CN114352412B - 一种基于氨分解制氢的发电系统及动态调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氨分解制氢的发电系统及动态调节方法，通过设置依次连通的液氨提供部、气化部、氨分解部、储氢部和燃气轮机发电机组，液氨提供部输出的液氨在气化部处进行气化形成气态氨，气态氨被输送至氨分解部被分解为包含有氢气、氮气和少量气态氨的氢气混合气，该氢气混合气被储存至储氢部内，由储氢部来实现稳定输出氢气混合气至燃气轮机发电机组内，燃气轮机发电机组以氢气为燃料，氢气则是通过氨分解获得；该发电系统采用液氨作为燃料供应，燃气轮机发电机组可同时将未完全分解的氨燃烧利用，无“碳”产生，也无需对氢气进行纯化，成本低，安全性、适应性高。
Description
技术领域
本发明属于氨分解制氢发电技术领域，尤其涉及一种基于氨分解制氢的发电系统及动态调节方法。
背景技术
减少二氧化碳排放量已成为一个课题，旨在减少化石燃料的消费量和转换为代替化石燃料的能源。由于氨和氢不含碳，即在燃烧时不会产生二氧化碳，因此在减少碳排放的当下备受关注。但氢难以储存和运输，故难以作为燃料进行发电。而氨则是确立了储藏和运输技术，因此有望成为将来能源的载体，但氨在空气中不易燃烧，燃烧时火焰传播慢，容易熄灭，难以直接作为发电系统的燃料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于氨分解制氢的发电系统及动态调节方法，以解决现有发电系统无法直接使用氨作为燃料进行发电的问题。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种基于氨分解制氢的发电系统，包括：
液氨提供部；
气化部，所述气化部的输入端与所述液氨提供部连通，用于气化液氨为气态氨；
氨分解部，所述氨分解部的输入端与所述气化部的输出端连通，用于分解气态氨为包含有氢气、氮气和气态氨的氢气混合气；
储氢部，所述储氢部的输入端与所述氨分解部的输出端连通，用于储存并稳定输出所述氢气混合气；
燃气轮机发电机组，所述燃气轮机发电机组的燃料输入端与所述储氢部的输出端连通，用于燃烧所述氢气混合气进行发电；
发电状态下，所述液氨提供部输出的液氨经所述气化部气化为气态氨并输出至所述氨分解部，所述氨分解部分解所述气态氨为包含有氢气、氮气和气态氨的氢气混合气，所述氢气混合气输出至所述储氢部储存并由所述储氢部输出所述氢气混合气至所述燃气轮机发电机组内进行燃烧发电；当所述氨分解部的氢气混合气生成量大于所述燃气轮机发电机组的氢气混合气燃烧量时：所述储氢部内暂存多余的氢气混合气，并减小所述液氨提供部的液氨输出流量，使供需达到平衡；
当所述氨分解部的氢气混合气生成量小于所述燃气轮机发电机组的氢气混合气燃烧量时：所述储氢部内暂存的氢气混合气对输送至所述燃气轮机的氢气混合气的量进行补充，并增大所述液氨提供部的液氨输出流量，使供需达到平衡。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述储氢部包括储氢稳压罐和压缩机；
所述储氢稳压罐的输入端与所述氨分解部的输出端通过氢气混合气管路连通，所述储氢稳压罐的输出端与所述燃气轮机发电机组的燃料输入端连通，用于稳定所述氢气混合气的输出压力；
所述压缩机设于所述氢气混合气管路上。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述燃气轮机发电机组的排气端与所述氨分解部的热源输入端连通，用于使燃机排气为氨分解提供热源。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，还包括回热器；
所述氨分解部的热源输出端与所述回热器的热源输入端连通，所述回热器的压缩空气输出端与所述燃气轮机发电机组的压缩空气输入端连通，用于对所述燃气轮机发电机组的压缩空气进行预热。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，还包括补燃装置；
