CN219409924U - 余热回收单元及制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及余热回收技术领域，具体涉及一种余热回收单元及制氢系统，所述余热回收单元包括制氢组件和换热器，制氢组件包括固体氧化物电解池和储存罐，固体氧化物电解池与储存罐相连以储存固体氧化物电解池电解后的氢气，换热器包括换热管和换热壳，换热管设在换热壳内，换热管具有第一进口和第一出口，第一进口与固体氧化物电解池相连以将氢气传输至换热管内，第一出口与储存罐相连以将经换热器换热后的氢气传输至储存罐内，换热壳具有第二进口和第二出口，第二进口用于向换热壳内传输热一次风，第二出口适于与尿素热解炉相连以传输换热后的热一次风，本实用新型提出了一种余热回收单元，可以降低电解制氢的能耗。

Description

余热回收单元及制氢系统

技术领域

本实用新型涉及余热回收技术领域，具体涉及一种余热回收单元及制氢系统。

背景技术

固体氧化物电解池可以对高温水蒸气电解得到氢气，由于固体氧化物电解池需要高压和高温水蒸气，电解过程中的工作温度也很高，导致电解水制氢的能耗很高，电解后的产物也具有较高的温度，氢气需要冷却至常温后进行储存，氢气的热能在冷却过程也没有得到充分的利用，反而进一步增加了电解水制氢的能耗，导致电解水制氢的能耗过大。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出了一种余热回收单元，可以降低电解制氢的能耗。

本实用新型实施例还提出了一种制氢系统。

本实用新型实施例的余热回收单元，包括：制氢组件，所述制氢组件包括固体氧化物电解池和储存罐，所述固体氧化物电解池与所述储存罐相连以储存所述固体氧化物电解池对蒸汽电解后产生的氢气；换热器，所述换热器设在所述固体氧化物电解池和所述储存罐之间，所述换热器包括换热管和换热壳，所述换热管设在所述换热壳内，所述换热管具有第一进口和第一出口，所述第一进口与所述固体氧化物电解池相连以将所述氢气传输至所述换热管内，所述第一出口与所述储存罐相连以将经所述换热器换热后的氢气传输至储存罐内，所述换热壳具有第二进口和第二出口，所述第二进口用于向所述换热壳内传输热一次风，所述热一次风在所述换热壳内与所述换热管内的氢气换热，所述第二出口适于与尿素热解炉相连以将经所述换热器换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内。

本实用新型实施例的余热回收单元，可以降低电解制氢的能耗。

在一些实施例中，所述固体氧化物电解池具有氢气出口，所述氢气出口与所述第一进口相连以向所述换热器内传输电解后的氢气。

在一些实施例中，所述储存罐具有氢气进口，所述氢气进口与所述第一出口连通以便所述换热器将换热后的氢气传输至储存罐。

在一些实施例中，所述余热回收单元还包括第一管路、第二管路和第三管路，所述第一管路分别与所述氢气出口和所述第一进口连通，所述第二管路分别与所述第一出口与所述氢气进口连通，所述第三管路分别与所述第二出口和所述尿素热解炉相连。

在一些实施例中，所述换热管为石英管。

本实用新型实施例的制氢系统，包括：蒸汽源，所述蒸汽源与所述固体氧化物电解池相连以便为所述固体氧化物电解池输送蒸汽；供电单元，所述供电单元与所述固体氧化物电解池相连以便为所述固体氧化物电解池提供电能；余热回收单元，所述余热回收单元为上述任一项所述的余热回收单元；尿素热解炉，所述尿素热解炉与所述第二出口相连以便所述换热器将换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内。

本实用新型实施例的制氢系统，可以降低电解制氢的能耗。

在一些实施例中，所述供电单元包括汽轮机和发电机，所述蒸汽源具有第一蒸汽出口，所述汽轮机具有第一蒸汽进口，所述第一蒸汽出口与所述第一蒸汽进口连通向所述汽轮机输送蒸汽以使所述汽轮机转动，所述汽轮机与所述发电机相连。

在一些实施例中，所述蒸汽源具有第二蒸汽出口，所述固体氧化物电解池还包括第二蒸汽进口，所述第二蒸汽进口与所述第二蒸汽出口连通，所述固体氧化物电解池接收蒸汽并对蒸汽进行电解。

