本发明涉及电力能源和合成氨技术领域，具体涉及一种火电厂电解制氢合成氨系统。
背景技术
现阶段，我国电力系统中电能产量容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足。
现有技术中，火电厂调峰工作已成为电网运行中较为突出的矛盾，目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，而如何调整夏季调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题，为了满足电网调峰需求，最大程度的降低调峰过程中能源的浪费，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度进行调峰的改革势在必行。
另一方面，碳减排未来会给火电厂带来越来越多的压力，为了解决弃风弃光、火电灵活性调峰和碳减排等问题，火电机组亟待新的技术来解决这些问题。
电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。特别是随着目前清洁能源发电的日益增长，氢气将成为电能存储的理想载体。通过将清洁能源发电经过电解水制氢技术，将清洁能源产生的电能转化为氢能进行储存，并且根据实际需要，还可通过后续化工过程将氢能转化为甲烷、甲醇及其他液态燃料等。
氨是人类非常重要的一种化工产品，随着社会的发展，工业文明的进步，氨合成的产品对于人类的贡献显而易见。氨作为一种运输方便的储氢燃料，被很多研究单位和能源公司所看好。氨在零下20度就可以液化，可以方便低成本地运输；另外氨还是一种燃料和制冷工质，既可以用于燃烧，也可以用于制冷行业。氨目前在电厂内最多的应用是用于scr脱硝系统。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种火电厂电解制氢合成氨系统，利用调峰调频电力，在电厂内实现电解制氢、空分制氮氧，然后利用制取的氮和氢通过合成氨工艺生产氨，使得电厂转变为多种气体和燃料产品的电化工工厂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种火电厂电解制氢合成氨系统，包括电解制氢装置和合成氨设备；所述电解制氢装置的电源输入端与火电厂的发电输出端电性连接，以利用火电厂的调峰结余电量为电源电解制得氢气和氧气；所述电解制氢装置的氢气输出端连接于所述合成氨设备的氢气入口，所述合成氨设备的氮气入口连接于氮气源，所述合成氨设备用于利用电解制氢装置产生的氢气与氮气源的氮气合成氨；所述合成氨设备的氨输出端连通至所述火电厂的氨供给管路和/或液氨储罐。
进一步地，所述氨供给管路连通火电厂的锅炉的炉膛的多燃料燃烧器，用于作为燃料参与炉膛燃烧，和/或连通火电厂的锅炉的尾部烟道的烟气净化脱硝装置scr工作面内。
进一步地，所述氮气源包括空分装置，所述空分装置的电源输入端连接于所述火电厂的发电输出端以获取火电厂的调峰结余电量为电源，氮气输出端则连接于合成氨设备的氮气入口。
进一步地，所述电解制氢装置的氧气输出端连通于一储氧罐；所述电解制氢装置的氢气输出端还通过超低温液化装置或高压气体压缩装置连接到氢存储罐，用于将未输入至合成氨设备中的氢气以超低温液态氢或高压压缩气态氢的形态输出至氢存储罐；
更进一步地，所述电解制氢装置的氢气输出端或氢存储罐连通于对外氢输送管道，通过对外氢输送管道对外直接输送氢气。
更进一步地，所述空分装置的氧气输出端连通于一储氧罐，并且所述空分装置的氮气输出端还连通于一氮气存储罐，用于将未输入至合成氨设备中的氮气输出至氮气存储罐。
进一步地，所述电解制氢装置采用碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物电解制氢装置。
进一步地，所述电解制氢装置的进水口通过补水泵连通火电厂的化学水处理车间，火电厂的化学水处理车间通过纯水制备装置连通于所述补水泵。
