CN218710890U - 一种燃气发电耦合soec制氢系统 - Google Patents

一种燃气发电耦合soec制氢系统 Download PDF

Info

Publication number
CN218710890U
CN218710890U CN202222465358.4U CN202222465358U CN218710890U CN 218710890 U CN218710890 U CN 218710890U CN 202222465358 U CN202222465358 U CN 202222465358U CN 218710890 U CN218710890 U CN 218710890U
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
power generation
steam
heater
enters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202222465358.4U
Other languages
English (en)
Inventor
姚辉超
王秀林
隋依言
侯建国
张雨晴
侯海龙
戴若云
伍思达
卢璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Original Assignee
CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CNOOC Gas and Power Group Co Ltd filed Critical CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Priority to CN202222465358.4U priority Critical patent/CN218710890U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN218710890U publication Critical patent/CN218710890U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中；蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；水蒸气加热器，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成所述高温水蒸气；固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述高温水蒸气进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。所述系统实现了利用可再生能源电力或电网廉价波谷电力，将燃气发电副产的高温水蒸气耦合固体氧化物电解池，生产清洁的氢气。

Description

一种燃气发电耦合SOEC制氢系统
技术领域
本实用新型涉及电解制氢领域，尤其涉及一种燃气发电耦合SOEC制氢系统。
背景技术
固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell，SOEC)是一种能在中高温下将热能和电能高效环保地直接转化为燃料中化学能的全固态化学电解装置。 SOEC的一个很重要的应用领域是高温电解水制取氢气。利用SOEC高温电解水制氢具有突出的优点，当电解所需要的电能和热能由可再生能源或先进核能提供时，该制氢模式清洁、节能、高效。
目前燃气电厂为了进一步提高发电效率，一般采用燃气和蒸汽联合循环发电，在发电过程中副产高温水蒸气用于蒸汽循环发电，然而高温水蒸气的利用价值有待进一步利用和开发。在可再生能源资源丰富或电网廉价波谷电价应用场景下，如何进一步提高副产的高温水蒸气利用价值是本领域亟待解决的问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，将发电副产的高温水蒸气耦合固体氧化物电解池，生产清洁的氢气，同时进一步提升副产水蒸气的利用价值。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
本实用新型提供一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，包括：
燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中，并将产生的高温尾气排出；
蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；
水蒸气加热器，所述水蒸气加热器与所述燃气轮机发电模块和蒸汽轮机发电模块之间通过管路连通；
固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述水蒸气加热器与所述固体氧化物电解模块之间通过管路连接，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成高温水蒸气，所述高温水蒸气分成两股，其中一股用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电，另一股通过所述管路进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。
进一步的，所述蒸汽轮机发电模块包括：
水泵，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的副产水蒸气与外界水进入至所述水泵内混合增压，所述水蒸气加热器与所述水泵之间通过管路连接，增压后的水和副产水蒸气在所述水蒸气加热器内与高温尾气进行换热形成所述高温水蒸气；
水蒸气分配器，所述水蒸气分配器与所述水蒸气加热器之间通过管路连接，所述水蒸气分配器用于将所述高温水蒸气分配为两股，其中一股用于供蒸汽轮机的循环发电，另一股用于供所述固体氧化物电解模块电解产生氢气；
蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，一股所述高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电产生电力，所述电力并入至所述电网中。
进一步的，所述燃气轮机发电模块与所述固体氧化物电解模块的阴极之间通过管路连接，所述氢气作为燃气和空气进入至所述燃气轮机发电模块中燃烧产生电力并汇入至所述电网中。
进一步的，所述燃气轮机发电模块包括：
燃气压缩机、空气压缩机、燃气加热器、空气加热器和燃气轮机，所述燃气压缩机与所述燃气加热器之间通过管路连接，所述燃气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接，所述空气压缩机与所述空气加热器之间通过管路连接，所述空气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接；
燃气进入至所述燃气压缩机增压后进入至所述燃气加热器加热，加热后的燃气进入至所述燃气轮机内；
