集成固废等离子气化和模块化核反应堆的氢电联产系统

本发明属于固废资源化利用、多能互补领域，特别涉及集成固废等离子气化和模块化核反应堆的氢电联产系统。

背景技术：

1、中国是世界第一的产氢大国，目前全国氢气产量超过2000万吨，中国发展氢能产业具有较好的基础。从氢气供给来看，一般由企业购买煤炭、天然气、石油等制氢原料，利用自有设备制得氢气。

2、氢能作为一种储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样的绿色能源，被誉为21世纪的“终极能源”。氢能的开发利用也受到了世界各国的高度重视，美国、日本、澳大利亚等国已制定相关政策，将氢能列为国家能源结构的重要组成部分，我国也在积极布局氢能发展战略，逐步完善氢能政策体系。

3、在现有的制氢技术中，使用煤或天然气制氢具有显著的成本优势，而且我国具有丰富的煤炭资源，目前化石能源是主要的氢气来源。但使用化石能源作为原料终究不可持续，并会产生新的污染。使用甲醇等化工原料制氢受上游产品约束，产量和价格浮动较大，难以形成稳定有效的氢能供给。使用工业尾气制氢同样存在原料少、来源不稳定的问题。

4、核电模块化和小堆亦是未来发展趋势。模块小型堆具有高参数，可满足核能发电、工业工艺供热、城市区域供热、海水淡化等多种用途所需的热能参数要求。国际原子能机构(iaea)将“小型先进模块化多用途反应堆(小堆)”定义为30万千瓦以下的反应堆。小堆相较于大堆型，小型核电反应堆采用一体化、模块化的设计方式，并结合高安全性特点，使得小堆具有很好的环境适应性以及选址优势。这让小堆可以建立在人口密集地区周边，靠近用户，实现热电联产和分布式供电等多种能源需求供给。同时海上小堆的研发可以为海上油气田开采、海岛开发等供给能源，还能开发核动力破冰船和核动力商船国内小堆技术发展迅速。我国政策大力支持小堆技术发展。我国要求“在核电建设方面，坚持热堆、快堆、聚变堆‘三步走’技术路线，以百万千瓦级先进压水堆为主，积极发展高温气冷堆、商业快堆和小型堆等新技术”；我国发展规划提出要开展小型智能堆、商业快堆和熔盐堆等先进核能技术研发；未来发展规划同样也表示将建设模块化小型堆和低温供热堆示范工程纳入示范实验类进行重点发展。我国的小堆主要技术路线为中国核工业集团公司开发的acp100。为了结合海洋环境，采用钢安全壳、长寿期棒控堆芯和反应堆处海面下等措施的acp100s和acp25s相继推出。acp100s和acp25s能确保换料周期超两年、事故时非能动余热导出、反应堆绝对安全。目前我国的“acp100s大型海上核动力浮动平台示范项目”已在胶东开工建造。这个平台共包括2个大型海上浮动核电站系统，每个系统采用双堆布置，单堆12.5万千瓦，发电总量可达30万千瓦，每年大概可以供应4000万度电1600万吨高温蒸汽1000万吨淡水以及200吨浓盐水，每年可以减少燃煤消耗500万吨。

5、等离子气化是指通过等离子技术使得垃圾在等离子气化炉中气化的一种最新技术，利用等离子点火器产生的等离子电弧制造高能热环境，通入适当比例的等离子气化剂，使垃圾在等离子活性状态的热环境中发生一系列复杂的化学反应，生成主要成分为h2、co的可燃气体，可燃气体具有纯度高、洁净的优点。等离子体气化已被证明是固体废物处理和能源利用的最有效和最环保的方法之一，等离子体技术目前已在机械加工、冶金和化工等领域得到了广泛的应用，而在固体废物的处理方面，等离子气化技术的研究也在不断深入本发明将等离子气化技术应用于制氢以及医疗垃圾的处理，并用模块化核电产生的电能为等离子气化炉供电，创造性的提出了集成固废等离子气化和模块化核反应堆的氢电联产系统，利用等离子气化炉热解处理医疗垃圾，并利用其产生的合成气为模块化核电蒸汽循环提供热量，增加其电效率，同时为制氢设备提供原料合成气，实现了环保节能、零碳排放与固废资源的再利用。同时，由于模块化小堆核电的优点，厂址的选择要求降低，可以建造在内陆城市附近，大大节省了医疗垃圾的运输成本以及运输时间，实现了医疗垃圾的快速清洁化处理。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供集成固废等离子气化和模块化核反应堆的氢电联产系统，主要包括等离子气化系统、余热回收系统、制氢与二氧化碳捕集系统、模块化核电蒸汽循环系统，其特征在于：等离子气化系统，其特征在于医疗垃圾进入等离子气化炉中生成合成气；所述的余热回收系统，其特征在于：等离子气化炉与合成气冷却系统也及余热回收系统的热交换器#1和热交换器#2相连，用以加热模块核电的蒸汽循环的蒸汽；所述的制氢与二氧化碳捕集系统，其特征在于：合成气冷却器与重整反应器相连，先生成氢气富气，之后与psa-1和psa-2相连，产生氢气，最后psa-2与psa-3相连，捕集二氧化碳；所述的模块化核电蒸汽循环系统，其特征在于：模块化核反应堆的反应容器与模块化核反应堆的蒸汽发生器相连，蒸汽发生器与热交换器#1相连，将主蒸汽的温度提高后，热交换器#1与汽轮机高压缸相连，汽轮机高压缸再与和模块化核反应堆的蒸汽发生器相连，蒸汽再回到蒸汽发生器进行再热，模块化核蒸汽发生器与汽轮机中压缸相连，汽轮机中压缸与热交换器#2相连，汽轮机中压缸与热交换器#2相连，热交换器#2与汽轮机低压缸相连，汽轮机低压缸与发电机相连，产生的电力一部分为等离子气化炉供电，汽轮机低压缸与冷凝器相连，冷凝器与给水泵#1相连，给水泵#1与低压加热器相连，由汽轮机低压缸的抽汽进行加热，低压加热器与除氧器相连，汽轮机中压缸与除氧器以及重整反应器相连，之后除氧器与给水泵#2相连，给水泵#2与高压加热器相连，汽轮机中压缸与高压加热器相连，最后高压加热器与蒸汽发生器相连完成汽水循环。实现了零碳排放，资源再利用以及余热利用三重效益。

