本實用新型涉及一種清潔能源制備系統(tǒng)，特別是一種用燃煤發(fā)電機組余電和尾部煙氣余熱制取二甲醚的系統(tǒng)。
背景技術：
目前燃煤發(fā)電機組大型化和高參數(shù)化是大規(guī)模減少燃煤污染的主要途徑，國內(nèi)運行的火電機組主要是600MW、1000MW級的超臨界（主蒸汽溫度538℃~593℃，主蒸汽壓力24~26MPa）、超超臨界（主蒸汽溫度≥600℃，主蒸汽壓力≥26MPa）燃煤發(fā)電機組，國外主蒸汽溫度700C°燃煤發(fā)電機組也即將投產(chǎn)。但是，近年來部分地區(qū)由于水電、光伏、風電等新能源發(fā)展，大量大容量、高參數(shù)燃煤發(fā)電機組的運行負荷大幅度減少，有的降到了設計負荷的50%以下，機組裝機容量比供電負荷冗余了大量的剩余電力，這部分電力被定義為余電（Surplus Power, SP），超超臨界燃煤發(fā)電機組在50%設計負荷運行時熱效率可降低9%以上，各主機和輔機在遠離設計工況下運行時效率大幅降低，故障率大幅上升，是發(fā)電企業(yè)亟需解決的難題。另外，新能源，分布式能源的高度滲入，使燃煤發(fā)電機組面臨更復雜的調(diào)峰要求。
市場上主流使用的汽油車、柴油車及天然氣車的運行也對環(huán)境影響巨大。如何高效經(jīng)濟地保障新型軍事裝備（如新型AIP（Air-independent propulsion）潛艇）高純度的液氫、液氧的供應也是我們國家的亟待解決的難題。
研究人員已經(jīng)確認甲醇可以直接摻混到汽油中，甲醇的衍生物二甲醚(Dimethyl Ether, DME)可以直接摻混到柴油中，氫氣可以直接摻混到天然氣燃料中去增加發(fā)動機效率并減少排放。
中國專利公開號“104989519A”公開了“ 氫氣發(fā)電機組”，其特征在于，包括發(fā)電機主體，所述主體包括供能系統(tǒng)、能換系統(tǒng)及控制單元，所述供能系統(tǒng)包括氫氣供給單元及與之相連的燃氣噴射閥，所述能換系統(tǒng)包括空氣濾清器及與之相連的多組傳感器，所述控制單元由ECU組成；所述傳感器包括進氣溫度壓力傳感器、水溫傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器及相位傳感器組成。上述專利公開的是一種利用氫氣作為能源發(fā)電的系統(tǒng)，并沒有公開給與我們相反的指導。
現(xiàn)有技術中還不存在利用大型高參數(shù)燃煤發(fā)電機組的余電/余熱產(chǎn)生二甲醚原料來解決發(fā)電企業(yè)的部分負荷運行低效率高成本的方案同時產(chǎn)出清潔低碳能源的裝置。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的上述不足，而提供一種利用大容量、高參數(shù)燃煤發(fā)電機組的余電/余熱電解水或高溫水蒸汽（High Temperature Steam Electrolysis，HTSE）產(chǎn)生氫氣，并通過二氧化碳加氫催化反應（Carbon Dioxide by Catalytic Hydrogenation with Hydrogen，CDCHH）制造二甲醚的系統(tǒng)來解決發(fā)電企業(yè)燃煤發(fā)電機組的部分負荷運行時低效率高成本問題，并提供二甲醚等來直接摻混天然氣、汽油車、柴油車輛燃料來減少地域的污染物排放和碳排放，提高地域空氣質(zhì)量。
本實用新型目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
一種用燃煤發(fā)電機組余電和尾部煙氣余熱制取二甲醚的系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，鍋爐產(chǎn)生水蒸氣通過汽輪機驅動發(fā)電機發(fā)電，其特征是，還包括低溫省煤器、壓力水電解槽、氫氣干燥器、氫氣壓縮機、氫氣加熱裝置、二氧化碳捕集裝置、二氧化碳壓縮機、二氧化碳加熱裝置和二甲醚合成裝置，所述鍋爐尾部煙氣依次接入低溫省煤器、二氧化碳捕集裝置后排出，捕集的二氧化碳氣體依次經(jīng)過二氧化碳壓縮機、二氧化碳加熱裝置和二甲醚合成裝置；所述的低溫省煤器接入壓力水電解槽，壓力水電解槽電解產(chǎn)生的氫氣端依次接入氫氣干燥器、氫氣壓縮機、氫氣加熱裝置和二甲醚合成裝置。
作為優(yōu)選，所述的氫氣干燥器、氫氣加熱裝置和二氧化碳加熱裝置均通過汽輪機抽汽供熱。
作為優(yōu)選，所述的壓力水電解槽、氫氣壓縮機、二氧化碳壓縮機、二甲醚合成裝置均通過發(fā)電機的余電供電。
作為優(yōu)選，所述的二氧化碳加熱裝置和氫氣加熱裝置均通過發(fā)電機的余電輔助加熱。
作為優(yōu)選，所述的壓力水電解槽產(chǎn)生的氧氣分為兩路，一路存儲，另一路通入鍋爐。
與現(xiàn)有技術相比，本產(chǎn)品同現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點及效果 ：
