一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法与流程

1.本发明涉及生物质为能源来源的分布式供能领域，尤其是一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法。

背景技术：

2.我国是农业大国，广阔的耕地和经济林面积每年会产生大量农林生物质废弃物；生物质能是一种co2零排放的可再生能源，将其作为能源来源不仅能实现生物质废弃物的有效处置，还有助于降低对化石燃料的依赖。
3.生物质资源具有来源多样、能量密度较低及分布分散等特点，这些特点决定了因地制宜和分布式利用是发展生物质能产业的必然要求。工业园区具有能源密度大、用能形式多样、用能需求相对稳定的特点，是开展分布式能源应用的最佳应用场景之一。电和热是工业园区需求最为广泛的能量形式；此外，氢气是一种理想燃料，其在空气中的主要燃烧产物为水，不会造成环境污染，同时大大降低温室气体的排放。氢气是现代工业的重要原料，主要用于石油精炼和石化工业如合成氨和甲醇，也被用作航空工业中火箭燃料及冶金工业中的还原气，在现代社会中具有举足轻重的地位。氢能是未来我国重点发展的一种能量载体，其将在用能终端绿低碳转型中扮演重要角。因此，开展以生物质为能源来源的含氢多联供系统研究具有重要意义。生物质气化技术是以生物质为原料通过热化学的方式将其转化为有价值的气体产物和固体产物的过程，也是生产电力和热量、氢气和第二代生物燃料等的有效工艺。结合工业园区的用能的多样化需求，开展基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法具有良好应用前景。
4.现有的生物质气化技术需要高耗能的深冷空气制氧过程，且生物质气化制高纯氢气需经历气化、脱硫、重整、变换、酸性气体脱除和变压吸附等过程。虽然技术相对成熟，但工艺复杂、耗能高、制氢效率低；此外，基于生物质气化的多联供技术目前主要局限于电-热联供，对以生物质为能源来源的含氢多联供系统，特别是针对多种能量形式间输出比例可灵活调节的含氢多联供系统还未有较为成熟的技术。

技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法，在避免高耗能的空分制氧的同时，能生产纯度高达99％的氢气，并能有效调节电-热-氢三者间的输出比例。
6.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电-供热单元以及管线；
7.生物质气化单元由气化炉、空预器、除尘脱硫器、分流器及分流器组成；空预器合成气侧串接于气化炉出口并与除尘脱硫器相连；分流器串接于空预器空气侧出口，分流器出口管路一分为二，一路与气化炉相连，另一路与化学链制氢单元空气反应器相连；分流器
串接于除尘脱硫器出口，分流器出口管路一分为二，一路与化学链制氢单元燃料反应器相连，另一路与燃气轮机发电单元混合器相连；
8.化学链制氢单元由燃料反应器、水蒸气反应器、空气反应器、余热锅炉合成气侧、余热锅炉氢气侧、氢气压缩机、冷却器和换热器组成；燃料反应器串接于分流器其中一路出口和空气反应器固体出口，燃料反应器出口管路一分为二，一路为固体并与水蒸气反应器相连，另一路为气体并与余热锅炉相连；余热锅炉合成气侧管路串接于燃料反应器气体出口并与混合器相连；水蒸气反应器串接于燃料反应器固体出口和换热器水侧出口，水蒸气反应器出口管路一分为二，一路为固体并与空气反应器相连，另一路为气体并与余热锅炉相连；余热锅炉氢气侧串接于水蒸气反应器气体出口并与氢气压缩机相连；氢气压缩机串接于余热锅炉氢气侧出口并与冷却器相连；冷却器氢气侧串接于氢气压缩机出口，冷却器水侧出口与换热器水侧相连；空气反应器串接于水蒸气反应器固体出口和分流器其中一路出口，空气反应器出口管路一分为二，一路为固体并与燃料反应器相连，另一路为气体并与换热器空气侧相连；换热器水侧串接于冷却器水侧出口并与水蒸气反应器相连，换热器空气侧串接于空气反应器出口；
9.燃气轮机发电单元由混合器、燃料压缩机、空气压缩机、燃烧室、燃气轮机和余热锅炉烟气侧组成；混合器串接于分流器其中一路出口和余热锅炉合成气侧，并与燃料压缩机相连；燃料压缩机串接于混合器出口并与燃烧室相连；空气压缩机与燃烧室相连；燃烧室串接于燃料压缩机和空气压缩机出口，并与燃气轮机相连；燃气轮机串接于燃烧室出口并与余热锅炉烟气侧相连；