所述补燃装置的燃料输入端与所述储氢部的输出端连通，所述补燃装置的热源输出端与所述氨分解部的热源输入端连通。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述气化部包括气化器和介质循环管路；
所述气化器的两端分别与所述液氨提供部的输出端和所述氨分解部的输入端连通；
所述介质循环管路与所述燃气轮机发电机组的燃机排气通过循环介质换热器耦合换热，且所述介质循环管路的首尾两端分别与所述气化器的介质输入端和介质输出端连通，用于对液氨进行水浴加热。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述介质循环管路包括水箱、泵、温控阀以及依次连通的输入管路、中间管路和输出管路；
所述输入管路的输入端与所述气化器的介质输出端连通；
所述输出管路的输出端与所述气化器的介质输入端连通；
所述水箱和所述泵设于所述输入管路上；
所述温控阀设于所述中间管路和所述输出管路之间；
其中，所述中间管路与所述氨分解装置生成的所述氢气混合气通过氢气混合气冷却换热器耦合换热，用于吸收所述氢气混合气的热量；且所述中间管路的输出端经所述循环介质换热器耦合换热连通至所述温控阀和/或所述中间管路的输出端直接连通至所述温控阀。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述循环介质管路内的循环介质为水或水/乙二醇混合液。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述氨分解部包括气态氨管路、氢气混合气管路、氨分解装置和气态氨预热换热器；
所述气态氨管路的两端分别与所述气化部的输出端和所述氨分解装置的气态氨输入端连通；
所述氢气混合气管路的两端分别与所述氨分解装置的氢气混合气输出端和所述储氢部的输入端连通；
其中，气态氨管路连通于所述气态氨预热换热器的冷端，所述氢气混合气管路连通于所述气态氨预热换热器的热端。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述氨分解部还包括氢气混合气冷却换热器；
所述氢气混合气管路连通于所述氢气混合气冷却换热器的热端；
所述氢气混合气冷却换热器的冷端连通所述气化部的介质循环管路；
其中，所述氢气混合气冷却换热器位于所述气态氨预热换热器的下游。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述气态氨管路上设有气态氨调压阀。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述液氨提供部与所述气化部连通的管路上设有液氨流量阀。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，所述储氢部与所述燃气轮机发电机组连通的管路上设有氢气混合气流量阀。
本发明的基于氨分解制氢的发电系统，还包括电加热部，所述电加热部的热源输出端与所述气化部和/或所述氨分解部相连接。
本发明的一种动态调节方法，应用于上述任意一项所述的基于氨分解制氢的发电系统，发电系统还包括补燃装置；所述补燃装置的燃料输入端与所述储氢部的输出端连通，所述补燃装置的热源输出端与所述氨分解部的热源输入端连通；
具体方法如下：
根据所述燃气轮机发电机组的燃机排气温度以及液氨供应量，调节进入所述补燃装置的氢气混合气的量，进而控制调节氨分解部的分解反应温度，使进入所述氨分解部的氨得以有效分解，以产生所需流量的所述氢气混合气。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1、本发明一实施例通过设置依次连通的液氨提供部、气化部、氨分解部、储氢部和燃气轮机发电机组，液氨提供部输出的液氨在气化部处进行气化形成气态氨，气态氨被输送至氨分解部被分解为包含有氢气、氮气和少量气态氨的氢气混合气，该氢气混合气被储存至储氢部内，由储氢部来实现稳定输出氢气混合气至燃气轮机发电机组内，燃气轮机发电机组以氢气为燃料，氢气则是通过氨分解获得；该发电系统采用液氨作为燃料供应，燃气轮机发电机组可同时将未完全分解的氨燃烧利用，无“碳”产生，也无需对氢气进行纯化，成本低，安全性、适应性高。
