【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及能源工程，尤其涉及城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，能源生產(chǎn)和利用的方式逐漸從傳統(tǒng)化石燃料向可再生能源轉(zhuǎn)變。城市熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為一種高效的能源利用方式，能夠同時(shí)生產(chǎn)電力和熱能，廣泛應(yīng)用于城市供熱和工業(yè)用熱。然而，傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)主要依賴于燃燒化石燃料，如天然氣和煤炭，導(dǎo)致二氧化碳和其他污染物排放量較高，不利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，氫氣作為一種清潔高效的能源，逐漸引起了廣泛關(guān)注。氫氣燃燒僅生成水，無(wú)二氧化碳排放，被認(rèn)為是未來(lái)替代化石燃料的重要能源之一。
2、盡管氫氣在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用前景廣闊，但現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些技術(shù)問(wèn)題。首先，氫氣制備過(guò)程中的能源消耗和氫氣純度優(yōu)化問(wèn)題未得到有效解決，導(dǎo)致制備成本高，氫氣純度不穩(wěn)定。其次，氫氣與天然氣混合燃燒的效率和穩(wěn)定性不足，現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)和氫氣燃燒器的設(shè)計(jì)未能充分利用氫氣的高燃燒值特性，導(dǎo)致燃燒效率低下。此外，廢熱回收利用效率不高，未能充分回收和利用系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱，造成能源浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于上述目的，本專利技術(shù)提供了城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)。
2、城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，包括氫氣制備與優(yōu)化模塊、熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊、智能控制與管理模塊、氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊、廢熱回收利用模塊和安全保障模塊，其中；
3、所述氫氣制備與優(yōu)化模塊包括電解水裝置和甲烷重整設(shè)備，所述電解水裝置利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫氣，所述甲
4、所述熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊包括燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐和氫氣燃燒器，所述氫氣燃燒器將氫氣與天然氣按預(yù)設(shè)比例混合燃燒，提高燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率和發(fā)電效率，所述余熱鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)和氫氣燃燒產(chǎn)生的余熱，用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電和供熱；
5、所述智能控制與管理模塊包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理單元和控制器，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣制備與優(yōu)化模塊和熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、電壓、電流、水位、流量和氣體成分，所述數(shù)據(jù)處理單元利用智能算法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成優(yōu)化控制策略，所述控制器根據(jù)優(yōu)化控制策略調(diào)節(jié)各模塊的運(yùn)行狀態(tài)；
6、所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊包括氫氣儲(chǔ)存罐和熱能儲(chǔ)存罐，所述氫氣儲(chǔ)存罐用于高壓儲(chǔ)存制備的氫氣，所述熱能儲(chǔ)存罐用于儲(chǔ)存余熱鍋爐回收的熱能，所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊通過(guò)預(yù)設(shè)的智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)能耗需求，動(dòng)態(tài)調(diào)配氫氣和熱能，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用；
7、所述廢熱回收利用模塊包括廢熱回收裝置，所述廢熱回收裝置將產(chǎn)生的廢熱回收并利用，用于城市供暖和工業(yè)用熱；
8、所述安全保障模塊包括氣體泄漏檢測(cè)器和緊急切斷裝置，所述氣體泄漏檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)氫氣泄漏情況，所述緊急切斷裝置在檢測(cè)到異常情況時(shí)，自動(dòng)切斷氫氣供應(yīng)。
9、可選的，所述氫氣制備與優(yōu)化模塊具體包括：
10、電解水裝置：包括太陽(yáng)能電池板和電解槽，太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為電解水裝置提供電力，電解槽用于電解水生成氫氣；
11、甲烷重整設(shè)備：使用脫硫劑吸附技術(shù)去除天然氣中的雜質(zhì)，使用鍋爐產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，將蒸汽與天然氣按比例混合，混合后的天然氣和水蒸氣進(jìn)入甲烷重整設(shè)備，通過(guò)鎳基催化劑，甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，通過(guò)水煤氣變換反應(yīng)，一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，通過(guò)冷卻、變壓吸附和膜分離技術(shù)，分離出高純度的氫氣；
12、氫氣純度優(yōu)化系統(tǒng)：基于隨機(jī)森林算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣純度數(shù)據(jù)并自動(dòng)調(diào)節(jié)制備參數(shù)。
13、可選的，所述熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊具體包括：
14、燃?xì)廨啓C(jī)：通過(guò)燃燒氫氣和天然氣的混合物產(chǎn)生高溫高壓氣體，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)電；
15、蒸汽輪機(jī)：利用余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行發(fā)電，蒸汽參數(shù)為壓力2-4?mpa，溫度400-500℃；
16、余熱鍋爐：用于回收燃?xì)廨啓C(jī)和氫氣燃燒器產(chǎn)生的余熱，通過(guò)余熱鍋爐的換熱管道，將熱能傳遞給水，生成高壓蒸汽，蒸汽用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電和供熱；
17、氫氣燃燒器：將氫氣與天然氣按預(yù)設(shè)比例混合燃燒，采用低氮燃燒技術(shù)減少氮氧化物排放，混合氣體燃燒溫度為1300-1500℃。
