一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统及其工作方法与流程

本发明属于储氢，具体涉及一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统及其工作方法。

背景技术：

1、火电企业普遍在使用氨作为锅炉烟气的脱硝原料以保证nox排放达标，其scr脱硝工艺常采用液氨蒸发、尿素水解或热解方式来制备还原剂nh3。考虑到液氨的道路运输和厂内储存的危险性，部分电厂被迫寻求一种不经济，但是较为安全的运行方式，即采用尿素作为脱硝还原剂。尿素制氨虽然安全性很好，但实际应用中仍然存在结晶、堵塞、能耗高等问题，同时会产生大量固废垃圾，给电厂运行带来很大困扰。

2、随着可再生能源大规模并网，电解制氢合成氨方法有望为烟气脱硝提供绿色低碳的氨供应。但现有的电解制氢合成氨方法存在成本高、灵活性差、安全性低等问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统及其工作方法，利用低价谷电或可再生能源弃电电解制氢，利用镁基固态储氢技术安全储存氢气，利用合成氨技术实现氢-氨转化，利用水吸收法实现氨气分离、氨水制备与储存，用于解决现有电解制氢合成氨方法存在成本高、灵活性差、安全性低的技术问题，显著提升火电机组的灵活性并降低烟气脱硝的运行成本。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，包括电解制氢装置，电解制氢装置的氢气出口端分两路，一路依次经氨合成塔、氨水容器、锅炉和蒸汽轮机后连接至电解制氢装置，另一路经镁基固态储氢装备与氨合成塔连接，锅炉内设置有烟气脱硝系统。

4、优选地，蒸汽轮机依次连接变向控制器和导热油-蒸汽换热器形成回路。

5、优选地，镁基固态储氢装备的氢气出口端与氨合成塔的原料入口端连接。

6、优选地，空气经空分装置的氮气出口端与氨合成塔的原料入口端连接。

7、进一步优选地，空分装置的氧气出口端经储氧容器连接供锅炉。

8、优选地，电解制氢装置的氧气出口端经储氧容器连接供锅炉。

9、优选地，镁基固态储氢装备的导热油出口端分两路，一路连接导热油-蒸汽换热器形成第一回路，另一路连接氨合成塔内设置的氨冷却器形成第二回路。

10、优选地，电解制氢装置的电力来源分两路，一路与电网连接，另一路与火电厂母线连接。

11、优选地，蒸汽轮机与电解制氢装置之间的连接管路上设置有发电负荷。

12、本发明的另一技术方案是，一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统的工作方法，包括以下步骤：

13、充氢过程中，从蒸汽轮机抽取低温蒸汽，通过导热油-蒸汽换热器与从镁基固态储氢装备出来的导热油进行热量交换；导热油被冷却后返回镁基固态储氢装备，蒸汽被加热后返回蒸汽轮机继续做功；

14、放氢过程中，镁基固态储氢装备所需的高温热源分两路，热源优先通过导热油经合成氨冷却器回收高温反应热，导热油被加热后返回镁基固态储氢装备；针对剩余热源，从蒸汽轮机抽取高温蒸汽，通过导热油-蒸汽换热器与从镁基固态储氢装备出来的导热油进行热量交换；导热油被加热后返回镁基固态储氢装备，蒸汽被冷却后返回蒸汽轮机继续做功。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

16、一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，通过镁基固态储氢装备，克服可再生能源弃电、谷电的波动性与合成氨工艺的动态响应不匹配问题；通过氨水容器克服合成氨工艺与脱硝氨需量波动性的动态响应不匹配问题，使整个调峰调频合成氨脱硝系统具备高度灵活调节能力，烟气脱硝系统用于降低烟气的氮氧化物。

17、进一步的，通过蒸汽轮机回收镁基固态储氢装备充氢过程产生的高温反应热；通过合成氨反应热回收和蒸汽轮机抽汽，为镁基固态储氢装备放氢过程提供高温热源；最终实现镁基固态储氢装备与高温热源之间的高效热耦合，从而降低镁基固态储氢装备的运行费用。

