CN217052424U - 一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，包括垃圾焚烧发电机构和电解水制氢机构，所述垃圾焚烧发电机构用于向电解水制氢机构供电，所述电解水制氢机构通过第一管路和第二管路向所述垃圾焚烧发电机构分别供应氢气和氧气，还包括纯水制备机构，所述纯水制备机构通过第三管路和所述垃圾焚烧发电机构连接用以通入乏汽，所述纯水制备机构通过第四管路和所述电解水制氢机构连接用以供水，本申请采用垃圾焚烧发电系统耦合电解水制氢系统，将垃圾焚烧发电过程中产生的余热作为膜蒸馏过程的热量来源，制备电解水制氢所需的纯水，降低了纯水制备所需的能耗，提高了垃圾焚烧发电的能量转换效率。

Description

一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统。

背景技术

近年来，随着生活垃圾的逐年增多与土地资源的日趋紧张，越来越多的国家采用焚烧的方式处理生活垃圾，目前垃圾焚烧过程中产生的热量多用于发电，但这种方式对热量的利用效率较低，需要找寻一种方式对发电后的乏汽进一步利用，以提高能量利用效率。垃圾焚烧过程中另一个重要问题是对焚烧温度的控制，以防止有害物质的产生。由于我国生活垃圾通常具有含水率高的特点，因此通常需要添加助燃剂来提高燃烧温度，以保证垃圾充分燃烧，增加了垃圾处理的难度。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，本申请采用垃圾焚烧发电系统耦合电解水制氢系统，将垃圾焚烧发电过程中产生的余热作为膜蒸馏过程的热量来源，制备电解水制氢所需的纯水，降低了纯水制备所需的能耗，提高了垃圾焚烧发电的能量转换效率；将电解水制氢产生的一部分氢气作为助燃剂，产生的氧气用于实现焚烧炉的富氧燃烧，降低过量空气系数，从而提高焚烧炉内的火焰温度，优化燃烧工况，有助于燃料的着火和充分燃烧，有效抑制二噁英等污染物的生成，保障焚烧设备的稳定、安全、连续运行。

为达到上述目的，本申请提出的一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，包括垃圾焚烧发电机构和电解水制氢机构，所述垃圾焚烧发电机构用于向电解水制氢机构供电，所述电解水制氢机构通过第一管路和第二管路向所述垃圾焚烧发电机构分别供应氢气和氧气，还包括纯水制备机构，所述纯水制备机构通过第三管路和所述垃圾焚烧发电机构连接用以通入乏汽，所述纯水制备机构通过第四管路和所述电解水制氢机构连接用以供水。

进一步地，所述垃圾焚烧发电机构包括通过管路依次连接的垃圾焚烧炉、余热锅炉和汽轮机，所述垃圾焚烧炉用于焚烧垃圾以向所述余热锅炉供热，所述余热锅炉用于向所述汽轮机供应过热蒸汽，还包括发电机，所述汽轮机驱动所述发电机发电。

进一步地，所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽、气液分离器和气体冷却器，所述发电机和所述电解槽电连接，所述气体冷却器通过所述第一管路和所述第二管路分别和所述垃圾焚烧炉连接。

进一步地，还包括水雾捕滴器，所述水雾捕滴器设置于所述气体冷却器和所述垃圾焚烧炉之间的管路上，所述水雾捕滴器通过所述第一管路和所述第二管路分别和所述垃圾焚烧炉连接。

进一步地，所述水雾捕滴器还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。

进一步地，还包括电解液换热器，所述电解液换热器、所述电解槽和所述气液分离器通过管路首尾依次连接形成第一循环回路，所述电解液换热器通过管路和所述余热锅炉连接以实现冷却水的循环。

进一步地，还包括补水系统，所述补水系统通过管路和所述电解槽连接。

进一步地，所述纯水制备机构包括通过管路依次连接的原水换热器、膜蒸馏组件和产水换热器，所述原水换热器通过所述第三管路和所述汽轮机连接，所述产水换热器通过所述第四管路和所述补水系统连接。

