一种太阳能生物质能氢能联合发电装置

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一种太阳能生物质能氢能联合发电装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电能领域，更具体的说是涉及一种太阳能生物质能氢能联合发电装置。\n背景技术\n[0002] 随着环境的恶化和化石燃料价格的不断上扬，世界各国都在大力鼓励发展新能源，电力能源结构的调整已经不可避免。以风力发电和太阳能为代表的新能源发展异常迅速，但是这些新能源一般都是以单一发电形式出现，带有一些较为明显的缺陷。未来的能源目标是开发一种绿色高效可持续的新型可再生能源，氢的能量密度高达120MJkg-1，氢的发热值甚至高于化石燃料，为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。我们可以从可再生的原料如水、生物质或沼气中制得氢。氢既可以像汽油一样应用于内燃机通过直接燃烧产生热能为动力设备提供能量，又可以作为能源材料应用于燃料电池。目前，制氢技术主要有生物制氢以及电解水制氢等，其中生物质具有资源丰富，储量巨大并且可再生的特点，通过热解结合裂解方法将生物质转化为富氢燃气，可以将稻壳、玉米秸、稻杆或麦秆等多种农业废物，原料适应范围广，且原料利用率高，得到的富氢气相产物中氢含量高。氢的储存和运输一直是制约氢能源发展的瓶颈，现有的氢储存技术大都存在某些不足，还不能完全满足未来氢能经济的需求；高压气态储氢效率很低，而且运输和使用的过程中存在容器爆破和氢气易泄漏等不安全因素；低温液态储氢技术由于必须装备相应的冷却装置，其质量储氢密度就受到了限制，导致这种储氢方式成本很高；对于金属氢化物储氢，大多数的金属氢化物要么是很稳定，要么很不稳定，在几次加氢循环之后它的晶格结构容易被破坏。\n[0003] 太阳能和生物质能都具有分布广泛、取之不尽、成本低廉、清洁环保的特点，合理开发利用它们，对实现能源的可持续发展具有重要的战略意义，太阳能发电利用太阳作为能量来源，由于太阳能的能量密度低，这就决定了需要很大的光场和占地面积，投资成本很高，随着时间及昼夜的变更，光热供应存在波动和间歇性，光热的供给不连续、不稳定，受天气影响电频率不能保持稳定不变，单纯太阳能光热发电的效率低、成本高，电厂昼运夜停，发电小时数少、设备利用率低，装置频繁启停，设备遭受较大冲击，影响使用寿命，发电量常常波动，给当地电网造成很大的压力。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能生物质能氢能联合发电装置，从多种能源联合互补角度，开发出一种新的太阳能、生物质能和氢能联合发电系统的优化集成装置，充分利用各能源的优势，得到设备利用率高，发电量稳定，发电效率高的发电装置。\n[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种太阳能生物质能氢能联合发电装置，包括太阳能发电装置、生物质热化学制氢装置、气体洗脱装置、气体干燥装置、有机储氢装置和燃料电池，所述太阳能发电装置将太阳能转化为电能，所述太阳能发电装置分别与生物质热化学制氢装置和有机储氢装置电连接；所述生物质热化学制氢装置包括热解器、分离器、裂解重整器、过滤器和变换反应器，所述热解器的出口和分离器的入口相连，所述分离器的出口和裂解重整器的入口相连，所述裂解重整器的出口和过滤器的入口相连，所述过滤器的出口和变换反应器的入口相连；生物质在热解器中高温下发生分解转化为气相产物和残碳，分离器将残碳从气相产物中分离并移除，气相产物在裂解重整器中进行裂解重整得到富氢气体，富氢气体在过滤器中进行脱硫除杂，除杂后气体进入变换反应器中进一步提高富氢气体的含氢量；所述变换反应器的出口和气体洗脱装置的进口相连，所述的生物质热化学制氢装置通过热化学制氢方法将生物质转化为富氢气体；从生物质热化学制氢装置出来的富氢气体进入气体洗脱装置除去其中的含氮气体和含碳气体得到除杂后富氢气体，所述气体洗脱装置的出口和气体干燥装置的入口相连，从气体洗脱装置出来的除杂后富氢气体进入气体干燥装置进行除水，所述气体干燥装置的出口和有机储氢装置的入口相连，经过除杂除水后的富氢气体进入有机储氢装置后，氢气被储存在有机储氢材料中，所述有机储氢装置的出气口和燃料电池的进气口相连，氢气从有机储氢材料中被脱出用作燃料电池的燃料。