CN113881950A - 一种光热发电制氢及余热利用*** - Google Patents

一种光热发电制氢及余热利用*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光热发电制氢及余热利用***，其包括：热熔盐储热机构，所述热熔盐储热机构包括热熔盐罐及冷熔盐罐，所述热熔盐罐分别连通有热媒输入管、热媒输出管及第一热能连接口，所述冷熔盐罐连通有冷媒输入管及第二热能连接口，光热储能机构，所述光热储能机构分别连通有热熔盐连接管及冷熔盐连接管，蒸汽发生机构，所述蒸汽发生机构包括换热口依次串联的第一换热器、第二换热器、蒸发器及第三换热器，所述第一换热器的输入端连接蒸汽水输入口。本发明公开的光热发电制氢及余热利用***，整个流程通过绿色光能转化成电能给制氢机构进行制氢，同时利用间接利用光能制造水蒸气推动叶轮机发电。

Description

一种光热发电制氢及余热利用***
技术领域
本发明涉及一种光热发电制氢及余热利用***，属于制氢设备领域。
背景技术
碱性液体水电解技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质，如采用石棉布、PPS材料等作为隔膜，在直流电的作用下，将水电解，生成氢气和氧气。产出的气体需要进行脱碱雾处理。碱性液体水电解于20世纪中期就实现了工业化。该技术较成熟，运行寿命可达15至20年。但是，电解制氢需要大量的电能，现在的电解制氢有用到太阳光热进行发电，太阳光热产生的热能还有利用的价值，同时需要开发一套余热利用***对余热进行利用。
发明内容
本发明提供一种光热发电制氢及余热利用***，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明的技术方案为一种光热发电制氢及余热利用***，其包括：热熔盐储热机构，所述热熔盐储热机构包括热熔盐罐及冷熔盐罐，所述热熔盐罐分别连通有热媒输入管、热媒输出管及第一热能连接口，所述冷熔盐罐连通有冷媒输入管及第二热能连接口，光热储能机构，所述光热储能机构分别连通有热熔盐连接管及冷熔盐连接管，蒸汽发生机构，所述蒸汽发生机构包括换热口依次串联的第一换热器、第二换热器、蒸发器及第三换热器，所述第一换热器的输入端连接蒸汽水输入口，所述第三换热器的输出端连接蒸汽输出端，所述第二换热器包括第二热媒输入口及第二热媒输出口，所述蒸发器包括蒸发热媒输入口及蒸发热媒输出口，所述第三换热器包括第三热媒输入口及第三热媒输出口，冷却机构，所述冷却机构包括给水输出口，发电机构，所述发电机构包括汽轮机及与所述汽轮机连接的发电机，所述汽轮机包括蒸汽输入端，所述发电机包括电能输出端，变压整流机构，所述变压整流机构包括变压输入端及整流输出端，制氢机构，所述制氢机构包括电解供电输入端，其中，所述整流输出端与所述电解供电输入端电性连接，所述变压输入端与所述电能输出端电性连接，其中，所述给水输出口通过管道与所述蒸汽水输入口连通，所述蒸汽输出端通过管道与所述蒸汽输入端连通，其中，所述热媒输出管分别与所述第三热媒输入口及所述蒸发热媒输入口连通，所述热媒输入管与所述第三热媒输出口连通，所述蒸发热媒输出口与所述第二热媒输入口连通，所述第二热媒输出口与所述冷媒输入管连通，并且其中，所述热熔盐连接管与所述第一热能连接口连通，所述冷熔盐连接管与所述第二热能连接口连通。
进一步，所述第一换热器包括第一热媒输入口及第一热媒输出口，还包括热联供机构，所述热联供机构包括第四热交换器，所述第四热交换器包括第四热媒输入口及第四热媒输出口，所述汽轮机还包括蒸汽输出口，所述冷却机构还包括凝汽器及除氧器，所述凝汽器包括热蒸汽输入口及凝结水输出口，所述除氧器包括进水口及所述给水输出口，所述凝结水输出口通过管道与进水口连通，其中，所述蒸汽输出口通过管道与所述第四热媒输入口连通，所述第四热媒输出口通过管道与所述第一热媒输入口连通，所述第一热媒输出口通过管道与所述热蒸汽输入口连通。
进一步，所述热联供机构还包括用于安装在屋内的供暖器，所述供暖器包括换第一热媒介输入口及第一换热媒介输出口，所述第四热交换器包括第四换热媒介输入口及第四换热媒介输出口，所述第四换热媒介输入口通过管道与所述换热媒介输出口连通，所述第四换热媒介输出口通过管道与所述第一换热媒介输出口连通。
进一步，所述冷却机构还包括冷却水塔，所述冷却水塔包括水塔供水出口及水塔供水入口，所述凝汽器还包括冷却水输入口及冷却水输出口，所述冷却水输入口通过管道与所述水塔供水出口连通，所述冷却水输出口通过管道与所述水塔供水入口连通。
