本發(fā)明涉及合成氨工藝，特別是涉及一種合成氨系統(tǒng)及其負(fù)荷動態(tài)控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)合成氨工藝中，多采用煤或天然氣燃燒所釋放的能量來制氫作為合成氨中氫氣來源，氫氣氣源穩(wěn)定，合成氨設(shè)備系統(tǒng)為能夠維持穩(wěn)定運(yùn)行。但與此同時，傳統(tǒng)合成氨工藝也會帶來二氧化碳的大量排放問題，不符合工業(yè)化生產(chǎn)向節(jié)能減排方向發(fā)展的趨勢。

2、合成綠氨工藝是指利用風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電產(chǎn)生綠電，再利用綠能為電解水裝置制氫，最終將制備的氫氣用來合成氨的工藝。由于風(fēng)能、太陽能等新能源本身具有時效性，合成綠氨中的氫氣氣源又是由動態(tài)波動變化的新能源為電解水制氫提供能量制備獲得，導(dǎo)致電解水制氫的產(chǎn)量是波動的，這一波動性隨著工藝流程往下游不斷傳遞，會在一定程度上影響整個合成綠氨工藝中系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種合成氨系統(tǒng)及其負(fù)荷動態(tài)控制方法和裝置，在一定程度上降低綠氫氣源動態(tài)波動變化對整個系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種合成氨系統(tǒng)的負(fù)荷動態(tài)控制方法，包括：

3、對當(dāng)前時刻之后的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的綠電發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，獲得預(yù)測發(fā)電量；其中，所述綠電發(fā)電為風(fēng)能發(fā)電或太陽能發(fā)電中至少一種；且所述綠電發(fā)電產(chǎn)生的電能用于提供制氫裝置制氫所需的電能；

4、根據(jù)所述預(yù)測發(fā)電量確定所述制氫裝置的預(yù)測制氫量；根據(jù)所述預(yù)測制氫量確定所述制氮裝置的制氮功率和合成氨裝置的合成氨功率；

5、控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，并按照所述制氮功率和所述合成氨功率分別控制所述制氮裝置和所述合成氨裝置運(yùn)行，并實時監(jiān)測所述制氫裝置的當(dāng)前產(chǎn)氫量；

6、若所述當(dāng)前產(chǎn)氫量小于所述合成氨裝置按照所述合成氨功率運(yùn)行對應(yīng)的當(dāng)前需求氫氣量，則控制氫氣儲罐和所述制氫裝置共同為所述合成氨裝置提供氫氣。

7、可選地，在實時監(jiān)測所述制氫裝置的當(dāng)前產(chǎn)氫量之后，還包括：

8、若所述當(dāng)前產(chǎn)氫量大于所述合成氨裝置按照所述合成氨功率運(yùn)行對應(yīng)的當(dāng)前需求氫氣量時，則將所述制氫裝置所產(chǎn)生的剩余氫氣充入所述氫氣儲罐中。

9、可選地，在控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，并按照所述制氮功率和所述合成氨功率分別控制所述制氮裝置和所述合成氨裝置運(yùn)行時，還包括：

10、監(jiān)測所述氫氣儲罐的當(dāng)前儲氫量；

11、若所述氫氣儲罐內(nèi)的當(dāng)前儲氫量大于儲氫量最大閾值，則控制所述合成氨裝置的合成氨功率增大；

12、若所述氫氣儲罐內(nèi)的當(dāng)前儲氫量小于儲氫量最小閾值，則控制所述合成氨裝置處于熱備狀態(tài)，且將所述制氫裝置產(chǎn)生的氫氣輸入至所述氫氣儲罐中。

13、可選地，按照所述制氮功率和所述合成氨功率分別控制所述制氮裝置和所述合成氨裝置運(yùn)行，包括：

14、當(dāng)所述合成氨裝置的合成氨功率增長率大于預(yù)設(shè)增長率，則控制所述制氮裝置和氮?dú)鈨薰餐瑸樗龊铣砂毖b置提供合成氨所需氮?dú)狻?/p>

15、可選地，對當(dāng)前時刻之后的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的綠電發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，獲得預(yù)測發(fā)電量，包括：

16、對所述綠電發(fā)電在所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的能量波動數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；

17、根據(jù)所述能量波動數(shù)據(jù)將所述預(yù)設(shè)時間段進(jìn)行多個時間區(qū)段劃分；其中，同一所述時間區(qū)段內(nèi)中對應(yīng)的所述能量波動數(shù)據(jù)中的最大值和最小值之間的差值不大于設(shè)定能量差值；

18、根據(jù)所述能量波動數(shù)據(jù)對每個所述時間區(qū)段的對應(yīng)的發(fā)電量平均值進(jìn)行預(yù)測，獲得各個所述時間區(qū)段分別對應(yīng)的所述預(yù)測發(fā)電量。

19、可選地，控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，包括：

20、當(dāng)所述綠電發(fā)電所產(chǎn)生的當(dāng)前發(fā)電量大于所述制氫裝置按照滿負(fù)荷功率運(yùn)行所需電量時，控制所述制氫裝置按照滿負(fù)荷功率運(yùn)行，并將所述綠電發(fā)電用于提供所述制氫裝置按照滿負(fù)荷功率運(yùn)行所需電量的剩余電量存儲到儲電裝置。

