基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统及其使用方法

本发明属于热电联供，具体涉及一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统及其使用方法。

背景技术：

1、目前世界能源资源日益紧张，生态环境问题突出。现有的热电联供系统大都采用燃气轮机或内燃机，发电效率以及电热综合利用率较低，同时燃烧产生的污染物排放水平高，对生态环境造成危害。

2、发展使用清洁能源及其相关技术已成为未来能源发展的必然趋势。氢催化燃烧技术是指用催化剂使氢气在较低温度下发生无明火燃烧，与传统的火焰燃烧相比，催化燃烧具有起燃温度低、燃烧易达稳定、污染物排放水平低、设备稳定性和安全性好等优势。因此，采用氢催化燃烧技术供热具有很好的应用前景。但是由于氢气具有易燃易爆、低密度、高渗透性等特点，使其在储存运输方面都存在很大问题。同时仅利用催化燃烧技术供热导致过程中产生的高温高压气体没有得到充分利用，降低了系统整体能量利用效率。

3、因此，如何提供一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统及其使用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统及其使用方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其包括：

3、原料储罐，所述原料储罐内储放有甲醇水，所述原料储罐的出料口连接增压泵的进口端；

4、催化燃烧与重整装置，所述催化燃烧与重整装置设有催化燃烧侧和甲醇蒸汽重整侧，所述催化燃烧侧给甲醇蒸汽重整侧提供热能，所述甲醇蒸汽重整侧的进口与增压泵的出口端连接并连通；

5、涡轮发电组件，所述涡轮发电组件接收甲醇蒸汽重整侧出口的合成气，所述合成气膨胀做功并促使涡轮发电组件发电，所述涡轮发电组件给外部电负载供电，所述涡轮发电组件的气体排出口与催化燃烧侧的进气口之间连接引管，所述引管上连接有控制气体流量的电磁阀；

6、空压机，所述空压机的出口与引管连接并连通；

7、燃烧换热装置，所述燃烧换热装置设有燃烧部和介质换热部，所述燃烧部给介质换热部加热，所述燃烧部的进气端与引管连接并连通，所述介质换热部的进水口与外部热负载的出水口连接并连通，所述介质换热部的出水口与外部热负载的进水口管路连接；

8、循环泵，所述循环泵连接在所述介质换热部与外部热负载之间的管路上。

9、本发明的有益效果是：本发明利用甲醇水现场制氢方式为氢催化燃烧提供氢源，甲醇原料方便储运，来源广泛，利用甲醇蒸汽重整的方式制氢，具有较低的反应温度，产氢效果好，利用甲醇蒸汽重整后的高温高压合成气促使涡轮发电组件做功发电，实现电力供给，合成气的一部分通入催化燃烧侧进行燃烧，并给甲醇水预热，实现能量的梯级利用，提升系统的整体能量利用效率，另一部分合成气通入燃烧换热装置，利用燃烧部给循环介质加热，实现热力供给，本发明实现了安全、高效、环保的热电联供效益。

10、优选的，所述甲醇蒸汽重整侧包括连通的预热段和反应段，所述预热段和反应段内均布置有温度传感器，所述预热段与所述增压泵的出口端连接并连通，所述预热段的进口端布置有压力传感器。

11、由此产生的技术效果是：甲醇蒸汽重整侧是将甲醇蒸汽经过物理化学反应后生成氢气和一氧化碳，此过程是吸热过程，需要大量的热，预热段是将甲醇水气化，热量来源于催化燃烧侧的反应，温度传感器和压力传感器能检测相应部位的状态。

12、优选的，所述涡轮发电组件包括合成气涡轮机及发电机，所述合成气涡轮机的涡轮轴与发电机的机轴传动连接，所述发电机与外部电负载电连接；所述合成气涡轮机设有涡轮进气口和涡轮排气口，所述涡轮进气口与反应段的出气口连接并连通，所述涡轮排气口为涡轮发电组件的气体排出口。

13、由此产生的技术效果是：涡轮进气口接收高温高压的合成气，合成气膨胀做功促使涡轮转动，涡轮带动涡轮轴及发电机发电，发电给外部电负载供电，涡轮排气口排出的合成气一部分受控制的通入到催化燃烧侧燃烧，催化燃烧侧燃烧是给甲醇水预热气化，另一部分通入燃烧部燃烧，燃烧部燃烧给循环介质加热，给外部热负载供热，燃烧过程均可降低有害气体的排放。