10.蒸汽轮机发电-供热单元由蒸汽轮机、换热器、凝汽器、给水泵、余热锅炉水侧、余热锅炉蒸汽侧和余热锅炉蒸汽侧组成；蒸汽轮机串接于余热锅炉蒸汽侧出口，蒸汽轮机出口一分为二，一路与换热器相连，另一路与凝汽器蒸汽侧相连；换热器热侧串接于蒸汽轮机抽汽口并与给水泵相连，换热器冷侧为供热媒介；凝汽器串接于蒸汽轮机排汽口并与给水泵相连；给水泵串接于换热器热侧出口和凝汽器蒸汽侧出口并与余热锅炉水侧相连；余热锅炉水侧串接于给水泵出口并与余热锅炉蒸汽侧相连；余热锅炉蒸汽侧串接于余热锅炉水侧出口并与余热锅炉蒸汽侧相连；余热锅炉蒸汽侧串接于余热锅炉蒸汽侧出口并与蒸汽轮机相连。
11.优选的，生物质气化炉的气化介质为空气。
12.优选的，化学链制氢单元中的循环固体物料为铁基载氧体，其主要由铁氧化物和惰性载体构成。
13.优选的，分流器和分流器可对出口两条支路中气体流量进行单独控制。
14.优选的，燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器属于流化床反应器。
15.优选的，燃料反应器中未完全转化的合成气经余热锅炉和混合器之后，进一步压缩并送入燃烧室进行燃烧以使其充分转化；
16.优选的，蒸汽轮机属于抽汽凝汽式汽轮机。
17.基于上述内容，本发明还提供一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，包括如下步骤：
18.s1：将生物质、热空气通入气化炉中发生生物质气化反应生成合成气，生物质气化炉采用常压气化，反应温度为750～950℃；合成气进入空预器与空气换热后经除尘脱硫器
处理进入分流器，其中一部分进入化学链制氢单元的燃料反应器，另一部分进入燃气轮机发电单元；空气经空预器加热升温至600～800℃进入分流器，其中一部分作为气化剂进入气化炉，另一部分作为氧化剂进入化学链制氢单元的空气反应器；
19.s2：燃料反应器处于鼓泡流态化，温度控制在800～850℃，进入燃料反应器的合成气与高价态铁氧化物fe2o3/fe3o4发生氧化还原反应，fe2o3被深度还原生成fe/feo并进入水蒸气反应器，而合成气由于热力学限制只能被部分氧化为co2和h2o，即形成未完全转化的合成气，其经过余热锅炉冷却后进入混合器；水蒸气反应器处于鼓泡流态化，温度控制在825～875℃，进入水蒸气反应器的fe/feo与水蒸气反应生成fe3o4以及h2和水蒸气的混合气，fe3o4被送入空气反应器，而h2和水蒸气混合气先进入余热锅炉冷却，再采用氢气压缩机进行压缩，进一步通过冷却器冷却并去除冷凝水后得到高纯压缩h2；冷却水经冷却器升温后进入换热器加热形成高温水蒸气，并进一步送入水蒸气反应器参加制氢反应；空气反应器处于快速流态化，温度控制在900～1000℃，进入空气反应器的fe3o4与空气反应生成fe2o3并释放大量热量，反应后的欠氧空气经换热器降温后排空；
20.s3：混合器中的合成气经燃料压缩机压缩后与经空气压缩机压缩后的空气在燃烧室发生燃烧反应，生成的高温烟气进入燃气轮机做功后送至余热锅炉降温后排空；
21.s4：给水经给水泵加压后依次进入余热锅炉、余热锅炉和余热锅炉后成为高温高压蒸汽，并进入蒸汽轮机做功；做功后的乏汽进入凝汽器凝结后进入给水泵加压，供热用蒸汽经换热器释热冷凝后进入给水泵。
22.优选的，通过分流器调节进入空气反应器的空气量实现化学链制氢装置的自热，并调控化学链制氢单元中空气反应器、燃料反应器和水蒸气反应器的反应温度。
23.优选的，为维持空气反应器的快速流态化，可根据需要将换热器出口的部分欠氧空气回送至空气反应器。
24.优选的，通过分流器调节进入化学链制氢单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电量的比例。
25.优选的，通过调节蒸汽轮机抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求，并调控发电和供热比例。
26.有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：
27.1、利用零碳能源生物质作为能源来源，有利于降低碳排放；使用空气作为气化剂，省去了高投资、高耗能深冷空分制氧单元，有助于提高系统效率；
28.2、相对于传统的固体燃料气化制氢装置，流程简单，只需经过气化、燃烧及水分解制氢三个阶段，不但提高了制氢效率，而且氢气纯度高达99％以上；
