[实用新型]零排放氢电联产系统

说明书

本实用新型公开了一种零排放氢电联产系统，包括：超临界二氧化碳循环子系统、天然气蒸汽重整制氢子系统和空分制氧子系统。本实用新型系统通过直燃加热的超临界二氧化碳循环发电，透平排气的高温段热量用于天然气蒸汽重整制氢过程，制氢尾气与补充的天然气混合气作为燃烧器燃料，空气装置提供纯氧，燃烧产生的二氧化碳全部捕集，水全部回收，不排放NOx气体。本实用新型系统还可通过外部提供低品位热能，节省燃料消耗。本实用新型系统的氢、电产量等级匹配性好，且集成现有技术，仅需改部分设备，研发投入小。

技术领域

本实用新型涉及一种零排放氢电联产系统，属于能源技术领域。

背景技术

氢和电是零碳和无污染的能源载体，两者均在能源领域发挥着极其重要的作用。随着社会的进步，氢能日益受到重视，并被认为是未来能源的主体。现有的制氢厂和发电厂是相互独立的体系，前者主要是通过化学反应、电解、热分解等原理从含氢物质中获取氢，后者主要是通过热力循环原理将燃料燃烧、核裂变、太阳能辐照等产生的热量转变为电。近年来，氢电联产系统研究受到广泛关注，包括基于化石能源和核能的联产系统，这种联产系统可获得更好的综合效益。

超临界二氧化碳循环是当前的研究热点，其循环效率高，用途广，被认为具有良好的应用前景。直燃加热的超临界循环的特点是超临界二氧化碳在燃烧器中被燃气直接加热至高温，燃烧产物在透平出口后的处理工艺中排放或收集。由于直燃加热可以获得高的初参数，加上超临界二氧化碳循环所采用的回热、临界点附近压缩减少耗功等方法，使其具有极高的循环效率。

直燃加热的超临界二氧化碳循环透平进气温度和压力高，但透平膨胀比小，在最优膨胀比下，透平排气温度可达900℃以上，若直接进入回热器，会造成回热器高压侧热端温度过高，材料许用应力难以满足要求，这就不得不增大膨胀比，这就需要增加压缩设备，还会造成循环效率损失。工业制氢主要采用天然气蒸汽重整工艺，重整反应在800℃左右进行，所以，上述透平排气温度适用于天然气蒸汽重整制氢过程，且重整反应压力通常只有2.5MPa左右，不存在难以克服的材料问题。天然气蒸汽重整制氢技术非常成熟，与直燃加热的超临界二氧化碳循环互补性好，整个系统可实现高的能量转换效率，采用纯氧燃烧可避免产生NOx污染物，并可通过超临界二氧化碳循环完全捕集制氢产生的二氧化碳。

发明内容

本实用新型的目的是如何更清洁、高效地实现制氢和发电。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种零排放氢电联产系统，其特征在于包括：超临界二氧化碳循环子系统、天然气蒸汽重整制氢子系统和空分制氧子系统；

超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳主压缩机，二氧化碳主压缩机出口连接回热器高压侧进口，回热器高压侧出口连接燃烧器进口，燃烧器出口连接透平进气口，回热器高压侧的一个支路连接透平冷却系统进口，透平连接发电机，透平排气口依次连接天然气蒸汽重整制氢子系统中的重整反应器和蒸发器的高压侧，再连接回热器低压侧进口，回热器低压侧出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接二氧化碳水分离器进口，二氧化碳水分离器出口连接冷却器进口，冷却器出口连接二氧化碳预压缩机进口，二氧化碳预压缩机出口分为两路，一路为主路连接二氧化碳主压缩机进口，另一路为支路连接二氧化碳收集器进口；燃料压缩机出口连接燃料器燃料进口。