在一些实施例中，所述固体氧化物电解池包括氢电极和氧电极，所述氢电极和所述氧电极分别与所述供电单元电连接。

在一些实施例中，所述尿素热解炉包括第三进口和第三出口，所述第三进口与所述第二出口连通以便换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内，所述第三出口适于与脱硝反应器相连。

附图说明

图1是本实用新型实施例的制氢系统的示意图。

附图标记：

蒸汽源100，

供电单元200，汽轮机210，第一蒸汽进口2101，发电机220，

尿素热解炉300，第三进口310，第三出口320，

制氢组件1，固体氧化物电解池11，氢气出口111，第二蒸汽进口112，氢电极113，氧电极114，储存罐12，氢气进口121，

换热器2，换热管21，第一进口211，第一出口212，

换热壳22，第二进口221，第二出口222，

第一管路3，第二管路4，第三管路5。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例的余热回收单元包括制氢组件1和换热器2。制氢组件1包括固体氧化物电解池11和储存罐12，固体氧化物电解池11与储存罐12相连以储存固体氧化物电解池11对蒸汽电解后产生的氢气。换热器2设在固体氧化物电解池11和储存罐12之间，换热器2包括换热管21和换热壳22，换热管21设在换热壳22内，换热管21具有第一进口211和第一出口212，第一进口211与固体氧化物电解池11相连以将氢气传输至换热管21内，第一出口212与储存罐12相连以将经换热器2换热后的氢气传输至储存罐12内，换热壳22具有第二进口221和第二出口222，第二进口221用于向换热壳22内传输热一次风，热一次风在换热壳22内与换热管21内的氢气换热，第二出口222适于与尿素热解炉300相连以将经换热器2换热后的热一次风传输至尿素热解炉300内。

具体地，如图1所示，固体氧化物电解池11用于对蒸汽进行电解，电解后的氢气传输至换热器2内进行换热冷却，冷却后的氢气传输至储存罐12内进行储存。换热管21设在换热壳22内，通过换热管21内的高温氢气与换热壳22内的低温热一次风进行换热，以对热一次风进行加热的同时降低了氢气的温度，通过热一次风加热尿素热解炉300内的温度，实现了对高温氢气中的热量的再回收利用。

需要说明的是，固体氧化物电解池11的工作温度在700-1000℃，固体氧化物电解池11在高温下电解蒸汽，获得氢气和氧气，电解产物的温度也在500℃左右，由于电解产物具有较高的温度，需要进行冷却至常温后才能进行储存，电解产物包括氢气、氧气和未反应完的蒸汽，电解产物自身的热能在冷却过程中散失浪费，而且冷却也需要能量消耗，加剧了电解制氢的能耗。

例如，固体氧化物电解池11的材质采用耐高温的陶瓷。储存罐12采用合金制成的容器以储存氢气。

本实用新型实施例通过将电解后的高温氢气通过第一进口211传输至换热管21内，并通过第二进口221向换热壳22内传输低温的热一次风，温度较低的热一次风从第二进口221进入换热壳22内并在换热管21外流过，低温热一次风与换热管21内的高温氢气之间发生换热过程，氢气被冷却，热一次风被加热，加热后的热一次风传输至尿素热解炉300内以提高尿素热解炉300内的温度，冷却后的氢气通过第一出口212传输至储存罐12内进行储存，通过对电解产物氢气的热量进行回收，并利用在尿素热解炉300内，降低了电解制氢过程中的能耗，提高了能源利用效率。

在一些实施例中，固体氧化物电解池11具有氢气出口111，氢气出口111与第一进口211相连以向换热器2内传输电解后的氢气。

具体地，固体氧化物电解池11的右侧设有氢气出口111，通过氢气出口111与第一进口211的连通以将电解产物中的高温氢气通过第一进口211传输至换热管21内。

在一些实施例中，储存罐12具有氢气进口121，氢气进口121与第一出口212连通以便换热器2将换热后的氢气传输至储存罐12。

具体地，储存罐12的右侧设置有氢气进口121，通过氢气进口121与第一出口212的连通以将换热后的低温氢气通过第一出口212传输至储存罐12内。

在一些实施例中，余热回收单元还包括第一管路3、第二管路4和第三管路5，第一管路3分别与氢气出口111和第一进口211连通，第二管路4分别与第一出口212与氢气进口121连通，第三管路5分别与第二出口222和尿素热解炉300相连。