29.制氢纯度高是化学链制氢技术的突出优势之一，这是因为其利用了还原态fe或feo与水蒸气反应制氢的原理，且生物质气化气中的燃料成分主要为h2、co以及少量ch4，其在还原铁基载氧体过程中不易产生积碳，故氢气纯度可达99％以上。而传统的固体燃料气化制氢需要经过重整、变换、酸性气体脱除和变压吸附等过程才能达到较高纯度，虽然技术成熟，但流程长、工艺复杂、投资大、能耗高，且制氢效率低。
30.3、通过调节进入空气反应器的空气量实现制氢单元的自热并调控其反应温度；通过调节进入化学链制氢单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电量的比例，通过调节蒸汽轮机的抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求并调控发电量和供热量的比例；
从而灵活调控装置发电、供热和制氢三者间的比例；
31.在实际应用当中，用户端的电、热、氢消耗一般会随着生产工况或者节假日、季节、昼夜等发生变化，因此，有必要对装置的变工况运行进行调节，本发明能够灵活调控装置电、热、氢三者间的比例，以适应生产生活需求。
附图说明
32.图1是本发明的整体装置结构示意图。
33.其中，1、气化炉；2、空预器；3、除尘脱硫器；4、分流器；5、燃料反应器；6、余热锅炉；7、混合器；8、燃料压缩机；9、空气压缩机；10、燃烧室；11、燃气轮机；12、余热锅炉；13、分流器；14、空气反应器；15、换热器；16、水蒸气反应器；17、余热锅炉；18、氢气压缩机；19、冷却器；20、换热器；21、蒸汽轮机；22、凝汽器；23、给水泵。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
35.如图1所示，本发明提供一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电-供热单元以及管线；
36.生物质气化单元由气化炉1、空预器2、除尘脱硫器3、分流器4及分流器13组成；空预器2合成气侧串接于气化炉1出口并与除尘脱硫器3相连；分流器13串接于空预器2空气侧出口，分流器13出口管路一分为二，一路与气化炉1相连，另一路与化学链制氢单元空气反应器14相连；分流器4串接于除尘脱硫器3出口，分流器4出口管路一分为二，一路与化学链制氢单元燃料反应器5相连，另一路与燃气轮机发电单元混合器7相连；生物质气化炉1的气化介质为空气；分流器4和分流器13可对出口两条支路中气体流量进行单独控制。
37.化学链制氢单元由燃料反应器5、水蒸气反应器16、空气反应器14、余热锅炉6合成气侧、余热锅炉17氢气侧、氢气压缩机18、冷却器19和换热器15组成；燃料反应器5串接于分流器4其中一路出口和空气反应器14固体出口，燃料反应器5出口管路一分为二，一路为固体并与水蒸气反应器16相连，另一路为气体并与余热锅炉6相连；余热锅炉6合成气侧管路串接于燃料反应器5气体出口并与混合器7相连；水蒸气反应器16串接于燃料反应器5固体出口和换热器15水侧出口，水蒸气反应器16出口管路一分为二，一路为固体并与空气反应器14相连，另一路为气体并与余热锅炉17相连；余热锅炉17氢气侧串接于水蒸气反应器16气体出口并与氢气压缩机18相连；氢气压缩机18串接于余热锅炉17氢气侧出口并与冷却器19相连；冷却器19氢气侧串接于氢气压缩机18出口，冷却器19水侧出口与换热器15水侧相连；空气反应器14串接于水蒸气反应器16固体出口和分流器13其中一路出口，空气反应器14出口管路一分为二，一路为固体并与燃料反应器5相连，另一路为气体并与换热器15空气侧相连；换热器15水侧串接于冷却器19水侧出口并与水蒸气反应器16相连，换热器15空气侧串接于空气反应器14出口；化学链制氢单元中的循环固体物料为铁基载氧体，其主要由铁氧化物(包括fe2o3、fe3o4、feo及fe等4种不同价态铁氧化物)和惰性载体构成(包括al2o3、zro2、mgal2o4、ysz、sio2、tio2等，可以是其中的一种，也可以是其中几种的混合物)；燃料反
应器5、水蒸气反应器16和空气反应器14属于流化床反应器；燃料反应器5中未完全转化的合成气经余热锅炉6和混合器7之后，进一步压缩并送入燃烧室10进行燃烧以使其充分转化。
