一种基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气

本技术涉及一种基于多种氢储运方式的天然气-氢气掺混系统，属于燃气蒸汽联合循环电站设计以及氢能利用。背景技术：1、燃气轮机是一个国家工业水平和科技能力的标志，发展燃机产业和技术，对于推动国家产业结构调整与转型升级，提升经济发展质量和效益具有重大战略意义。2、氢能的利用，已经成为近年来全球能源革命的主题。氢气是当今最适宜作为可再生能源载体的物质之一。它的合理利用，将进一步促进可再生能源利用领域的发展。利用氢气作为燃气，不仅可以有效减少天然气使用过程中的污染物排放和碳排放，同时也有利于优化中国的能源供应结构，增强能源安全性。而且，氢气作为能源利用，也是解决部分工业生产过程中副产品的充分利用和环境污染问题的措施。3、可再生能源发电制氢被认为是解决弃电消纳问题的一条有效途径。随着可再生能源制氢技术的迅猛发展，未来氢将作为一种清洁可再生的能源载体。将氢气以一定的比例掺入天然气中，利用燃机发电，是实现绿氢高效利用的有效途径。我国东部沿海地区海上风电并网和消纳问题已成为制约风电开发的主要因素，因此将氢气掺入天然气中通过燃机发电就地消纳，将是解决大规模、长距离氢气输送的一个良好的过渡方法。4、目前在天然气-氢气掺混系统的应用中还存在以下问题：5、1)目前燃机电厂燃料系统中加掺氢气的成功案例很少，仍处于试验研究阶段，且机组容量相对较小，加掺氢气比例不高，氢气系统容量不大；对于大型燃气蒸汽联合循环机组，尤其是9f级、9h级以及大9h级联合循环机组，其小时燃料使用量较大，掺氢达到一定规模后，氢气系统容量变得很大，其卸氢、氢气处理、加氢等系统该如何配置仍是当前的技术空白；6、2)目前氢储运方式主要包括液氢罐车、气氢拖车、管道输氢等；2套9f燃机电厂天然气耗量约为16万方/小时，2套大9h燃机电厂天然气耗量达约28万方/小时，若按最高10%掺氢比例，需要的氢气流量也需要约2万~3万立方米/小时，而单台气氢拖车的运力只有约4000方，与大型燃机电站所需的氢气量差距较大，很难满足实际的掺氢需求；7、3)管道输氢方式是适合大规模、长距离的运氢方式。然而，由于运氢管材的特殊性使氢气管道造价高于天然气管道，由于氢气的体积能量密度小，用同一管道输送相同能量的氢气和天然气，用于押送氢气的泵站压缩机功率高于压送天然气的压缩机功率，导致氢气的输送成本偏高。另外，由于输氢管材容易发生氢脆问题，其带来氢气长输管道的一系列技术问题仍未有效的解决。因此，目前氢气管道的规模仍非常小；8、4)液氢罐车运氢密度高，为70.8kg/m3，是20mpa气氢的4.9倍；单台液氢罐车的运输量大，可达约4000kg，约是气氢的11倍；单台液氢罐车运力达约45000方，并且适合于远距离、大容量运输，当输氢管道还未敷设至燃机电厂时，液氢罐车是燃机电站等领域大规模掺氢技术重要的研发方向。然而，其也存在明显的缺点，如氢气液化过程耗能较大，导致液氢成本仍较高，液氢目前国内民用的标准缺失，对大规模利用形成了一定阻碍。9、为此，设计一种基于多种氢储运方式的天然气-氢气掺混系统，从而克服上述问题。技术实现思路1、本发明的目的是针对上述存在的问题而设计的一种结构简单，实用方便的基于多种氢储运方式的天然气-氢气掺混系统，采用液氢罐车、气氢拖车、管道输氢等多种氢储运方式中两种或多种方式的综合利用技术，在具有管道输氢条件的氢源点，通过氢气长输管道供氢，不足部分可通过液氢罐车或气氢拖车补足；相应的，若管道输氢尚不具备条件时，可通过液氢罐车和气氢拖车来共同满足氢气需求；宜气则气，宜液则液，宜管输则管输。