基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统的制作方法

本发明涉及氢燃烧系统，尤其涉及基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统。

背景技术：

1、氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，作为一种绿色清洁的能量载体，真正做到低碳，氢气的规模化、可持续化、平价化的制备和利用是重要发展方向，对碳减排、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。

2、中国可再生能源装机量居于世界首位，太阳能、风能等可再生能源具有较大的间歇性与波动性，这些电站的大规模并网会对电力系统的调度控制、运行品质以及系统安全稳定产生诸多影响。新疆、内蒙古、甘肃等新能源丰富地区，新能源基地建设是其发展的主要模式，而新能源基地的电力输出对可再生能源的占比和电力的品质有较高的要求，一般可再生能源占比不低于50％，为了保证千万千瓦新能源基地的安全稳定，需配置大规模的电储能，新能源基地大规模电储能投运后面临两方面的挑战：一是大规模电储能的安全性是一项巨大挑战；另一方面新能源基地环境恶劣，昼夜温差和季节温差大，对电储能低成本高效率运行带来巨大挑战。氢气可以通过化石能源重整、工业副产气纯化等方式制备外，也可以通过电解水的方式制备，将电解水制氢技术与可再生能源发电技术相结合，通过氢燃料电池/氢燃气轮机/氢内燃机发电，既可以实现可再生能源发电站的调峰储能，同时经可再生能源制得的氢气可优化我国的能源结构，提高整个能源体系的安全性。

3、目前，氢燃料电池成本高，单机规模小，不适于基地调峰储能场景，而纯氢/掺氢燃气轮机/内燃机的技术还有待突破，另一方面上述传统技术是以空气作为氧化剂，空气中的氮气会在高温燃烧中产生nox污染物，未根本上实现氢能的清洁化利用。

4、为此，本发明提出基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，从根本上解决氢能低成本、无污染利用的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统。

2、本发明的技术方案：基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，包括原动机系统装置，氢气作为燃料在原动机系统装置内燃烧，燃烧后产生高温烟气，其中，所述高温烟气的成分为微量氧气、二氧化碳和水；还包括与原动机系统装置连接的余热利用装置，高温烟气进入余热利用装置；气液分离器，经过余热利用后烟气中的氧气、二氧化碳和水，在气液分离器中分离，分离后的烟气成分是微量氧气和二氧化碳；烟气分析装置，与所述气液分离器的排气端连通，用于对气液分离后的烟气进行烟气成分测量；第一气体混合器，所述第一气体混合器与所述烟气分析装置连接，第一气体混合器具有二氧化碳和氧气进入口，用于通入二氧化碳和氧气并与上述分离后的烟气混合，以调节氧气和二氧化碳的配比，生成循环烟气，将所述循环烟气导入所述原动机系统装置的进气端以与所述氢气混合燃烧。

3、可选的，所述余热利用装置用于对高温烟气作余热回收。

4、可选的，所述原动机系统装置为燃气轮机系统装置或内燃机系统装置。

5、可选的，所述燃气轮机系统装置包括压气机、燃烧室、燃气轮机，压气机的进气端与第一气体混合器的出气端连接，用于将第一气体混合器送出的循环烟气送入燃烧室内燃烧，燃气轮机的进气口与燃烧室的出气端连接，利用燃烧产生的高温烟气作为动力源。

6、可选的，所述内燃机系统装置包括内燃机发电机组和第二气体混合器，第二气体混合器的进气端与第一气体混合器的出气端连接，用于燃烧由第一气体混合器送出的循环烟气，内燃机发电机组的进气端与第二气体混合器的出气端连接，用于让第二气体混合器中的混合气燃烧并作为动力源，同时产生高温烟气。

7、可选的，还包括外循环装置，外循环装置包括由泵机驱动的循环管道，循环管道的进水口与气液分离器的出水端连接。

8、可选的，所述烟气分析装置设置流量计以及配套的控制阀，用于调节氢气、氧气和二氧化碳的配比，以实现不同工况的高效运行。

9、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

10、本申请系统采用氢气、氧气、二氧化碳燃烧发电，从源头上解决了nox排放的难题，实现了氢能的清洁化利用；

11、进一步的，本申请创造性地以二氧化碳作为循环工质，通过调节氢气、氧气和二氧化碳的配比，不改变现有燃气轮机发电机组和燃气内燃机发电机组的构造，实现氢能的高效、低成本、清洁、规模化利用；

12、进一步的，通过增加外循环装置与气液分离器相配合，可将上述发电过程中产生的余水循环利用，降低了水资源的损耗。

技术特征：

1.基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，包括原动机系统装置(5)，氢气作为燃料在原动机系统装置(5)内燃烧，燃烧后产生高温烟气，其中，所述高温烟气的成分为微量氧气、二氧化碳和水，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，所述余热利用装置用于对高温烟气作余热回收。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，所述原动机系统装置(5)为燃气轮机系统装置或内燃机系统装置。

4.根据权利要求3所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，所述燃气轮机系统装置包括压气机(113)、燃烧室(112)、燃气轮机(111)，压气机(113)的进气端与第一气体混合器(2)的出气端连接，用于将第一气体混合器(2)送出的循环烟气送入燃烧室(112)内燃烧，燃气轮机(111)的进气口与燃烧室(112)的出气端连接，利用燃烧产生的高温烟气作为动力源。

5.根据权利要求4所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，所述内燃机系统装置包括内燃机发电机组(121)和第二气体混合器(122)，第二气体混合器(122)的进气端与第一气体混合器(2)的出气端连接，用于燃烧由第一气体混合器(2)送出的循环烟气，内燃机发电机组(121)的进气端与第二气体混合器(122)的出气端连接，用于让第二气体混合器(122)中的混合气燃烧并作为动力源，同时产生高温烟气。

6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，还包括外循环装置，外循环装置包括由泵机驱动的循环管道，循环管道的进水口与气液分离器(4)的出水端连接。

7.根据权利要求1所述的基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统，其特征在于，所述烟气分析装置(3)设置流量计以及配套的控制阀，用于调节氢气、氧气和二氧化碳的配比，以实现不同工况的高效运行。

技术总结本发明涉及氢燃烧系统技术领域，公开了基于二氧化碳作为循环工质的氢燃烧系统。其技术方案包括原动机系统装置，氢气作为燃料在原动机系统装置内燃烧，燃烧后产生高温烟气，所述高温烟气的成分为微量氧气、二氧化碳和水；还包括与原动机系统装置连接的余热利用装置、气液分离器、烟气分析装置和第一气体混合器，第一气体混合器具有二氧化碳和氧气进入口，用于通入二氧化碳和氧气并与分离后的烟气混合，以调节氧气和二氧化碳的配比，生成循环烟气，将循环烟气导入原动机系统装置的进气端以与氢气混合燃烧。本发明基于以二氧化碳作为循环工质，不改变现有燃气轮机发电机组和燃气内燃机发电机组的构造，实现氢能的高效、低成本、高规模化利用。技术研发人员：阮炯明受保护的技术使用者：阮炯明技术研发日：技术公布日：2024/7/11