地，还包括蒸汽发电子系统，高温燃料电池的排气口与蒸汽发电子系统的进口连接。
11、优选地，蒸汽发电子系统包括换热器、蒸汽轮机、冷却器和发电机，高温燃料电池的排气口与换热器的进气口连接，换热器的出气口与蒸汽轮机的进气口连接，蒸汽轮机的出气口与冷却器的进气口连接，冷却器的冷水出口与换热器的进水口连接，蒸汽轮机带动发电机转动，且发电机的输出端接入电网。
12、优选地，蒸汽轮机上开设有供热出口，蒸汽轮机的供热出口接入外部供热管路。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
14、本专利技术的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统将太阳能光热技术应用于煤制氢的水煤气变换过程，通过太阳能光热子系统对煤粉与水蒸气进行加热升温，以替代传统燃烧煤炭的方式为反应供能，不仅减少了煤炭的消耗量，也从根本上消除了以高温烟气形式排放的二氧化碳，整个发电系统中所产生的二氧化碳均集中在氢气制备的过程中，而这部分二氧化碳可通过二氧化碳捕集提纯装置完全回收，从而实现二氧化碳的零排放。
15、同时，由于合成气制备子系统制得的一氧化碳和氢气的合成气能够通入气柜内储存，这就使得后续的氢气生产以及高温燃料电池的发电不再密切依赖于太阳能光热过程，从而能够实现不间断连续发电。
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1.一种二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，包括煤粉输送装置(1)、太阳能光热子系统(2)、合成气制备子系统(3)、氢气制备子系统(4)和高温燃料电池(6)，所述煤粉输送装置(1)上开设有供煤粉通入的进料口和供水蒸气通入的进气口，所述煤粉输送装置(1)的出料口和外部水蒸气均接入所述太阳能光热子系统(2)，所述太阳能光热子系统(2)在将煤粉与水蒸气加热后分别输送至所述合成气制备子系统(3)，所述合成气制备子系统(3)将制备出的一氧化碳和氢气的合成气通入气柜(7)内储存，所述气柜(7)的输气口接入所述氢气制备子系统(4)，所述氢气制备子系统(4)所制备的二氧化碳通入二氧化碳捕集提纯装置(8)中保存、而氢气则通入所述高温燃料电池(6)的负极气体入口，所述高温燃料电池(6)的正极气体入口通有空气，所述高温燃料电池(6)的输出端在与逆变器(9)连接后接入电网，且所述高温燃料电池(6)的排气口与大气连通。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述太阳能光热子系统(2)包括定日镜阵列(201)、第一光热加热装置(2
3.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述合成气制备子系统(3)包括气化炉(301)、除尘装置(302)和脱硫装置(303)，煤粉和水蒸气在加热后均通入所述气化炉(301)进行合成气制备反应，所述气化炉(301)上开设有用于灰渣排出的排渣口，所述气化炉(301)的合成气出口依次与所述除尘装置(302)、所述脱硫装置(303)连接，所述脱硫装置(303)的出口与所述气柜(7)连接。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述合成气制备子系统(3)还包括余热回收装置(304)，所述余热回收装置(304)的进气口与所述气化炉(301)的合成气出口连接，所述余热回收装置(304)的出气口接入所述除尘装置(302)，所述余热回收装置(304)的冷水口通有冷却水，所述余热回收装置(304)的两个水蒸气出口分别与所述煤粉输送装置(1)的进气口、所述太阳能光热子系统(2)的外部水蒸气进口连接。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述氢气制备子系统(4)包括一氧化碳变换装置(401)和气体分离装置(402)，所述气柜(7)将一氧化碳和氢气的合成气通入所述一氧化碳变换装置(401)内进行一氧化碳变换反应，所述一氧化碳变换装置(401)的出口接入所述气体分离装置(402)，所述气体分离装置(402)的二氧化碳出口与所述二氧化碳捕集提纯装置(8)连接，所述气体分离装置(402)的氢气出口与所述高温燃料电池(6)的负极气体入口连接。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述气体分离装置(402)上还设有氢气存储出口，所述气体分离装置(402)的氢气存储出口与氢气精制提纯装置(10)连接。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，还包括氧气制备子系统(5)，所述氧气制备子系统(5)将空气中的氧气分离并通入所述高温燃料电池(6)的正极气体入口。
8.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，还包括蒸汽发电子系统(11)，所述高温燃料电池(6)的排气口与所述蒸汽发电子系统(11)的进口连接。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述蒸汽发电子系统(11)包括换热器(111)、蒸汽轮机(112)、冷却器(113)和发电机(114)，所述高温燃料电池(6)的排气口与所述换热器(111)的进气口连接，所述换热器(111)的出气口与所述蒸汽轮机(112)的进气口连接，所述蒸汽轮机(112)的出气口与所述冷却器(113)的进气口连接，所述冷却器(113)的冷水出口与所述换热器(111)的进水口连接，所述蒸汽轮机(112)带动所述发电机(114)转动，且所述发电机(114)的输出端接入电网。
10.根据权利要求9...
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，包括煤粉输送装置(1)、太阳能光热子系统(2)、合成气制备子系统(3)、氢气制备子系统(4)和高温燃料电池(6)，所述煤粉输送装置(1)上开设有供煤粉通入的进料口和供水蒸气通入的进气口，所述煤粉输送装置(1)的出料口和外部水蒸气均接入所述太阳能光热子系统(2)，所述太阳能光热子系统(2)在将煤粉与水蒸气加热后分别输送至所述合成气制备子系统(3)，所述合成气制备子系统(3)将制备出的一氧化碳和氢气的合成气通入气柜(7)内储存，所述气柜(7)的输气口接入所述氢气制备子系统(4)，所述氢气制备子系统(4)所制备的二氧化碳通入二氧化碳捕集提纯装置(8)中保存、而氢气则通入所述高温燃料电池(6)的负极气体入口，所述高温燃料电池(6)的正极气体入口通有空气，所述高温燃料电池(6)的输出端在与逆变器(9)连接后接入电网，且所述高温燃料电池(6)的排气口与大气连通。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述太阳能光热子系统(2)包括定日镜阵列(201)、第一光热加热装置(202)和第二光热加热装置(203)，所述定日镜阵列(201)将阳光分别集中反射到所述第一光热加热装置(202)和所述第二光热加热装置(203)上，所述煤粉输送装置(1)的出料口接入所述第一光热加热装置(202)的进料口，外部水蒸气接入所述第二光热加热装置(203)的进气口，所述第一光热加热装置(202)的出料口、所述第二光热加热装置(203)的出气口均与所述合成气制备子系统(3)连接。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述合成气制备子系统(3)包括气化炉(301)、除尘装置(302)和脱硫装置(303)，煤粉和水蒸气在加热后均通入所述气化炉(301)进行合成气制备反应，所述气化炉(301)上开设有用于灰渣排出的排渣口，所述气化炉(301)的合成气出口依次与所述除尘装置(302)、所述脱硫装置(303)连接，所述脱硫装置(303)的出口与所述气柜(7)连接。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳零排放太阳能光热与煤制氢耦合发电系统，其特征在于，所述合成气制备子系统(3)还包括余热回收装置(304)，所述余热回收装置(304)的进气口与所述气化炉(301)的合成气出口连接，所述余热回收装置(304)...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖可风，马文明，贺露露，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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