2、本发明一实施例通过设置储氢部，可作为发电系统启动时预存氢气的储存装置；同时由于氨分解产生氢气混合气不稳定，可起到稳定氢气混合气压力的作用；而当氨分解部产生的氢气混合气过多无法完全被燃气轮机发电机组使用时，可对多余部分的氢气混合气进行储存，同样地，当氨分解部产生的氢气混合气不足无法提供燃气轮机发电机组所需的燃料量时，则可由储氢部内储存的氢气混合气进行短时补充。
3、本发明一实施例将燃气轮机发电机组的燃机排气引出至氨分解部，为氨分解提供所需的热源，实现了对燃机排气中余热的再利用，提升了能量利用率；并且本实施例进一步设置了回热器，将在氨分解部被利用后的燃机排气引导至回热器，由回热器对燃气轮机发电机组的压缩空气进行预热，实现回热利用，提高了燃气轮机发电机组的发电效率。
4、本发明一实施例通过在储氢部和氨分解装置之间设置补燃装置，可以进一步提高氨分解部内的分解温度，而不仅仅局限于燃机排气提供的温度，使得催化剂的选用更具多样性，也可提高氨分解率。通过控制补燃装置的补燃量，可以有效控制氨分解温度在相对稳定的范围，从而使得氨分解更为稳定。同时，当燃气轮机发电机组变工况(如部分载荷或空载等工况)运行，燃机排气的温度较低，不足以提供氨分解所需的温度时，可通过补燃装置增大补燃量，提高分解温度至氨分解催化剂所需的温度。
5、本发明一实施例将气化部分为气化器和介质循环管路，在介质循环管路上设置循环介质换热器，来实现循环介质与燃机排气的耦合换热，使得燃机排气的余热可进一步被利用，提高能量利用率。
6、本发明一实施例进一步将介质循环管路分为水箱、泵、温控阀以及依次连通的输入管路、中间管路和输出管路；在中间管路上设置氢气混合气冷却换热器，利用氨分解部输出的氢气混合气内的余热，对循环介质进行加热，同时也是对进入储氢部前的氢气混合气进行冷却，实现了余热的利用；中间管路内的循环介质可经由氢气混合气冷却换热器换热后直接输出至温控阀，如温度不够也可再进一步至循环介质换热器进行吸热后再输出至温控阀，由温控阀控制输入至输出管路的循环介质的温度。
7、本发明一实施例将氨分解部分为气态氨管路、氢气混合气管路、氨分解装置和气态氨预热换热器；气态氨管路和氢气混合气管路分别为氨分解装置的输入和输出；设置气态氨预热换热器，使得气态氨管路内的气态氨可与氢气混合气管路内的氢气混合气耦合换热，吸收氢气混合气内的热量对气态氨进行预热，提高对能量的利用率。
8、本发明一实施例通过设置液氨流量阀、气态氨调压阀和氢气混合气流量阀，分别控制液氨的提供量，气态氨的压力和氢气混合气的输出量，进而控制发电系统的运行状态。
9、本发明一实施例在气化部和氨分解部处设置电加热部，使得在发电系统启动时，液氨的气化和氨分解过程中可以通过电加热达到所需的温度，进而启动燃气轮机发电机组，至发电系统达到平稳运行状态。
附图说明
图1为本发明的基于氨分解制氢的发电系统的示意图。
附图标记说明：1：液氨提供部；2：气化器；3：气态氨预热换热器；4：氨分解装置；5：氢气混合气冷却换热器；6：压缩机；7：储氢稳压罐；8：燃气轮机发电机组；9：补燃装置；10：回热部；11：温控阀；12：水箱；13：泵；14：液氨流量阀；15：气态氨调压阀；16：氢气混合气流量阀；17：循环介质换热器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于氨分解制氢的发电系统及动态调节方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1，在一个实施例中，一种基于氨分解制氢的发电系统，包括液氨提供部1、气化部、氨分解部、储氢部和燃气轮机发电机组8。