具体地，第一管路3的一端与固体氧化物电解池11的氢气出口111连通，第一管路3的另一端与换热管21的第一进口211连通以将固体氧化物电解池11电解后的高温氢气传输至换热管21内，第二管路4的一端与换热管21的第一出口212连通，第二管路4的另一端与储存罐12的氢气进口121连通以将换热后的氢气传输至储存罐12内，第三管路5的一端与换热壳22的第二出口222连通，第三管路5的另一端与尿素热解炉300相连以将换热后的热一次风传输至尿素热解炉300内。

可以理解的是，第一管路3、第二管路4和第三管路5均采用耐高温的金属管路。

在一些实施例中，换热管21为石英管。

换热器2采用耐高温、耐磨损的厚壁石英管制作而成，换热管21内为高温氢气，管外的换热壳22内为低温热一次风，由于石英管的导热性好，升温迅速，可以加快氢气与热一次风的热交换效率，进而提高换热器2的换热效率。

例如，热一次风为空气。

本实用新型实施例的制氢系统包括蒸汽源100、供电单元200、余热回收单元和尿素热解炉300。

在一些实施例中，蒸汽源100与固体氧化物电解池11相连以便为固体氧化物电解池11输送蒸汽。供电单元200与固体氧化物电解池11相连以便为固体氧化物电解池11提供电能。余热回收单元为上述余热回收单元。尿素热解炉300与第二出口222相连以便换热器2将换热后的热一次风传输至尿素热解炉300内。

具体地，蒸汽源100为电站锅炉，电站锅炉为大型的能量转换装置，通过燃烧各类型燃料加热给水，生产出高温高压蒸汽，高温高压蒸汽分别传输至供电单元200和固体氧化物电解池11。蒸汽源100也可以采用其他的方式提供。供电单元200为固体氧化物电解池11提供电能，固体氧化物电解池11在供电单元200和蒸汽源100的蒸汽供应下逐渐发生电解反应产生氢气，通过余热回收单元对高温氢气中的热量进行回收并利用在尿素热解炉300内，实现热量的回收再利用，大大提高电解制氢的整体能源利用效率，降低了电解制氢的能耗。

在一些实施例中，供电单元200包括汽轮机210和发电机220，蒸汽源100具有第一蒸汽出口(图中未示出)，汽轮机210具有第一蒸汽进口2101，第一蒸汽出口与第一蒸汽进口2101连通向汽轮机210输送蒸汽以使汽轮机210转动，汽轮机210与发电机220相连。

具体地，蒸汽源100通过第一蒸汽出口将蒸汽传输至汽轮机210以驱动汽轮机210做功，汽轮机210与发电机220同轴连接带动发电机220转动进行发电，将蒸汽的内能转换为电能，供电单元200发出的电能一部分供应电网，另一部分供给固体氧化物电解池11。

在一些实施例中，蒸汽源100具有第二蒸汽出口(图中未示出)，固体氧化物电解池11还包括第二蒸汽进口112，第二蒸汽进口112与第二蒸汽出口连通，固体氧化物电解池11接收蒸汽并对蒸汽进行电解。

具体地，蒸汽源100通过第二蒸汽出口将蒸汽传输至固体氧化物电解池11内作为电解的原料。

可以理解的是，蒸汽源100与供电单元200和固体氧化物电解池11之间均通过金属管路连通。

在一些实施例中，固体氧化物电解池11包括氢电极113和氧电极114，氢电极113和氧电极114分别与供电单元200电连接。

具体地，本实用新型实施例通过火电厂低成本的电力和蒸汽的低成本优势，对固体氧化物电解池11电解后的氢气的热量进行回收，并利用在电厂脱硝装置的尿素热解炉300内，降低电解制氢的能耗的同时也降低了脱硝的成本。

在一些实施例中，尿素热解炉300包括第三进口310和第三出口320，第三进口310与第二出口222连通以便换热后的热一次风传输至尿素热解炉300内，第三出口320适于与脱硝反应器相连。

具体地，尿素热解炉300为钢制罐状容器，尿素热解炉300的内部喷射尿素溶液，经过换热器2加热的热一次风进入尿素热解炉300内对尿素热解炉300的空气进行加热，在高温空气的作用下，促进尿素分解产生氨气，产生的氨气最终进入脱硝反应器与烟气中的氮氧化物反应。

