[发明专利]基于MCFC电化学法捕集IGCC系统中CO2的复合动力系统

说明书

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)复合动力发电技术领域，特别涉及一种基于MCFC电化学法捕集IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)系统中CO₂的复合动力系统。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池利用电化学过程产电，不受卡诺循环的限制，具有较高的能量转化效率。且MCFC的排气温度较高，可利用余热锅炉和汽轮机系统进行余热及功回收，从而实现能量的高效利用。IGCC电站因其高效环保的特性，被誉为世界上最清洁的燃煤发电技术，本发明在实现IGCC低CO₂排放方面具有独特优势：一方面IGCC中燃气轮机的高温排气可以提供MCFC阴极电化学反应中按摩尔比为2：1反应的CO₂与O₂，这样就大幅度减少了IGCC系统中排入大气的CO₂的量；另一方面空分单元分离出的氧气进入后燃室进行纯氧燃烧，其燃烧产物只有CO₂和水蒸气，可大大减少回收CO₂的能耗。综合以上两个有利条件，本发明提出了基于MCFC电化学法捕集IGCC系统中CO₂以实现低CO₂排放的复合动力系统，并且使系统在回收CO₂的同时仍保持较高的效率。

发明内容

本发明提供了一种基于MCFC电化学法捕集IGCC系统中CO₂的复合动力系统，集成了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、煤气化单元、净化单元、燃气轮机、余热锅炉及汽轮机单元、CO₂回收单元，能够实现低能耗回收CO₂，并使系统以较高的发电效率运行。

本发明采用的技术方案为：

深冷空分单元的氧气出口与第一分离器入口连接，第一分离器的出口端分为两路，一路与第一氧压机串联后接入气化炉，再依次与煤气冷却器、除尘单元、酸气脱除单元、煤气膨胀机串联后接入燃气轮机的燃烧室，另一路与第二氧压机串联后接入后燃室；

深冷空分单元的氮气出口与氮压机串联后进入燃气轮机的燃烧室，用于控制燃烧室的温度；

空压机出口的高压空气分为两路，一路进入燃烧室参与燃烧，另一路进入燃气透平用于冷却透平叶片温度；

燃气透平出口接入MCFC电池堆的阴极，MCFC电池堆的阴极出口与余热锅炉及汽轮机单元连接；MCFC电池堆的阳极排气端与第二分离器的入口端连接，第二分离器的出口端分两路，一路与混合器的入口端连接，再通过串联预重整器接入MCFC电池堆的阳极入口，另一路接入后燃室；

后燃室的出口与余热锅炉及汽轮机单元连接，余热锅炉及汽轮机单元的出口端与第三分离器连接后分为两路，一路接入后燃室用于控制其出口温度，另一路依次串联冷凝器和二氧化碳压缩液化单元；

余热锅炉及汽轮机单元的水出口接入煤气冷却器，换热后成为高压蒸汽通过蒸汽管道接回余热锅炉及汽轮机单元。

所述燃气透平的输出端与第一发电机相连，输出电能。

所述MCFC电池堆的输出端与直流/交流转换器连接。

所述余热锅炉及汽轮机单元与第二发电机连接，并驱动其发电。

所述煤气膨胀机与第三发电机连接，并驱动其发电。

本发明的有益效果为：

本发明将IGCC中燃气轮机的高温排气通入MCFC的阴极，烟气中CO₂与O₂按2:1的摩尔比在熔融碳酸盐燃料电池的阴极发生电化学反应，阴极剩余的贫CO₂高温排气在余热锅炉及汽轮机单元中进行余热及功的回收；另一方面，空分单元分离出的氧气部分进入MCFC后燃室进行纯氧燃烧，其燃烧产物的主要成分是CO₂和水蒸气，从而避免了空气中大量的N₂对CO₂的掺混稀释，从而实现低能耗回收CO₂。

综上所述，本发明的IGCC系统与熔融碳酸盐燃料电池集成，在实现低CO₂排放的同时，还增加了系统的净功率，保持了系统的高效率。

附图说明

图1为本发明所述基于MCFC电化学法捕集IGCC系统中CO₂的复合动力系统流程示意图。

图中标号：