2、本实用新型是通过如下的技术方案予以实现的：一种基于多种氢储运方式的天然气-氢气掺混系统，包括掺混系统本体，所述掺混系统本体由氢气处理模块、天然气处理模块和混气装置组成，其中所述氢气处理模块的一端通过制氢管道与制氢厂相连，另一端与混气装置相连接，所述天然气处理模块的一端通过天然气管道与天然气公司来气相连，另一端与混气装置相连接，所述混气装置远离氢气处理模块和天然气处理模块的一端依次与燃气轮机前置模块和燃气轮机相连，从制氢厂和天然气管道来的氢气和天然气在混气装置中充分混合、达到均匀状态后，进入燃气轮机前置模块进行进一步处理，最终送至燃气轮机燃烧。3、作为优选：所述氢气处理模块由三个平行设置的液化处理模块，第一压缩处理模块和第二压缩处理模块组成，其中液化处理模块的一端与制氢厂的液化装置相连，另一端与混气装置相连接，所述第一压缩处理模块的一端与制氢厂的第一压缩装置相连，另一端与混气装置相连接。4、作为优选：所述第二压缩处理模块的一端与制氢厂的第二压缩装置相连，另一端与混气装置相连接，所述天然气处理模块的一端连接有天然气公司来气，另一端与混气装置相连接，所述混气装置远离液化处理模块、第一压缩处理模块、第二压缩处理模块、天然气处理模块的一端依次与燃气轮机前置模块和燃气轮机相连，所述液化处理模块，第一压缩处理模块和第二压缩处理模块根据实际氢气输送条件，选择单独一种模块或多种模块组合使用。5、作为优选：所述液化处理模块由依次相连的液氢罐车、液氢接卸过滤装置、液氢存储模块、液氢泵、气化器和第一计量调压控制阀组相连接，其中所述液氢罐车通过第一输氢管道与液化装置相连接，所述第一计量调压控制阀组与混气装置相连。6、作为优选：所述第一压缩处理模块由依次相连的气氢拖车、气氢接卸过滤装置、气氢压缩模块、气氢存储模块和第二计量调压控制阀组组成，其中所述气氢拖车通过第二输氢管道与第一压缩装置相连，所述第二计量调压控制阀组与混气装置相连。7、作为优选：所述第二压缩处理模块由依次相连的管道输氢模块，过滤装置和计量调压/增压模块组成，其中管道输氢模块通过第三输氢管道与压缩装置相连接，计量调压/增压模块与混气装置相连。8、作为优选：所述天然气处理模块由依次相连的天然气计量模块、天然气分离过滤模块、加热模块和调压/增压模块组成，其中所述天然气计量模块通过天然气管道与天然气公司来气相连接，所述调压/增压模块与混气装置相连。9、本实用新型相比于现有技术，其有益效果为：10、1.基于不同氢源、氢气储运方式，均可通过所述天然气-氢气掺混系统进行混气，并送入燃气轮机进行燃烧，对管道输氢、气氢拖车、液氢罐车均适用，对现有燃机电站和新建燃机电站均适用；11、2.针对大型燃机电站，在管道输氢、气氢拖车、液氢罐车三种氢储运方式下，与9f级或大9h级均进行了压力匹配，指出了调压和增压方式优化设计；12、3.分析了管道输氢、气氢拖车、液氢罐车三种氢储运方式的特点，根据氢源条件的不同，需要结合掺氢燃机规模、掺氢比例进行优化选择。技术特征：1.一种基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，包括掺混系统本体，其特征在于：所述掺混系统本体（1）由氢气处理模块、天然气处理模块（5）和混气装置（60）组成，其中所述氢气处理模块的一端通过制氢管道与制氢厂相连，另一端与混气装置（60）相连接，所述天然气处理模块（5）的一端通过天然气管道（10）与天然气公司来气（11）相连，另一端与混气装置（60）相连接，所述混气装置（60）远离氢气处理模块和天然气处理模块（5）的一端依次与燃气轮机前置模块（61）和燃气轮机（62）相连，从制氢厂和天然气管道来的氢气和天然气在混气装置（60）中充分混合、达到均匀状态后，进入燃气轮机前置模块（61）进行进一步处理，最终送至燃气轮机（62）燃烧。2.