进一步，所述变压整流机构包括依次电性连接的变压器及整流柜，所述变压器与所述变压输入端连接，所述整流柜与所述整流输出端连接。
进一步，所述冷却机构还包括给水泵，所述给水输出口及所述水塔供水入口之间的管道安装所述给水泵。
进一步，所述制氢机构包括电解槽、氢气处理部分及氧气处理部分，所述电解槽的氧气输出端及氢气输出端分别通过管道与所述氧气处理部分及所述氢气处理部分连通。
进一步，所述第一换热器包括第一出水口，所述第二换热器包括第二入水口及第二出水口，所述蒸发器包括蒸发器入水口及蒸发器出口，所述第三换热器包括第三入水口，所述第一出水口通过管道与所述第二入水口连通，所述第二出水口通过管道与所述蒸发器入水口连通，所述蒸发器出口通过管道与第三入水口连通。
进一步，所述光热储能机构包括多组集热器及对应安装在所述集热器上的太阳能反射面板，所述集热器的两端分别连通所述热熔盐连接管及冷熔盐连接管。
进一步，所述太阳能反射面板对应的所述集热器上安装有用于装载熔盐的吸热器。
本发明的有益效果为：
1、上述的发电机构需要高温蒸汽进行发电制氢时，最初液态的水依次经过第一换热器、第二换热器换热后，水温逐渐升高，这时液态的水进入到蒸发器内部进行换热后，高温液态的气化升华成水蒸气，水蒸气再经过第三换热器再次升温，在密闭的环境下成为高温高压的水蒸气，水蒸气通过蒸汽输入端送入汽轮机内部推动其叶片转动带动发电机进行发电，发电机产生的电能经过变压整流机构变压及整流后输送到制氢机构的电解槽进行制氢，整个流程通过绿色光能转化成电能给制氢机构进行制氢，同时利用间接利用光能制造水蒸气推动叶轮机发电。
2、上述的汽轮机内部分的水蒸气推动汽轮机后温度及压力下降，稍微低温的水蒸气通过第四热媒输入口进入第四热交换器内，第四换热媒介输入口及第四换热媒介输出口之间管道流动的换热水在第四热交换器换热后，升温的水送到供暖器内对屋内进行供暖，光热转化的余热进一步被利用。
3、上述产生蒸气的过程中，液态水进入第一换热器内，对应从第四热交换器输出的不太高温换热水进行换热，使低温水第一次得到升温，然后较为高温的液态水输送到第二换热器内时，次高温的熔盐对液态水进行换热升温，当高温的液态水到蒸发器时，热熔盐罐输出的热熔盐是最高温的，最高温的热熔盐在蒸发器内进行换热，高温液态水迅速气化，然后水蒸气再送到第三换热器，再一次被最高温的热熔盐换热升温气化，形成高温高压的水蒸气进行发电；换热媒在适当的温度给不同阶段的水进行每一阶段的升温，使换热媒能够得到高效的利用。
附图说明
图1是根据本发明实施例的光热发电制氢及余热利用***的总体示意图。
图2是根据本发明实施例的热熔盐储热机构的细节示意图。
图3是根据本发明实施例的光热储能机构的细节示意图。
图4是根据本发明实施例的蒸汽发生机构的细节示意图。
图5是根据本发明实施例的冷却机构的细节示意图。
图6是根据本发明实施例的变压整流机构的细节示意图。
图7是根据本发明实施例的制氢机构的细节示意图。
图8是根据本发明实施例的发电机构的细节示意图。
图9是根据本发明实施例的热联供机构的细节示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
参照图1至图9，在一些实施例中，本发明公开了一种光热发电制氢及余热利用***，其包括：
参照图2的热熔盐储热机构100，热熔盐储热机构100包括热熔盐罐110及冷熔盐罐120，热熔盐罐110分别连通有热媒输入管111、热媒输出管112及第一热能连接口113，冷熔盐罐120连通有冷媒输入管121及第二热能连接口122。上述的热熔盐罐及冷熔盐罐分别装有高、低温度的热熔盐。
参照图3的光热储能机构200，光热储能机构200分别连通有热熔盐连接管201及冷熔盐连接管202。
参照图4的蒸汽发生机构300，蒸汽发生机构300包括换热口依次串联的第一换热器310、第二换热器320、蒸发器330及第三换热器340。第一换热器310的输入端连接蒸汽水输入口311。第三换热器340的输出端连接蒸汽输出端343。第二换热器320包括第二热媒输入口321及第二热媒输出口322。蒸发器330包括蒸发热媒输入口334及蒸发热媒输出口333。第三换热器340包括第三热媒输入口341及第三热媒输出口342。
