一种燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统的制作方法

本发明属于火力发电技术领域，涉及一种燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统。

背景技术：

近年来，世界范围内的能源结构发生了巨大的调整，可再生能源的比例逐年提升，这一点在我国的电力结构中尤为明显，可再生能源的发展可以用高速来形容。可以预见，未来世界的能源必然是可再生能源主导的。氢能作为时下热门的研究方向，已成为未来能源重要的备选方案之一。通过各种方法制氢、储氢，再将其重新转化为高品质的电能是一条可行的技术路线。目前，已有学者提出将燃气轮机技术与氢能耦合，成为未来规模化制-储-用氢的备选方案之一。

氢气作为一种极易燃烧、爆炸的高热值燃料，其规模化应用过程中的安全问题是其技术难点之一。通过重整的方式将绿氢与二氧化碳重整为更易存储和运输的甲醇燃料，可以极大的降低氢能利用的安全风险。

我国电力结构中燃煤火电机组的占比非常高，并且，存在显著的机组服役年限较短、机组技术水平和循环效率较高的特点。相比而言，燃气轮机在我国电力结构中的占比较小，机组的初装、运维费用都非常高，制约了燃汽轮机的普及应用。可以预见，在未来可再生能源逐步替代化石能源的进程中，大量的现役燃煤火电机组将被迫淘汰，从而造成大量资产的贬值损失。

如果能够将现役燃煤火电机组与未来绿氢燃料耦合，并通过绿氢醇化技术将绿氢重整为的安全稳定的甲醇燃料，从而实现现役火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造，则对我国煤电行业具有非常重要的意义，然而现有技术中没有给出现役燃煤火电机组与未来绿氢燃料耦合的技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统，该系统能够实现现役燃煤火电机组与未来绿氢燃料的耦合。

为达到上述目的，本发明所述的燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统包括烟囱、可再生绿色电源、电用户、绿氢生产系统、甲醇存储系统、甲醇燃料锅炉、二氧化碳捕集系统、烟气水分回收系统、绿氢醇化系统及汽轮发电机组；

可再生绿色电源的输出端与电用户及绿氢生产系统的电源接口相连接；

甲醇存储系统的出口与甲醇燃料锅炉的甲醇入口相连通，甲醇燃料锅炉的烟气出口依次经二氧化碳捕集系统及烟气水分回收系统与烟囱的入口相连通；

二氧化碳捕集系统的二氧化碳出口与绿氢醇化系统的二氧化碳入口相连通，烟气水分回收系统的疏水出口与绿氢生产系统的入水口相连通，绿氢生产系统的氢气出口与绿氢醇化系统的氢气入口相连通，绿氢醇化系统的甲醇出口与甲醇存储系统的入口相连通；

甲醇燃料锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机组的蒸汽入口相连通，汽轮发电机组的输出端与电用户及绿氢生产系统的电源接口相连接。