根据权利要求1所述的基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，其特征在于：所述氢气处理模块由三个平行设置的液化处理模块（2）、第一压缩处理模块（3）和第二压缩处理模块（4）组成，其中液化处理模块（2）的一端与制氢厂的液化装置（42）相连，另一端与混气装置（60）相连接，所述第一压缩处理模块（3）的一端与制氢厂的第一压缩装置（32）相连，另一端与混气装置（60）相连接，所述第二压缩处理模块（4）的一端与制氢厂的第二压缩装置（22）相连，另一端与混气装置（60）相连接，所述天然气处理模块（5）的一端连接有天然气公司来气（11），另一端与混气装置（60）相连接，所述混气装置（60）远离液化处理模块（2）、第一压缩处理模块（3）、第二压缩处理模块（4）、天然气处理模块（5）的一端依次与燃气轮机前置模块（61）和燃气轮机（62）相连，所述液化处理模块（2），第一压缩处理模块（3）和第二压缩处理模块（4）根据实际氢气输送条件，选择单独一种模块或多种模块组合使用。3.根据权利要求2所述的基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，其特征在于：所述液化处理模块（2）由依次相连的液氢罐车（43）、液氢接卸过滤装置（44）、液氢存储模块（45）、液氢泵（46）、气化器（47）和第一计量调压控制阀组（48）相连接，其中所述液氢罐车（43）通过第一输氢管道（40）与液化装置（42）相连接，所述第一计量调压控制阀组（48）与混气装置（60）相连。4.根据权利要求2所述的基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，其特征在于：所述第一压缩处理模块（3）由依次相连的气氢拖车（33）、气氢接卸过滤装置（34）、气氢压缩模块（35）、气氢存储模块（36）和第二计量调压控制阀组（37）组成，其中所述气氢拖车（33）通过第二输氢管道（30）与第一压缩装置（32）相连，所述第二计量调压控制阀组（37）与混气装置（60）相连。5.根据权利要求2所述的基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，其特征在于：所述第二压缩处理模块（4）由依次相连的管道输氢模块（23）、过滤装置（24）和计量调压/增压模块（25）组成，其中管道输氢模块（23）通过第三输氢管道（20）与压缩装置（22）相连接，计量调压/增压模块（25）与混气装置（60）相连。6.根据权利要求2所述的基于多种氢储运方式的燃机电站天然气-氢气掺混系统，其特征在于：所述天然气处理模块（5）由依次相连的天然气计量模块（12）、天然气分离过滤模块（13）、加热模块（14）和调压/增压模块（15）组成，其中所述天然气计量模块（12）通过天然气管道（10）与天然气公司来气（11）相连接，所述调压/增压模块（15）与混气装置相连。技术总结一种基于多种氢储运方式的燃机电站天然气‑氢气掺混系统，包括掺混系统本体，所述掺混系统本体由氢气处理模块，天然气处理模块和混气装置组成，其中所述氢气处理模块的一端与通过制氢管道与制氢厂相连，另一端与混气装置相连接，所述天然气处理模块的一端通过天然气管道与天然气公司来气相连，另一端与混气装置相连接，所述混气装置远离氢气处理模块和天然气处理模块的一端依次与燃气轮机前置模块和燃气轮机相连，从制氢厂和天然气管道来的氢气和天然气在混气装置中充分混合、达到均匀状态后，进入燃气轮机前置模块进行进一步处理，最终送至燃气轮机燃烧。技术研发人员：任渊源,翟云楚,李硕平,潘俊,赵云龙,童晓凡,唐秋杭,吴尔东,陈青,赵劲潮受保护的技术使用者：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司技术研发日：20230920技术公布日：2024/8/16