本实用新型的工作过程：电站锅炉点火后，加热给水，逐渐产生高温高压的蒸汽，通过金属管道输送给供电单元200和固体氧化物电解池11，供电单元200在蒸汽的推动汽轮机210转动带动发电机220转动发出电能，供电单元200发出的电能通过电缆分别与固体氧化物电解池11的氢电极113和氧电极114连接为固体氧化物电解池11供电，固体氧化物电解池11在供电单元200提供电能和蒸汽源100提供蒸汽的作用下产出高温氢气，高温氢气进入换热器2内与低温的热一次风进行换热，氢气被冷却，热一次风被加热，冷却后的氢气传输至储存罐12内储存，加热后的热一次风进入尿素热解炉300内以提高尿素热解炉300内的温度，促进尿素分解产生氨气，产生的氨气进入脱硝反应器与烟气中的氮氧化物反应。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种余热回收单元，其特征在于，包括：

制氢组件，所述制氢组件包括固体氧化物电解池和储存罐，所述固体氧化物电解池与所述储存罐相连以储存所述固体氧化物电解池对蒸汽电解后产生的氢气；

换热器，所述换热器设在所述固体氧化物电解池和所述储存罐之间，所述换热器包括换热管和换热壳，所述换热管设在所述换热壳内，所述换热管具有第一进口和第一出口，所述第一进口与所述固体氧化物电解池相连以将所述氢气传输至所述换热管内，所述第一出口与所述储存罐相连以将经所述换热器换热后的氢气传输至储存罐内，所述换热壳具有第二进口和第二出口，所述第二进口用于向所述换热壳内传输热一次风，所述热一次风在所述换热壳内与所述换热管内的氢气换热，所述第二出口适于与尿素热解炉相连以将经所述换热器换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内。

2.根据权利要求1所述的余热回收单元，其特征在于，所述固体氧化物电解池具有氢气出口，所述氢气出口与所述第一进口相连以向所述换热器内传输电解后的氢气。

3.根据权利要求2所述的余热回收单元，其特征在于，所述储存罐具有氢气进口，所述氢气进口与所述第一出口连通以便所述换热器将换热后的氢气传输至储存罐。

4.根据权利要求3所述的余热回收单元，其特征在于，还包括第一管路、第二管路和第三管路，所述第一管路分别与所述氢气出口和所述第一进口连通，所述第二管路分别与所述第一出口与所述氢气进口连通，所述第三管路分别与所述第二出口和所述尿素热解炉相连。

5.根据权利要求1所述的余热回收单元，其特征在于，所述换热管为石英管。

6.一种制氢系统，其特征在于，包括：

蒸汽源，所述蒸汽源与所述固体氧化物电解池相连以便为所述固体氧化物电解池输送蒸汽；

供电单元，所述供电单元与所述固体氧化物电解池相连以便为所述固体氧化物电解池提供电能；

余热回收单元，所述余热回收单元为上述权利要求1-5中任一项所述的余热回收单元；

尿素热解炉，所述尿素热解炉与所述第二出口相连以便所述换热器将换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内。

7.根据权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，所述供电单元包括汽轮机和发电机，所述蒸汽源具有第一蒸汽出口，所述汽轮机具有第一蒸汽进口，所述第一蒸汽出口与所述第一蒸汽进口连通向所述汽轮机输送蒸汽以使所述汽轮机转动，所述汽轮机与所述发电机相连。

8.根据权利要求7所述的制氢系统，其特征在于，所述蒸汽源具有第二蒸汽出口，所述固体氧化物电解池还包括第二蒸汽进口，所述第二蒸汽进口与所述第二蒸汽出口连通，所述固体氧化物电解池接收蒸汽并对蒸汽进行电解。

9.根据权利要求8所述的制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池包括氢电极和氧电极，所述氢电极和所述氧电极分别与所述供电单元电连接。

10.根据权利要求9所述的制氢系统，其特征在于，所述尿素热解炉包括第三进口和第三出口，所述第三进口与所述第二出口连通以便换热后的热一次风传输至所述尿素热解炉内，所述第三出口适于与脱硝反应器相连。