空气进入至所述空气压缩机增压后进入至所述空气加热器加热，加热后的空气进入至所述燃气轮机内与加热后的燃气燃烧推动所述燃气轮机产生电力，所述电力并入电网中。
进一步的，所述固体氧化物电解模块包括：
阴极换热器、阳极换热器、固体氧化物电解池和SOEC空气风机；
所述阴极换热器与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，另一股所述水蒸气进入至所述阴极换热器内进行加热后进入至所述固体氧化物电解池阴极内；
空气经过所述SOEC空气风机压缩增压后进入至所述阳极换热器加热，加热后的空气进入至所述固体氧化物电解池的阳极内电解产生氧气；
另一股所述水蒸气与空气在所述固体氧化物电解池内发生电解反应生产所述氢气和氧气。
进一步的，所述燃气轮机与所述空气加热器、燃气加热器和所述水蒸气加热器依次通过管路连通，所述燃气轮机产生的高温尾气先后通过空气加热器、燃气加热器和水蒸气加热器进行充分换热后排出。
进一步的，所述固体氧化物电解池的阴极与所述燃气轮机之间通过管路连通，电解产生的氧气与阳极的空气形成富氧SOEC出口空气，所述富氧SOEC 出口空气与空气汇合进入至所述燃气轮机内用于供所述燃气轮机发电。
进一步的，还包括氢气提纯净化器，所述固体氧化物电解模块的阴极、氢气提纯净化器和燃气轮机之间依次通过管路连接，电解产生的氢气经过所述氢气提纯净化器净化后作为燃气进入至所述燃气轮机内发电和/或作为氢气产品向外输出。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)本实用新型将燃气联合循环发电副产的高温水蒸气，利用固体氧化物电解池电解为氢气和氧气，相比传统工艺进一步提升水蒸气的利用价值。
(2)本实用新型采用可再生能源电力或者电网廉价的波谷电力为固体氧化物电解池提供能量，将波动电力或低价电力转化为可以长期稳定储存的化学能，实现能量的高效储存。
(3)本实用新型固体氧化物电解池模块通过电化学反应生成氢气和富氧空气，产生的氢气既可以作为产品输出界外，也可以与燃料混合进行掺氢燃烧发电，此外富氧空气进入燃气发电系统，进一步提升燃料利用效率，提高发电效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是燃气发电耦合SOEC制氢系统的结构示意图；
附图中各标记表示如下：
1-燃气压缩机；2-燃气加热器；3-燃气轮机；4-空气压缩机；5-空气加热器；6-水蒸气加热器；7-水泵；8-水蒸气分配器；9-蒸汽轮机；10-阴极换热器；11-SOEC 电解池；12-SOEC空气风机；13-阳极换热器；14-氢气提纯净化器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本实用新型的实施例提供了一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，包括燃气轮机发电模块，用于产生电力并汇入电网中；蒸汽轮机发电模块，用于产生电力并汇入电网中；固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的水蒸气与外界水混合后用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电以及固体氧化物电解模块电解产生氢气和氧气。所述系统实现了利用可再生能源电力或电网廉价波谷电力，将燃气发电副产的高温水蒸气耦合固体氧化物电解池，生产清洁的氢气。
实施例1
本实用新型的实施例提供了一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，燃气轮机发电模、蒸汽轮机发电模块、水蒸气加热器6和固体氧化物电解模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中，并将产生的高温尾气排出。高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；所述水蒸气加热器6 与所述燃气轮机发电模块和蒸汽轮机发电模块之间通过管路连通；所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述水蒸气加热器6与所述固体氧化物电解模块之间通过管路连接，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成高温水蒸气，所述高温水蒸气分成两股，其中一股用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电，另一股通过所述管路进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。
所述燃气轮机发电模块包括燃气压缩机1、空气压缩机4、燃气加热器2、空气加热器5和燃气轮机3，所述燃气压缩机1与所述燃气加热器2连接，所述燃气加热器2与所述燃气轮机3连接，所述空气压缩机4与所述空气加热器5 连接，所述空气加热器5与所述燃气轮机3连接。
燃气进入至所述燃气压缩机1增压后进入至所述燃气加热器2加热，加热后的燃气进入至所述燃气轮机3内。空气进入至所述空气压缩机4增压后进入至所述空气加热器5加热，加热后的空气进入至所述燃气轮机3内与加热后的燃气燃烧推动所述燃气轮机3产生电力，所述电力并入电网中。
所述蒸汽轮机发电模块包括水泵7、水蒸气分配器8和蒸汽轮机9。所述水泵7用于对水进行增压，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的副产水蒸气与外界水进入至所述水泵7内混合增压，所述水蒸气加热器6与所述水泵7之间通过管路连接，增压后的水和副产水蒸气在所述水蒸气加热器6内与高温尾气进行换热形成所述高温水蒸气。所述水蒸气加热器6与所述水泵7连接，所述水蒸气加热器6用于对增压后的水进行加热形成水蒸气；所述水蒸气分配器8与所述水蒸气加热器6连接，所述水蒸气分配器8用于将所述水蒸气分配为两股，其中一股用于供蒸汽轮机9发电，另一股用于供所述固体氧化物电解池11电解产生氧气和氢气；所述蒸汽轮机9与所述水蒸气分配器8连接，一股所述水蒸气进入至所述蒸汽轮机9发电产生电力，所述电力并入至所述电网中。
所述固体氧化物电解模块包括阴极换热器10、阳极换热器13、固体氧化物电解池11和SOEC空气风机12。所述阴极换热器10与所述水蒸气分配器8连接，另一股所述水蒸气进入至所述阴极换热器10内进行加热后进入至所述固体氧化物电解池11的阴极内。空气经过所述SOEC空气风机12压缩增压后进入至所述阳极换热器13加热，加热后的空气进入至所述固体氧化物电解池11的阳极内。另一股所述水蒸气与空气在所述固体氧化物电解池11内发生电解反应生产氢气和氧气。
所述燃气轮机产生的高温尾气先后通过空气加热器5、燃气加热器2和/或水蒸气加热器6进行充分换热后离开。电解产生的氧气与阳极的空气形成富氧 SOEC出口空气，所述富氧SOEC出口空气与燃器轮机3发电所需的空气汇合进入至所述燃气轮机3内用于供所述燃气轮机3发电。
所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统还包括氢气提纯净化器，电解产生的氢气经过所述氢气提纯净化器净化后作为燃气进入至所述燃气轮机内发电和/或作为氢气产品向外输出。