21、可選地，根據(jù)所述預(yù)測發(fā)電量確定所述制氫裝置的預(yù)測制氫量，包括：

22、當(dāng)所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)存在預(yù)設(shè)區(qū)段的預(yù)測發(fā)電量低于最低發(fā)電量，且所述預(yù)設(shè)區(qū)段小于第一時長閾值時，則確定所述制氫裝置在所述預(yù)設(shè)區(qū)段內(nèi)的預(yù)測制氫量為所述制氫裝置以最低負(fù)荷功率運(yùn)行的制氫量；

23、相應(yīng)地，控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，包括：

24、控制所述儲電裝置和所述綠電發(fā)電共同為所述制氫裝置提供電能，按照所述最低制氫負(fù)荷功率運(yùn)行。

25、可選地，控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，并按照所述制氮功率和所述合成氨功率分別控制所述制氮裝置和所述合成氨裝置運(yùn)行，包括：

26、當(dāng)所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)存在預(yù)設(shè)區(qū)段的預(yù)測發(fā)電量低于最低發(fā)電量，且所述預(yù)設(shè)區(qū)段大于等于所述第一時長閾值小于第二時長閾值時，則控制所述制氫裝置在所述預(yù)設(shè)區(qū)段內(nèi)處于熱備狀態(tài)；

27、控制所述氫氣儲罐為所述合成氨裝置輸出氫氣，并控制所述合成氨裝置的合成氨功率為最低合成氨負(fù)荷功率運(yùn)行。

28、一種合成氨系統(tǒng)的負(fù)荷動態(tài)控制裝置，包括：

29、電量預(yù)測模塊，用于對當(dāng)前時刻之后的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的綠電發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，獲得預(yù)測發(fā)電量；其中，所述綠電發(fā)電為風(fēng)能發(fā)電或太陽能發(fā)電中至少一種；且所述綠電發(fā)電產(chǎn)生的電能用于提供制氫裝置制氫所需的電能；

30、功率設(shè)定模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測發(fā)電量確定所述制氫裝置的預(yù)測制氫量；根據(jù)所述預(yù)測制氫量確定所述制氮裝置的制氮功率和合成氨裝置的合成氨功率；

31、第一控制模塊，用于控制所述制氫裝置的制氫功率隨所述綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，并按照所述制氮功率和所述合成氨功率分別控制所述制氮裝置和所述合成氨裝置運(yùn)行，并實時監(jiān)測所述制氫裝置的當(dāng)前產(chǎn)氫量；

32、第二控制模塊，用于若所述當(dāng)前產(chǎn)氫量小于所述合成氨裝置按照所述合成氨功率運(yùn)行對應(yīng)的當(dāng)前需求氫氣量，則控制氫氣儲罐和所述制氫裝置共同為所述合成氨裝置提供氫氣。

33、一種合成氨系統(tǒng)，包括：主控制器、制氫裝置、制氮裝置、合成氨裝置以及氫氣儲罐；

34、其中，所述制氫裝置、所述制氮裝置和所述氫氣儲罐的輸出端均通過管道和所述合成氨裝置的輸入端相連接；

35、所述主控制器用于執(zhí)行如上任一項所述的合成氨系統(tǒng)的負(fù)荷動態(tài)控制方法的步驟。

36、本發(fā)明所提供的一種合成氨系統(tǒng)的負(fù)荷動態(tài)控制方法、裝置以及合成氨系統(tǒng)，該合成氨系統(tǒng)的負(fù)荷動態(tài)控制方法包括：對當(dāng)前時刻之后的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的綠電發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，獲得預(yù)測發(fā)電量；其中，綠電發(fā)電為風(fēng)能發(fā)電或太陽能發(fā)電中至少一種；且綠電發(fā)電產(chǎn)生的電能用于提供制氫裝置制氫所需的電能；根據(jù)預(yù)測發(fā)電量確定制氫裝置的預(yù)測制氫量；根據(jù)預(yù)測制氫量確定制氮裝置的制氮功率和合成氨裝置的合成氨功率；控制制氫裝置的制氫功率隨綠電發(fā)電的實時發(fā)電量的變化運(yùn)行，并按照制氮功率和合成氨功率分別控制制氮裝置和合成氨裝置運(yùn)行，并實時監(jiān)測制氫裝置的當(dāng)前產(chǎn)氫量；若當(dāng)前產(chǎn)氫量小于合成氨裝置按照合成氨功率運(yùn)行對應(yīng)的當(dāng)前需求氫氣量，則控制氫氣儲罐和制氫裝置共同為合成氨裝置提供氫氣。

37、本技術(shù)中先對當(dāng)前時刻之后未來的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的綠電發(fā)電的發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，在確定預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的預(yù)測發(fā)電量，并根據(jù)該預(yù)測發(fā)電量確定制氫裝置的預(yù)測制氫量之后，基于該預(yù)測制氫量設(shè)定制氮裝置的制氮功率以及合成氨裝置的合成氨功率，從而在一定程度上減小合成氨系統(tǒng)運(yùn)行的波動變化；在此基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步地配置有存儲有氫氣的氫氣儲罐，由此在制氫裝置的實時制氫量隨綠電發(fā)電的發(fā)電量波動變化過程中，當(dāng)制氫裝置的制氫量不足時，補(bǔ)充合成氨所需的氫氣，進(jìn)而在一定程度上減小合成氨裝置的運(yùn)行參數(shù)因為制氫裝置的制氫量波動而波動的幅度，有利于提升整個合成氨系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提升了合成氨系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。