进一步地，还包括循环水冷却系统，所述循环水冷却系统通过第五管路和所述气体冷却器连接，所述循环水冷却系统通过第六管路和所述原水换热器连接，所述循环水冷却系统通过第七管路和第八管路和所述产水换热器双向连接形成第二循环回路。

进一步地，所述汽轮机为背压式汽轮机。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统的结构示意图。

参见图1，一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，包括垃圾焚烧发电机构和电解水制氢机构，所述垃圾焚烧发电机构用于向电解水制氢机构供电，所述电解水制氢机构通过第一管路1和第二管路2向所述垃圾焚烧发电机构分别供应氢气和氧气，还包括纯水制备机构，所述纯水制备机构通过第三管路3和所述垃圾焚烧发电机构连接用以通入乏汽，所述纯水制备机构通过第四管路4和所述电解水制氢机构连接用以供水。

本实施例中，垃圾焚烧发电机构发电用于电解槽电解水制氢，电解产生的氢气大部分作为产品进行出售与下游应用，少部分作为助燃剂进入焚烧炉改善燃烧工况，产生的氧气与空气混合后进入焚烧炉进行富氧燃烧，优化燃烧工况，通过此种方式的耦合设计可以大大提高垃圾焚烧发电机构和电解水制氢机构的能量利用效率。此外，本申请还设计有纯水制备机构，进一步对垃圾焚烧发电机构产生的乏汽进行利用，制备纯水，以对电解水制氢机构进行补水。

所述垃圾焚烧发电机构包括通过管路依次连接的垃圾焚烧炉5、余热锅炉6和汽轮机7，所述垃圾焚烧炉5用于焚烧垃圾以向所述余热锅炉6供热，所述余热锅炉6用于向所述汽轮机7供应过热蒸汽，还包括发电机8，所述汽轮机7驱动所述发电机8发电。其中，所述汽轮机7为背压式汽轮机，具有较高的热经济性能。具体地，生活垃圾在垃圾焚烧炉中燃烧放出大量热量，产生高温烟气进入余热锅炉通过换热作用将循环水转变成具有一定温度和压力的过热蒸汽，过热蒸汽通过背压式汽轮机带动发电机发电。

所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽9、气液分离器10和气体冷却器 11，所述发电机8和所述电解槽9电连接，所述气体冷却器11通过所述第一管路1和所述第二管路2分别和所述垃圾焚烧炉5连接。具体地，垃圾焚烧发电机构的发电机通过电线和电解槽电连接，通过焚烧垃圾发电对电解槽供电，电解槽电解产出的氢气和氧气经过气液分离器的气液分离和气体冷却器的冷却，一部分供应到垃圾焚烧炉内提高其燃烧效率，一部分进行储存，便于后续利用。

电解水制氢机构还包括水雾捕滴器12，所述水雾捕滴器12设置于所述气体冷却器11 和所述垃圾焚烧炉5之间的管路上，所述水雾捕滴器12通过所述第一管路1和所述第二管路2分别和所述垃圾焚烧炉5连接。水雾捕滴器12进一步对电解槽9产出气体中的液体进行过滤，得到干燥气体方便利用，一部分供应到垃圾焚烧炉，一部分存储利用。

所述水雾捕滴器12还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。水雾捕滴器通过的氢气通过外接管路输送到储氢罐内，便于存储利用。

电解水制氢机构还包括电解液换热器13，所述电解液换热器13、所述电解槽9和所述气液分离器10通过管路首尾依次连接形成第一循环回路，所述电解液换热器13通过管路和所述余热锅炉6连接以实现冷却水的循环。通过设置电解液换热器对气液分离器分离出来的电解液进行降温后回流到电解槽内，进行二次循环使用，并且电解液换热器还和余热锅炉连接，以实现循环水在电解水制氢机构、垃圾焚烧发电机构和纯水制备机构的大循环利用。

电解水制氢机构还包括补水系统14，所述补水系统14通过管路和所述电解槽9连接。补水系统14主要对电解槽9进行纯水供应，实现电解槽电解水的可持续进行，具体地，补水系统可以由纯水箱、纯水泵等构成的补充电解槽消耗原水的一套装置。

