CN115341963A - 一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***及其使用方法，属于热电联产领域。解决氨点火性能差的问题。一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***包括压气机、燃烧室、透平、发电机、液氨储罐、天然气储罐、截止阀、泵、蒸发室、进气阀、分流阀、化学回热器和阀门控制器，压气机的出口端与燃烧室的进气端连通，透平的转动输出端与发电机的动力输入端相连，泵的出口端与蒸发室的进口端连通，蒸发室的出口端与分流阀的进口端连通，天然气储罐的出口端经进气阀与燃烧室的进口端连通，燃烧室的热端出口与蒸发室的热端进口连通，截止阀、进气阀和分流阀均与阀门控制器电连接。它主要用于氨氢甲烷进行发电。
Description
技术领域
本发明属于热电联产领域，特别是涉及一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***及其使用方法。
背景技术
在日益增长的能源需求与碳排放压力的背景下，寻求清洁的无碳燃料成为了当下的研究热点；氨作为一种富氢物质，是氢能的理想载体，燃烧可以实现零碳排放；另一方面氨可由可再生能源制得，相对于氢而言更加便于储存和运输；因此，氨可以作为一种很有前途的可再生燃料应用于热电联产领域；
然而，因为与化石燃料相比，氨的反应性较低，点火能量较高，燃烧速度远低于传统氢碳燃料的相应数值；直接使用纯氨作为燃料也会产生不易点燃、燃烧不稳定和燃烧不充分等问题，同时还需要控制氮氧化物排放，因此需要使用氢、甲烷等燃料作为燃料增强剂来实现氨的持续稳定燃烧，尤其是甲烷，它长期用于燃气轮机发电；
而氨-甲烷混合物不仅可以从绿色氨源中使用，也可以从工业过程中获得的副产品氨中使用，因此，氨/甲烷混合燃料可以用于燃气轮机混合***，因此设计一种能够利用氨-甲烷混合物为原料，能够提高燃烧效率和发电效率的产电***已经成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***及其使用方法,以解决氨点火性能差的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，包括压气机、燃烧室、透平、发电机、液氨储罐、天然气储罐、截止阀、泵、蒸发室、进气阀、分流阀、化学回热器和阀门控制器，所述压气机的出口端与燃烧室的进气端连通，所述的燃烧室的燃气出口端与透平的进口端连通，所述透平的转动输出端与发电机的动力输入端相连，所述液氨储罐的输出端经截止阀与泵的进口端连通，所述泵的出口端与蒸发室的进口端连通，所述蒸发室的出口端与分流阀的进口端连通，所述分流阀的两个出口端分别与化学回热器的入料端以及燃烧室的一个燃料入口端连通，所述化学回热器的出料端与燃烧室的另一个燃料入口端连通，所述透平的尾气排放口与化学回热器的进气端连通，所述天然气储罐的出口端经进气阀与燃烧室的进口端连通，所述燃烧室的热端出口与蒸发室的热端进口连通，所述截止阀、进气阀和分流阀均与阀门控制器电连接。
更进一步的，所述产电***还包括调量阀、催化还原装置和催化氧化装置，所述化学回热器的出气端经调量阀与催化还原装置的进口端连通，所述催化还原装置的输出端与催化氧化装置的进口端连通。
更进一步的，所述阀门控制器与调量阀电连接。
更进一步的，所述截止阀、进气阀、分流阀和调量阀的开度能够调节。
更进一步的，所述化学回热器中设有能够进行氨分解重整反应的重整室。
更进一步的，所述化学回热器的反应产物为氨氢氮混合气。
更进一步的，所述催化还原装置中设有氮氧化物选择还原催化剂。
更进一步的，所述催化氧化装置的输出产物为N2和CO2。
更进一步的，所述压气机与透平同轴连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述氨氢甲烷多物质混合供热产电***的方法，包括天然气储罐中储存的天然气通入燃烧室中与经过压气机压缩的空气预混后点火燃烧，燃烧稳定后打开截止阀利用泵抽取液氨储罐中的液氨通入蒸发室被燃烧室产生的热量加热蒸发得到氨气，氨气通过分流阀分为两路，一路直接输入到燃烧室燃料入口端与空气混合燃烧，另一路氨气进入到化学回热器内，利用化学回热器从透平尾气回收的余热进行热裂解，产生的氨、氢和氮的混合气从化学回热器的出料端流出作为补充燃料通入燃烧室内与空气混合燃烧，燃料燃烧后产生大量的尾气通过透平做功带动发电机发电，化学回热器的废气经调量阀依次进入催化还原装置和催化氧化装置处理后排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、混入燃烧室的氨燃料和氢燃料可以替代部分原有的甲烷燃料，有效地降低了***的碳排放；
2、利用阀门控制器控制截止阀、进气阀、分流阀的开度，能够调节进入燃烧室的气体成分配比，从而达到最优的燃烧效率，继而提高发电效率；
