高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105508051A(43)申请公布日2016.04.20(21)申请号201510886617.2(22)申请日2015.12.07(71)申请人集美大学地址361021福建省厦门市集美区银江路185号(72)发明人陈志强何宏舟张亮(74)专利代理机构厦门市新华专利商标代理有限公司35203代理人朱凌(51)Int.Cl.F02C6/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统及其方法(57)摘要本发明公开了一种高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统及其方法，它包括核能发电系统、制氢系统、高压氦气再热器、甲烷输送管道、给水管道、水蒸汽管道、氢气输送管道。核能发电系统氦氦换热器的二次侧氦气出口与制氢系统转化反应器的氦气进口连接，转化反应器的氦气出口与氦气再热器的氦气进口连接，氦气再热器的氦气出口与核能发电系统氦气轮机的进口连接；转化反应器的转化气出口与氦气再热器的转化气进口连接，氦气再热器的转化气出口与制氢系统低压水蒸汽发生器的转化气进口连接。本发明将核能发电与制氢工艺相耦合，实现了同一股氦气流先制氢后发电的氢电联产方式，具有能量梯级利用、热效率高等特点，具有很好的经济效益和应用前景。CN105508051ACN105508051A权利要求书1/1页1.一种高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统，其特征在于：它包括核能发电系统、制氢系统、高压氦气再热器、甲烷输送管道、给水管道、水蒸汽管道、氢气输送管道；所述的核能发电系统由高温气冷堆、压缩机、氦氦换热器、氦气轮机、冷却器组成；所述的高温气冷堆与氦氦换热器的一次侧连接形成核电站一回路；所述的压缩机与氦氦换热器的二次侧、氦气轮机、冷却器连接构成核电站二回路部分；所述的氦氦换热器的二次侧氦气出口与制氢系统连接；所述的氦气轮机的进口与高压氦气再热器连接；所述的制氢系统由转化反应器、低压水蒸汽发生器、中温变换器、甲烷预热器、给水除氧器、变压吸附器、转化气管道组成；所述的转化反应器的原料进口与甲烷输送管道、水蒸汽管道相连接；转化反应器的转化气出口通过转化气管道与氢气输送管道连接，并在转化气管道上依次设置高压氦气再热器、低压水蒸汽发生器、中温变换器、甲烷预热器、给水除氧器、变压吸附器；转化反应器的氦气进口与核能发电系统氦氦换热器的二次侧氦气出口连接；所述的高压氦气再热器的转化气进口与制氢系统转化反应器的转化气出口连接；高压氦气再热器的转化气出口与制氢系统低压水蒸汽发生器的转化气进口连接；高压氦气再热器的氦气进口与制氢系统转化反应器的氦气出口连接；高压氦气再热器的氦气出口与核能发电系统氦气轮机的进口连接；所述的甲烷输送管道与制氢系统甲烷预热器的壳程相连通，并与转化反应器的原料进口连接；所述的给水管道螺旋或曲折穿过核能发电系统冷却器后与制氢系统给水除氧器的壳程相连通，并与低压水蒸汽发生器的给水进口连接；所述的低压水蒸汽发生器的蒸汽出口通过水蒸汽管道与转化反应器的原料进口连接。2.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统，其特征在于：所述的转化反应器的氦气出口温度在350～400℃之间，转化反应器的转化气出口温度在750～800℃之间；所述的高压氦气再热器的氦气出口温度在550～650℃之间，高压氦气再热器的转化气出口温度在400～450℃之间。3.采用权利要求1所述的高温气冷堆氦气间接循环制氢耦合发电系统的方法，其特征在于：包括以下过程：1）核电一回路的氦气从高温气冷堆进行吸热，通过氦氦换热器的一次侧向二次侧进行放热；核电二回路的氦气经压缩机压缩后，进入氦氦换热器的二次侧进行吸热，形成高温高压氦气；高温高压氦气进入转化反应器的壳程进行放热，变成低温高压氦气；低温高压氦气进入高压氦气再热器吸收从转化反应器引出的高温转化气的放热量，温度再次升高成为中高温高压氦气；中高温高压氦气进入氦气轮机做功发电，氦气轮机排放的氦气经过冷却器被给水冷却后重新进入压缩机完成一个循环；2）天然气经过甲烷预热器被加热后进入转化反应器的转化传热管内；给水经过核能发电系统的冷却器被加热为热水，热水进入制氢系统的给水除氧器进一步加热除氧，然后除氧水进入低压水蒸汽发生器内吸收转化气的热量变成饱和水蒸汽，饱和水蒸汽与预热天然气一起进入转化反应器的转化传热管内发生反应，生成主要成分为氢气和一氧化碳的高温转化气，高温转化气先经过高压氦气再热器进行放热用于加热氦气，再进入低压水蒸汽发生器进行放热用于产生水蒸汽，然后转化气进入中温变换器进一步反应，生成主要成分为氢气和二氧化碳的混合气，混合气依次经过甲烷预热器和给水除氧器放出余热，最后经过变压吸附器过滤掉二氧化碳后得到纯净氢气。2C