基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统及方法

1.本发明创造属于能量综合利用领域，尤其是涉及一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统及方法。

背景技术：

2.在工业革命开始以来，由于传统化石能源的开发和利用已经发展到非常成熟的阶段，大规模的开采以及利用不仅造成了资源的开采缺乏，还造成了环境的污染。在碳达峰，碳中和的能源背景下，减少二氧化碳的排放量已然成为当今热点问题。液氨中不含有碳元素，吸热分解产生氢气和氮气，在燃烧时不产生二氧化碳，符合绿化学理念，因而在减少碳排放的当下备受关注。作为一种清洁能源的提供者，氨的做功能力较强，当前确定了储存和运输技术，因此氨有望成为未来能源的载体。
3.内燃机在能源领域占有重要地位，目前仍以天然气以及液化石油气为主要燃料，二氧化碳的排放量得不到有效的控制，利用氢燃料替换部分天然气有利于双碳目标的实现。通常情况下，内燃机的有效热效率为25％到40％，约有相同热量由内燃机装置的高温尾气带入到大气中，造成了能量的极大浪费。将内燃机的高温尾气作为氨吸热分解的热源，实现对尾气余热的利用，提高了系统的能量利用率。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，以解决传统氨吸热分解发电系统能量浪费且效率低的问题。
5.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
6.一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，包括液氨源、动力件、气化装置、氨分解装置、涡轮、第一发电机、内燃机和第二发电机，液氨源与动力件连通，动力件与气化装置的冷端进口连通，气化装置的冷端出口与氨分解装置的冷端进口连通，氨分解装置的冷端出口与涡轮入口连通，涡轮出口与内燃机连通；
7.内燃机的进气口通空气和天然气，内燃机的尾气出口与氨分解装置的热端进口连通，氨分解装置的热端出口与气化装置的热端进口连通，气化装置的热端出口与大气连通；
8.涡轮与第一发电机连接，内燃机的动力输出端与第二发电机连接。
9.更进一步的，所述气化装置为换热器。
10.更进一步的，气化装置和氨分解装置采用间壁式换热器。
11.更进一步的，所述动力件为泵。
12.更进一步的，氨分解装置的表面设有氨分解所需的催化剂涂层。
13.更进一步的，所述氨分解装置中的催化剂涂层为铜、镍或铁层。
14.更进一步的，氨分解后的合成气为有氢气、氮气和氨气的混合气。
15.更进一步的，气化装置所需要的热量来自于氨分解装置余热利用的内燃机尾气。
16.更进一步的，所述液氨源为液氨罐。
17.本发明创造的另一目的在于提出一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统的发电方法，具体包括
18.液氨源内的液氨经过出液口通过泵加压后输入气化装置吸收氨分解装置余热利用后的内燃机尾气的余热进行气化形成气态氨，随后气态氨进入表面涂有催化剂涂层的氨分解装置，吸收内燃机尾气余热后形成的含有氢气、氮气以及少量氨气的合成气输出至涡轮中，推动涡轮做功带动第一发电机进行发电，然后将该合成气输入内燃机中，该合成气与天然气混和进行燃烧，带动第二发电机进行发电。
19.与现有技术相比，本发明创造所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统的有益效果是：
20.(1)本发明创造所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，将内燃机的高温尾气引导至氨分解装置的热源输入端，解决了氨吸热分解的热源需求，同时实现对尾气余热的利用。
21.(2)本发明创造所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，将气化装置所需要的热量来自于氨分解装置的余热利用的内燃机尾气，解决了现有氨吸热分解步骤中气化装置需要单独设置加热设备的问题，节约了成本。
22.(3)本发明创造所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，热氨涡轮利用了高温高压合成气的内能，内燃机利用了合成气的化学能，使得整个系统的能量利用率较高。
23.(4)本发明创造所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，将液氨吸热分解产生的合成气掺入天然气通入内燃机中进行燃烧，大幅降低了系统排气中二氧化碳的浓度，符合碳减排的发展目标。
附图说明
24.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
25.图1为本发明创造实施例所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统的原理图。
26.附图标记说明：
27.1、液氨源；2、动力件；3、气化装置；4、氨分解装置；5、涡轮；6、第一发电机；7、内燃机；8、第二发电机。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本发明创造的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。
29.在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是
为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
31.此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
32.如图1所示，一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，包括液氨源1、动力件2、气化装置3、氨分解装置4、涡轮5、第一发电机6、内燃机7和第二发电机8，液氨源1的出口与动力件2连通，动力件2的出口与气化装置3的冷端进口连通，气化装置3的冷端出口与氨分解装置4的冷端进口连通，氨分解装置4的冷端出口与涡轮5入口连通，涡轮5出口与内燃机7连通；所述动力件2为泵；所述液氨源1为液氨罐；
33.内燃机7的进气口通空气和天然气，内燃机7的尾气出口与氨分解装置4的热端进口连通，氨分解装置4的热端出口与气化装置3的热端进口连通，气化装置3的热端出口与大气连通；
34.涡轮5与第一发电机6连接，内燃机7的动力输出端与第二发电机8连接。
35.液氨源1内的液氨经过出液口通过泵加压后输入气化装置3吸收氨分解装置余热利用后的内燃机尾气的余热进行气化形成气态氨，随后气态氨进入表面涂有催化剂涂层的氨分解装置4，吸收内燃机尾气余热后形成的含有氢气、氮气以及少量氨气的合成气输出至涡轮5中，推动涡轮5做功带动第一发电机6进行发电，然后将该合成气输入内燃机7中，该合成气与天然气混和进行燃烧，带动第二发电机8进行发电。
36.本技术将内燃机7的高温尾气引导至氨分解装置4的热源输入端，解决了氨吸热分解热源需求的同时实现了对尾气余热的利用；热氨涡轮与内燃机7联合发电，热氨涡轮利用高温高压合成气的内能，内燃机利用合成气的化学能，使得整个系统的能量利用率较高。将液氨吸热分解产生的合成气掺入天然气通入内燃机中进行燃烧，大幅降低了系统排气中二氧化碳的浓度，符合碳减排的发展目标。
37.所述气化装置3为换热器。气化装置3和氨分解装置4采用间壁式换热器。换热效果好。
38.氨分解装置4的表面设有氨分解所需的催化剂涂层。所述的氨分解装置4中的催化剂可根据内燃机尾气温度进行选择，例如所述氨分解装置4中的催化剂涂层为铜、镍或铁层；通过合理选择催化剂或者调节反应温度，可提高氨吸热分解的效率，有利于提高热氨涡轮与内燃机联合发电系统的能量利用率。
39.氨分解后的合成气为有氢气、氮气和氨气的混合气。
40.氨分解装置4所需的热量来自于内燃机7的尾气余热，实现内燃机排气的余热利用，有助于提高系统整体效率，利用的内燃机尾气，解决了现有氨吸热分解步骤中气化装置需要单独设置加热设备的问题；气化装置3所需要的热量来自于氨分解装置4余热利用的内
燃机尾气；涡轮5利用了高温高压合成气的内能，内燃机7利用了合成气的化学能，使得整个系统的能量利用率较高，具有突出的优势。
41.一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统的发电方法，具体包括
42.存储在液氨罐内的液氨经过出液口通过泵加压后输入气化装置3吸收氨分解装置余热利用后的内燃机尾气的余热进行气化形成气态氨，随后气态氨进入表面涂有催化剂涂层的氨分解装置4，吸收内燃机尾气余热后形成的含有氢气、氮气以及少量氨气的合成气输出至涡轮5中，推动涡轮5做功带动第一发电机6进行发电，然后将该合成气输入内燃机7中，由于氢气的燃烧温度远高于氨气的燃点，该合成气与天然气混和进行燃烧，带动第二发电机8进行发电，为其他装置提供电能；解决传统氨吸热分解发电系统能量浪费且效率低的问题。涡轮利用了高温高压合成气的内能，内燃机利用了合成气的化学能，使得整个系统的能量利用率较高。
43.以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明创造。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