甲醇燃料锅炉的烟气出口依次经scr脱硝系统与二氧化碳捕集系统相连通。

烟气水分回收系统与烟囱之间设置有引风机。

引风机经烟气管道与烟囱的入口相连通。

可再生绿色电源包括太阳能发电系统及风力发电系统。

可再生绿色电源与绿氢生产系统的电源接口之间设置有第一控制阀。

汽轮发电机组的输出端与绿氢生产系统的电源接口之间设置有第二控制阀。

甲醇存储系统的出口处设置有流量调节阀。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统在具体操作时，在电网用电低谷期，绿氢生产系统将可再生绿色电源及汽轮发电机组生产的过剩电力通过电化学方式转化为绿氢，再将绿氢与二氧化碳捕集系统收集的二氧化碳在绿氢醇化系统中重整为更加安全、易存储的甲醇燃料，然后存储于甲醇存储系统中；在电网用电高峰期，将甲醇存储系统中的甲醇燃料直接供给到甲醇燃料锅炉中燃烧，以释放化学能并生产水蒸气驱动汽轮发电机组发电，以实现现役燃煤火电机组与未来绿氢燃料的耦合，结构简单，操作方便，实用性极强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为可再生绿色电源、2为甲醇存储系统、3为甲醇燃料锅炉、4为scr脱硝系统、5为二氧化碳捕集系统、6为绿氢醇化系统、7为烟气水分回收系统、8为汽轮发电机组、9为绿氢生产系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的燃煤火电机组零碳排放绿氢醇化制储用联合升级改造系统包括烟囱、可再生绿色电源1、电用户、绿氢生产系统9、甲醇存储系统2、甲醇燃料锅炉3、二氧化碳捕集系统5、烟气水分回收系统7、绿氢醇化系统6及汽轮发电机组8；可再生绿色电源1的输出端与电用户及绿氢生产系统9的电源接口相连接；甲醇存储系统2的出口与甲醇燃料锅炉3的甲醇入口相连通，甲醇燃料锅炉3的烟气出口依次经二氧化碳捕集系统5及烟气水分回收系统7与烟囱的入口相连通；二氧化碳捕集系统5的二氧化碳出口与绿氢醇化系统6的二氧化碳入口相连通，烟气水分回收系统7的疏水出口与绿氢生产系统9的入水口相连通，绿氢生产系统9的氢气出口与绿氢醇化系统6的氢气入口相连通，绿氢醇化系统6的甲醇出口与甲醇存储系统2的入口相连通；甲醇燃料锅炉3的蒸汽出口与汽轮发电机组8的蒸汽入口相连通，汽轮发电机组8的输出端与电用户及绿氢生产系统9的电源接口相连接。

具体的，甲醇燃料锅炉3的烟气出口依次经scr脱硝系统4与二氧化碳捕集系统5相连通；烟气水分回收系统7与烟囱之间设置有引风机；引风机经烟气管道与烟囱的入口相连通；可再生绿色电源1包括太阳能发电系统及风力发电系统。

可再生绿色电源1与绿氢生产系统9的电源接口之间设置有第一控制阀；汽轮发电机组8的输出端与绿氢生产系统9的电源接口之间设置有第二控制阀；甲醇存储系统2的出口处设置有流量调节阀。

本发明的具体工作过程为：

电网用电低谷期，绿氢生产系统9将可再生绿色电源1及汽轮发电机组8生产的过剩电力通过电化学方式转化为绿氢，再将绿氢与二氧化碳捕集系统5收集的二氧化碳在绿氢醇化系统6中重整为更加安全、易存储的甲醇燃料，然后存储于甲醇存储系统2中；在电网用电高峰期，将甲醇存储系统2中的甲醇燃料直接供给到甲醇燃料锅炉3中燃烧，以释放化学能并生产水蒸气驱动汽轮发电机组8发电；

甲醇燃料锅炉3产生的烟气经过scr脱硝系统4脱硝处理后进入二氧化碳捕集系统5中进行二氧化碳捕集，然后再进入烟气水分回收系统7中回收水分，最后经引风机后从烟囱排出，其中，并将捕集到的二氧化碳送入绿氢醇化系统6中对氢气进行醇化，烟气水分回收系统7回收的水分送入绿氢生产系统9中产生氢气。

本发明可降低氢储能再转化为高品质电能的设备投资和技术风险，适合于我国现役燃煤火电机组存量大、投运时间短的特点，对未来以氢气作为储能介质的储能技术的发展提供一条成熟、可靠的技术路线。升级改造后，现役燃煤火电机组全部燃用绿氢醇化后的甲醇燃料，燃烧产生的烟气中的二氧化碳经捕集后重新用于绿氢醇化重整工艺；烟气中的水分经过回收可循环生产绿氢，从而实现零碳排放。现役大量的燃煤火电机组经过升级改造后绝大部分设备可以利旧，从而实现极低投入即可将绿氢储能转化为高品质电力的目的，由于整个循环过程增加的新设备极少，因此，也不存在设备生产阶段额外碳排放。