14、优选的，所述电磁阀布置在靠近所述催化燃烧侧的引管上，所述电磁阀控制进入所述催化燃烧侧的气体量。

15、由此产生的技术效果是：电磁阀控制催化燃烧侧通入燃料的量来调节反应段的温度。

16、优选的，所述催化燃烧侧及燃烧部均设有燃烧排气口，所述介质换热部内的换热介质为水。

17、由此产生的技术效果是：燃烧后的废气通过燃烧排气口排出，介质换热部的换热介质为水，利用循环水实现热传递。

18、优选的，所述循环泵布置在所述介质换热部的出水口一侧。

19、一种使用分布式热电联供系统的使用方法，其包括以下步骤：

20、步骤一：将原料储罐、增压泵、催化燃烧与重整装置、涡轮发电组件、空压机、燃烧换热装置、循环泵、外部电负载、外部热负载连接起来，建立热电联供系统；

21、步骤二：在催化燃烧与重整装置和涡轮发电组件之间连接电磁阀，催化燃烧与重整装置排出的高温高压合成气通入至涡轮发电组件中膨胀做功并完成发电过程；

22、步骤三：涡轮发电组件的气体排出口排出的合成气与空压机出口处空气汇流后，一部分经电磁阀通入催化燃烧与重整装置中，发生催化燃烧反应为甲醇水溶液预热及重整反应供热；余下气体通入燃烧换热装置中反应并与介质换热部换热，换热介质经加热后被循环泵泵入外部热负载供热；

23、步骤四：当催化燃烧与重整装置的反应段温度超过290℃时，减小电磁阀开度，使催化燃烧侧进气口处的燃料气流量减小，降低反应段温度；当反应段温度低于250℃时，增大电磁阀开度，使催化燃烧侧进气口处的燃料气流量增大，提高反应段温度。反应段温度维持在240℃-300℃之间。

24、本发明的有益效果是：利用电磁阀来控制燃料进入催化燃烧与重整装置及燃烧换热装置内的量，实现甲醇蒸汽重整反应过程的温度控制，完成制氢过程，本发明采用催化燃烧与甲醇蒸汽重整一体化设计，催化燃烧与换热一体化设计，增加了系统紧凑性，提高了换热效果以及系统的功率密度。

技术特征：

1.一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，所述甲醇蒸汽重整侧(302)包括连通的预热段和反应段，所述预热段和反应段内均布置有温度传感器，所述预热段与所述增压泵(2)的出口端连接并连通，所述预热段的进口端布置有压力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，所述涡轮发电组件包括合成气涡轮机(4)及发电机(5)，所述合成气涡轮机(4)的涡轮轴与发电机(5)的机轴传动连接，所述发电机(5)与外部电负载(6)电连接；所述合成气涡轮机(4)设有涡轮进气口和涡轮排气口，所述涡轮进气口与反应段的出气口连接并连通，所述涡轮排气口为涡轮发电组件的气体排出口。

4.根据权利要求3所述的一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，所述电磁阀(7)布置在靠近所述催化燃烧侧(301)的引管上，所述电磁阀(7)控制进入所述催化燃烧侧(301)的燃料气体量。

5.根据权利要求4所述的一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，所述催化燃烧侧(301)及燃烧部(901)均设有燃烧排气口，所述介质换热部(902)内的换热介质为水。

6.根据权利要求5所述的一种基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统，其特征在于，所述循环泵(10)布置在所述介质换热部(902)的出水口一侧。

7.一种使用如权利要求1-6任意一项所述的分布式热电联供系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了基于甲醇合成气涡轮的分布式热电联供系统及其使用方法，该系统包括原料储罐、催化燃烧与重整装置、涡轮发电组件、空压机、燃烧换热装置及循环泵，原料储罐内的甲醇通过增压泵泵入催化燃烧与重整装置的催化燃烧侧，催化燃烧侧给甲醇蒸汽重整侧提供所需热能，甲醇蒸汽重整侧排出的合成气做功并促使涡轮发电组件发电，涡轮发电组件给外部电负载供电，涡轮发电组件的气体排出口分别与催化燃烧侧和燃烧部连通，燃烧部给介质换热部加热，介质换热部与外部热负载连接；循环泵连接在介质换热部与外部热负载之间的管路上，本发明通过控制电磁阀实现催化燃烧与重整装置、燃烧换热装置的燃料量分配，满足甲醇蒸汽重组制氢所需的温度条件。技术研发人员：秦江,刘洋,于彬,徐世依受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17