本发明还提供一种调峰调频电化工厂，所述调峰调频电化工厂具有上述火电厂电解制氢合成氨系统，其生产的产品为电力、热力、氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种通过气体提纯装置分别连接相应的气体储备装置，实现氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的低温液化或高压存储。
进一步地，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的生产装置通过气体提纯装置连接相应的高压或低温液化钢瓶灌装设备，通过钢瓶灌装对外销售氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的气体产品
本发明的有益效果在于：通过上述火电厂电解制氢合成氨系统，可以充分利用调峰调频电力，在电厂内实现制氢、制氮，然后利用制取的氮气、氢气通过合成生产氨，使得火电厂转变为多种气体和燃料产品的电化工工厂(以氨气、氢气作为燃料部分替代煤，并可对外销售、输出氢气、氮气、氨、氧气等多种气体)，特别是氢和氨作为零碳排放的燃料，必然在未来有广阔的应用前景。
本发明所提供的火电厂电解制氢合成氨系统通过获取用电低谷的电能，将用电量低谷阶段的电能转化为氢能，再将氢能与氮气进行合成氨工艺，从而将氢能作用转化为易于运输和储存的氨燃料的化学能，不仅变相地实现了电能的存储，而且使得传统火力发电厂转型成为生产多种气体产品的能源工厂。
另外，本发明提供的火电厂电解制氢合成氨系统可直接消耗电厂的调峰结余电量，间接利用了弃风弃光弃水弃核电力，缓解了电网平衡和峰谷差问题，延长了电厂设备的使用寿命，实现了电能的变相储存，实现了能源的稳定储存和有效利用。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
如图1所示，一种火电厂电解制氢合成氨系统，包括电解制氢装置1和合成氨设备2；所述电解制氢装置1的电源输入端与火电厂的发电输出端电性连接；所述电解制氢装置1的氢气输出端连接于所述合成氨设备2的氢气入口，所述合成氨设备2的氮气入口连接于氮气源；所述合成氨设备2的氨气输出端连通至所述火电厂的氨供给管路和液氨储罐12。所述氨供给管路可包括氨气供给管路和液氨供给管路。
上述火电厂电解制氢合成氨系统的工作原理在于：通常地，电网调度中心根据区域内实时发电和调峰负荷需求情况向火电厂的电厂集控中心发送调峰负荷指令，火电厂的电厂集控中心根据所述调峰负荷指令控制调整火电厂的调峰调频结余电量。在上述火电厂电解制氢合成氨系统中，火电厂的调峰调频结余电量为电解制氢装置提供电源，所述电解制氢装置制得的氢气输送至合成氨设备。合成氨设备从电解制氢装置获得氢气和从氮气源获得氮气后，高温高压下合成制得氨气，通过火电厂的氨供给管路提供给火电厂的各个需要氨的系统。多出的氨气可以存储到液氨储罐12中，低温液化灌装成液态氨后可以对外售卖。
通过上述火电厂电解制氢合成氨系统，可以利用火电厂的调峰调频结余电量制备得到的氢气并进一步合成得到氨气，从而为火电厂的各种需要氨气的系统提供氨气，实现了能源的循环利用和转化。
一般地，所述火电厂的发电装置为火力发电机组，包括发电机101、汽轮机102、凝汽器103、低压加热器104、除氧器105、高压加热器106和锅炉107；所述电解制氢装置1的电源输入端连接于所述发电机101的电源输出端，所述发电机101采用调峰调频结余电量向电解制氢装置1提供电源。
进一步地，所述氨气供给管路连通火电厂的锅炉107的炉膛的多燃料燃烧器110中，作为燃料参与炉膛燃烧，和/或连通火电厂的锅炉的尾部烟道的烟气净化脱硝装置scr工作面108内。
氨气进入锅炉的炉膛的多燃料燃烧器内作为燃料在炉膛内进行燃烧，部分替代燃煤，可以降低锅炉燃煤用量和co2排放量。液氨通往烟气净化脱硝装置scr工作面内，可以实现为scr工作面的喷氨工艺。在本实施例中，所述液氨供给管路先通往喷氨装置109，经由喷氨装置喷往scr工作面。
所述氮气源中的氮气可以从外部直接购买。而在本实施例中，所述氮气源为空分装置3，所述空分装置3的电源输入端连接于所述火电厂的发电输出端(在本实施例中为发电机101)，氮气输出端则连接于合成氨设备2的氮气入口。