38.燃气轮机发电单元由混合器7、燃料压缩机8、空气压缩机9、燃烧室10、燃气轮机11和余热锅炉12烟气侧组成；混合器7串接于分流器4其中一路出口和余热锅炉6合成气侧，并与燃料压缩机8相连；燃料压缩机8串接于混合器7出口并与燃烧室10相连；空气压缩机9与燃烧室10相连；燃烧室10串接于燃料压缩机8和空气压缩机9出口，并与燃气轮机11相连；燃气轮机11串接于燃烧室10出口并与余热锅炉12烟气侧相连；
39.蒸汽轮机发电-供热单元由蒸汽轮机21、换热器20、凝汽器22、给水泵23、余热锅炉12水侧、余热锅炉6蒸汽侧和余热锅炉17蒸汽侧组成；蒸汽轮机21串接于余热锅炉17蒸汽侧出口，蒸汽轮机21出口一分为二，一路与换热器20相连，另一路与凝汽器22蒸汽侧相连；换热器20热侧串接于蒸汽轮机21抽汽口并与给水泵23相连，换热器20冷侧为供热媒介；凝汽器22串接于蒸汽轮机21排汽口并与给水泵23相连；给水泵23串接于换热器20热侧出口和凝汽器22蒸汽侧出口并与余热锅炉12水侧相连；余热锅炉12水侧串接于给水泵23出口并与余热锅炉6蒸汽侧相连；余热锅炉6蒸汽侧串接于余热锅炉12水侧出口并与余热锅炉17蒸汽侧相连；余热锅炉17蒸汽侧串接于余热锅炉6蒸汽侧出口并与蒸汽轮机21相连；蒸汽轮机21属于抽汽凝汽式汽轮机。
40.本实施例中将上述装置进行实例应用，提供一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其包括如下步骤：
41.s1：将生物质、热空气通入气化炉1中发生生物质气化反应生成合成气，生物质气化炉采用常压气化，反应温度为750～950℃；合成气进入空预器2与空气换热后经除尘脱硫器3处理进入分流器4，其中一部分进入化学链制氢单元的燃料反应器5，另一部分进入燃气轮机发电单元；空气经空预器2加热升温至600～800℃进入分流器13，其中一部分作为气化剂进入气化炉1，另一部分作为氧化剂进入化学链制氢单元的空气反应器14；
42.s2：燃料反应器5处于鼓泡流态化，温度控制在800～850℃，进入燃料反应器5的合成气与高价态铁氧化物fe2o3/fe3o4发生氧化还原反应，fe2o3被深度还原生成fe/feo并进入水蒸气反应器16，而合成气由于热力学限制只能被部分氧化为co2和h2o，即形成未完全转化的合成气，其经过余热锅炉6冷却后进入混合器7；水蒸气反应器16处于鼓泡流态化，温度控制在825～875℃，进入水蒸气反应器16的fe/feo与水蒸气反应生成fe3o4以及h2和水蒸气的混合气，fe3o4被送入空气反应器14，而h2和水蒸气混合气先进入余热锅炉17冷却，再采用氢气压缩机18进行压缩，进一步通过冷却器19冷却并去除冷凝水后得到高纯压缩h2；冷却水经冷却器19升温后进入换热器15加热形成高温水蒸气，并进一步送入水蒸气反应器16参加制氢反应；空气反应器14处于快速流态化，温度控制在900～1000℃，进入空气反应器14的fe3o4与空气反应生成fe2o3并释放大量热量，反应后的欠氧空气经换热器15降温后排空；
43.s3：混合器7中的合成气经燃料压缩机8压缩后与经空气压缩机9压缩后的空气在燃烧室10发生燃烧反应，生成的高温烟气进入燃气轮机11做功后送至余热锅炉12降温后排空；
44.s4：给水经给水泵23加压后依次进入余热锅炉12、余热锅炉6和余热锅炉17后成为高温高压蒸汽，并进入蒸汽轮机21做功；做功后的乏汽进入凝汽器22凝结后进入给水泵23
加压，供热用蒸汽经换热器20释热冷凝后进入给水泵23。
45.上述过程中，通过分流器13调节进入空气反应器14的空气量实现化学链制氢装置的自热，并调控化学链制氢单元中空气反应器14、燃料反应器5和水蒸气反应器16的反应温度。
46.上述过程中，为维持空气反应器14的快速流态化，可根据需要将换热器15出口的部分欠氧空气回送至空气反应器14。
47.上述过程中，通过分流器4调节进入化学链制氢单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电量的比例。
48.上述过程中，通过调节蒸汽轮机21抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求，并调控发电和供热比例。

技术特征：