3、通过化学回热器对尾气余热的收集对部分氨燃料进行热裂解，产生的氨氢氮的混合气通入燃烧室燃烧，与原来这部分氨燃料直接燃烧相比降低了反应所需要的热量；
4、利用催化还原装置和催化氧化装置分别对尾气中的氮氧化物和一氧化碳等污染物进行了处理，极大降低了对环境的污染。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***的结构示意图。
压气机1；燃烧室2；透平3；发电机4；液氨储罐5；天然气储罐6；截止阀7；泵8；蒸发室9；进气阀10；分流阀11；化学回热器12；阀门控制器13；调量阀14；催化还原装置15；催化氧化装置16。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见附图说明本实施方式，根据本发明的一个方面，提供一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，包括压气机1、燃烧室2、透平3、发电机4、液氨储罐5、天然气储罐6、截止阀7、泵8、蒸发室9、进气阀10、分流阀11、化学回热器12、阀门控制器13、调量阀14、催化还原装置15和催化氧化装置16，所述压气机1的出口端与燃烧室2的进气端连通，所述的燃烧室2的燃气出口端与透平3的进口端连通，所述透平3的转动输出端与发电机4的动力输入端相连，所述液氨储罐5的输出端经截止阀7与泵8的进口端连通，所述泵8的出口端与蒸发室9的进口端连通，所述蒸发室9的出口端与分流阀11的进口端连通，所述分流阀11的两个出口端分别与化学回热器12的入料端以及燃烧室2的一个燃料入口端连通，所述化学回热器12的出料端与燃烧室2的另一个燃料入口端连通，所述透平3的尾气排放口与化学回热器12的进气端连通，所述天然气储罐6的出口端经进气阀10与燃烧室2的进口端连通，所述燃烧室2的热端出口与蒸发室9的热端进口连通，所述化学回热器12的出气端经调量阀14与催化还原装置15的进口端连通，所述催化还原装置15的输出端与催化氧化装置16的进口端连通，所述截止阀7、进气阀10、分流阀11和调量阀14均与阀门控制器13电连接。
在本实施例中，所述截止阀7、进气阀10、分流阀11和调量阀14的开度能够调节，便于对进入燃烧室2中各个气体成分配比的调节，从而提高燃烧室2中的燃烧效率，燃烧效率高继而提高了燃料的输出效率，从而使进入透平3的燃料反应后能够产生更多的机械能，从而驱动发电机4在单位时间内产出更多的电能。
在本实施例中，所述化学回热器12中设有能够进行氨分解重整反应的重整室，便于对氨进行分解。
在本实施例中，所述催化还原装置15中设有氮氧化物选择还原催化剂，便于进行还原反应。
在本实施例中，所述压气机1与透平3同轴连接，起到动力相互利用的作用，提高能量的利用率。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述氨氢甲烷多物质混合供热产电***的方法，包括天然气储罐6中储存的天然气通入燃烧室2中与经过压气机1压缩的空气预混后点火燃烧，燃烧稳定后打开截止阀7利用泵8抽取液氨储罐5中的液氨通入蒸发室9被燃烧室2产生的热量加热蒸发得到氨气，氨气通过分流阀11分为两路，一路直接输入到燃烧室2燃料入口端与空气混合燃烧，另一路氨气进入到化学回热器12内，利用化学回热器12从透平3尾气回收的余热进行热裂解，产生的氨、氢和氮的混合气从化学回热器12的出料端流出作为补充燃料通入燃烧室2内与空气混合燃烧，燃料燃烧后产生大量的尾气通过透平3做功带动发电机4发电，化学回热器12的废气经调量阀14依次进入催化还原装置15和催化氧化装置16处理后排出。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：包括压气机(1)、燃烧室(2)、透平(3)、发电机(4)、液氨储罐(5)、天然气储罐(6)、截止阀(7)、泵(8)、蒸发室(9)、进气阀(10)、分流阀(11)、化学回热器(12)和阀门控制器(13)，所述压气机(1)的出口端与燃烧室(2)的进气端连通，所述的燃烧室(2)的燃气出口端与透平(3)的进口端连通，所述透平(3)的转动输出端与发电机(4)的动力输入端相连，所述液氨储罐(5)的输出端经截止阀(7)与泵(8)的进口端连通，所述泵(8)的出口端与蒸发室(9)的进口端连通，所述蒸发室(9)的出口端与分流阀(11)的进口端连通，所述分流阀(11)的两个出口端分别与化学回热器(12)的入料端以及燃烧室(2)的一个燃料入口端连通，所述化学回热器(12)的出料端与燃烧室(2)的另一个燃料入口端连通，所述透平(3)的尾气排放口与化学回热器(12)的进气端连通，所述天然气储罐(6)的出口端经进气阀(10)与燃烧室(2)的进口端连通，所述燃烧室(2)的热端出口与蒸发室(9)的热端进口连通，所述截止阀(7)、进气阀(10)和分流阀(11)均与阀门控制器(13)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述产电***还包括调量阀(14)、催化还原装置(15)和催化氧化装置(16)，所述化学回热器(12)的出气端经调量阀(14)与催化还原装置(15)的进口端连通，所述催化还原装置(15)的输出端与催化氧化装置(16)的进口端连通。