其中，液氨提供部1具体可为液氨罐。气化部的输入端与液氨提供部1 连通，用于气化液氨为气态氨。氨分解部的输入端则是与气化部的输出端连通，用于分解气态氨为包含有氢气、氮气和少量气态氨的氢气混合气，该氢气混合气即可作为燃气轮机发电机组8的燃料。
储氢部的输入端与氨分解部的输出端连通，用于储存并稳定输出上述的氢气混合气。燃气轮机发电机组8的燃料输入端与储氢部的输出端连通，用于燃烧氢气混合气进行发电。
本实施例通过设置依次连通的液氨提供部1、气化部、氨分解部、储氢部和燃气轮机发电机组8，液氨提供部1输出的液氨在气化部处进行气化形成气态氨，气态氨被输送至氨分解部被分解为包含有氢气、氮气和少量气态氨的氢气混合气，该氢气混合气被储存至储氢部内，由储氢部来实现稳定输出氢气混合气至燃气轮机发电机组8内，燃气轮机发电机组8以氢气为燃料，氢气则是通过氨分解获得；该发电系统采用液氨作为燃料供应，燃气轮机发电机组8可同时将未完全分解的氨燃烧利用，无“碳”产生，也无需对氢气进行纯化，成本低，安全性、适应性高。
同时，本实施例通过设置储氢部，可作为发电系统启动时预存氢气的储存装置；同时由于氨分解产生氢气混合气不稳定，可起到稳定氢气混合气压力的作用；而当氨分解部产生的氢气混合气过多无法完全被燃气轮机发电机组8使用时，可对多余部分的氢气混合气进行储存，同样地，当氨分解部产生的氢气混合气不足无法提供燃气轮机发电机组8所需的燃料量时，则可由储氢部内储存的氢气混合气进行短时补充。
下面对本实施例的基于氨分解制氢的发电系统的具体结构进行进一步说明：
在本实施例中，储氢部具体可包括储氢稳压罐7和压缩机6，其中，压缩机6可选可不选，如需进入储氢稳压罐7内的氢气混合气的气体压力较大的话，则可设置压缩机6对进入储氢稳压罐7的氢气混合气进行压缩。
具体地，储氢稳压罐7的输入端与氨分解部的输出端通过氢气混合气管路连通，储氢稳压罐7的输出端与燃气轮机发电机组8的燃料输入端连通，用于稳定氢气混合气的输出压力。压缩机6则是设于氢气混合气管路上。
其中，储氢稳压罐7是设置在氢气混合气输送至燃气轮机发电机组8的管线上，起到的是储存氨分解产生的氢气混合气，以及将氢气混合气输送进燃气轮机发电机组8的作用。储氢稳压罐7内气体具备一定的压力，此压力需大于燃气轮机发电机组8需求的最小压力，小于氨分解产生的氢气混合气压力或压缩机6出口的压力。
同时，储氢稳压罐还有着暂存氢气混合气和短时补充氢气混合气至燃气轮机发电机组8的作用。对暂存部分进行说明：燃气轮机发电机组8启动完成后，储氢稳压罐7内气体减少，压力降低，氨分解产生的氢气混合气首先进入储氢稳压罐7内储存，然后通过储氢稳压罐7供至燃气轮机发电机组8；当氨的分解量超过了燃气轮机发电机组8的使用量，多余的氢气混合气会储存在罐内，最大储存至氨分解的氢气混合气压力或压缩机出口的压力小于等于罐内压力。对短时补充部分进行说明：若氨的分解量低于了燃气轮机发电机组8的使用量，燃气轮机发电机组8可短时使用储氢稳压罐7内的储存的氢气混合气，直至罐内压力小于燃气轮机发电机组8需求的最小氢气混合气压力。
在本实施例中，为了提高发电系统整体的能量利用率，可将燃气轮机发电机组8的排气端与氨分解部的热源输入端连通，用于使燃机排气为氨分解提供热源。将燃气轮机发电机组8的燃机排气引出至氨分解部，为氨分解提供所需的热源，实现了对燃机排气中余热的再利用，提升了能量利用率。
进一步地，本实施例的基于氨分解制氢的发电系统还可设置回热器10。氨分解部的热源输出端与回热器10的热源输入端连通，回热器10的压缩空气输出端与燃气轮机发电机组8的压缩空气输入端连通，用于对燃气轮机发电机组8的压缩空气进行预热(即进入氨分解部的燃机排气在余热利用后输送至回热器10内，对压缩空气进行预热)。将在氨分解部被利用后的燃机排气引导至回热器10，由回热器10对进入燃气轮机发电机组8的压缩空气进行预热，实现回热利用，提高了燃气轮机发电机组8的发电效率。
进一步地，在回热器10内进过回热利用的燃机排气还存有一定的热量，可从回热器10处输出至外部进行余热利用(如联合循环发电、供热利用、供冷利用等)。