18、进一步的，采用变向控制器可确保在充、放氢过程中，从蒸汽轮机抽取的低温、高温蒸汽进入导热油-蒸汽换热器的入口端不变。如此可确保充放、氢过程中，镁基固态储氢装备内部的非均匀反应规律基本不变，从而使装备易于强化设计，避免了装备储氢容量的损失。

19、进一步的，通过空分装置为氨合成塔提供高纯氮气，是合成氨的原料之一。

20、进一步的，设置储氧容器，可解决电解或空分制氧量与锅炉燃烧需氧量之间不匹配的问题。

21、进一步的，氨合成塔内设置冷却器，用于回收合成氨过程的高温热，为镁基固态储氢装备放氢过程提供部分高温热源，从而降低镁基固态储氢装备的运行费用。

22、进一步的，电解制氢装置与电厂母线连接，通过提高或降低用电量，实现对发电负荷的调节。

23、一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统的工作方法，解决镁基固态储氢装备充氢过程产生的高温热能浪费问题；并且为其放氢过程提供了低成本的高温热源。最终，通过镁基固态储氢装备与高温热源系统的高效热耦合，解决了其充放氢过程高温热效应问题，实现了安全、经济、高密度的氢气储存。

24、综上所述，本发明借助固态储氢技术实现调峰调频安全储氢制氨，为火电厂脱硝系统提供安全低成本的供氨服务，并且显著提升火电机组的灵活性。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，包括电解制氢装置(2)，电解制氢装置(2)的氢气出口端分两路，一路依次经氨合成塔(9)、氨水容器(14)、锅炉(7)和蒸汽轮机(5)后连接至电解制氢装置(2)，另一路经镁基固态储氢装备(3)与氨合成塔(9)连接，锅炉(7)内设置有烟气脱硝系统(8)。

2.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，蒸汽轮机(5)依次连接变向控制器(12)和导热油-蒸汽换热器(4)形成回路。

3.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，镁基固态储氢装备(3)的氢气出口端与氨合成塔(9)的原料入口端连接。

4.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，空气(11)经空分装置(10)的氮气出口端与氨合成塔(9)的原料入口端连接。

5.根据权利要求4所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，空分装置(10)的氧气出口端经储氧容器(13)连接供锅炉(7)。

6.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，电解制氢装置(2)的氧气出口端经储氧容器(13)连接供锅炉(7)。

7.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，镁基固态储氢装备(3)的导热油出口端分两路，一路连接导热油-蒸汽换热器(4)形成第一回路，另一路连接氨合成塔(9)内设置的氨冷却器(15)形成第二回路。

8.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，电解制氢装置(2)的电力来源分两路，一路与电网连接，另一路与火电厂母线连接。

9.根据权利要求1所述的火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统，其特征在于，蒸汽轮机(5)与电解制氢装置(2)之间的连接管路上设置有发电负荷(6)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统的工作方法，其特征在于，充氢过程中，从蒸汽轮机抽取低温蒸汽，通过导热油-蒸汽换热器与从镁基固态储氢装备出来的导热油进行热量交换；导热油被冷却后返回镁基固态储氢装备，蒸汽被加热后返回蒸汽轮机继续做功；

技术总结
本发明公开了一种火电厂调峰调频制储氢合成氨脱硝系统及其工作方法，通过“电解制氢+固态储氢”进行调峰调频，产生的氢气通过氨合成塔为火电厂烟气脱硝供氨，其中镁基固态储氢装备通过与火电机组、氨合成塔的热耦合，实现安全经济储氢。本发明通过镁基固态储氢装备解决安全、低成本、大容量储氢的棘手问题，为火电厂脱硝系统提供安全经济供氨服务的同时可实现对机组灵活性的提升，是一种极具潜力的调峰调频脱硝新技术。

技术研发人员：冯鹏辉,韩伟,杨晓,姚明宇,宋晓辉,付康丽,白锐槐
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29