[发明专利]一种利用煤气高温显热的整体煤气化燃料电池发电系统及方法

说明书

本发明公开一种利用煤气高温显热的整体煤气化燃料电池发电系统及方法，包括废热锅炉、引射器、燃料电池和阴极回热器；利用煤气高温显热直接加热阴极空气，节省了燃料电池内燃料气用于维持操作温度所需的燃料气，避免了煤气高温显热转化为蒸汽，再由汽轮机发电，提高了系统的净发电效率；利用煤气高温显热直接加热阴极空气，减小了阴极回热器体积，避免了煤气冷却过程与蒸汽发电过程的关联，简化了系统流程，易于实现系统的顺序启动。本发明在保证设备造价合理的前提下，有效提高IGFC净发电效率，解决了现有技术存在的问题。

技术领域

本发明属于洁净煤发电技术领域，特别涉及一种整体煤气化燃料电池发电系统。

背景技术

煤炭是我国最重要的基础能源，其地位将在未来相当长时期内不会改变。我国的燃煤发电技术经过十多年的努力取得了长足的进步，百万千瓦二次再热超超临界燃煤发电机组的供电煤耗可到达265克/千瓦时，处于国际领先地位，污染物的排放指标持续提高，超低排放污染物控制技术可将燃煤机组主要污染物控制在天然气联合循环发电的排放水平。我国于2012年建成投产了首套25万千瓦规模的整体煤气化联合循环(IGCC)示范电站，其净效率设计为41％，电站实际运行的环保性能可达甚至优于天然气联合循环发电的排放水平，可实现常规污染物的近零排放。

美国环境保护署日前公布发电技术的二氧化碳排放标准为636克CO₂/kWh。经过测算，现有技术水平下超超临界燃煤发电机组与IGCC很难达到此碳排放指标。这意味着煤基发电技术仍需进一步提高净效率或者进行二氧化碳捕集。700℃先进超超临界燃煤机组与高参数IGCC可以大幅提高煤基发电技术净效率，但700℃先进超超临界燃煤机组距离实现商业示范还存在瓶颈问题。使用现有技术或近期可行的技术进行二氧化碳捕集不仅将大幅增加设备投资，还会显著降低发电效率。

整体煤气化燃料电池发电系统(IGFC)是将IGCC与高温燃料电池结合的发电系统，其能源转化效率不受卡诺循环效率的限制，能大幅提高煤电效率，易于实现污染物及二氧化碳近零排放，是洁净煤发电技术的一个重要发展方向。

IGFC的煤气化过程通常会产生大量的高温显热，回收这部分高温显热对于提高IGFC的净发电效率至关重要。目前，回收高温显热的办法是主要是采用废热锅炉，产生饱和或过热蒸汽，蒸汽再送至汽轮机发电。此过程涉及煤气高温显热向蒸汽热能的转化，必然造成发电能力损失。在保证设备造价合理的前提下，提高废热锅炉的蒸汽参数是提高IGFC净发电效率的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用煤气高温显热的整体煤气化燃料电池发电系统及方法，用于简化整体煤气化燃料电池发电系统流程，提高系统发电效率，以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用煤气高温显热的整体煤气化燃料电池发电系统，包括备煤单元、气化炉、废热锅炉、循环气压缩机、第一气气加热器、第二气气加热器、羰基硫水解反应器、脱硫单元、湿化器、引射器、燃料电池、纯氧燃烧器、阴极空气压缩机、阴极回热器、空气透平、余热锅炉、汽轮机、尾气压缩机、氧压机、深冷空分单元和氮压机；

备煤单元的出口连接气化炉的煤粉入口，气化炉顶部的高温粗煤气出口连接废热锅炉的入口；废热锅炉的空气入口连接阴极回热器冷侧空气出口，废热锅炉的空气出口连接燃料电池阴极入口；废热锅炉的粗煤气出口连接循环气压缩机入口和第一气气加热器热侧入口；循环气压缩机出口连接废热锅炉的空气入口；第一气气加热器热侧出入口依次连接第二气气加热器热侧和羰基硫水解反应器，羰基硫水解反应器的出口连接第二气气加热器冷侧入口；第二气气加热器冷侧出口连接脱硫单元；脱硫单元的洁净煤气出口连接湿化器的入口；湿化器的出口连接第一气气加热器冷侧入口，第一气气加热器冷侧出口连接引射器的工作流体入口；

汽轮机中部的中压蒸汽出口连接接引射器的工作流体入口和气化炉；尾气压缩机出口连接引射器的工作流体入口；燃料电池阳极空气出口连接引射器的引射流体入口和纯氧燃烧器入口；连接引射器的出口连接燃料电池阳极空气入口；