一种压水堆电解制氢装置及方法与流程

本发明属于核电领域，具体涉及一种压水堆电解制氢装置及方法。

背景技术：

1、核能作为清洁的一次能源，具有稳定、高效、清洁、环保的优势，以核能作为制氢能源，相比化石能源制氢能够有效降低污染与碳排放，相比光伏或风电制氢则能够有效提高稳定性，因此具有良好的应用前景。然而，目前核电厂运行机组以压水堆为主，压水堆的蒸汽为饱和蒸汽，温度较低，直接制氢效率不高。因此，提供一种能够有效利用压水堆核电厂利用固有的饱和蒸汽制氢的装置，对于提高核能制氢效率、降低制氢成本具有积极意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压水堆电解制氢装置，提高核电制氢效率。本发明还提供一种压水堆电解制氢方法。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种压水堆电解制氢装置，该装置包括蒸汽发生器、汽轮机、除氧装置与蒸汽管路，所述蒸汽管路顺次连接所述蒸汽发生器、汽轮机与所述除氧装置形成回路。其中，所述汽轮机包括高压缸与低压缸，所述高压缸与低压缸分别通过所述蒸汽管路连接所述除氧装置；所述压水堆电解制氢装置还包括制氢支路，所述制氢支路并联于由所述高压缸至所述除氧装置的所述蒸汽管路上；所述制氢支路包括固体氧化物电解制氢装置。

3、该装置无需对原有核电设置进行大规模改装，只需在二回路汽轮机高压缸排汽进入除氧器的管线上设置一条并联支路即可实现制氢，制氢支路不影响原有的发电与蒸汽循环，结构简单可靠性好。

4、进一步地，在部分实施例中，所述制氢支路还包括预加热装置，所述预加热装置设置在所述固体氧化物电解制氢装置上游。加热装置对用于制氢的水蒸汽进行加热，提高制氢效率。

5、进一步地，在部分实施例中，所述固体氧化物电解制氢装置包括多个单体制氢装置，所述单体制氢装置包括阳极与阴极，所述阳极为la0.8mno3sr0.2基底层，所述阴极配置为表面附着有纯镍层的钇稳定锆多孔基体；所述阳极与所述阴极通过钇稳定锆陶瓷基电解质层连接在一起。

6、进一步地，在部分实施例中，所述阳极层厚度为1mm-2mm，所述钇稳定锆陶瓷基电解质层厚度为130μm-150μm，所述阴极的所述钇稳定锆多孔基体厚度为12μm-14μm，所述阴极的所述纯镍层厚度为9μm-11μm。

7、进一步地，在部分实施例中，所述阴极一侧设置有水蒸汽输入端与氢、水输出端，所述阳极一侧设置有吹扫气体管路。

8、进一步地，在部分实施例中，在所述固体氧化物电解制氢装置与所述除氧装置之间设置有氢水分离器。

9、进一步地，在部分实施例中，所述制氢支路上设置有调节阀。

10、进一步地，在部分实施例中，所述调节阀包括设置在所述固体氧化物电解制氢装置上游的前置调节阀与设置在所述固体氧化物电解制氢装置下游的后置调节阀。

11、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种压水堆电解制氢方法，该方法采用前述任一实施例中所提供的压水堆电解制氢装置，并以压水堆发电设备产生的电能作为制氢能源。

12、进一步地，在部分实施例中，输入所述制氢支路的蒸汽为饱和蒸汽，温度为250℃-300℃。

技术特征：

1.一种压水堆电解制氢装置，包括蒸汽发生器、汽轮机、除氧装置与蒸汽管路，所述蒸汽管路顺次连接所述蒸汽发生器、汽轮机与所述除氧装置形成回路，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述制氢支路还包括预加热装置，所述预加热装置设置在所述固体氧化物电解制氢装置上游。

3.根据权利要求1或2所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢装置包括多个单体制氢装置，所述单体制氢装置包括阳极与阴极，所述阳极包括la0.8mno3sr0.2基底层，所述阴极配置为表面附着有纯镍层的钇稳定锆多孔基体；所述阳极与所述阴极通过钇稳定锆陶瓷基电解质层连接在一起。

4.根据权利要求3所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述阳极厚度为1mm-2mm，所述钇稳定锆陶瓷基电解质层厚度为130μm-150μm，所述阴极的所述钇稳定锆多孔基体的厚度为12μm-14μm，所述阴极的所述纯镍层厚度为9μm-11μm。

5.根据权利要求3所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述阴极一侧设置有水蒸汽输入端与氢、水输出端，所述阳极一侧设置有吹扫气体管路。

6.根据权利要求1或2所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，在所述固体氧化物电解制氢装置与所述除氧装置之间设置有氢水分离器。

7.根据权利要求1或2所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述制氢支路上设置有调节阀。

8.根据权利要求7所述的压水堆电解制氢装置，其特征在于，所述调节阀包括设置在所述固体氧化物电解制氢装置上游的前置调节阀与设置在所述固体氧化物电解制氢装置下游的后置调节阀。

9.一种压水堆电解制氢方法，其特征在于，采用如权利要求1至8中任一所述的压水堆电解制氢装置制取氢气，并以压水堆发电设备产生的电能作为制氢能源。

10.根据权利要求9所述的压水堆电解制氢方法，其特征在于，输入所述制氢支路的蒸汽为饱和蒸汽，温度为250℃-300℃。

技术总结一种压水堆电解制氢装置，包括蒸汽发生器、汽轮机、除氧装置与蒸汽管路，蒸汽管路顺次连接蒸汽发生器、汽轮机与除氧装置形成回路。其中，汽轮机包括高压缸与低压缸，高压缸下游至除氧装置的蒸汽管路上并联设置有制氢支路，制氢支路中包括固体氧化物电解制氢装置。该电解制氢装置对二回路固有蒸汽管路改造工程量小，结构简单，高效可靠，能够提高电解制氢效率，降低制氢成本。本发明还提供一种压水堆电解制氢方法。技术研发人员：郑东宏,樊向松,赵福贵,吴健,王昭华,李加华,张增魁,朱延霆,王鹏受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11