首先，来自界外的燃气经过燃气压缩机1增压后进入燃气加热器2被加热到一定温度后进入燃气轮机3，空气经过空气压缩机4增压后，进入空气加热器5被加热到一定温度后进入燃气轮机3。在燃气轮机3内被预热的燃气和空气通过燃烧推动燃气轮机产生电力并汇入电网中。与此同时，燃气轮机3产生的高温尾气先后通过空气加热器5、燃气加热器2和水蒸气加热器6进行充分换热后离开。来自界外净化后的水经过水泵7增压，然后再水蒸气换热器6中被加热后进入水蒸气分配器8，按照一定比例将水蒸气分为两股，一股直接进入蒸汽发电机9进行发电，发电后水蒸气与外界水混合后继续水泵增压实现部分水蒸气的循环发电。
来自水蒸气分配器8的另外一股水蒸气进入阴极换热器10进行加热后进入固体氧化物电解池电堆阴极中。来自界外的电解池电堆所需要的的空气经过风机12进行加压后，在阳极换热器中被加热然后进入电解池阳极。来自可再生能源电力或电网廉价波谷电力为固体氧化物电解池模块供电，在电解池阴极水蒸气被电解获得电子生成H2和O2-，O2-通过电解质层传递到电解池阳极，在电解池阳极O2-失去电子生成O2，生成的O2被阳极中的空气带出电解池，富含氧气的SOEC出口空气与燃机发电所需的空气汇合，进入燃机中进一步提升燃料燃烧的效率。通过固体氧化物电解池模块得到氢气通过氢气提纯净化器14得到高纯度氢气，生成氢气一方面可以与燃料汇合实现燃气轮机掺氢燃烧，另一方面可以作为氢气产品直接输出界外。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，包括：
燃气轮机发电模块，所述燃气轮机发电模块产生电力并汇入电网中，并将产生的高温尾气排出；
蒸汽轮机发电模块，高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电模块产生电力并汇入电网中；
水蒸气加热器，所述水蒸气加热器与所述燃气轮机发电模块和蒸汽轮机发电模块之间通过管路连通，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出副产水蒸气与外界水混合后进入至所述水蒸气加热器内与所述高温尾气换热形成所述高温水蒸气；
固体氧化物电解模块，所述电网用于为所述固体氧化物电解模块供电，所述水蒸气加热器与所述固体氧化物电解模块之间通过管路连接，所述高温水蒸气分成两股，其中一股用于所述蒸汽轮机发电模块的循环发电，另一股通过所述管路进入至所述固体氧化物电解模块电解产生氢气。
2.根据权利要求1所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述蒸汽轮机发电模块包括：
水泵，所述蒸汽轮机发电模块发电后排出的副产水蒸气与外界水进入至所述水泵内混合增压，所述水蒸气加热器与所述水泵之间通过管路连接，增压后的水和副产水蒸气在所述水蒸气加热器内与高温尾气进行换热形成所述高温水蒸气；
水蒸气分配器，所述水蒸气分配器与所述水蒸气加热器之间通过管路连接，所述水蒸气分配器用于将所述高温水蒸气分配为两股，其中一股用于供蒸汽轮机的循环发电，另一股用于供所述固体氧化物电解模块电解产生氢气；
蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，一股所述高温水蒸气进入至所述蒸汽轮机发电产生电力，所述电力并入至所述电网中。
3.根据权利要求2所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述燃气轮机发电模块与所述固体氧化物电解模块的阴极之间通过管路连接，所述氢气作为燃气和空气进入至所述燃气轮机发电模块中燃烧产生电力并汇入至所述电网中。
4.根据权利要求3所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述燃气轮机发电模块包括：
燃气压缩机、空气压缩机、燃气加热器、空气加热器和燃气轮机，所述燃气压缩机与所述燃气加热器之间通过管路连接，所述燃气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接，所述空气压缩机与所述空气加热器之间通过管路连接，所述空气加热器与所述燃气轮机之间通过管路连接；
燃气进入至所述燃气压缩机增压后进入至所述燃气加热器加热，加热后的燃气进入至所述燃气轮机内；
空气进入至所述空气压缩机增压后进入至所述空气加热器加热，加热后的空气进入至所述燃气轮机内与加热后的燃气燃烧推动所述燃气轮机产生电力，所述电力并入电网中。
5.根据权利要求4所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解模块包括：
阴极换热器、阳极换热器、固体氧化物电解池和SOEC空气风机；
所述阴极换热器与所述水蒸气分配器之间通过管路连接，另一股所述水蒸气进入至所述阴极换热器内进行加热后进入至所述固体氧化物电解池阴极内；
空气经过所述SOEC空气风机压缩增压后进入至所述阳极换热器加热，加热后的空气进入至所述固体氧化物电解池的阳极内电解产生氧气。
6.根据权利要求5所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述燃气轮机与所述空气加热器、燃气加热器和所述水蒸气加热器依次通过管路连通，所述燃气轮机产生的高温尾气先后通过空气加热器、燃气加热器和水蒸气加热器进行充分换热后排出。
7.根据权利要求5所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池的阴极与所述燃气轮机之间通过管路连通，电解产生的氧气与阳极的空气形成富氧SOEC出口空气，所述富氧SOEC出口空气与空气汇合进入至所述燃气轮机内用于供所述燃气轮机发电。
8.根据权利要求7所述的燃气发电耦合SOEC制氢系统，其特征在于，还包括氢气提纯净化器，所述固体氧化物电解模块的阴极、氢气提纯净化器和燃气轮机之间依次通过管路连接，电解产生的氢气经过所述氢气提纯净化器净化后作为燃气进入至所述燃气轮机内发电和/或作为氢气产品向外输出。
CN202222465358.4U 2022-09-16 2022-09-16 一种燃气发电耦合soec制氢系统 Active CN218710890U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202222465358.4U CN218710890U (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种燃气发电耦合soec制氢系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202222465358.4U CN218710890U (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种燃气发电耦合soec制氢系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN218710890U true CN218710890U (zh) 2023-03-24

