【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝燃料储能和氢热电联产，特别涉及一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统。
技术介绍
1、常见的太阳能和风能等可再生能源囿于环境条件，应用严重受限，亟需开发一种大规模、长周期和可用于全球贸易的储能技术，实现可再生能源稳定安全输出，并可在世界各地自由贸易。在众多新型储能技术中，金属燃料铝能量密度高，价格低廉，化学性质稳定，储运便捷安全，产物可循环利用，被认为是一种良好的储能和储氢载体。但金属铝表面的氧化膜严重阻碍铝-水反应进行，需要对反应进行活化处理，目前常用的持续活化技术包括添加碱液、在铝中加入低熔点金属或添加剂、机械活化和高温反应等。但添加碱液对设备抗腐蚀性要求高，在铝中加入低熔点金属或添加剂后能量密度降低，维持材料活性、存储和回收困难，机械活化制备超细铝粉成本较高，需要特殊储运，高温反应的应用场景受限。以通过铝-水反应制氢为目的的研究认为反应热是危险的，热量常被浪费，而以产热为目的的应用，如水下推进剂和固体火箭推进剂等，总是无法有效收集和利用氢气。铝-水反应产生的氢气和热量很难同时得到有效利用。为提高反应产生氢气和热量的利用效率，关于以铝燃料为储能载体实现氢热电联产的系统得到发展和研究，研究常基于高温高压反应，以实现低成本、高能源利用率的大规模发电为目标。通过对高温高压铝-水反应的研究和系统的设计优化有望提高基于铝燃料发电系统的能源利用率，降低储能成本，实现大规模清洁发电。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的：
3、一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，包括反应器组、混合器、氢气-蒸汽透平、第一发电机、氢气冷凝器、氢气干燥器、第一压气机、第二压气机、燃烧室、燃气透平、蒸汽透平、冷凝器、低压泵、低压加热器组、除氧器、高压泵、高压加热器组、水仓、水泵、反应水混合器、分水系统和第二发电机；
4、反应器组包括n个并联设置的反应器，且n个反应器能够单独产生氢气或共同产生氢气，n个反应器的入口分别连接有加压水泵，n个反应器的氢气出口统一连接至混合器入口，混合器出口连至氢气-蒸汽透平入口，氢气-蒸汽透平与第一发电机同轴相连，氢气-蒸汽透平出口连接氢气冷凝器入口，氢气冷凝器的氢气出口连接氢气干燥器入口，氢气冷凝器的水出口连接至冷凝器分离水入口，氢气干燥器的氢气出口连接第一压气机，第二压气机设置有空气入口，第一压气机和第二压气机出口分别连接到燃烧室的氢气和空气入口，燃烧室出口连接燃气透平入口，燃气透平乏汽出口连接至蒸汽透平入口，燃气透平、蒸汽透平和第二发电机同轴相连；蒸汽透平乏汽出口连接至冷凝器乏汽入口，冷凝器出口连接低压泵，低压泵连接至低压加热器组低压水入口，蒸汽透平抽汽出口连接低压加热器组抽汽入口，低压加热器组被来自蒸汽透平的抽汽加热，低压加热器组疏水出口连接冷凝器疏水入口，来自蒸汽透平的抽汽在低压加热器组中换热后成为疏水逐级自流，最终汇集至冷凝器；低压加热器组低压水出口连接至除氧器低压水入口，除氧器出口连接高压泵，高压泵连接至高压加热器组高压水入口，燃气透平高压加热器组抽汽出口连接至高压加热器组抽汽入口，燃气透平除氧器抽汽出口连接至除氧器抽汽入口，除氧器和高压加热器组被来自燃气透平的抽汽加热，高压加热器组疏水出口连接至除氧器疏水入口，来自燃气透平的抽汽在高压加热器组中换热后成为疏水逐级自流，最终汇集至除氧器，在除氧器内来自燃气透平的抽汽、来自高压加热器组的疏水和来自低压加热器组的低压水混合并换热，重新经过高压泵加压后流入高压加热器组；高压加热器组高压再热水出口连接至反应水混合器高压再热水入口，水仓中水通过水泵同样进入反应水混合器高压水入口，来自水仓中的高压水和来自高压加热器组的高压再热水在反应水混合器中混合后的水进入分水系统，分水系统通过进水管路连接至加压水泵。
5、本专利技术进一步的改进在于，每个反应器通过进水管路延伸至反应器腔体底部，进水管路上依次布置有进水流量计和进水阀门；反应器上安装有反应器热电偶、反应器铝仓和铝仓阀门；反应器上布置有氢气管路连接到混合器，氢气管路上布置有氢气阀门；反应器底部开有固相产物管路用于排出和收集反应产生的固体产物和可能残余的铝燃料。
6、本专利技术进一步的改进在于，进水管路上还布置有进水单向阀、进水背压阀、进水压力表和进水安全阀。
7、本专利技术进一步的改进在于，在反应器上还安装有反应器压力表和反应器安全阀。
8、本专利技术进一步的改进在于，氢气管路上还布置有氢气单向阀、氢气背压阀、氢气压力表和氢气安全阀和氢气流量计。
9、本专利技术进一步的改进在于，固相产物管路上布置有固相产物阀门。
10、本专利技术进一步的改进在于，低压加热器组中设有n个低压加热器，高压加热器组中设有n个高压加热器。
11、本专利技术进一步的改进在于，反应器采用高温高压对铝-水反应进行活化，其温度超过350℃，压力超过10mpa。
12、本专利技术进一步的改进在于，该系统通过氢气-蒸汽透平、第一发电机、燃烧室、燃气透平和蒸汽透平将铝-水反应产生的氢气和部分高温高压水蒸气直接用于发电，实现通过铝燃料储能，充分利用铝-水产氢和产热特性以及高温高压的活化环境。
13、本专利技术进一步的改进在于，该系统通过设置冷凝器、低压泵、低压加热器组、除氧器、高压泵和高压加热器组对反应剩余和产生的水资源进行加热，实现余热利用和水的循环利用，实现节能节水的目标。
14、本专利技术提供的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统具有如下优点：
15、1、采用高温高压对铝-水反应进行活化，将以往难以应用的颗粒铝块、铝锭以及铝片等应用于氢气产生和电力生产。