在本实施例中，基于氨分解制氢的发电系统还可包括补燃装置9。补燃装置9的燃料输入端与储氢部的输出端连通，补燃装置9的热源输出端与氨分解部的热源输入端连通，燃烧储氢稳压罐7内的氢气混合气来为氨分解部提供所需的反应温度。
通过在储氢部和氨分解装置4之间设置补燃装置9，可以进一步提高氨分解部内的分解温度，而不仅仅局限于燃机排气提供的温度，使得催化剂的选用更具多样性，也可提高氨分解率。也可通过控制补燃装置9的补燃量，可以有效控制氨分解温度在相对稳定的范围，从而使得氨分解更为稳定。同时，当燃气轮机发电机组8变工况(如部分载荷或空载等工况)运行，燃机排气的温度较低，不足以提供氨分解所需的温度时，可通过补燃装置9增大补燃量，提高分解温度至氨分解催化剂所需的温度。
在本实施例中，由于液氨可通过水浴加热的方式实现气化，故气化部具体可包括气化器2和介质循环管路，介质循环管路内的循环介质可为水或水/ 乙二醇混合液。
其中，气化器2的两端分别与液氨提供部1的输出端和氨分解部的输入端连通。介质循环管路与燃气轮机发电机组8的燃机排气通过循环介质换热器17耦合换热，且介质循环管路的首尾两端分别与气化器2的介质输入端和介质输出端连通，从而实现对液氨的水浴加热。通过在介质循环管路上设置循环介质换热器17，来实现循环介质与燃机排气的耦合换热，使得燃机排气的余热可进一步被利用，提高能量利用率。其中，进入循环介质换热器17 内的燃机排气可直接从氨分解装置4引出，也可从回热器10中引出。(即从燃机排气的余热利用的角度看，燃机排气在引出后分别在氨分解装置4、回热器10、循环介质换热器17内进行余热利用，并且最终经过循环介质换热器17换热后的燃机排气仍会留存有一定热量，可进一步引出并进行联合循环发电、供热利用或供冷利用等。)
具体地，介质循环管路可包括水箱12、泵13、温控阀11以及依次连通的输入管路、中间管路和输出管路。输入管路的输入端与气化器2的介质输出端连通。输出管路的输出端与气化器2的介质输入端连通。水箱12和泵 13分别设于输入管路上。温控阀11设于中间管路和输出管路之间。
其中，中间管路与氨分解装置4生成的氢气混合气通过氢气混合气冷却换热器5耦合换热，用于吸收氢气混合气的热量。且中间管路的输出端经循环介质换热器17耦合换热连通至温控阀11和/或中间管路的输出端直接连通至温控阀11。
本实施例在中间管路上设置氢气混合气冷却换热器5，利用氨分解部输出的氢气混合气内的余热，对循环介质进行加热，同时也是对进入储氢部前的氢气混合气进行冷却；中间管路内的循环介质可经由氢气混合气冷却换热器5换热后直接输出至温控阀11，以及至循环介质换热器17进行吸热后再输出至温控阀11，由温控阀11控制输入至输出管路的循环介质的温度。
在本实施例中，氨分解部具体可包括气态氨管路、氢气混合气管路、氨分解装置4和气态氨预热换热器3。
气态氨管路的两端分别与气化器2的输出端和氨分解装置4的气态氨输入端连通。氢气混合气管路的两端分别与氨分解装置4的氢气混合气输出端和储氢部的输入端连通。其中，气态氨管路连通于气态氨预热换热器3的冷端，氢气混合气管路连通于气态氨预热换热器3的热端。
本实施例设置气态氨预热换热器3，使得气态氨管路内的气态氨可与氢气混合气管路内的氢气混合气耦合换热，吸收氢气混合气内的热量对气态氨进行预热，提高对能量的利用率。
进一步的，氨分解部还可包括上述的氢气混合气冷却换热器5。氢气混合气管路连通于氢气混合气冷却换热器5的热端。氢气混合气冷却换热器5 的冷端连通气化部的介质循环管路。其中，氢气混合气冷却换热器5位于气态氨预热换热器3的下游。
将经过第一次换热的氢气混合气与循环介质管路内的循环介质通过氢气混合气冷却换热器5进行耦合换热，一方面是为了冷却氢气混合气，另一方面也可以将氢气混合气内剩余的热量传递至循环介质进行利用。
在本实施例中，气态氨管路上设有气态氨调压阀15，液氨提供部1与气化部连通的管路上设有液氨流量阀14，储氢部与燃气轮机发电机组8连通的管路上设有氢气混合气流量阀16。本实施例通过设置液氨流量阀14、气态氨调压阀15和氢气混合气流量阀16，分别控制液氨的提供量，气态氨的压力和氢气混合气的输出量，进而控制发电系统的运行状态。