技术特征：

1.一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：包括液氨源(1)、动力件(2)、气化装置(3)、氨分解装置(4)、涡轮(5)、第一发电机(6)、内燃机(7)和第二发电机(8)，液氨源(1)与动力件(2)连通，动力件(2)与气化装置(3)的冷端进口连通，气化装置(3)的冷端出口与氨分解装置(4)的冷端进口连通，氨分解装置(4)的冷端出口与涡轮(5)入口连通，涡轮(5)出口与内燃机(7)连通；内燃机(7)的进气口通空气和天然气，内燃机(7)的尾气出口与氨分解装置(4)的热端进口连通，氨分解装置(4)的热端出口与气化装置(3)的热端进口连通，气化装置(3)的热端出口与大气连通；涡轮(5)与第一发电机(6)连接，内燃机(7)的动力输出端与第二发电机(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：所述气化装置(3)为换热器。3.根据权利要求2所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：气化装置(3)和氨分解装置(4)采用间壁式换热器。4.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：所述动力件(2)为泵。5.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：氨分解装置(4)的表面设有氨分解所需的催化剂涂层。6.根据权利要求5所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：所述氨分解装置(4)中的催化剂涂层为铜、镍或铁层。7.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：氨分解后的合成气为有氢气、氮气和氨气的混合气。8.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：气化装置(3)所需要的热量来自于氨分解装置(4)余热利用的内燃机尾气。9.根据权利要求1所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统，其特征在于：所述液氨源(1)为液氨罐。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统的发电方法，其特征在于：具体包括液氨源(1)内的液氨经过出液口通过泵加压后输入气化装置(3)吸收氨分解装置余热利用后的内燃机尾气的余热进行气化形成气态氨，随后气态氨进入表面涂有催化剂涂层的氨分解装置(4)，吸收内燃机尾气余热后形成的含有氢气、氮气以及少量氨气的合成气输出至涡轮(5)中，推动涡轮(5)做功带动第一发电机(6)进行发电，然后将该合成气输入内燃机(7)中，该合成气与天然气混和进行燃烧，带动第二发电机(8)进行发电。

技术总结

本发明提供了一种基于余热分解氨的热氨涡轮与内燃机联合发电系统及方法，属于能量综合利用领域。解决传统氨吸热分解发电系统能量浪费且效率低问题。它包括液氨源、动力件、气化装置、氨分解装置、涡轮、第一发电机、内燃机和第二发电机，液氨源与动力件连通，动力件与气化装置的冷端进口连通，气化装置的冷端出口与氨分解装置的冷端进口连通，氨分解装置的冷端出口与涡轮入口连通，涡轮出口与内燃机连通；内燃机的进气口通空气和天然气，内燃机的尾气出口与氨分解装置的热端进口连通，氨分解装置的热端出口与气化装置的热端进口连通，气化装置的热端出口与大气连通；涡轮与第一发电机连接，内燃机与第二发电机连接。本发明适用于综合发电。合发电。合发电。