16、2、利用铝-水反应是自加速反应，可通过反应热维持反应持续进行，仅需要对反应初期进行加热，反应稳定后依靠反应热无需持续加热。
17、3、系统中含有多个反应器独立且并联，可以独立或共同连续稳定产生氢气，拓展了总产氢量范围，增强了系统抗风险能力和安全性。
18、4、基于监测到的压力变化判断反应器内反应进程和氢气产生情况，并可将各子系统监控系统连接至总控制器，实现远程、人机分离的准确集成控制。
19、5、通过透平即时利用铝-水反应产生的高温高压蒸汽和未反应的水蒸气，并利用低压加热组、除氧器和高压加热组等实现系统分级余热利用，并使未反应的水在系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，包括反应器组(1)、混合器(26)、氢气-蒸汽透平(27)、第一发电机(28)、氢气冷凝器(29)、氢气干燥器(30)、第一压气机(31)、第二压气机(32)、燃烧室(34)、燃气透平(35)、蒸汽透平(36)、冷凝器(37)、低压泵(38)、低压加热器组(39)、除氧器(40)、高压泵(41)、高压加热器组(42)、水仓(43)、水泵(44)、反应水混合器(45)、分水系统(46)和第二发电机(47)；
2.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，每个反应器(2)通过进水管路(10)延伸至反应器腔体(11)底部，进水管路(10)上依次布置有进水流量计(5)和进水阀门(4)；反应器(2)上安装有反应器热电偶(14)、反应器铝仓(17)和铝仓阀门(18)；反应器(2)上布置有氢气管路(19)连接到混合器(26)，氢气管路(19)上布置有氢气阀门(20)；反应器(2)底部开有固相产物管路(15)用于排出和收集反应产生的固体产物和可能残余的铝燃料。
3.根据权利要
4.根据权利要求2所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，在反应器(2)上还安装有反应器压力表(12)和反应器安全阀(13)。
5.根据权利要求2所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，氢气管路(19)上还布置有氢气单向阀(21)、氢气背压阀(22)、氢气压力表(23)和氢气安全阀(24)和氢气流量计(25)。
6.根据权利要求2所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，固相产物管路(15)上布置有固相产物阀门(16)。
7.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，低压加热器组(39)中设有n个低压加热器，高压加热器组(42)中设有n个高压加热器。
8.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，反应器(2)采用高温高压对铝-水反应进行活化，其温度超过350℃，压力超过10MPa。
9.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，该系统通过氢气-蒸汽透平(27)、第一发电机(28)、燃烧室(34)、燃气透平(35)和蒸汽透平(36)将铝-水反应产生的氢气和部分高温高压水蒸气直接用于发电，实现通过铝燃料储能，充分利用铝-水产氢和产热特性以及高温高压的活化环境。
10.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，该系统通过设置冷凝器(37)、低压泵(38)、低压加热器组(39)、除氧器(40)、高压泵(41)和高压加热器组(42)对反应剩余和产生的水资源进行加热，实现余热利用和水的循环利用，实现节能节水的目标。
...【技术特征摘要】
1.一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，包括反应器组(1)、混合器(26)、氢气-蒸汽透平(27)、第一发电机(28)、氢气冷凝器(29)、氢气干燥器(30)、第一压气机(31)、第二压气机(32)、燃烧室(34)、燃气透平(35)、蒸汽透平(36)、冷凝器(37)、低压泵(38)、低压加热器组(39)、除氧器(40)、高压泵(41)、高压加热器组(42)、水仓(43)、水泵(44)、反应水混合器(45)、分水系统(46)和第二发电机(47)；
2.根据权利要求1所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，每个反应器(2)通过进水管路(10)延伸至反应器腔体(11)底部，进水管路(10)上依次布置有进水流量计(5)和进水阀门(4)；反应器(2)上安装有反应器热电偶(14)、反应器铝仓(17)和铝仓阀门(18)；反应器(2)上布置有氢气管路(19)连接到混合器(26)，氢气管路(19)上布置有氢气阀门(20)；反应器(2)底部开有固相产物管路(15)用于排出和收集反应产生的固体产物和可能残余的铝燃料。
3.根据权利要求2所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，进水管路(10)上还布置有进水单向阀(6)、进水背压阀(7)、进水压力表(8)和进水安全阀(9)。
4.根据权利要求2所述的一种多反应器联合大规模连续铝-水制氢发电系统，其特征在于，在反应器(2)上还安装有反应器压力表(12)和反应器安全阀(13)。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：王长安，高昕玥，侯育杰，吴梦洁，车得福，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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