所述纯水制备机构包括通过管路依次连接的原水换热器15、膜蒸馏组件16和产水换热器17，所述原水换热器15通过所述第三管路3和所述汽轮机7连接，所述产水换热器17通过所述第四管路4和所述补水系统14连接。具体地，背压式汽轮机中做完工的背压乏汽进入原水换热器，通过换热作用使原水升温，升温后的原水进入膜蒸馏组件，在两侧压力差的作用下进入产水换热器冷凝得到纯水，产生的纯水经过补水系统进入电解槽电解制氢。

一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统还包括循环水冷却系统18，所述循环水冷却系统 18通过第五管路19和所述气体冷却器11连接，所述循环水冷却系统18通过第六管路20 和所述原水换热器15连接，所述循环水冷却系统18通过第七管路21和第八管路22和所述产水换热器17双向连接形成第二循环回路。循环水冷却系统18是由冷却设备、水泵和管道组成的对换热水进行降温的一套装置。循环水冷却系统18出来的冷却循环水分为两路：第一路循环冷却水依次进入气体冷却器和电解液换热器，对电解液和产生的气体进行冷却降温，升温后的循环水进入余热锅炉，与垃圾焚烧炉产生的高温烟气换热后形成过热蒸汽，过热蒸汽发电后形成背压乏汽进入原水换热系统，背压乏汽在原水换热系统进行放热后转变为循环水回到冷却水循环系统；第二路循环冷却水进入产水换热系统使产水温度降低，之后回到冷却水循环系统。通过循环水在电解水制氢机构、垃圾焚烧发电机构和纯水制备机构之间的循环，实现了热能与水资源的的充分利用，尤其降低了纯水制备所需的能耗，提高了垃圾焚烧发电的能量转换效率。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，包括垃圾焚烧发电机构和电解水制氢机构，所述垃圾焚烧发电机构用于向电解水制氢机构供电，所述电解水制氢机构通过第一管路和第二管路向所述垃圾焚烧发电机构分别供应氢气和氧气，还包括纯水制备机构，所述纯水制备机构通过第三管路和所述垃圾焚烧发电机构连接用以通入乏汽，所述纯水制备机构通过第四管路和所述电解水制氢机构连接用以供水。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，所述垃圾焚烧发电机构包括通过管路依次连接的垃圾焚烧炉、余热锅炉和汽轮机，所述垃圾焚烧炉用于焚烧垃圾以向所述余热锅炉供热，所述余热锅炉用于向所述汽轮机供应过热蒸汽，还包括发电机，所述汽轮机驱动所述发电机发电。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽、气液分离器和气体冷却器，所述发电机和所述电解槽电连接，所述气体冷却器通过所述第一管路和所述第二管路分别和所述垃圾焚烧炉连接。

4.如权利要求3所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，还包括水雾捕滴器，所述水雾捕滴器设置于所述气体冷却器和所述垃圾焚烧炉之间的管路上，所述水雾捕滴器通过所述第一管路和所述第二管路分别和所述垃圾焚烧炉连接。

5.如权利要求4所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，所述水雾捕滴器还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。

6.如权利要求3所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，还包括电解液换热器，所述电解液换热器、所述电解槽和所述气液分离器通过管路首尾依次连接形成第一循环回路，所述电解液换热器通过管路和所述余热锅炉连接以实现冷却水的循环。

7.如权利要求3所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，还包括补水系统，所述补水系统通过管路和所述电解槽连接。

8.如权利要求7所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，所述纯水制备机构包括通过管路依次连接的原水换热器、膜蒸馏组件和产水换热器，所述原水换热器通过所述第三管路和所述汽轮机连接，所述产水换热器通过所述第四管路和所述补水系统连接。

9.如权利要求8所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，还包括循环水冷却系统，所述循环水冷却系统通过第五管路和所述气体冷却器连接，所述循环水冷却系统通过第六管路和所述原水换热器连接，所述循环水冷却系统通过第七管路和第八管路和所述产水换热器双向连接形成第二循环回路。

10.如权利要求2所述的垃圾焚烧发电耦合电解水制氢系统，其特征在于，所述汽轮机为背压式汽轮机。

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