继续参照图4的蒸汽发生机构300，第一换热器310包括第一出水口314。第二换热器320包括第二入水口323及第二出水口324。蒸发器330包括蒸发器入水口331及蒸发器出口332。第三换热器340包括第三入水口344。第一出水口314通过管道与第二入水口323连通。第二出水口324通过管道与蒸发器330入水口连通。蒸发器330出水口通过管道与第三入水口344连通。
上述的第一、第二、第三换热器的热媒输入口及热媒输出口之间设置有传送热媒的管道，同时上述的第一、第二、第三换热器之间的入水口及出水口之间为换热腔体，换热腔体内被输入要换热的水，水与热媒的管道互相换热升温，使水每经过一个换热器的温度进一步升高。
参照图5的冷却机构400，冷却机构400包括给水输出口401。
参照图8的发电机构700，发电机构700包括汽轮机710及与汽轮机710连接的发电机720，汽轮机710包括蒸汽输入端711，发电机720包括电能输出端721。
参照图6的变压整流机构500，变压整流机构500包括变压输入端501及整流输出端502。
参照图7的制氢机构600，制氢机构600包括电解供电输入端601。
参照图1结合图6、图7及图8所示，整流输出端502与电解供电输入端601电性连接，变压输入端501与电能输出端721电性连接。
参照图1结合图4、图5及图8所示，给水输出口401通过管道与蒸汽水输入口311连通，蒸汽输出端343通过管道与蒸汽输入端711连通。
参照图1结合图2、图4所示，热媒输出管112分别与第三热媒输入口341及蒸发热媒输入口334连通。热媒输入管111与第三热媒输出口342连通。蒸发热媒输出口333与第二热媒输入口321连通，第二热媒输出口322与冷媒输入管121连通。
参照图1至3所示，热熔盐连接管201与第一热能连接口113连通，冷熔盐连接管202与第二热能连接口122连通。
上述的光热储能机构把光能转化成热能，由于热熔盐储热机构与光热储能机构连接，热熔盐罐内的熔盐通过加热后，然后通过热媒输出管输出高温的热熔盐，热熔盐分别从第三热媒输入口及第三热媒输入口进入蒸发器及第三换热器内部作为换热的热媒，两路换热完成后的熔盐降温后分别从第三热媒输出口及蒸发热媒输出口送出，经过冷媒输入管送入冷熔盐罐中，完成一次熔盐在管道内流转。
上述的发电机构需要高温蒸汽进行发电制氢时，最初液态的水依次经过第一换热器、第二换热器换热后，水温逐渐升高，这时液态的水进入到蒸发器内部进行换热后，高温液态的气化升华成水蒸气，水蒸气再经过第三换热器再次升温，在密闭的环境下成为高温高压的水蒸气，水蒸气通过蒸汽输入端送入汽轮机内部推动其叶片转动带动发电机进行发电，发电机产生的电能经过变压整流机构变压及整流后输送到制氢机构的电解槽进行制氢，整个流程通过绿色光能转化成电能给制氢机构进行制氢，同时利用间接利用光能制造水蒸气推动叶轮机发电。
参照图1结合图4及图9，第一换热器310包括第一热媒输入口312及第一热媒输出口313。还包括热联供机构800，热联供机构800包括第四热交换器810，第四热交换器810包括第四热媒输入口811及第四热媒输出口812。汽轮机710还包括蒸汽输出口712。冷却机构400还包括凝汽器410及除氧器420，凝汽器410包括热蒸汽输入口411及凝结水输出口412，除氧器420包括进水口421及给水输出口401，凝结水输出口412通过管道与进水口421连通。其中，蒸汽输出口712通过管道与第四热媒输入口811连通，第四热媒输出口812通过管道与第一热媒输入口312连通，第一热媒输出口313通过管道与热蒸汽输入口411连通。
参照图9所示，热联供机构800还包括用于安装在屋内的供暖器820。供暖器820包括换第一热媒介输入口821及第一换热媒介输出口822。第四热交换器810包括第四换热媒介输入口813及第四换热媒介输出口814。第四换热媒介输入口813通过管道与换热媒介输出口822连通，第四换热媒介输出口814通过管道与第一换热媒介输出口821连通。
上述的汽轮机内部分的水蒸气推动汽轮机后温度及压力下降，稍微低温的水蒸气通过第四热媒输入口进入第四热交换器内，第四换热媒介输入口及第四换热媒介输出口之间管道流动的换热水在第四热交换器换热后，升温的水送到供暖器内对屋内进行供暖，光热转化的余热进一步被利用。
参照图5所示，冷却机构400还包括冷却水塔430，冷却水塔430包括水塔供水出口431及水塔供水入口432。凝汽器410还包括冷却水输入口143及冷却水输出口414，冷却水输入口143通过管道与水塔供水出口431连通，冷却水输出口414通过管道与水塔供水入口432连通。