在本实施例中，基于氨分解制氢的发电系统还可包括电加热部，电加热部的热源输出端与气化部和/或氨分解部相连接。在气化部和氨分解部处设置电加热部，使得在发电系统启动时，液氨的气化和氨分解过程中可以通过电加热达到所需的温度，进而启动燃气轮机发电机组8，至发电系统达到平稳运行状态。
下面对本实施例的氨分解制氢的原理进行说明：
氨分解制氢的原理为在一定温度下，气态氨会在催化剂的作用下分解，即2NH3＝N2+3H2，由此可知氨分解率达到50％时，氢气、氮气和气态氨混合物中氢气的体积分数为50％，氨分解率越高，氢气的含量就越高。而氢气易点燃(最小点火能0.019mJ)，可燃范围广(4％～75％，与空气体积比)。氢气被点燃燃烧，燃烧温度较高(一般高于1000℃)，远高于氨气的燃点(651.1℃)，因此氨气也将被燃烧，故燃气轮机发电机组8可直接对氢气混合气进行燃烧。
而本实施例的氨分解制氢过程中的催化剂的选型也可根据燃机排气温度或补燃后温度进行选型，催化剂的选型低温、高温均可适应，如Ru、Fe、 Ni等。通过调整催化剂或是反应温度(即提高燃机排气温度或补燃量)即可实现对氨分解率的提高。
本实施例的发电系统可通过两种方式实现启动：
一、采用预先储存在储氢稳压罐7中的氢气或氢气混合气作为燃料，启动燃气轮机发电机组8，燃机排气或补燃使液氨气化、分解产生氢，至系统达到平稳运行状态；
二、采用电加热使氨气化，并通过电加热使氨分解产生氢，进而启动燃气轮机发电机组8，至系统达到平稳运行状态。
下面通过对本实施例的基于氨分解制氢的发电系统的工艺进行进一步说明：
本实施例的基于氨分解制氢的发电系统具体可分为三个子系统，分别为燃气轮机发电机组8系统、氨分解制氢系统、循环水系统。
燃气轮机发电机组8系统的工艺：
燃气轮机发电机组8燃烧氨分解产生的氢气混合气做功发电，并产生温度较高的燃机排气；燃机排气进入氨分解装置4，为氨分解提供热源；从氨分解装置4出来的燃机排气，可根据燃机设计需要，设计回热器10，进行回热利用，从而可提高燃气轮机发电机组8的发电效率；回热器10出口的燃机排气，进入循环介质换热器17，给循环介质加热；燃机最终的排气还可进行余热利用(如联合循环发电、供热利用，供冷利用等)。
氨分解制氢系统的工艺
液氨通过自身高压或增压泵，输送至水浴加热的气化器2内完成气化；气化后的气态氨经调压后送入氨分解装置4并在气态氨预热换热器3被氨分解产生的氢气混合气预热；气态氨在氨分解装置4中被分解加热，产生温度较高的氢气、氮气以及部分未完全分解的气态氨组成的氢气混合气；氢气混合气进入气态氨预热换热器3对前述的气态氨进行余热利用，并进入氢气混合气冷却换热器5被冷却；冷却后的氢气混合气经过压缩机6(根据燃机需求确认是否配置)，进入储氢稳压罐7；储氢稳压罐7出口的氢气混合气通过控制调节进入燃气轮机发电机组8，或根据氨分解装置4控制需要，进入补燃装置9。
循环水系统的工艺
一定温度的水或水/乙二醇混合液，存放在封闭的水箱12内，通过泵13 送至氢气混合气冷却换热器5；在氢气混合气冷却换热器5内，水或水/乙二醇混合液冷却氨分解形成的氢气混合气后，进入循环介质换热器17和温控阀 11；在循环介质换热器17内，通过燃机排气的余热将水或水/乙二醇混合液加热后，通过温控阀11控制，将温度控制在相对稳定的范围，进入气化器2；温度稳定的水或水/乙二醇混合液使液氨升温、气化后，温度大幅下降，进入水箱12内形成闭式循环。
实施例二
本实施例提供一种动态调节方法，应用于上述实施例一中的基于氨分解制氢的发电系统，具体方法如下：
当氨分解装置4的氢气混合气生成量大于燃气轮机发电机组8的氢气混合气燃烧量时：储氢稳压罐7内暂存多余的氢气混合气；同时，减少液氨提供部1进入汽化器2的液氨流量，从而使得氢气混合气生成量减少并与氢气混合气燃烧量趋于平衡；该方法具体可应用于当燃气轮机发电机组8需要降低发电量的状态，例如部分载荷或空载状态等。