1.一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，其特征在于，包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电-供热单元以及管线；生物质气化单元由气化炉(1)、空预器(2)、除尘脱硫器(3)、分流器(4)及分流器(13)组成；空预器(2)合成气侧串接于气化炉(1)出口并与除尘脱硫器(3)相连；分流器(13)串接于空预器(2)空气侧出口，分流器(13)出口管路一分为二，一路与气化炉(1)相连，另一路与化学链制氢单元空气反应器(14)相连；分流器(4)串接于除尘脱硫器(3)出口，分流器(4)出口管路一分为二，一路与化学链制氢单元燃料反应器(5)相连，另一路与燃气轮机发电单元混合器(7)相连；化学链制氢单元由燃料反应器(5)、水蒸气反应器(16)、空气反应器(14)、余热锅炉(6)合成气侧、余热锅炉(17)氢气侧、氢气压缩机(18)、冷却器(19)和换热器(15)组成；燃料反应器(5)串接于分流器(4)其中一路出口和空气反应器(14)固体出口，燃料反应器(5)出口管路一分为二，一路为固体并与水蒸气反应器(16)相连，另一路为气体并与余热锅炉(6)相连；余热锅炉(6)合成气侧管路串接于燃料反应器(5)气体出口并与混合器(7)相连；水蒸气反应器(16)串接于燃料反应器(5)固体出口和换热器(15)水侧出口，水蒸气反应器(16)出口管路一分为二，一路为固体并与空气反应器(14)相连，另一路为气体并与余热锅炉(17)相连；余热锅炉(17)氢气侧串接于水蒸气反应器(16)气体出口并与氢气压缩机(18)相连；氢气压缩机(18)串接于余热锅炉(17)氢气侧出口并与冷却器(19)相连；冷却器(19)氢气侧串接于氢气压缩机(18)出口，冷却器(19)水侧出口与换热器(15)水侧相连；空气反应器(14)串接于水蒸气反应器(16)固体出口和分流器(13)其中一路出口，空气反应器(14)出口管路一分为二，一路为固体并与燃料反应器(5)相连，另一路为气体并与换热器(15)空气侧相连；换热器(15)水侧串接于冷却器(19)水侧出口并与水蒸气反应器(16)相连，换热器(15)空气侧串接于空气反应器(14)出口；燃气轮机发电单元由混合器(7)、燃料压缩机(8)、空气压缩机(9)、燃烧室(10)、燃气轮机(11)和余热锅炉(12)烟气侧组成；混合器(7)串接于分流器(4)其中一路出口和余热锅炉(6)合成气侧，并与燃料压缩机(8)相连；燃料压缩机(8)串接于混合器(7)出口并与燃烧室(10)相连；空气压缩机(9)与燃烧室(10)相连；燃烧室(10)串接于燃料压缩机(8)和空气压缩机(9)出口，并与燃气轮机(11)相连；燃气轮机(11)串接于燃烧室(10)出口并与余热锅炉(12)烟气侧相连；蒸汽轮机发电-供热单元由蒸汽轮机(21)、换热器(20)、凝汽器(22)、给水泵(23)、余热锅炉(12)水侧、余热锅炉(6)蒸汽侧和余热锅炉(17)蒸汽侧组成；蒸汽轮机(21)串接于余热锅炉(17)蒸汽侧出口，蒸汽轮机(21)出口一分为二，一路与换热器(20)相连，另一路与凝汽器(22)蒸汽侧相连；换热器(20)热侧串接于蒸汽轮机(21)抽汽口并与给水泵(23)相连，换热器(20)冷侧为供热媒介；凝汽器(22)串接于蒸汽轮机(21)排汽口并与给水泵(23)相连；给水泵(23)串接于换热器(20)热侧出口和凝汽器(22)蒸汽侧出口并与余热锅炉(12)水侧相连；余热锅炉(12)水侧串接于给水泵(23)出口并与余热锅炉(6)蒸汽侧相连；余热锅炉(6)蒸汽侧串接于余热锅炉(12)水侧出口并与余热锅炉(17)蒸汽侧相连；余热锅炉(17)蒸汽侧串接于余热锅炉(6)蒸汽侧出口并与蒸汽轮机(21)相连。2.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，其特征在于，生物质气化炉(1)的气化介质为空气。
3.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，其特征在于，化学链制氢单元中的循环固体物料为铁基载氧体，其主要由铁氧化物和惰性载体构成。4.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，其特征在于，分流器(4)和分流器(13)可对出口两条支路中气体流量进行单独控制。5.根据权利要求1所述的基于生物质气化的电-热-氢三联供装置，其特征在于，燃料反应器(5)中未完全转化的合成气经余热锅炉(6)和混合器(7)之后，进一步压缩并送入燃烧室(10)进行燃烧以使其充分转化。6.