[发明专利]一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统及方法

权利要求书

1.一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，包括备煤单元(1)、气化炉(2)、废热锅炉(4)、高温除尘单元(5)、水汽变换塔(7)、精脱硫塔(8)、引射器(9)、燃料电池(10)、纯氧燃烧器(11)、燃气透平(12)、阴极空气压缩机(13)、阴极回热器(15)、空气透平(16)、余热锅炉(17)和汽轮机(18)，其中，煤单元(1)上设置有原煤入口和脱硫剂入口，所述备煤单元(1)的混合物出口连接气化炉(2)的入口；所述气化炉(2)上的高温粗合成气出口连接废热锅炉(4)的入口，废热锅炉(4)上设置的饱和蒸汽出口连接余热锅炉(17)的入口；废热锅炉(4)上设置的粗合成气出口连接高温除尘单元(5)的入口，所述高温除尘单元(5)上的合成气出口分为两路，一路与废热锅炉(4)的合成气入口连接；另一路与水汽变换塔(7)的入口连接；水汽变换塔(7)的合成气出口连接精脱硫塔(8)的入口，精脱硫塔(8)上设置的脱硫合成气出口连接引射器(9)的入口；引射器(9)的合成气出口连接燃料电池(10)的阳极，燃料电池(10)的阳极出口分为两路，一路连接引射器(9)，另一路连接纯氧燃烧器(11)的入口；纯氧燃烧器(11)的尾气出口连接燃气透平(12)，燃气透平(12)的尾气出口连接余热锅炉(17)的入口；

阴极空气压缩机(13)上设置有空气入口，阴极空气压缩机(13)的高压空气出口与阴极回热器(15)的冷侧入口连接，阴极回热器(15)的冷侧出口与燃料电池(10)的阴极入口连接；燃料电池(10)的阴极出口与阴极回热器(15)热侧入口连接，阴极回热器(15)的热侧出口连接空气透平(16)，空气透平(16)的尾气出口连接余热锅炉(17)的入口；

余热锅炉(17)的高压过热蒸汽出口连接汽轮机(18)的入口；汽轮机(18)的中压蒸汽出口分别与水汽变换塔(7)的蒸汽入口、气化炉(2)的蒸汽入口连接；

余热锅炉(17)的尾气出口分别与气化炉(2)、引射器(9)的入口连接；

所述气化炉(2)和纯氧燃烧器(11)上均设置有纯氧入口。

2.根据权利要求1所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，所述气化炉(2)上设置有炉渣口，所述炉渣口与煅烧炉(3)的入口连接，煅烧炉(3)上设置有排渣口和空气入口。

3.根据权利要求1所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，所述高温除尘单元(5)上的合成气出口与废热锅炉(4)的合成气入口之间设置有循环气压缩机(6)。

4.根据权利要求1所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，余热锅炉(17)的尾气出口与气化炉(2)的入口之间设置有第一二氧化碳压缩机(20)；余热锅炉(17)的尾气出口与引射器(9)之间设置有第二二氧化碳压缩机(19)。

5.根据权利要求1所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，余热锅炉(17)的尾气出口还连接有第一余热回收换热器(21)，第一余热回收换热器(21)的出口与第三二氧化碳多级压缩机(22)连接，第三二氧化碳多级压缩机(22)上设置有液态二氧化碳出口。

6.根据权利要求1所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，阴极空气压缩机(13)的高压空气出口还连接有深冷空分单元(23)，深冷空分单元(23)上设置有污氮出口、氩气出口、除氧出口和空气入口，其中，深冷空分单元(23)的纯氧入口经过氧压机(24)分别与气化炉(2)的氧气入口、除氧燃烧器(11)的氧气入口连接。

7.根据权利要求6所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，其特征在于，阴极空气压缩机(13)与深冷空分单元(23)之间设置有第二余热回收换热器(14)。

8.一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电方法，其特征在于，基于权利要求1-7中任一项所述的一种采用高温净化的高效整体煤气化燃料电池发电系统，包括以下步骤：

原煤与脱硫剂在备煤单元(1)中磨煤、干燥后形成干煤粉与脱硫剂的混合物，由高压二氧化碳气体输送至气化炉(2)，汽轮机(18)中部抽取的中少量压蒸汽与纯氧同时送入气化炉(2)反应，气化炉(2)顶部产生的高温粗合成气与高温除尘单元(5)产生的低温合成气混合激冷后，送入废热锅炉(4)，废热锅炉(4)产生饱和蒸汽送入余热锅炉(17)中进一步加热；经过废热锅炉(4)回收余热后的粗合成气送入高温除尘单元(5)，经过除尘后的另一部分合成气送入水汽变换塔(7)内与汽轮机(18)中部抽取的中少量压蒸汽发生水汽变换反应与羰基硫水解反应，水汽变换塔(7)出口的合成气进入精脱硫塔(8)，进行高温精脱硫过程；

精脱硫塔(8)出口合成气与余热锅炉(17)产生的高压二氧化碳气体混合后，对合成气中一氧化碳气体形成稀释后，送入引射器(9)，引射燃料电池(10)阳极出口的部分尾气，引射器(9)出口的合成气进入燃料电池(10)阳极进行反应；

燃料电池(10)阳极出口的其余尾气进入纯氧燃烧器(11)与纯氧进行催化燃烧反应，产生燃烧尾气，其主要成分为水蒸气与二氧化碳，之后经过燃气透平(12)做功后，送入余热锅炉(17)；

一股空气经过阴极空气压缩机(13)加压后，一部分送入阴极回热器(15)冷侧入口，冷侧出口的高温空气送入燃料电池(10)阴极入口，在燃料电池(10)中进行反应后送入阴极回热器(15)热侧入口，降温后送入空气透平(16)，驱动空气透平(16)转动做功后，送入余热锅炉(17)，回收余热后排入大气；

余热锅炉(17)回收燃气透平(12)与空气透平(16)排出的尾气余热，同时对废热锅炉(4)产生的饱和蒸汽进行过热，余热锅炉(17)产生高压过热蒸汽送入汽轮机(18)进行做功。