当氨分解装置4的氢气混合气生成量小于燃气轮机发电机组8的氢气混合气燃烧量时：储氢稳压罐7内暂存的氢气混合气对输送至燃气轮机发电机组的氢气混合气的量进行短时补充；同时，增加液氨提供部1进入汽化器2 的液氨流量，从而使得氢气混合气生成量增加并与氢气混合气燃烧量趋于平衡；该方法具体可应用于当燃气轮机发电机组8需要增大发电量的状态，例如从未满负载达到满负载状态等。
进一步地，可根据燃气轮机发电机组8的燃机排气温度以及液氨供应量，调节进入补燃装置9的氢气混合气的量，进而控制调节氨分解装置4的分解反应温度，使进入所述氨分解装置4的气态氨得以有效分解，产生所需流量的氢气混合气。
下面对上述实施例的基于氨分解制氢的发电系统的其他控制方法进行说明：
一、进入燃气轮机发电机组8的氢气混合气控制：进入燃气轮机发电机组8的氢气混合气压力由储氢稳压罐7设定；进入燃气轮机发电机组8的氢气混合气流量通过氢气混合气流量阀16调节控制。
二、储氢稳压罐7稳态控制：1)当燃气轮机发电机组8启动或运行时，储氢稳压罐7中的氢气混合气被消耗，罐内压力将会降低，当罐内压力降低到一定压力时，再根据燃气轮机发电机组8运行氢气混合气需求量，连锁控制开启液氨流量阀14，并控制液氨流量，使氨分解装置4产生的氢气混合气流量满足当前燃气轮机发电机组8运行状态的需求。
2)当所述氨分解装置4的氢气混合气生成量大于所述燃气轮机发电机组 8的氢气混合气燃烧量时：储氢稳压罐7内暂存多余的氢气混合气，最大储存至罐内压力等于氨分解装置4的氢气混合气压力或压缩机6压缩后压力，并通过液氨流量阀14控制流量，使供需达到稳态平衡；
3)当所述氨分解装置4的氢气混合气生成量小于所述燃气轮机发电机组 8的氢气混合气燃烧量时：储氢稳压罐7内暂存的氢气混合气对输送至所述燃气轮机发电机组8的氢气混合气的量进行补充，直至罐内压力等于燃气轮机发电机组8需求的最小氢气混合气压力，并通过罐内压力设定值连锁控制开启液氨流量阀14，并控制液氨流量，使供需达到稳态平衡；
4)储氢稳压罐7压力设定：大于最小需求压力，小于罐内最大设定压力。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，包括：
液氨提供部；
气化部，所述气化部的输入端与所述液氨提供部连通，用于气化液氨为气态氨；
氨分解部，所述氨分解部的输入端与所述气化部的输出端连通，用于分解气态氨为包含有氢气、氮气和气态氨的氢气混合气；
储氢部，所述储氢部的输入端与所述氨分解部的输出端连通，用于储存并稳定输出所述氢气混合气；
燃气轮机发电机组，所述燃气轮机发电机组的燃料输入端与所述储氢部的输出端连通，用于燃烧所述氢气混合气进行发电；
发电状态下，所述液氨提供部输出的液氨经所述气化部气化为气态氨并输出至所述氨分解部，所述氨分解部分解所述气态氨为包含有氢气、氮气和气态氨的氢气混合气，所述氢气混合气输出至所述储氢部储存并由所述储氢部输出所述氢气混合气至所述燃气轮机发电机组内进行燃烧发电；
还包括补燃装置；所述补燃装置的燃料输入端与所述储氢部的输出端连通，所述补燃装置的热源输出端与所述氨分解部的热源输入端连通；根据所述燃气轮机发电机组的燃机排气温度以及液氨供应量，调节进入所述补燃装置的氢气混合气的量，进而控制调节氨分解部的分解反应温度，使进入所述氨分解部的氨得以有效分解，以产生所需流量的所述氢气混合气。
2.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述储氢部包括储氢稳压罐和压缩机；
所述储氢稳压罐的输入端与所述氨分解部的输出端通过氢气混合气管路连通，所述储氢稳压罐的输出端与所述燃气轮机发电机组的燃料输入端连通，用于稳定所述氢气混合气的输出压力；
所述压缩机设于所述氢气混合气管路上。
3.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述燃气轮机发电机组的排气端与所述氨分解部的热源输入端连通，用于使燃机排气为氨分解提供热源。
4.如权利要求3所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，还包括回热器；
