[实用新型]一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电结构

说明书

技术领域

本实用新型属于熔融碳酸盐燃料电池技术领域，尤其涉及一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电结构。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)具有发电效率高、污染排放低以及燃料适应性广等多方面优点。在发电站、军事以及航空航天等领域有着广阔的应用前景。熔融碳酸盐燃料电池在650℃的高温条件下运行，电池堆产生的废气可以与小型燃气轮机组成联合循环，进一步回收热量，系统发电效率达到50％以上，远远高于火力发电厂。由于具有噪音和污染物的排放量很低的优点，熔融碳酸盐燃料电池作为分布式电源可安放于办公大楼、医院等附近供电。

熔融碳酸盐燃料电池的燃料比较灵活，可以用合成煤气、天然气、富氢气体、化工厂含碳或氢的驰放气作为燃料，对煤等化石燃料的依存度不高。熔融碳酸盐燃料电池与煤气化技术相结合，构建整体煤气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell,IGFC)发电系统，不仅使燃料电池发电的容量和效率增加，也可以实现煤炭资源的清洁利用，是21世纪洁净煤发电技术的一个重要方向。

目前针对IGFC系统的研究仍处于发展示范阶段。2001年，美国建成凯姆登前置燃料电池的大型煤气化联合循环电站项目，该发电系统是一个前置熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的大型煤气化联合循环发电站(IGCC)，但是由于熔融碳酸盐燃料电池需要工作在高压之下，使得电池寿命大大降低。为了提高电池的运行特性，2003年美国肯塔基先进能源与Fuel Cell Energy公司合作，在Wabash river IGCC电站示范IGFC发电系统，MCFC为后置电池系统，功率达到2MW。国内，上海交通大学也提出了熔融碳酸盐燃料电池燃气轮机顶层循环和底层循环的发电系统，并进一步提出与制热和制冷相结合的冷热电三联供熔融碳酸盐燃料电池系统。但是在已有的研究中，碳酸盐燃料电池系统均作为一个独立的模块，未能考虑到整个系统中热量的有效利用。因此，在保持燃料电池发电效率一定的条件下，进一步提高系统的热利用效率，将能够进一步提高系统效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电结构，提高系统热量利用率和系统效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的系统方案为：

一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电结构，包括空分装置1，空分装置1的入口通入空气，空分装置1的氧气出口接气化炉2的氧气入口，空分装置1的氮气出口接氮气储存装置，气化炉2的煤入口加入煤，气化炉2的高温气体出口连接至高温换热器3的高温气体入口，高温换热器3的低温气体入口接压缩机13的出口，压缩机13的入口通入空气，高温换热器3的高温气体出口连接颗粒物脱除装置4的入口，高温换热器3的低温气体出口连接低温换热器11的低温气体入口，颗粒物脱除装置4的出口连接脱硫装置5的入口，脱硫装置5的出口连接汞脱除装置6的入口，汞脱除装置6的出口连接水汽变换装置7的入口，水汽变换装置7的出口连接余热回收器10的低温气体入口，余热回收器10的低温气体出口连接熔融碳酸盐燃料电池8阳极入口，余热回收器10的高温气体入口接熔融碳酸盐燃料电池8阴极出口，余热回收器10的高温气体出口为废气，排空，熔融碳酸盐燃料电池8阳极出口连接催化燃烧器9的第一入口，熔融碳酸盐燃料电池8阴极入口连接低温换热器11高温气体出口，熔融碳酸盐燃料电池8输出电能连接DC/AC转换器12的入口，DC/AC转换器12出口接交流电网或电器，催化燃烧器9出口连接低温换热器11高温气体入口，低温换热器11的低温气体出口接透平14的入口，透平14的出口连接催化燃烧器9的第二入口，发电机15与透平14同轴连接产出电能。

所述空分装置1通过深冷法将空气中的氧气和氮气进行分离，氧气被输送至气化炉2中。

所述气化炉2内反应生成合成气，合成气主要成为是H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄、H₂S、COS等。

所述高温换热器3、余热回收器10和低温换热器11包括高温气体流道和低温气体流道，高温气体和低温气体被换热片隔开并通过换热片交换热量。

所述颗粒物脱除装置4采用袋式除尘器或电除尘器，脱除合成气中的颗粒物，使得矿尘含量小于200mg/Nm³。