[发明专利]一种三循环型煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于发电技术领域，尤其涉及一种三循环型煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电系统和方法。

背景技术

煤电面临发电效率提高和污染物近零排放的瓶颈问题，为从根本上突破这两大瓶颈，目前在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的基础上发展的煤气化燃料电池发电技术(IGFC)，可实现煤基发电由单纯热力循环发电向电化学和热力循环复合发电的技术跨越，大幅提高煤电效率，是煤电技术的根本性变革。

熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)是一种清洁高效的发电技术，它能够将煤制合成气、生物质气等燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能，因无热力学循环从而超越了热机的卡诺循环效率限制，发电效率可以达到50％～60％。为了进一步提高发电效率，MCFC可以与燃气轮机(GT)、有机朗肯循环(ORC)、蒸汽循环等进行复合组成混合发电系统。

基于MCFC的整体煤气化燃料电池发电技术的发展能够有力推动燃煤发电技术的提升，同时大大降低对环境的影响，节约有限的化石能源，对保障国家能源安全、促进低碳社会发展具有重要作用。

发明内容

为了进一步提高煤气化发电系统的发电效率，本发明提供了一种三循环型煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电系统和方法，提高了系统的发电效率，降低了燃煤发电对环境的污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三循环型煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电系统，包括空分装置1，空分装置1的O₂出口接气化炉2的O₂入口，空分装置1的第一N₂出口连接煤粉加压输送装置3的N₂入口，空分装置1的第二N₂出口连接第一混合器4的N₂入口；煤粉通入到煤粉加压输送装置3，煤粉加压输送装置3的出口连接气化炉2的煤粉入口；气化炉2的蒸汽入口通入蒸汽，气化炉2的合成气出口连接煤气冷却装置5的合成气入口；煤气冷却装置5的合成气出口连接除尘装置6的入口，煤气冷却装置5的水入口通入除盐水，煤气冷却装置5的蒸汽出口连接汽轮机7的蒸汽入口；除尘装置6的出口连接脱汞装置8的入口；脱汞装置8的出口连接脱硫装置9的入口；脱硫装置9的硫化氢出口连接硫回收装置10的入口，脱硫装置9的合成气出口连接膨胀机11的入口；硫回收装置10的出口输出单质硫；膨胀机11的出口连接第一换热器12的冷端入口；第一换热器12的冷端出口连接MCFC 13的阳极入口，第一换热器12的热端入口连接MCFC 13的阳极出口，换热器12的热端出口连接第一混合器4的第二入口；MCFC 13的阴极入口连接第二换热器14的冷端出口，MCFC 13的阴极出口连接第二换热器14的热端入口，MCFC 13的电能出口连接DC/AC转换器15的入口；DC/AC转换器15对外输出交流电能；第一混合器4的出口连接燃气轮机的燃烧室16的燃料入口；燃气轮机的压气机17的入口通入空气，压气机17的出口连接燃烧室16的空气入口；燃烧室16的出口连接燃气轮机的透平18的出口；透平18的气体出口连接余热锅炉19的第一入口；透平18与第一发电机20相连接，第一发电机20对外输出电能；第二换热器14的热端出口连接到余热锅炉19的第二入口，第二换热器14的冷端入口与第二混合器21的入口相连接；空气通入到第一风机22的入口，第一风机22的出口连接混合器21的第一入口；第二风机23的出口连接第二混合器21的第二入口；余热锅炉19的蒸汽出口连接汽轮机7的第二入口；汽轮机7的蒸汽出口连接冷凝器25的入口；冷凝器25的出口连接余热锅炉19的水入口；汽轮机7与第二发电机26相连接，第二发电机26对外输出电能；余热锅炉19的气体出口连接分离器24的入口；分离器24的第一出口连接风机23的入口，分离器24的第二出口对外排除废气。

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，煤与氧气被输送到气化炉内反应生成合成气，合成气主要成为是H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄、H₂S和COS。

所述煤粉加压输送装置3，能够将煤粉与N₂混合，在高压下通入到气化炉2中。

所述煤气冷却装置5，采用激冷法，回收合成气中的热量，并产生蒸汽。