上述从第四热交换器进一步降温的水蒸气已经部分液化，再通过第四热媒输出口送出，输送到第一热媒输入口到第一换热器内部参与换热，换热后的水几乎为液态较低温的水输送到冷却机构，液态水输入到凝汽器中冷凝成液态水，液态水再送到除氧器除去水中溶解的氧气，最后再送通过蒸汽水输入口，这时为液体低温水，整个流程水循环换热，整个发电、换热过程环保。
上述产生蒸气的过程中，液态水进入第一换热器内，对应从第四热交换器输出的不太高温换热水进行换热，使低温水第一次得到升温，然后较为高温的液态水输送到第二换热器内时，次高温的熔盐对液态水进行换热升温，当高温的液态水到蒸发器时，热熔盐罐输出的热熔盐是最高温的，最高温的热熔盐在蒸发器内进行换热，高温液态水迅速气化，然后水蒸气再送到第三换热器，再一次被最高温的热熔盐换热升温气化，形成高温高压的水蒸气进行发电；换热媒在适当的温度给不同阶段的水进行每一阶段的升温，使换热媒能够得到高效的利用。
参照图6所示，变压整流机构500包括依次电性连接的变压器510及整流柜520，变压器510与变压输入端501连接，整流柜520与整流输出端502连接。
参照图5所示，冷却机构400还包括给水泵440，给水输出口401及水塔供水入口311之间的管道安装给水泵440。
参照图7所示，制氢机构600包括电解槽610、氢气处理部分620及氧气处理部分630，电解槽610的氧气输出端及氢气输出端分别通过管道与氧气处理部分630及氢气处理部分620连通。上述的电能通过电解电解槽的碱液产生氢气及氧气，然后通过两个换热部分进行提纯。
参照图3所示，光热储能机构200包括多组集热器210及对应安装在集热器210上的太阳能反射面板220，集热器210的两端分别连通热熔盐连接管201及冷熔盐连接管202。太阳能反射面板220对应的集热器210上安装有用于装载熔盐的吸热器230。给集热器内通过的热熔盐进行高效加热。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，包括：
热熔盐储热机构(100)，所述热熔盐储热机构(100)包括热熔盐罐(110)及冷熔盐罐(120)，所述热熔盐罐(110)分别连通有热媒输入管(111)、热媒输出管(112)及第一热能连接口(113)，所述冷熔盐罐(120)连通有冷媒输入管(121)及第二热能连接口(122)，
光热储能机构(200)，所述光热储能机构(200)分别连通有热熔盐连接管(201)及冷熔盐连接管(202)，
蒸汽发生机构(300)，所述蒸汽发生机构(300)包括换热口依次串联的第一换热器(310)、第二换热器(320)、蒸发器(330)及第三换热器(340)，所述第一换热器(310)的输入端连接蒸汽水输入口(311)，所述第三换热器(340)的输出端连接蒸汽输出端(343)，所述第二换热器(320)包括第二热媒输入口(321)及第二热媒输出口(322)，所述蒸发器(330)包括蒸发热媒输入口(334)及蒸发热媒输出口(333)，所述第三换热器(340)包括第三热媒输入口(341)及第三热媒输出口(342)，
冷却机构(400)，所述冷却机构(400)包括给水输出口(401)，
发电机构(700)，所述发电机构(700)包括汽轮机(710)及与所述汽轮机(710)连接的发电机(720)，所述汽轮机(710)包括蒸汽输入端(711)，所述发电机(720)包括电能输出端(721)，
变压整流机构(500)，所述变压整流机构(500)包括变压输入端(501)及整流输出端(502)，
制氢机构(600)，所述制氢机构(600)包括电解供电输入端(601)，
其中，所述整流输出端(502)与所述电解供电输入端(601)电性连接，所述变压输入端(501)与所述电能输出端(721)电性连接，
其中，所述给水输出口(401)通过管道与所述蒸汽水输入口(311)连通，所述蒸汽输出端(343)通过管道与所述蒸汽输入端(711)连通，
其中，所述热媒输出管(112)分别与所述第三热媒输入口(341)及所述蒸发热媒输入口(334)连通，所述热媒输入管(111)与所述第三热媒输出口(342)连通，所述蒸发热媒输出口(333)与所述第二热媒输入口(321)连通，所述第二热媒输出口(322)与所述冷媒输入管(121)连通，
并且其中，所述热熔盐连接管(201)与所述第一热能连接口(113)连通，所述冷熔盐连接管(202)与所述第二热能连接口(122)连通。
2.根据权利要求1所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述第一换热器(310)包括第一热媒输入口(312)及第一热媒输出口(313)，