1、實現(xiàn)高參數(shù)、大容量燃煤發(fā)電機組在最佳工作點平穩(wěn)工作，提高了機組效率，避免了機組頻繁負荷變動及低負荷運行時的不良影響；
2、通過余熱回收裝置回收高溫水蒸汽電解產(chǎn)物的熱量，實現(xiàn)了能源的梯級利用；
3、模塊化設計，投運的余電制取二甲醚燃料系統(tǒng)模塊數(shù)可隨電網(wǎng)負荷的變化及時變化，提高運行效率和靈活性，同時降低安裝難度和復雜度，降低運行管理復雜度；
4、通過結合本實用新型中余電/余熱制取二甲醚燃料的系統(tǒng)，燃煤發(fā)電機組可及時應對電網(wǎng)的符合變動要求。
5、合成二甲醚的原料之一二氧化碳由鍋爐尾部煙氣中經(jīng)二氧化碳捕集而來，降低了燃煤發(fā)電機組的二氧化碳排放；
6、制得的二甲醚燃料是清潔能源，摻混到柴油中可降低汽車的碳排放，有良好的社會效益。
7、二甲醚(Dimethyl Ether, DME)可以直接摻混到柴油中，提高柴油發(fā)動機的效率降低排放。
8、實現(xiàn)了利用中國保有量豐富的煤資源制氫、甲醇、二甲醚等液體燃料，有利于中國的能源安定安全可靠地供給，有利于國家的能源安全。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實施例的系統(tǒng)原理示意圖。
標號說明：鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3、低溫省煤器4、壓力水電解槽5、氫氣干燥器6、氫氣壓縮機7、氫氣加熱裝置8、二氧化碳捕集裝置9、二氧化碳壓縮機10、二氧化碳加熱裝置11、甲醚合成裝置12。
具體實施方式
以下結合具體實施例來說明本實用新型，下列實施例僅用于說明本實用新型的技術方案，并不限定本實用新型的保護范圍。
實施例：
在本實施例中，制氫方式為電解水制氫，主要產(chǎn)品為二甲醚。如圖1示，本實施例由超臨界/超超臨界鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3、低溫省煤器4、壓力水電解槽5、氫氣干燥器6、氫氣加熱裝置7、氫氣壓縮機8、二氧化碳捕集裝置/9、二氧化碳壓縮機10、二氧化碳加熱裝置11、一步法二甲醚合成裝置12組成。
本實施例中的“低溫省煤器”是指布置在鍋爐空氣預熱器之后，將煙氣溫度降低到100℃左右，實現(xiàn)煙氣余熱深度回收的裝置。一般分兩級布置：第一季布置在除塵器前，第二級布置在脫硫塔前。采用低溫省煤器可提高機組熱效率，節(jié)能、節(jié)水效果顯著，符合國家“節(jié)能減排”的政策，具有很好的發(fā)展前景和應用推廣價值。
超臨界/超超臨界鍋爐1尾部煙氣經(jīng)低溫省煤器4余熱回收制取80~90℃的熱水進入壓力水電解槽5電解，電解槽陰極側出口為3MPa的氫氣，氫氣經(jīng)氫氣干燥器6干燥、氫氣壓縮機7加壓、氫氣加熱裝置8加熱升溫后進入一步法二甲醚合成裝置12，與由超臨界/超超臨界鍋爐1尾部煙氣經(jīng)二氧化碳捕集裝置9捕集、二氧化碳壓縮機10壓縮、二氧化碳加熱裝置11升溫后的高溫高壓的二氧化碳氣體反應生成二甲醚；壓力水電解槽5陽極側出口為3MPa的氧氣，氧氣分兩路，一路進入超臨界/超超臨界鍋爐1燃燒形成富氧燃燒工況，另一路可去貯存。
超臨界/超超臨界鍋爐1主蒸進入汽輪機2做功帶動發(fā)電機3發(fā)電，發(fā)電機3發(fā)出的電量首先滿足電網(wǎng)負荷的需要，在電網(wǎng)的負荷需求低于燃煤發(fā)電機組的經(jīng)濟工況（一般為80%負荷率）時，燃煤發(fā)電機組工作在80%負荷，扣除供電負荷后的余電供本實施例所描述的燃煤發(fā)電機組余電制取二甲醚的系統(tǒng)中各用電設備使用，包括：壓力水電解槽5耗電、以及氫氣壓縮機7和二氧化碳壓縮機10耗電等。
壓力電解槽的工作壓力為3.2Mpa，其中陰極的電化學反應方程：
4H2O（l） + 4e-==2H2（g）+4OH-（aq）
陽極的電化學反應方程：
4OH-==O2（g） + 2 H2O（l） + 4e-
汽輪機2中壓級抽汽一部分進入氫氣干燥裝置7干燥氫氣；一部分進入氫氣加熱裝置8和二氧化碳加熱裝置11預熱一步法二甲醚合成的原料氣氫氣和二氧化碳。
一步法二甲醚合成裝置中總包反應為：
2CO2 + 6H2==CH3-O-CH3+3H2O
此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本實用新型專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本實用新型專利的保護范圍內(nèi)。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實用新型的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本實用新型的保護范圍。