2、所述的等离子气化系统，其特征在于：医疗垃圾进入等离子气化炉中生成合成气，实现了固废资源化与环保化利用，也为当今疫情下医疗垃圾的处理提供了环保的途径。

3、所述的合成气冷却系统也及余热回收系统的等离子气化炉与合成气冷却系统也即余热回收系统的热交换器#1和热交换器#2相连，实现了能量的梯级利用与余热回收利用。

4、所述的合成气冷却器与重整反应器相连，先生成氢气富气，之后与psa-1和psa-2相连，产生氢气，最后psa-2与psa-3相连，捕集二氧化碳，实现了医疗垃圾的再利用，达到环保与资源重生的效果。

5、所述的模块化核反应堆的反应容器与模块化核反应堆的蒸汽发生器相连，蒸汽发生器与热交换器#1相连，将主蒸汽的温度提高后，热交换器#1与汽轮机高压缸相连，汽轮机高压缸再与和模块化核反应堆的蒸汽发生器相连，蒸汽再回到蒸汽发生器进行再热，模块化核蒸汽发生器与汽轮机中压缸相连，汽轮机中压缸与热交换器#2相连，汽轮机中压缸与热交换器#2相连，热交换器#2与汽轮机低压缸相连，汽轮机低压缸与发电机相连，产生的电力一部分为等离子气化炉供电，汽轮机低压缸与冷凝器相连，冷凝器与给水泵#1相连，给水泵#1与低压加热器相连，由汽轮机低压缸的抽汽加热，低压加热器与除氧器相连，汽轮机中压缸与除氧器以及重整反应器相连，之后除氧器与给水泵#2相连，给水泵#2与高压加热器相连，汽轮机中压缸与高压加热器相连，最后高压加热器与蒸汽发生器相连完成汽水循环，实现了余热再利用以及多能互补。

6、本发明的有益效果为：

7、1.实现了对医疗垃圾的资源化与环保化的处理。针对医疗垃圾难以有效处理的问题，创造性的将等离子气化技术以及余热利用技术运用到制氢工艺中，提出了一种集成固废等离子气化和模块化核反应堆的零碳排放氢电联产系统。具体来说，医疗垃圾进入等离子气化炉产生合成气，经过合成气冷却装置，为模块化核电蒸汽循环提供热量，之后进入制氢设备中进行氢气制备以及二氧化碳的捕集。同时模块化核电又为等离子气化炉供电，这不仅处理了医疗垃圾，防止了其对环境的污染的同时，还将固废资源重生，生成可利用的氢气，实现了医疗垃圾的资源重生以及环保处理。

8、2.实现了合成气的余热回收，达到了节能降耗的目标，为核电蒸汽循环提供了热量，将核电蒸汽循环的电效率提高，实现了能量梯级利用。同时模块化核电发电为等离子气化炉供电，实现了多能互补。整个系统过程中没有碳排放，实现了零碳排放。

9、3.由于模块化小型核反应堆的优点，此系统对建厂选址要求有所降低，可以建造在内陆城市附近，城市每天产生的医疗垃圾不计其数，运输费用庞大，此系统应用于内陆城市附近，实现了医疗垃圾处理的便捷化与快速化，同时核电也可以为城市供电，既保障了医疗垃圾的快速清洁化处理，又保障了城市的电力供应。