还包括热联供机构(800)，所述热联供机构(800)包括第四热交换器(810)，所述第四热交换器(810)包括第四热媒输入口(811)及第四热媒输出口(812)，
所述汽轮机(710)还包括蒸汽输出口(712)，
所述冷却机构(400)还包括凝汽器(410)及除氧器(420)，所述凝汽器(410)包括热蒸汽输入口(411)及凝结水输出口(412)，所述除氧器(420)包括进水口(421)及所述给水输出口(401)，所述凝结水输出口(412)通过管道与进水口(421)连通，
其中，所述蒸汽输出口(712)通过管道与所述第四热媒输入口(811)连通，所述第四热媒输出口(812)通过管道与所述第一热媒输入口(312)连通，所述第一热媒输出口(313)通过管道与所述热蒸汽输入口(411)连通。
3.根据权利要求2所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述热联供机构(800)还包括用于安装在屋内的供暖器(820)，所述供暖器(820)包括换第一热媒介输入口(821)及第一换热媒介输出口(822)，所述第四热交换器(810)包括第四换热媒介输入口(813)及第四换热媒介输出口(814)，所述第四换热媒介输入口(813)通过管道与所述换热媒介输出口(822)连通，所述第四换热媒介输出口(814)通过管道与所述第一换热媒介输出口(821)连通。
4.根据权利要求2所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述冷却机构(400)还包括冷却水塔(430)，所述冷却水塔(430)包括水塔供水出口(431)及水塔供水入口(432)，所述凝汽器(410)还包括冷却水输入口(143)及冷却水输出口(414)，所述冷却水输入口(143)通过管道与所述水塔供水出口(431)连通，所述冷却水输出口(414)通过管道与所述水塔供水入口(432)连通。
5.根据权利要求1所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述变压整流机构(500)包括依次电性连接的变压器(510)及整流柜(520)，所述变压器(510)与所述变压输入端(501)连接，所述整流柜(520)与所述整流输出端(502)连接。
6.根据权利要求2所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述冷却机构(400)还包括给水泵(440)，
所述给水输出口(401)及所述水塔供水入口(311)之间的管道安装所述给水泵(440)。
7.根据权利要求1所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述制氢机构(600)包括电解槽(610)、氢气处理部分(620)及氧气处理部分(630)，所述电解槽(610)的氧气输出端及氢气输出端分别通过管道与所述氧气处理部分(630)及所述氢气处理部分(620)连通。
8.根据权利要求1所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述第一换热器(310)包括第一出水口(314)，所述第二换热器(320)包括第二入水口(323)及第二出水口(324)，所述蒸发器(330)包括蒸发器入水口(331)及蒸发器出口(332)，所述第三换热器(340)包括第三入水口(344)，所述第一出水口(314)通过管道与所述第二入水口(323)连通，所述第二出水口(324)通过管道与所述蒸发器(330)入水口连通，所述蒸发器(330)出水口通过管道与第三入水口(344)连通。
9.根据权利要求1所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述光热储能机构(200)包括多组集热器(210)及对应安装在所述集热器(210)上的太阳能反射面板(220)，所述集热器(210)的两端分别连通所述热熔盐连接管(201)及冷熔盐连接管(202)。
10.根据权利要求9所述的光热发电制氢及余热利用***，其特征在于，
所述太阳能反射面板(220)对应的所述集热器(210)上安装有用于装载熔盐的吸热器(230)。
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