\n[0006] 作为本发明的进一步改进，所述有机储氢装置包括加氢装置和脱氢装置，所述加氢装置和所述脱氢装置之间设置有两个热过滤装置，所述热过滤装置包括上侧入口、下侧出口、左侧入口和右侧出口，所述加氢装置的出液口和第一个热过滤装置的左侧入口相连，所述第一个热过滤装置的右侧出口和第二个热过滤装置的上侧入口相连，所述第二个热过滤装置的下侧出口和脱氢装置的进液口相连，所述脱氢装置的出液口和第二个热过滤装置的左侧入口相连，所述第二个热过滤装置的右侧出口第一热过滤装置的上侧入口相连，第一热过滤装置的下侧出口和加氢装置的进液口相连。\n[0007] 作为本发明的进一步改进，所述热过滤装置包括热过滤器、导热油夹层、超声发生器和超声振动棒，所述导热油夹层设置在热过滤器外，所述超声发生器设置在热过滤器顶上，所述超声振动棒和超声发生器相连，所述超声振动棒穿过热过滤器顶壁上安装孔插在热过滤器中，所述热过滤器中设置有第一分液板、第二分液板、阻隔板、底板、过滤芯和弹性橡胶垫，所述底板设置在热过滤器底壁上侧，所述第一分液板和第二分液板上设置有导流孔，所述第一分液板、第二分液板和阻隔板的一边互相连接，所述第一分液板设置在热过滤器顶壁下，所述第一分液板的其余边固定在热过滤器侧壁上，所述第二分液板设置在热过滤器侧壁里侧，所述第二分液板的其余边固定在热过滤器侧壁和底板上，所述第一分液板、第二分液板、阻隔板和底板将热过滤器分为第一分散空间、第二分散空间、过滤空间和排液空间，所述第一分散空间和上侧入口直接相通，所述第二分散空间和左侧入口直接相通，所述过滤空间和右侧出口直接相通，所述排液空间和下侧出口直接相通，所述热过滤器底壁呈喇叭状，所述弹性橡胶垫设置在底板上，所述热过滤器右侧壁和底壁相交处设置有缺口，所述缺口一侧边沿位于右侧壁上，相对另一侧边沿位于底壁上，所述缺口外设置有密封盖，所述密封盖的截面呈弧状，所述密封盖连接在热过滤器的器壁上，所述过滤芯包括若干条状过滤丝，所述过滤丝下端固定在弹性橡胶垫上，所述过滤丝上端和第一分液板相接触。\n[0008] 作为本发明的进一步改进，所述导热油夹层外设置有石棉保温层。\n[0009] 作为本发明的进一步改进，所述加氢装置和脱氢装置之间的输送管道外套设有导热油管道层。\n[0010] 作为本发明的进一步改进，所述导流孔直径为0.1-0.25mm。\n[0011] 作为本发明的进一步改进，所述过滤丝相对竖直方向倾斜5-20度，各过滤丝不规则地向不同方向倾斜。\n[0012] 作为本发明的进一步改进，所述过滤丝的直径为0.005-0.01mm。\n[0013] 本发明的联合发电装置，包括太阳能发电装置、生物质热化学制氢装置、气体洗脱装置、气体干燥装置、有机储氢装置和燃料电池，太阳能发电装置将太阳能转化为电能，电能部分进入电网，部分进入生物质热化学制氢装置和有机储氢装置转化为化学能储存起来，当太阳能供应不足或不稳定时，有机储氢装置和燃料电池再将化学能再转化为电能，进入电网，充分利用各能源的优势，得到设备利用率高，发电量稳定，发电效率高的发电装置。\n附图说明\n[0014] 图1为本发明的结构示意图；\n[0015] 图2为本发明热过滤装置的结构示意图；\n[0016] 图3为本发明热过滤器的结构示意图。\n具体实施方式\n[0017] 下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。