3.根据权利要求2所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述阀门控制器(13)与调量阀(14)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述截止阀(7)、进气阀(10)、分流阀(11)和调量阀(14)的开度能够调节。
5.根据权利要求2所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述化学回热器(12)中设有能够进行氨分解重整反应的重整室。
6.根据权利要求5所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述化学回热器(12)的反应产物为氨氢氮混合气。
7.根据权利要求2所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述催化还原装置(15)中设有氮氧化物选择还原催化剂。
8.根据权利要求1所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述催化氧化装置(16)的输出产物为N2和CO2。
9.根据权利要求1所述的一种氨氢甲烷多物质混合供热产电***，其特征在于：所述压气机(1)与透平(3)同轴连接。
10.一种使用使用权利要求1-9中任一项所述的氨氢甲烷多物质混合供热产电***的方法，其特征在于：包括天然气储罐(6)中储存的天然气通入燃烧室(2)中与经过压气机(1)压缩的空气预混后点火燃烧，燃烧稳定后打开截止阀(7)利用泵(8)抽取液氨储罐(5)中的液氨通入蒸发室(9)被燃烧室(2)产生的热量加热蒸发得到氨气，氨气通过分流阀(11)分为两路，一路直接输入到燃烧室(2)燃料入口端与空气混合燃烧，另一路氨气进入到化学回热器(12)内，利用化学回热器(12)从透平(3)尾气回收的余热进行热裂解，产生的氨、氢和氮的混合气从化学回热器(12)的出料端流出作为补充燃料通入燃烧室(2)内与空气混合燃烧，燃料燃烧后产生大量的尾气通过透平(3)做功带动发电机(4)发电，化学回热器(12)的废气经调量阀(14)依次进入催化还原装置(15)和催化氧化装置(16)处理后排出。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220275759A1 (en) * | 2019-08-26 | 2022-09-01 | 8 Rivers Capital, Llc | Flame control in an oxyfuel combustion process |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2015148800A (ru) * | 2015-11-13 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ преобразования энергии |
| CN107100736A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-08-29 | 厦门大学 | 燃气轮机联合*** |
| US20190084831A1 (en) * | 2016-03-14 | 2019-03-21 | Equinor Energy As | Ammonia cracking |
| CN110300840A (zh) * | 2017-03-27 | 2019-10-01 | 株式会社Ihi | 燃烧装置及燃气涡轮发动机*** |
| CN113389699A (zh) * | 2020-03-11 | 2021-09-14 | 张建城 | 太阳能风能与氨氧燃气互补循环热发电装置 |
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2022
- 2022-07-18 CN CN202210839686.8A patent/CN115341963A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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