所述氨分解部的热源输出端与所述回热器的热源输入端连通，所述回热器的压缩空气输出端与所述燃气轮机发电机组的压缩空气输入端连通，用于对所述燃气轮机发电机组的压缩空气进行预热。
5.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述气化部包括气化器和介质循环管路；
所述气化器的两端分别与所述液氨提供部的输出端和所述氨分解部的输入端连通；
所述介质循环管路与所述燃气轮机发电机组的燃机排气通过循环介质换热器耦合换热，且所述介质循环管路的首尾两端分别与所述气化器的介质输入端和介质输出端连通，用于对液氨进行水浴加热。
6.如权利要求5所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述介质循环管路包括水箱、泵、温控阀以及依次连通的输入管路、中间管路和输出管路；
所述输入管路的输入端与所述气化器的介质输出端连通；
所述输出管路的输出端与所述气化器的介质输入端连通；
所述水箱和所述泵设于所述输入管路上；
所述温控阀设于所述中间管路和所述输出管路之间；
其中，所述中间管路与所述氨分解部生成的所述氢气混合气通过氢气混合气冷却换热器耦合换热，用于吸收所述氢气混合气的热量；且所述中间管路的输出端经所述循环介质换热器耦合换热连通至所述温控阀和/或所述中间管路的输出端直接连通至所述温控阀；当所述氨分解部的氢气混合气生成量大于所述燃气轮机发电机组的氢气混合气燃烧量时：所述储氢部内暂存多余的氢气混合气，并减小所述液氨提供部的液氨输出流量，使供需达到平衡；当所述氨分解部的氢气混合气生成量小于所述燃气轮机发电机组的氢气混合气燃烧量时：所述储氢部内暂存的氢气混合气对输送至所述燃气轮机的氢气混合气的量进行补充，并增大所述液氨提供部的液氨输出流量，使供需达到平衡。
7.如权利要求6所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述循环介质管路内的循环介质为水或水/乙二醇混合液。
8.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述氨分解部包括气态氨管路、氢气混合气管路、氨分解装置和气态氨预热换热器；
所述气态氨管路的两端分别与所述气化部的输出端和所述氨分解装置的气态氨输入端连通；
所述氢气混合气管路的两端分别与所述氨分解装置的氢气混合气输出端和所述储氢部的输入端连通；
其中，气态氨管路连通于所述气态氨预热换热器的冷端，所述氢气混合气管路连通于所述气态氨预热换热器的热端。
9.如权利要求8所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述氨分解部还包括氢气混合气冷却换热器；
所述氢气混合气管路连通于所述氢气混合气冷却换热器的热端；
所述氢气混合气冷却换热器的冷端连通所述气化部的介质循环管路；
其中，所述氢气混合气冷却换热器位于所述气态氨预热换热器的下游。
10.如权利要求8所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述气态氨管路上设有气态氨调压阀。
11.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述液氨提供部与所述气化部连通的管路上设有液氨流量阀。
12.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，所述储氢部与所述燃气轮机发电机组连通的管路上设有氢气混合气流量阀。
13.如权利要求1所述的基于氨分解制氢的发电系统，其特征在于，还包括电加热部，所述电加热部的热源输出端与所述气化部和/或所述氨分解部相连接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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