\n[0018] 参照图1-3所示，本实施例的一种太阳能生物质能氢能联合发电装置，包括太阳能发电装置1、生物质热化学制氢装置2、气体洗脱装置3、气体干燥装置4、有机储氢装置5和燃料电池6，太阳能发电装置1将太阳能转化为电能，太阳能发电装置1分别与生物质热化学制氢装置2和有机储氢装置5电连接，在白天太阳能充足的情况下，太阳能转化的电能部分进入电网，部分电能为生物质热化学制氢装置2和有机储氢装置5提供所需能量，利用有机储氢装置5将电能转化为化学能储存起来，在晚上或者太阳能不充足的阴雨天，有机储氢装置\n5和燃料电池6将化学能再转化为电能进入电网，保证电网发电量稳定；生物质热化学制氢装置2包括热解器21、分离器22、裂解重整器23、过滤器24和变换反应器25，热解器21的出口和分离器22的入口相连，分离器22的出口和裂解重整器23的入口相连，裂解重整器23的出口和过滤器24的入口相连，过滤器24的出口和变换反应器25的入口相连；生物质在热解器\n21中高温下发生分解转化为气相产物和残碳，分离器22将残碳从气相产物中分离并移除，气相产物在裂解重整器23中进行裂解重整得到富氢气体，富氢气体在过滤器24中进行脱硫除杂，除杂后气体进入变换反应器25中进一步提高富氢气体的含氢量；变换反应器25的出口和气体洗脱装置3的进口相连，生物质热化学制氢装置2通过热化学制氢方法将生物质转化为富氢气体；从生物质热化学制氢装置2出来的富氢气体进入气体洗脱装置3除去其中的含氮气体和含碳气体得到除杂后富氢气体，气体洗脱装置3的出口和气体干燥装置4的入口相连，从气体洗脱装置3出来的除杂后富氢气体进入气体干燥装置4进行除水，气体干燥装置4的出口和有机储氢装置5的入口相连，有机储氢装置5还包括氢气压缩机，从气体干燥装置4出来的氢气先经氢气压缩机压缩，将氢压升高后再进行加氢，经过除杂除水后的富氢气体进入有机储氢装置5后，氢气被储存在有机储氢材料中，有机储氢装置5的出气口和燃料电池6的进气口相连，氢气从有机储氢材料中被脱出用作燃料电池6的燃料。\n[0019] 作为改进的一种具体实施方式，有机储氢装置5包括加氢装置51和脱氢装置52，加氢装置51和脱氢装置52之间设置有两个热过滤装置7，热过滤装置7包括上侧入口、下侧出口、左侧入口和右侧出口，加氢装置51的出液口和第一个热过滤装置7的左侧入口相连，第一个热过滤装置7的右侧出口和第二个热过滤装置7的上侧入口相连，第二个热过滤装置7的下侧出口和脱氢装置52的进液口相连，脱氢装置52的出液口和第二个热过滤装置7的左侧入口相连，第二个热过滤装置7的右侧出口第一热过滤装置7的上侧入口相连，第一热过滤装置7的下侧出口和加氢装置51的进液口相连。\n[0020] 从加氢装置51中出来的氢化后有机储氢材料中会夹带着加氢催化剂，如不能及时滤掉，长此以往容易堵塞阀门，若随氢化后有机储氢材料进入脱氢装置52，会影响脱氢效果，从脱氢装置52中出来的有机储氢材料中会夹带着脱氢催化剂，如不能及时滤掉，长此以往容易堵塞阀门，若随有机储氢材料进入加氢装置51，会影响加氢效果，本改进使得有机储氢材料在加氢装置51中加氢后得到氢化后有机储氢材料，然后氢化后有机储氢材料从加氢装置51中出来后经由左侧入口进入第一个热过滤装置7，第一个热过滤装置7将其中的加氢催化剂滤掉；氢化后有机储氢材料在脱氢装置52中脱氢后得到有机储氢材料，然后有机储氢材料从脱氢装置52中出来后经由左侧入口进入第二个热过滤装置7，第二个热过滤装置7将其中的脱氢催化剂滤掉；第一个热过滤装置7的右侧出口和第二个热过滤装置7的上侧入口相连，第二个热过滤装置7的下侧出口和脱氢装置52的进液口相连，经过滤的氢化后有机储氢材料先流经第二个热过滤装置7，再进入脱氢装置52，可将第二个热过滤装置7中滤下的脱氢催化剂冲入脱氢装置52中；第二个热过滤装置7的右侧出口第一热过滤装置7的上侧入口相连，第一热过滤装置7的下侧出口和加氢装置51的进液口相连，经过滤的有机储氢材料先流经第一个热过滤装置7，再进入加氢装置51，可将第一个热过滤装置7中滤下的加氢催化剂冲入加氢装置51中。