一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将生物质、热空气通入气化炉(1)中发生生物质气化反应生成合成气，生物质气化炉采用常压气化，反应温度为750～950℃；合成气进入空预器(2)与空气换热后经除尘脱硫器(3)处理进入分流器(4)，其中一部分进入化学链制氢单元的燃料反应器(5)，另一部分进入燃气轮机发电单元；空气经空预器(2)加热升温至600～800℃进入分流器(13)，其中一部分作为气化剂进入气化炉(1)，另一部分作为氧化剂进入化学链制氢单元的空气反应器(14)；s2：燃料反应器(5)处于鼓泡流态化，温度控制在800～850℃，进入燃料反应器(5)的合成气与高价态铁氧化物fe2o3/fe3o4发生氧化还原反应，fe2o3被深度还原生成fe/feo并进入水蒸气反应器(16)，而合成气由于热力学限制只能被部分氧化为co2和h2o，即形成未完全转化的合成气，其经过余热锅炉(6)冷却后进入混合器(7)；水蒸气反应器(16)处于鼓泡流态化，温度控制在825～875℃，进入水蒸气反应器(16)的fe/feo与水蒸气反应生成fe3o4以及h2和水蒸气的混合气，fe3o4被送入空气反应器(14)，而h2和水蒸气混合气先进入余热锅炉(17)冷却，再采用氢气压缩机(18)进行压缩，进一步通过冷却器(19)冷却并去除冷凝水后得到高纯压缩h2；冷却水经冷却器(19)升温后进入换热器(15)加热形成高温水蒸气，并进一步送入水蒸气反应器(16)参加制氢反应；空气反应器(14)处于快速流态化，温度控制在900～1000℃，进入空气反应器(14)的fe3o4与空气反应生成fe2o3并释放大量热量，反应后的欠氧空气经换热器(15)降温后排空；s3：混合器(7)中的合成气经燃料压缩机(8)压缩后与经空气压缩机(9)压缩后的空气在燃烧室(10)发生燃烧反应，生成的高温烟气进入燃气轮机(11)做功后送至余热锅炉(12)降温后排空；s4：给水经给水泵(23)加压后依次进入余热锅炉(12)、余热锅炉(6)和余热锅炉(17)后成为高温高压蒸汽，并进入蒸汽轮机(21)做功；做功后的乏汽进入凝汽器(22)凝结后进入给水泵(23)加压，供热用蒸汽经换热器(20)释热冷凝后进入给水泵(23)。7.根据权利要求6所述的一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其特征在于，通过分流器(13)调节进入空气反应器(14)的空气量实现化学链制氢装置的自热，并调控化学链制氢单元中空气反应器(14)、燃料反应器(5)和水蒸气反应器(16)的反应温度。8.根据权利要求6所述的一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其特征在于，为维持空气反应器(14)的快速流态化，根据需要将换热器(15)出口的部分欠氧空气回送至空气反应器(14)。9.根据权利要求6所述的一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其特征在于，通过分流器(4)调节进入化学链制氢单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电
量的比例。10.根据权利要求6所述的一种基于生物质气化的电-热-氢三联供方法，其特征在于，通过调节蒸汽轮机(21)抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求，并调控发电和供热比例。

技术总结

本发明公开了一种基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法，该装置包括生物质气化单元、化学链制氢单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电-供热单元以及管线。本发明相对于传统的固体燃料气化制氢装置，流程简单，只需经过气化、燃烧及水分解制氢三个阶段，且氢气纯度高达99％以上；通过调节进入空气反应器的空气量实现制氢单元的自热并调控其反应温度；通过调节进入化学链制氢单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电量的比例，通过调节蒸汽轮机抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求并调控发电量和供热量的比例；从而灵活调控装置发电、供热和制氢三者间的比例。供热和制氢三者间的比例。供热和制氢三者间的比例。