采用空分装置3制氮，以火电厂的调峰调频结余电量为电能来源，可以节省从外部购买氮气的成分费用，进一步充分利用火电厂的结余电量，更深一层地提高了能源的利用率。在实际应用中，可以采用深冷空分制氮装置、变压吸附空分装置或膜分离空分装置。
进一步地，所述电解制氢装置1的氧气输出端连通于一储氧罐4。更进一步地，所述空分装置3的氧气输出端也连接于上述储氧罐4。制氢和制氮过程中产生的氧气通过储氧罐储存起来，可以灌装后对外售卖，也可以为锅炉燃烧提供氧气。
所述电解制氢装置1的氢气输出端还通过超低温液化装置或高压气体压缩装置连接到氢存储罐5，用于将未输入至合成氨设备中的氢气以超低温液态氢或高压压缩气态氢的形态输出至氢存储罐5。制氢过程中未立即用于氨气制备的氢气可以先存储在氢气存储罐5内，既可以为锅炉燃烧提供燃料，也可以对外销售，还可以后续为氨的制备继续提供氢气。
另外，所述电解制氢装置的氢气输出端或氢存储罐还可以连通于对外氢输送管道，通过对外氢输送管道对外直接输送氢气。
所述电解制氢装置1和空分装置3可以分别通过流量阀往合成氨设备2中通入氢气和氮气。通过流量阀可以实现根据预设的氢气和氨气比例往合成氨设备中通入氢气和氮气，既保证制氨的效果，也不浪费氢气和氮气。
进一步地，所述空分装置3的氮气输出端还连通于一氮气存储罐6，用于将未输入至合成氨设备中的氮气输出至氮气存储罐6。类似地，制氮过程中未立即用于氨气制备的氮气可以先存储在氮气存储罐6中，既可以灌装之后对外销售，还可以后续为氨的制备继续提供氮气。
进一步地，所述电解制氢装置1可以采用碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物电解制氢装置。
进一步地，所述电解制氢装置1的进水口通过补水泵7连通火电厂的化学水处理车间8，火电厂的化学水处理车间8通过纯水制备装置9连通于所述补水泵7。
进一步地，所述火电厂的发电输出端(在本实施例中具体为发电机101的输出端)具体通过逆变器10电性连接于所述电解制氢装置1的电源输入端，所述火电厂的发电输出端还通过另一逆变器11电性连接于空分装置3的电源输入端。
所述合成氨设备2可以通过氨气流量控制阀连通于氨气供给管路。
实施例2
如图2所示，在本实施例中，电网调度中心根据区域内实时发电和调峰负荷需求情况向火电厂的电厂集控中心发送调峰负荷指令，火电厂的电厂集控中心根据所述调峰负荷指令控制调整火电厂的调峰调频结余电量。火电厂的发电装置将调峰调频结余电量为电解制氢装置1提供电源，所述电解制氢装置制得的氢气输送至合成氨设备2。
氮气由空分装置3制得，所述空分装置3的电源输入端连接于所述火电厂的发电输出端(在本实施例中为发电机101的输出端)，氮气输出端则连接于合成氨设备2的氮气入口。发电装置采用结余电量为空分装置3提供电源。
合成氨设备从电解制氢装置获得氢气和从氮气源获得氮气后，高温高压下合成制得氨气，通过火电厂的氨气供给管路提供给火电厂的各个需要氨气的系统。
液氨进入锅炉107的炉膛内作为燃料在炉膛内进行燃烧，部分替代燃煤，可以降低锅炉燃煤用量和co2排放量。另外，液氨通往喷氨装置109中，喷向烟气净化脱硝装置scr工作面108内，实现为scr工作面的喷氨工艺。
在本实施例中，电解制氢装置1中多余的氢气和制得的氧气均通往锅炉107的炉膛的多燃料燃烧器110中起到助燃稳燃的作用，氧气则实现锅炉的富氧燃烧。
火电厂的化学水处理车间8将处理完成的化学水通往纯水制备装置9中，纯水制备装置9制作得到纯水后，补水泵将纯水抽往电解制氢装置中作为原料水。
在本实施例中，电厂所制取的各种气体产品全部用于电厂系统自用，没有气体产品对外销售。
实施例3
如图3所示，本实施例的组成和实施例1基本相同，主要区别在于，在本实施例中，不设置空分装置，所有的氮气从外部直接购买，氧气从电解制氢装置中产生。系统其它构成及功能及最终产品与实施例1基本相同。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。