Family

ID=85634916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202222465358.4U Active CN218710890U (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种燃气发电耦合soec制氢系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN218710890U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111525166B (zh) 一种混合高温燃料电池发电系统和方法
CN113278992B (zh) 一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法
CN112993347A (zh) 一种基于固态氧化物电池的能源装置及发电系统
CN114024326B (zh) 一种可用于调峰的风光制氢耦合发电和储能系统及方法
CN112003309B (zh) 一种电力调峰系统
CN115101789A (zh) 共用系统辅助部件的可逆固体氧化物燃料电池系统及方法
CN201985204U (zh) 一种基于燃料电池的热电联供系统
CN212011147U (zh) 一种混合高温燃料电池发电系统
CN109119660A (zh) 基于城市天然气的热电氢多联产系统
CN210420193U (zh) 基于分布式光热电解水制氢装置及氢燃料电池系统
CN112803039A (zh) 一种热电联供装置及方法
CN218710890U (zh) 一种燃气发电耦合soec制氢系统
CN114955997B (zh) 一种分布式天然气制氢系统
CN110093618A (zh) 基于分布式光热电解水制氢装置及氢燃料电池系统以及工作方法
CN1379494A (zh) 固体氧化物燃料电池蒸汽轮机联合发电系统
CN218934568U (zh) 一种燃气发电耦合soec零碳排系统
CN208706777U (zh) 基于城市天然气的热电氢多联产系统
CN209428124U (zh) 一种基于地热能甲醇重整制氢的热电氢三联供系统
CN110571461A (zh) 一种质子交换膜燃料电池热电联供系统
CN220828276U (zh) 电解水储氢与燃气蒸汽联合循环机组耦合的调峰系统
WO2024027073A1 (zh) 一种发电过程中联产蒸汽的方法及系统
CN1240156C (zh) 煤气化两级高温燃料电池发电系统
CN217334159U (zh) 用于lng接收站零碳排高温可逆燃料电池供能/储能系统
CN117117962B (zh) 一种基于rsoc的多能互补建筑分布式供能系统及其运行方法
CN211654956U (zh) 一种燃料电池发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant