電解水制氫與發(fā)電一體化裝置及制氫與發(fā)電方法與流程
1.本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域，特別涉及一種電解水制氫與發(fā)電一體化裝置及制氫與發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
2.在低碳減排的大背景下，全球能源結(jié)構(gòu)正在向以清潔能源為主體的方向轉(zhuǎn)變。其中，氫能作為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础ｋ娊馑茪浼夹g(shù)是生產(chǎn)清潔氫氣的主要方法，通過電解方式將水電解為綠氫氣和氧氣，綠氫氣可以儲(chǔ)存并作為能源使用，副產(chǎn)品氧氣可以收集利用，避免資源浪費(fèi)。當(dāng)副產(chǎn)品氧氣輔助原料燃燒進(jìn)行發(fā)電時(shí)，產(chǎn)生的煙氣含有大量的能量，目前煙氣通常是直接排出，一方面造成環(huán)境污染，另一方面煙氣中的能量浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
3.為解決上述技術(shù)問題中的至少之一，本發(fā)明提供一種電解水制氫與發(fā)電一體化裝置及制氫與發(fā)電方法，所采用的技術(shù)方案如下：
4.本發(fā)明提供一種電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，電解水制氫與發(fā)電一體化裝置包括制氫系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)，所述制氫系統(tǒng)包括電解槽、儲(chǔ)氫容器、電解液容器，所述電解槽連通有氫氣管路、氧氣管路，所述氫氣管路上設(shè)置有第一氣液分離器、第一氣體洗滌器，所述第一氣液分離器與所述第一氣體洗滌器之間設(shè)置有第一回流管路，所述第一氣液分離器與所述電解槽之間設(shè)置有第三回流管路，所述氫氣管路連通所述儲(chǔ)氫容器，所述氧氣管路上設(shè)置有第二氣液分離器、第二氣體洗滌器，所述第二氣液分離器與所述第二氣體洗滌器之間設(shè)置有第二回流管路，所述第二氣液分離器與所述電解槽之間設(shè)置有第四回流管路，所述電解液容器連通所述第一氣液分離器與所述第二氣液分離器；所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒室、儲(chǔ)水室，所述儲(chǔ)水室設(shè)置于所述燃燒室表面，所述燃燒室上設(shè)置有進(jìn)料通道，所述燃燒室連通所述氧氣管路，所述燃燒室上設(shè)置有排煙口，所述儲(chǔ)水室上設(shè)置有蒸汽出口；所述發(fā)電系統(tǒng)包括汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器，所述蒸汽出口連通所述汽輪發(fā)電機(jī)，所述汽輪發(fā)電機(jī)連通所述冷凝器；所述烘干系統(tǒng)包括進(jìn)料結(jié)構(gòu)、第一輸送機(jī)、滾筒，所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)用于存放原料，所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)與所述第一輸送機(jī)連接，所述第一輸送機(jī)內(nèi)部設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)，所述第一輸送機(jī)設(shè)置于所述滾筒的第一端，通過所述螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)能夠?qū)⒃贤扑偷剿鰸L筒內(nèi)部，所述滾筒能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，所述滾筒連通所述排煙口。
5.本發(fā)明的實(shí)施例至少具有以下有益效果：本發(fā)明中，水在電解槽內(nèi)進(jìn)行電解，生成氫氣和氧氣，氫氣通過氫氣管路進(jìn)行氣液分離和洗滌，處理后的氫氣收集到儲(chǔ)氫容器中，氧氣通過氧氣管路進(jìn)行氣液分離和洗滌，處理后的氧氣通入燃燒室中，使燃燒室中的生物質(zhì)在高氧含量的氣體中充分燃燒，生成的熱量加熱儲(chǔ)水室內(nèi)的水，生成蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電能驅(qū)動(dòng)電解水的進(jìn)行，形成能源的循環(huán)利用。同時(shí)，具有熱量的煙氣排入到滾筒中，滾筒帶動(dòng)內(nèi)部的生物質(zhì)與煙氣充分接觸，烘干生物質(zhì)，便于生物質(zhì)燃燒過程的進(jìn)行；煙氣對(duì)電解生成的氧氣進(jìn)行加熱，進(jìn)一步提升燃燒效率；煙氣也對(duì)儲(chǔ)水室內(nèi)的水進(jìn)行加
熱，便于水形成蒸汽，充分利用煙氣中的熱量，節(jié)約能源。
6.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括二氧化碳捕集系統(tǒng)，所述二氧化碳捕集系統(tǒng)包括吸收塔、換熱器、再生塔，所述吸收塔上設(shè)置有煙氣入口，所述煙氣入口用于將煙氣導(dǎo)入所述吸收塔內(nèi)，所述吸收塔內(nèi)設(shè)置有氣體通過結(jié)構(gòu)、噴淋結(jié)構(gòu)，所述噴淋結(jié)構(gòu)位于所述氣體通過結(jié)構(gòu)上方，所述換熱器連通所述吸收塔與所述再生塔，所述再生塔上連通有二氧化碳儲(chǔ)罐。
7.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述電解槽內(nèi)部設(shè)置有陽(yáng)極板、陰極板、陽(yáng)離子交換膜，所述陽(yáng)極板與所述陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陽(yáng)極室，所述陰極板與所述陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陰極室，所述陽(yáng)極室連通所述氧氣管路，所述陰極室連通所述氫氣管路。
8.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述電解液容器與所述第一氣液分離器、所述第二氣液分離器之間設(shè)置有加熱器，所述加熱器用于提升電解液的溫度。
9.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括空氣預(yù)熱器、給水預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器連通所述滾筒，所述空氣預(yù)熱器連通所述氧氣通道，所述給水預(yù)熱器連通所述空氣預(yù)熱器，所述給水預(yù)熱器設(shè)置于所述儲(chǔ)水室上。
10.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述冷凝器連通所述給水預(yù)熱器。
11.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述烘干系統(tǒng)還包括第二輸送機(jī)，所述第二輸送機(jī)設(shè)置于所述滾筒的第二端，所述第二輸送機(jī)用于將原料排出所述滾筒。
12.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述烘干系統(tǒng)還包括支架、皮帶，所述滾筒與所述支架活動(dòng)連接，所述滾筒與所述皮帶抵接，所述皮帶驅(qū)動(dòng)所述滾筒進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
13.本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述氣體通過結(jié)構(gòu)與所述吸收塔內(nèi)壁之間設(shè)置有縫隙，吸收液能夠通過所述縫隙流至所述吸收塔底部。
14.本發(fā)明提供一種制氫與發(fā)電方法，包括：電解水生成氫氣和氧氣，對(duì)氫氣和氧氣分別進(jìn)行氣液分離并洗滌，分離出的液體回流至電解槽循環(huán)使用；
15.電解水生成的氧氣通入燃燒室中，助燃生物質(zhì)，形成熱量與煙氣，形成的熱量對(duì)儲(chǔ)水室內(nèi)的水進(jìn)行加熱，生成蒸汽；
16.蒸汽通入汽輪發(fā)電機(jī)，使汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，為電解水提供電能，蒸汽發(fā)電后冷凝為液體；
17.煙氣通入滾筒中，對(duì)滾筒內(nèi)的生物質(zhì)進(jìn)行烘干，烘干后的生物質(zhì)導(dǎo)入燃燒室中進(jìn)行燃燒放熱，經(jīng)過烘干過程后的煙氣與電解形成的氧氣進(jìn)行熱交換，提升氧氣溫度，煙氣與儲(chǔ)水室內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，提升水的溫度。
18.本發(fā)明的實(shí)施例至少具有以下有益效果：本發(fā)明中，水電解形成的氧氣為生物質(zhì)的燃燒提供便利環(huán)境，而生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量在發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為電能，電能又保證電解水的持續(xù)進(jìn)行，形成資源的循環(huán)利用；同時(shí)，生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙氣具有很高的熱量，熱量用于烘干生物質(zhì)，熱量用于提升氧氣的溫度，熱量也能夠提升儲(chǔ)水室中水的溫度，為整體反應(yīng)提供更有利的條件，使煙氣充分利用，降低能耗。
19.本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說明
20.本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
21.圖1是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置中制氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
22.圖2是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置中燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
23.圖3是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置中發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
24.圖4是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置中烘干系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
25.圖5是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置中二氧化碳捕集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
26.圖6是本發(fā)明電解水制氫與發(fā)電一體化裝置的工作流程圖。
27.附圖標(biāo)記：
28.101.電解槽；102.儲(chǔ)氫容器；103.電解液容器；104.氫氣管路；105.氧氣管路；106.第一氣液分離器；107.第一氣體洗滌器；108.第一回流管路；109.第三回流管路；110.第二氣液分離器；111.第二氣體洗滌器；112.第二回流管路；113.第四回流管路；114.陽(yáng)極板；115.陰極板；116.加熱器；
29.201.燃燒室；202.儲(chǔ)水室；203.進(jìn)料通道；204.排煙口；205.蒸汽出口；
30.301.汽輪發(fā)電機(jī)；302.冷凝器；
31.401.進(jìn)料結(jié)構(gòu)；402.第一輸送機(jī)；403.滾筒；404.第二輸送機(jī)；
32.501.吸收塔；502.換熱器；503.再生塔；504.噴淋結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
33.本部分將結(jié)合圖1至圖6詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
34.在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)“中心”、“中部”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于區(qū)分特征名稱，而非具有特殊含義，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
35.在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
36.我國(guó)生物質(zhì)資源量豐富，根據(jù)最新的可再生能源手冊(cè)數(shù)據(jù)可知：我國(guó)2020年和2030年生物質(zhì)資源總量分別為每年6.9億噸和每年8.3億噸，未來可以提高至每年9.9億噸，
滿足新技術(shù)路線對(duì)于生物質(zhì)燃料的需求。國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代中期已開始對(duì)固體燃料的富氧燃燒脫碳技術(shù)展開了研究，目前已有35mw的示范工程，技術(shù)也基本成熟。
37.本發(fā)明綜合生物質(zhì)富氧燃燒發(fā)電技術(shù)和電解水制氫技術(shù)，利用電解水制氫系統(tǒng)的副產(chǎn)物氧氣為生物質(zhì)燃燒提供富氧環(huán)境，同時(shí)利用煙氣余熱對(duì)生物質(zhì)、助燃?xì)狻⒔o水等進(jìn)行預(yù)熱，以期對(duì)生物質(zhì)富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)提供助力，并對(duì)產(chǎn)生的爐灰及煙氣中的灰分進(jìn)行充分的資源化利用。
38.本發(fā)明實(shí)施例提供一種電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，包括制氫系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)。
39.如圖1所示，制氫系統(tǒng)包括電解槽101、儲(chǔ)氫容器102、電解液容器103，電解反應(yīng)在電解槽101內(nèi)進(jìn)行，電解槽101為相對(duì)封閉的結(jié)構(gòu)，電解槽101通過管路與外部設(shè)備連通，保證生成的氫氣與氧氣得到充分的收集，避免氫氣或氧氣泄露。儲(chǔ)氫容器102用于儲(chǔ)存電解反應(yīng)生成的氫氣，氫氣在儲(chǔ)氫容器102中的狀態(tài)為高壓、氣態(tài)，因此，儲(chǔ)氫容器102能夠承受高壓。電解液容器103用于儲(chǔ)存電解反應(yīng)所需的電解液，可以理解的是，電解液容器103與電解槽101連通，從而將電解液導(dǎo)入電解槽101內(nèi)。具體地，電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％至45％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。
40.電解槽101連通有氫氣管路104、氧氣管路105，氫氣管路104將電解水生成的氫氣導(dǎo)入到儲(chǔ)氫容器102內(nèi)，因此，氫氣管路104連通儲(chǔ)氫容器102，氧氣管路105將電解水生成的副產(chǎn)品氧氣集中導(dǎo)入燃燒系統(tǒng)中，對(duì)氧氣進(jìn)行充分利用，節(jié)約能源。
41.為保證收集的氫氣純凈，避免氫氣中存在較多的電解液成分，氫氣管路104上設(shè)置有第一氣液分離器106、第一氣體洗滌器107，氫氣進(jìn)入第一氣液分離器106時(shí)，氫氣中的電解液分離，氫氣進(jìn)入第一氣體洗滌器107時(shí)，氫氣中的堿性成分進(jìn)一步被洗滌、吸收；為保證電解生成的氧氣純凈、便于利用，氧氣管路105上設(shè)置有第二氣液分離器110、第二氣體洗滌器111，氧氣進(jìn)入第二氣液分離器110時(shí)，氧氣中的電解液分離，氧氣進(jìn)入第二氣體洗滌器111時(shí)，氧氣中的堿性成分進(jìn)一步被洗滌、吸收。
42.具體地，第一氣液分離器106、第二氣液分離器110采用重力沉降式，由于氣體與液體的比重不同，液體在與氣體一起流動(dòng)時(shí)，液體所受到的重力作用較大，產(chǎn)生向下的速度，而氣體仍然朝著原來的方向流動(dòng)，液體與氣體在重力場(chǎng)中有分離的傾向，向下的液體附著在第一氣體分離器或第二氣體分離器的壁面上，匯聚在一起，從而使氣、液進(jìn)行分離。
43.第一氣體洗滌器107、第二氣體洗滌器111采用洗滌淋降方式對(duì)含堿氫氣或含堿氧氣進(jìn)行除堿清洗，其中，選用純水做洗滌液不被堿化、效果較好，同時(shí)能夠起到冷卻的作用。第一氣體洗滌器107、第二氣體洗滌器111中設(shè)置噴淋層，洗滌液由多個(gè)噴嘴下噴成霧滴狀，與逆流的氫氣或氧氣充分混合，使氫氣或氧氣攜帶的液滴進(jìn)一步沉降。
44.第一氣液分離器106與第一氣體洗滌器107之間設(shè)置有第一回流管路108，由于第一氣體洗滌器107中的淋降作用，第一氣體洗滌器107中會(huì)存在較多的液體，且液體中存在較多的電解液成分，為避免電解液浪費(fèi)，電解液能夠沿著第一回流管路108回流至第一氣液分離器106中，與第一氣液分離器106內(nèi)的少量液體進(jìn)行混合，當(dāng)液體積累到一定量時(shí)，能夠?qū)腚娊獠?01內(nèi)，使資源充分利用。
45.第二氣液分離器110與第二氣體洗滌器111之間設(shè)置有第二回流管路112，由于第二氣體洗滌器111中的淋降作用，第二氣體洗滌器111中會(huì)存在較多的液體，電解液能夠沿
著第二回流管路112回流至第二氣液分離器110中，與第二氣液分離器110內(nèi)的少量液體進(jìn)行混合，當(dāng)液體積累到一定量時(shí)，能夠?qū)腚娊獠?01內(nèi)。
46.進(jìn)一步地，第一氣液分離器106與電解槽101之間設(shè)置有第三回流管路109，第二氣液分離器110與電解槽101之間設(shè)置有第四回流管路113。液體能夠沿著第三回流管路109或第四回流管路113回流至電解槽101內(nèi)，為保證液體回流的效率，第三回流管路109和第四回流管路113上分別設(shè)置有液體泵，為液體提供回流動(dòng)力。
47.可以理解的是，電解液容器103連通第一氣液分離器106與第二氣液分離器110，電解液從電解液容器103流至第一氣液分離器106與第二氣液分離器110，再?gòu)牡谝粴庖悍蛛x器106與第二氣液分離器110中進(jìn)一步流入電解槽101內(nèi)，從而滿足電解反應(yīng)的條件。具體地，電解液連通第一氣液分離器106與第二氣液分離器110的管路上設(shè)置有液體泵，液體泵為電解液的流動(dòng)提供動(dòng)力。
48.在一些示例中，電解槽101內(nèi)部設(shè)置有陽(yáng)極板114、陰極板115，在電解反應(yīng)中，氧氣從陽(yáng)極板114附近生成，氫氣從陰極板115附近生成。可以理解的是，陽(yáng)極板114與陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陽(yáng)極室，陰極板115與陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陰極室，陽(yáng)極室與陰極室之間設(shè)置有陽(yáng)離子交換膜，進(jìn)一步促進(jìn)電解反應(yīng)的進(jìn)行。為便于氫氣與氧氣的收集或利用，陽(yáng)極室連通氧氣管路105，陰極室連通氫氣管路104。同時(shí)，第三回流管路109連通陽(yáng)極室，第四回流管路113連通陰極室，保證陰極室與陽(yáng)極室內(nèi)所進(jìn)入的電解液量近似相同。
49.在一些示例中，電解液容器103與第一氣液分離器106、第二氣液分離器110之間設(shè)置有加熱器116，加熱器116用于提升電解液的溫度，使電解液在進(jìn)入電解槽101時(shí)，具有一定的初始溫度，有助于電解反應(yīng)的進(jìn)行。
50.如圖2所示，燃燒系統(tǒng)包括燃燒室201、儲(chǔ)水室202，燃燒室201用于進(jìn)行生物質(zhì)的燃燒，生物質(zhì)燃燒生成大量的熱量，而儲(chǔ)水室202設(shè)置于燃燒室201的表面，熱量通過熱傳遞使儲(chǔ)水室202的溫度升高，進(jìn)而提升儲(chǔ)水室202內(nèi)水的溫度，水在高溫下蒸發(fā)生成蒸汽，蒸汽能夠被發(fā)電系統(tǒng)利用。
51.可以理解的是，燃燒室201上設(shè)置有進(jìn)料通道203，生物質(zhì)通過進(jìn)料通道203到達(dá)燃燒室201內(nèi)，從而進(jìn)行燃燒，為使蒸汽與燃燒產(chǎn)生的煙氣都集中進(jìn)行利用，燃燒室201上設(shè)置有排煙口204，儲(chǔ)水室202上設(shè)置有蒸汽出口205。
52.具體地，進(jìn)料通道203傾斜設(shè)置，便于生物質(zhì)從進(jìn)料通道203滑落至燃燒室201內(nèi)部，無需提供額外動(dòng)力。
53.進(jìn)一步地，在電解反應(yīng)中能夠生成副產(chǎn)品氧氣，氧氣在燃燒系統(tǒng)中起到助燃的重要作用，提升燃燒效率，因此，氧氣管路105連通燃燒室201。具體地，電解反應(yīng)生成的氧氣首先與外部空氣進(jìn)行混合，燃燒室201連通有引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)引入大量空氣，電解反應(yīng)生成的氧氣與引風(fēng)機(jī)引入的空氣在氣體混合裝置中進(jìn)行充分混合，再將混合后的富氧氣體通入燃燒室201內(nèi)，有利于生物質(zhì)充分燃燒。
54.如圖3所示，發(fā)電系統(tǒng)包括汽輪發(fā)電機(jī)301、冷凝器302，蒸汽出口205連通汽輪發(fā)電機(jī)301，蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)301進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)電，電能能夠驅(qū)動(dòng)電解反應(yīng)的進(jìn)行，使電解制氫與發(fā)電一體化裝置持續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。當(dāng)發(fā)電量較大時(shí)，電能可以儲(chǔ)存在蓄能電池中，避免能源散失。
55.蒸汽在驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)301工作后，進(jìn)入冷凝器302，蒸汽由于溫度下降液化為水，
當(dāng)冷凝器302內(nèi)的水越來越多時(shí)，可以將水進(jìn)行收集并充分利用，避免資源浪費(fèi)。
56.如圖4所示，烘干系統(tǒng)包括進(jìn)料結(jié)構(gòu)401、第一輸送機(jī)402、滾筒403，進(jìn)料結(jié)構(gòu)401用于存放生物質(zhì)，具體地，生物質(zhì)包括已切碎的秸稈、木屑、果殼，進(jìn)料結(jié)構(gòu)401與第一輸送機(jī)402連通，第一輸送機(jī)402與滾筒403連通。進(jìn)料結(jié)構(gòu)401將生物質(zhì)導(dǎo)入第一輸送機(jī)402，第一輸送機(jī)402通過內(nèi)部的螺旋結(jié)構(gòu)不斷將生物質(zhì)推送至滾筒403內(nèi)，在滾筒403內(nèi)部，生物質(zhì)進(jìn)行烘干，為生物質(zhì)的燃燒做準(zhǔn)備。滾筒403的第一端連通第一輸送機(jī)402，同時(shí)，滾筒403的第一端還連通排煙口204，煙氣存在較大的熱量，導(dǎo)入滾筒403內(nèi)部后，能夠?qū)ι镔|(zhì)進(jìn)行高溫烘干，從而充分利用煙氣中的熱能。
57.在一些示例中，烘干系統(tǒng)還包括第二輸送機(jī)404，第二輸送機(jī)404設(shè)置于滾筒403的第二端，第二輸送機(jī)404將烘干完成的生物質(zhì)排出燃燒室201，可以理解的是，第二輸送機(jī)404連通進(jìn)料通道203。
58.在一些示例中，烘干系統(tǒng)還包括支架、皮帶，滾筒403設(shè)置于支架上，并與支架活動(dòng)連接，皮帶連接滾筒403，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)滾筒403進(jìn)行自轉(zhuǎn)，在滾筒403的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，滾筒403內(nèi)的生物質(zhì)也一同進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，使生物質(zhì)的各個(gè)部分與高溫?zé)煔獬浞纸佑|，提升烘干效率。
59.在一些示例中，電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括空氣預(yù)熱器、給水預(yù)熱器，由于煙氣中包含大量的熱能，熱能傳遞給生物質(zhì)進(jìn)行烘干后，煙氣中還殘存一定的熱能，煙氣繼續(xù)導(dǎo)入至空氣預(yù)熱器中，空氣預(yù)熱器連通氧氣通道，將電解生成的氧氣進(jìn)行升溫，從而提升助燃?xì)怏w的溫度，使生物質(zhì)燃燒更加充分。給水預(yù)熱器連通空氣預(yù)熱器，煙氣通過空氣預(yù)熱器后，繼續(xù)導(dǎo)入至給水預(yù)熱器，給水預(yù)熱器設(shè)置于儲(chǔ)水室202上，通過熱傳遞使儲(chǔ)水室202中的水升溫，便于生成蒸汽，對(duì)煙氣進(jìn)行分層次的利用，節(jié)約能源。
60.具體地，滾筒403第二端設(shè)置有布袋除塵器與引風(fēng)機(jī)，煙氣經(jīng)過滾筒403后，進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵，再通過引風(fēng)機(jī)引流至空氣預(yù)熱器。布袋除塵器適用于捕集細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵，采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。
61.在一些示例中，冷凝器302冷凝生成的水可以通入給水預(yù)熱器，從而對(duì)冷凝水充分利用，避免資源浪費(fèi)。
62.如圖5所示，在一些示例中，電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括二氧化碳捕集系統(tǒng)，二氧化碳捕集系統(tǒng)用于收集煙氣中的二氧化碳，進(jìn)一步對(duì)煙氣進(jìn)行資源利用，二氧化碳捕集系統(tǒng)包括吸收塔501、換熱器502、再生塔503。吸收塔501上設(shè)置有煙氣入口，煙氣通過煙氣入口進(jìn)入吸收塔501內(nèi)，吸收塔501內(nèi)設(shè)置有氣體通過結(jié)構(gòu)、噴淋結(jié)構(gòu)504，煙氣在吸收塔501內(nèi)不斷上升，先后經(jīng)過氣體通過結(jié)構(gòu)與噴淋結(jié)構(gòu)504，氣體通過結(jié)構(gòu)設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)氣體通過結(jié)構(gòu)在吸收塔501的內(nèi)部近似均勻分布，保證煙氣通過后能夠盡量均勻地分布于吸收塔501的內(nèi)部空間，提升二氧化碳的吸收效率。噴淋結(jié)構(gòu)504用于噴灑吸收劑，煙氣在上升過程中，逆向接觸的吸收劑，從而吸收煙氣中的二氧化碳，此時(shí)的吸收液中含有大量二氧化碳。含有二氧化碳的吸收液經(jīng)過換熱器502，最終到達(dá)再生塔503，換熱器502便于將吸收液中的熱能進(jìn)行利用，避免熱能的浪費(fèi)。吸收液在再生塔503內(nèi)進(jìn)行解吸，從而釋放出所吸收的二氧化碳進(jìn)行收集。
63.具體地，吸收塔501與換熱器502之間設(shè)置有液體泵，將吸收液導(dǎo)入再生塔503中，再生塔503也通過換熱器502連通吸收塔501，將解吸后的吸收劑重新從噴淋結(jié)構(gòu)504噴灑至吸收塔501中，完成吸收劑的循環(huán)利用。再生塔503與換熱器502之間液設(shè)置有液體泵，將吸收劑導(dǎo)入吸收塔501中。
64.在一些示例中，氣體通過結(jié)構(gòu)與吸收塔501內(nèi)壁之間設(shè)置有縫隙，吸收液能夠通過縫隙流至吸收塔501底部，在吸收塔501塔底導(dǎo)入換熱器502中，進(jìn)而導(dǎo)入再生塔503中。
65.如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種制氫與發(fā)電方法。電解水生成氫氣和氧氣，對(duì)氫氣和氧氣分別進(jìn)行氣液分離并洗滌，分離出的液體回流至電解槽101循環(huán)使用。
66.陽(yáng)極板114和陰極板115分別設(shè)置在堿性電解槽101內(nèi)部的兩側(cè)，電解槽101內(nèi)具有堿性電解液，電解產(chǎn)生的氧氣最初為氣液混合物，首先通過氧氣管路105進(jìn)入第二氣液分離器110，將氧氣從氣液混合物中分離出來，進(jìn)而進(jìn)入第二氣體洗滌器111。液體回流至第二氣液分離器110，得到較為純凈的氧氣經(jīng)由管道輸送至氣體混合裝置，與空氣混合完畢形成富氧助燃?xì)夤┥镔|(zhì)燃燒所用。
67.電解產(chǎn)生的氫氣最初為氣液混合物，首先通過氫氣管路104進(jìn)入第一氣液分離器106，將氫氣從氣液混合物中分離出來，進(jìn)而進(jìn)入第一氣體洗滌器107，液體回流至第一氣液分離器106，得到較為純凈的氫氣經(jīng)由管道輸送至儲(chǔ)氫容器102儲(chǔ)存。電解液首先經(jīng)過加熱器116升溫，再輸送至第一氣液分離器106和第二氣液分離器110中，與分離出的電解液混合，然后分別將電解液輸送至電解槽101進(jìn)行通電電解。
68.電解水生成的氧氣通入燃燒室201中，助燃生物質(zhì)，形成熱量與煙氣，形成的熱量對(duì)儲(chǔ)水室202內(nèi)的水進(jìn)行加熱，生成蒸汽。
69.燃燒室201下端一側(cè)與進(jìn)料通道203相連，另一側(cè)經(jīng)由管道與引風(fēng)機(jī)相連，用以引入生物質(zhì)燃燒所用富氧助燃?xì)猓紵a(chǎn)生額熱量對(duì)儲(chǔ)水室202內(nèi)的水進(jìn)行加熱，水不斷蒸發(fā)，從而生成大量的蒸汽。燃燒生成的煙氣集中進(jìn)行處理，提取煙氣中的熱量，使資源充分利用。
70.蒸汽通入汽輪發(fā)電機(jī)301，使汽輪發(fā)電機(jī)301進(jìn)行發(fā)電，為電解水提供電能，蒸汽發(fā)電后冷凝為液體。
71.發(fā)電系統(tǒng)利用生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電，產(chǎn)生的電能主要用以電解水制氫。生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽由汽輪發(fā)電機(jī)301體下端的蒸汽進(jìn)管進(jìn)入系統(tǒng)，利用過的蒸汽經(jīng)由汽輪發(fā)電機(jī)301體底部的蒸汽管道排至冷凝器302中，由此產(chǎn)生的冷凝水輸送至給水預(yù)熱器，達(dá)到循環(huán)利用原料的目的。產(chǎn)生的電能通過電流輸出線為電解水制氫系統(tǒng)供電。
72.煙氣通入滾筒403中，對(duì)滾筒403內(nèi)的生物質(zhì)進(jìn)行烘干，烘干后的生物質(zhì)導(dǎo)入燃燒室201中進(jìn)行燃燒放熱，經(jīng)過烘干過程后的煙氣與電解形成的氧氣進(jìn)行熱交換，提升氧氣溫度，煙氣與儲(chǔ)水室202內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，提升水的溫度。
73.生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)排出的高溫?zé)煔馐紫葹楹娓上到y(tǒng)提供熱量，經(jīng)烘干系統(tǒng)排出后至空氣預(yù)熱器，燃燒系統(tǒng)所用富氧助燃?xì)庥裳鯕馀c引風(fēng)機(jī)引入的空氣在氣體混合裝置混合均勻，經(jīng)由空氣預(yù)熱器升溫后輸送至燃燒系統(tǒng)，以提高生物質(zhì)的燃燒效率。燃燒系統(tǒng)所用水來自給水預(yù)熱器預(yù)熱后的水，預(yù)熱所用熱量來自于空氣預(yù)熱器利用過的仍有余熱的煙氣。燃燒系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生大量爐灰，輸送并存至灰渣庫(kù)，灰分主要為草木灰，富含植物所需的氮、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，可以全部用于制備有機(jī)肥，達(dá)到綜合利用生物質(zhì)的目的。
74.在本說明書的描述中，若出現(xiàn)參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
75.以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在所述技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
技術(shù)特征：
1.電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，包括：制氫系統(tǒng)，所述制氫系統(tǒng)包括電解槽、儲(chǔ)氫容器、電解液容器，所述電解槽連通有氫氣管路、氧氣管路，所述氫氣管路上設(shè)置有第一氣液分離器、第一氣體洗滌器，所述第一氣液分離器與所述第一氣體洗滌器之間設(shè)置有第一回流管路，所述第一氣液分離器與所述電解槽之間設(shè)置有第三回流管路，所述氫氣管路連通所述儲(chǔ)氫容器，所述氧氣管路上設(shè)置有第二氣液分離器、第二氣體洗滌器，所述第二氣液分離器與所述第二氣體洗滌器之間設(shè)置有第二回流管路，所述第二氣液分離器與所述電解槽之間設(shè)置有第四回流管路，所述電解液容器連通所述第一氣液分離器與所述第二氣液分離器；燃燒系統(tǒng)，所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒室、儲(chǔ)水室，所述儲(chǔ)水室設(shè)置于所述燃燒室表面，所述燃燒室上設(shè)置有進(jìn)料通道，所述燃燒室連通所述氧氣管路，所述燃燒室上設(shè)置有排煙口，所述儲(chǔ)水室上設(shè)置有蒸汽出口；發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括汽輪發(fā)電機(jī)、冷凝器，所述蒸汽出口連通所述汽輪發(fā)電機(jī)，所述汽輪發(fā)電機(jī)連通所述冷凝器；烘干系統(tǒng)，所述烘干系統(tǒng)包括進(jìn)料結(jié)構(gòu)、第一輸送機(jī)、滾筒，所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)用于存放原料，所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)與所述第一輸送機(jī)連接，所述第一輸送機(jī)內(nèi)部設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)，所述第一輸送機(jī)設(shè)置于所述滾筒的第一端，通過所述螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)能夠?qū)⒃贤扑偷剿鰸L筒內(nèi)部，所述滾筒能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，所述滾筒連通所述排煙口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括二氧化碳捕集系統(tǒng)，所述二氧化碳捕集系統(tǒng)包括吸收塔、換熱器、再生塔，所述吸收塔上設(shè)置有煙氣入口，所述煙氣入口用于將煙氣導(dǎo)入所述吸收塔內(nèi)，所述吸收塔內(nèi)設(shè)置有氣體通過結(jié)構(gòu)、噴淋結(jié)構(gòu)，所述噴淋結(jié)構(gòu)位于所述氣體通過結(jié)構(gòu)上方，所述換熱器連通所述吸收塔與所述再生塔，所述再生塔上連通有二氧化碳儲(chǔ)罐。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述電解槽內(nèi)部設(shè)置有陽(yáng)極板、陰極板、陽(yáng)離子交換膜，所述陽(yáng)極板與所述陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陽(yáng)極室，所述陰極板與所述陽(yáng)離子交換膜之間設(shè)置有陰極室，所述陽(yáng)極室連通所述氧氣管路，所述陰極室連通所述氫氣管路。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述電解液容器與所述第一氣液分離器、所述第二氣液分離器之間設(shè)置有加熱器，所述加熱器用于提升電解液的溫度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述電解水制氫與發(fā)電一體化裝置還包括空氣預(yù)熱器、給水預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器連通所述滾筒，所述空氣預(yù)熱器連通所述氧氣通道，所述給水預(yù)熱器連通所述空氣預(yù)熱器，所述給水預(yù)熱器設(shè)置于所述儲(chǔ)水室上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述冷凝器連通所述給水預(yù)熱器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述烘干系統(tǒng)還包括第二輸送機(jī)，所述第二輸送機(jī)設(shè)置于所述滾筒的第二端，所述第二輸送機(jī)用于將原料排出所述滾筒。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述烘干系
統(tǒng)還包括支架、皮帶，所述滾筒與所述支架活動(dòng)連接，所述滾筒與所述皮帶抵接，所述皮帶驅(qū)動(dòng)所述滾筒進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于，所述氣體通過結(jié)構(gòu)與所述吸收塔內(nèi)壁之間設(shè)置有縫隙，吸收液能夠通過所述縫隙流至所述吸收塔底部。10.制氫與發(fā)電方法，運(yùn)用權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的電解水制氫與發(fā)電一體化裝置，其特征在于：電解水生成氫氣和氧氣，對(duì)氫氣和氧氣分別進(jìn)行氣液分離并洗滌，分離出的液體回流至電解槽循環(huán)使用；電解水生成的氧氣通入燃燒室中，助燃生物質(zhì)，形成熱量與煙氣，形成的熱量對(duì)儲(chǔ)水室內(nèi)的水進(jìn)行加熱，生成蒸汽；蒸汽通入汽輪發(fā)電機(jī)，使汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，為電解水提供電能，蒸汽發(fā)電后冷凝為液體；煙氣通入滾筒中，對(duì)滾筒內(nèi)的生物質(zhì)進(jìn)行烘干，烘干后的生物質(zhì)導(dǎo)入燃燒室中進(jìn)行燃燒放熱，經(jīng)過烘干過程后的煙氣與電解形成的氧氣進(jìn)行熱交換，提升氧氣溫度，煙氣與儲(chǔ)水室內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，提升水的溫度。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電解水制氫與發(fā)電一體化裝置及制氫與發(fā)電方法，電解水制氫與發(fā)電一體化裝置包括制氫系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)，電解槽連通有氫氣管路、氧氣管路；儲(chǔ)水室設(shè)置于燃燒室表面，燃燒室上設(shè)置有進(jìn)料通道，燃燒室連通所述氧氣管路，燃燒室上設(shè)置有排煙口，儲(chǔ)水室上設(shè)置有蒸汽出口；蒸汽出口連通所述汽輪發(fā)電機(jī)；進(jìn)料結(jié)構(gòu)與第一輸送機(jī)連接，第一輸送機(jī)設(shè)置于滾筒的第一端。本發(fā)明中，水在電解槽內(nèi)進(jìn)行電解，生成氫氣和氧氣，生物質(zhì)在高氧含量的氣體中充分燃燒，熱量使水加熱，生成蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，煙氣排入到滾筒中，烘干生物質(zhì)，煙氣對(duì)氧氣進(jìn)行加熱，煙氣也對(duì)水進(jìn)行加熱，充分利用煙氣中的熱量，節(jié)約能源。節(jié)約能源。節(jié)約能源。