18、可選的，所述智能控制與管理模塊具體包括：
19、傳感器網(wǎng)絡(luò)：傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、流量傳感器和氣體成分分析儀，傳感器分布在電解水裝置、甲烷重整設(shè)備、燃?xì)廨啓C(jī)、氫氣燃燒器、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)上；
20、數(shù)據(jù)處理單元對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，利用支持向量機(jī)算法對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成優(yōu)化控制策略，具體包括：
21、特征提取：從預(yù)處理后的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)中提取出對(duì)氫氣純度和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)有影響的特征，包括電解水裝置的電流、電壓、溫度和壓力、甲烷重整設(shè)備的反應(yīng)溫度、壓力和氣體成分、燃?xì)廨啓C(jī)的溫度、壓力和流量以及氫氣燃燒器的溫度和氣體成分；
22、訓(xùn)練支持向量機(jī)模型：使用歷史運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)訓(xùn)練支持向量機(jī)模型，將歷史運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練集和測(cè)試集，用于模型訓(xùn)練和驗(yàn)證，使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)訓(xùn)練支持向量機(jī)模型；
23、使用測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的性能，調(diào)整模型參數(shù)以提高預(yù)測(cè)精度；
24、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)：將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型，進(jìn)行氫氣純度的預(yù)測(cè)，模型的預(yù)測(cè)結(jié)果將與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，以評(píng)估模型的準(zhǔn)確性；
25、生成優(yōu)化控制策略：基于支持向量機(jī)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理單元的分析，生成優(yōu)化控制策略；
26、控制器調(diào)節(jié)：控制器接收數(shù)據(jù)處理單元生成的優(yōu)化控制策略，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氫氣制備與優(yōu)化模塊和熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊的運(yùn)行狀態(tài)。
27、可選的，所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊具體包括：
28、氫氣儲(chǔ)存罐：用于高壓儲(chǔ)存制備的氫氣，儲(chǔ)存壓力為35-70?mpa，儲(chǔ)存罐材料為合金鋼或復(fù)合材料，確保儲(chǔ)存安全；
29、熱能儲(chǔ)存罐：采用相變材料或高效蓄熱材料，儲(chǔ)存余熱鍋爐回收的熱能，蓄熱容量為100-500?kwh，相變材料的相變溫度為50-100℃。
30、可選的，所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊通過(guò)預(yù)設(shè)的智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)能耗需求，動(dòng)態(tài)調(diào)配氫氣和熱能，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，具體包括：
31、數(shù)據(jù)采集：在氫氣儲(chǔ)存罐和熱能儲(chǔ)存罐安裝傳感器，包括壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的氫氣壓力、熱能儲(chǔ)存介質(zhì)的溫度及流量數(shù)據(jù)，收集氫氣和熱能需求的歷史數(shù)據(jù)，包括每小時(shí)氫氣需求量、每日氫氣需求量，每小時(shí)熱能需求量和每日熱能需求量；
32、數(shù)據(jù)預(yù)處理：將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、濾波和格式化處理本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，包括氫氣制備與優(yōu)化模塊、熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊、智能控制與管理模塊、氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊、廢熱回收利用模塊和安全保障模塊，其中；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣制備與優(yōu)化模塊具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制與管理模塊具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊通過(guò)預(yù)設(shè)的智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)能耗需求，動(dòng)態(tài)調(diào)配氫氣和熱能，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，具體包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述廢熱回收裝置包括換熱器、熱能儲(chǔ)存裝置、熱泵系統(tǒng)和熱水管道系統(tǒng)，其中；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的城市熱電
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制與管理模塊進(jìn)一步包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，包括氫氣制備與優(yōu)化模塊、熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊、智能控制與管理模塊、氫氣與熱能儲(chǔ)存模塊、廢熱回收利用模塊和安全保障模塊，其中；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣制備與優(yōu)化模塊具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電聯(lián)產(chǎn)與氫氣協(xié)同燃燒模塊具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制與管理模塊具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的城市熱電聯(lián)產(chǎn)氫氣增效系統(tǒng)，其特征在于，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂馥丞，郝宗鵬，羅京勝，李凌，張瑩瑩，王有林，張喆，黃祖亮，姜行，王志強(qiáng)，李茂龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華電青島發(fā)電有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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