[实用新型]一种基于直接碳燃料电池的混合发电系统

说明书

一种基于直接碳燃料电池的混合发电系统，该系统包括粉碎装置、送料装置、气固分离器、风机、直接碳燃料电池、两个换热器、催化燃烧器、透平、压气机和发电机；本实用新型系统可直接利用煤炭或生物质等固体碳基燃料，实现高效清洁发电；实现了直接碳燃料电池与透平机械的耦合发电，能够提高系统的发电效率达到60％以上。

技术领域

本实用新型属于发电技术领域，尤其涉及一种基于直接碳燃料电池的混合发电系统。

背景技术

随着国民经济的迅速增长，对能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所产生的环境污染问题日益尖锐。我国是一个煤炭大国，煤炭是我国最主要的一次能源，煤炭的基础地位在很长一段时间内不会发生改变，煤基发电也将是我国电力供给的主要组成部分。清洁、高效、绿色、低碳是煤电一直以来的发展方向。

直接碳燃料电池是一种直接将煤炭、生物质等固体含碳燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电技术，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％，热电转化效率可达85％～90％。而且由于工作温度在600℃-1000℃，且空气与燃料被分隔开来，从而能够大大降低NOx、SOx等污染物的排放，而且燃料腔室能够输出高浓度的CO₂从而能够大大降低CO₂捕集的成本。正因为清洁、高效、低碳的突出优势，直接碳燃料电池成为当前研发的热电，在未来煤基分布式发电领域具有广阔的应用前景。

目前，国际上正在开发的直接碳燃料电池，根据电解质的不同可以主要有以下两类：熔融碳酸盐直接碳燃料电池(Molten Carbonate Direct Carbon Fuel Cell,MC-DCFC)以及固体氧化物直接燃料电池(Solid Oxide Direct Carbon Fuel Cell,SO-DCFC)。由于直接碳燃料电池具有高品质的尾气余热，熔融碳酸盐直接碳燃料电池和固体氧化物直接碳燃料电池均可构建热电联产系统，并且具有负荷响应快的特点，能够工作在以热定电和以电定热两种工作模式下。而为了能够充分利用高温燃料电池的高品质余热，通过与燃气轮机技术相结合，进一步提高直接碳燃料电池系统的发电效率，提高煤基发电效率。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于直接碳燃料电池的混合发电系统，可直接利用煤炭或生物质等固体碳基燃料，实现高效清洁发电；实现了直接碳燃料电池与透平机械的耦合发电，能够提高系统的发电效率达到60％以上。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于直接碳燃料电池的混合发电系统，包括粉碎装置1，粉碎装置1的入口连接煤炭或生物质，粉碎装置1的出口连接送料装置2的第一燃料入口；送料装置2的第二燃料入口连接气固分离器5的碳燃料出口，送料装置2的气体入口连接风机4的气体出口，送料装置2的出口连接直接碳燃料电池3的阳极入口；直接碳燃料电池3的阳极出口连接气固分离器5的入口；气固分离器5的气体出口连接第一换热器6的高温气体入口；第一换热器6的高温气体出口连接分离器7的入口；分离器7的第一出口连接风机4的入口，分离器7的第二出口连接催化燃烧器8的燃料入口；空气通入压气机10的入口，压气机10的出口连接第一换热器6的低温气体入口，第一换热器6的低温气体出口连接第二换热器9的低温气体入口，第二换热器9的低温气体出口连接透平11的入口，透平11的出口连接催化燃烧器8的空气入口；催化燃烧器8的出口连接直接碳燃料电池3的阴极入口，直接碳燃料电池3的阴极出口连接第二换热器9的高温气体入口，第二换热器9的高温气体出口对外排出废气；直接碳燃料电池3输出电能连接DC/AC转换器12，DC/AC转换器12对外输出交流电能；透平11连接发电机13，带动发电机13转动，发电机13对外输出交流电能。

所述粉碎装置1采用磨煤机或者生物质粉碎造粒机，将煤炭或者生物质制成粉末颗粒物。

所述送料装置2采用气体送料装置，通过气体将煤粉或者生物质粉末送入到直接碳燃料电池3的阳极。