[实用新型]一种利用燃气轮机排烟余热发电的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，尤其是一种利用燃气轮机排烟余热发电的装置。

背景技术

燃气轮机是近几十年来发展起来的一种热功转化设备，自从1939年瑞士BBC公司研制出世界第一台4000kW的发电燃气轮机后，尤其是近些年来液体和气体燃料的广泛使用，燃气轮机得到较快发展。燃气轮机已经有60多年的发展历史，其性能、效率和技术水平有了很大提高。基于经济发展的战略和国际竞争的需求，许多国家将先进燃气轮机技术作为本国科技优先发展领域的重点。20世纪80年代，燃气轮机工程界提出了高热效率和燃料适用性是能源经济中的两个关键。因现代燃气轮机具有污染小、气体适应性强、启动快、功率大等突出优点而在发电、航空、舰船、军用以及机械驱动等领域得到广泛应用。目前燃气轮机的尾部余热的利用过程中，常常接余热锅炉，产生一定品位的蒸汽，用于燃气蒸汽联合循环，从而在一定程度上提高了系统的发电效率。然而，由于燃气轮机尾部烟气温度的限制，余热锅炉产生的蒸汽大多处于中压或次高压的状况，从而造成蒸汽侧循环的热转功效率不高。目前，燃气蒸汽联合循环的系统热转功效率通常在55%～60%之间。另外，燃气轮机的尾部烟气还常常用于溴化锂吸收式制冷，取得一部分冷量。上述这些燃气轮机尾部烟气余热的利用过程，只是涉及到热能之间的转换，没有提高燃气轮机尾部烟气余热的品位，从而不能够大幅度提高尾部余热下游的循环效率。

燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置，由于燃料电池在工作过程中不涉及燃烧，仅仅通过电化学反应生成水，因而不受卡诺循环的限制，其能量转化效率明显提高，而且在能量转换过程中，污染物的排放很少。根据使用电解质种类的不同，燃料电池可以分为：碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸盐酸性燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。通常MCFC和SOFC为高温燃料电池，在这两种燃料电池中，一般采用天然气内部重整制得氢气，与空气中的氧气发生电化学反应输出电能。

因此，设计一种利用燃气轮机尾部烟气余热发电的装置，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用燃气轮机尾部烟气余热发电的装置。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种利用燃气轮机排烟余热发电的装置，由重整反应器、提纯装置、升压装置和燃料电池组成，重整反应器、提纯装置、升压装置和燃料电池通过管道依次相连，将重整反应器的供热管道与燃气轮发电机的燃气透平的排烟管道连接，燃料电池通过管道与燃气轮发电机的空气压气机连通。

本实用新型解决其技术问题的技术方案还可以是：

本实用新型的燃料电池的废气排放口通过管道与燃气轮机中的燃烧室相连。

本实用新型所述的燃料电池为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸盐酸性燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）或固体氧化物燃料电池（SOFC）。

本实用新型的原理是利用燃气轮机的排烟余热进行甲醇重整制取氢气，并将所得氢气用于燃料电池发电系统，改进了燃气轮机排烟余热的传统利用方式，有效降低了甲醇制氢的能量消耗，实现了节能的目的。

本实用新型是这样实现的：从燃气轮机的燃气透平出来的排烟进入重整反应器，向重整反应器中加入摩尔比为1.5～2：1的水和甲醇，在催化剂的作用下水与甲醇吸收燃气轮机的排烟余热进行热化学反应[CH₃OH（g）+H₂O（g）→3H₂+CO₂  ΔH=50.7kJ/mol]，反应后的合成气（主要含有H₂与CO₂）通过提纯装置分离后即得纯度为80～90%的氢气。然后将纯度较高的氢气经过升压装置升压后进入燃料电池，另从燃气轮机的空气压气机出口分离出一定量的空气进入燃料电池，空气中的氧气与纯度较高的氢气在燃料电池中进行反应，输出电能。

燃料电池的未反应气和燃料电池产生的部分水蒸汽共同进入燃气轮机的燃烧室中。

前述方法所用的催化剂最好是重量比例为5～14∶3～10∶4～13的Cu、ZnO和Al₂O₃。

重整反应器中水与甲醇的反应温度为150℃～300℃，反应压力为1bar～10bar。