\n[0021] 作为改进的一种具体实施方式，热过滤装置7包括热过滤器8、导热油夹层9、超声发生器10和超声振动棒11，导热油夹层9设置在热过滤器8外，超声发生器10设置在热过滤器8顶上，超声振动棒11和超声发生器10相连，超声振动棒11穿过热过滤器8顶壁上安装孔插在热过滤器8中，热过滤器8中设置有第一分液板81、第二分液板82、阻隔板83、底板84、过滤芯85和弹性橡胶垫86，底板84设置在热过滤器8底壁上侧，第一分液板81和第二分液板82上设置有导流孔87，第一分液板81、第二分液板82和阻隔板83的一边互相连接，第一分液板\n81设置在热过滤器8顶壁下，第一分液板81的其余边固定在热过滤器8侧壁上，第二分液板\n82设置在热过滤器8侧壁里侧，第二分液板82的其余边固定在热过滤器8侧壁和底板84上，第一分液板81、第二分液板82、阻隔板83和底板84将热过滤器8分为第一分散空间12、第二分散空间13、过滤空间14和排液空间15，第一分散空间12和上侧入口直接相通，第二分散空间13和左侧入口直接相通，过滤空间14和右侧出口直接相通，排液空间15和下侧出口直接相通，热过滤器8底壁呈喇叭状，弹性橡胶垫86设置在底板84上，热过滤器8右侧壁和底壁相交处设置有缺口88，缺口88一侧边沿位于右侧壁上，相对另一侧边沿位于底壁上，缺口88外设置有密封盖89，密封盖89的截面呈弧状，密封盖89连接在热过滤器8的器壁上，过滤芯85包括若干条状过滤丝，过滤丝下端固定在弹性橡胶垫86上，过滤丝上端和第一分液板81相接触。\n[0022] 因为有机储氢材料大多比较粘稠，导热油夹层9的设置可以使流经热过滤装置7的待过滤液温度较高，流动性较好，便于提高过滤效率；在加氢装置51中氢化后有机储氢材料向脱氢装置52中转移过程中，加氢装置51中氢化后有机储氢材料通过气压压出，经由输送管道到达第一个热过滤装置7的左侧入口，然后进入第二分散空间13，经由第二分液板82上导流孔87进行分散，然后进入过滤空间14，在过滤芯85中进行过滤，此时第一个热过滤装置\n7中超声发生器10处于关闭状态，加氢催化剂被过滤芯85滤掉；氢化后有机储氢材料从第一个热过滤装置7右侧出口出来后进入第二个热过滤装置7的上侧入口，然后进入第一分散空间12，经由第一分液板81上导流孔87进行分散，然后进入过滤空间14，此时第二个热过滤装置7中的超声发生器10启动，带动超声振动棒11震动，因为过滤丝只有下端固定在弹性橡胶垫86上，超声振动棒11使过滤丝开始震动，氢化后有机储氢材料将过滤丝上脱氢催化剂带走，并从缺口88处一起流入脱氢装置52；当氢化后有机储氢材料在脱氢装置52中将储存的氢释放出来后，便被送返至加氢装置51，在脱氢装置52中有机储氢材料向加氢装置51中转移过程中，脱氢装置52中有机储氢材料通过气压压出，经由输送管道到达第二个热过滤装置7的左侧入口，然后进入第二分散空间13，经由第二分液板82上导流孔87进行分散，然后进入过滤空间14，在过滤芯85中进行过滤，此时第二个热过滤装置7中超声发生器10处于关闭状态，脱氢催化剂被过滤丝滤掉；有机储氢材料从第二个热过滤装置7右侧出口出来后进入第一个热过滤装置7的上侧入口，然后进入第一分散空间12，经由第一分液板81上导流孔\n87进行分散，然后进入过滤空间14，此时第一个热过滤装置7的超声发生器10启动，带动超声振动棒11震动，因为过滤丝只有下端固定在弹性橡胶垫86上，超声振动棒11使过滤丝开始震动，有机储氢材料将过滤丝上加氢催化剂带走，并一起经缺口88流入加氢装置51。\n[0023] 作为改进的一种具体实施方式，导热油夹层9外设置有石棉保温层。避免热量散失，节约能源。\n[0024] 作为改进的一种具体实施方式，加氢装置51和脱氢装置52之间的输送管道外套设有导热油管道层。这种结构设计使得输送管道53中液体能和外层的导热油管道54中导热油充分进行热量交换，避免液体在输送过程中变粘稠。\n[0025] 作为改进的一种具体实施方式，导流孔87直径为0.1-0.25mm。直径太大不能使液体起到很好的分散效果，直径太小，有可能被固体颗粒堵塞。\n[0026] 作为改进的一种具体实施方式，过滤丝相对竖直方向倾斜5-20度，各过滤丝不规则地向不同方向倾斜。保证液体从过滤芯85的侧面进入时像经过层层过滤网，能更好地将固体颗粒滤掉，冲洗液从上方冲下依然可以很好地将卡在过滤丝上固体颗粒冲走。\n[0027] 作为改进的一种具体实施方式，过滤丝的直径为0.005-0.01mm。合适的过滤丝直径能够保证过滤丝有合适的弹性，有助于过滤丝之间的固体颗粒被冲刷下去。\n[0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。