[发明专利]集成带吹扫气OTM供氧的常压CO2零排放SOFC/AT/ST复合动力系统

说明书

技术领域

本发明属于常压CO₂零排放固体氧化物燃料电池（SOFC）复合动力发电技术领域，特别涉及一种集成带吹扫气OTM供氧的常压CO₂零排放SOFC/AT/ST复合动力系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池利用电化学过程产电，具有较高的能量转换效率，并且其排气具有较高的温度，可由透平、余热锅炉和蒸汽轮机进行余热余功利用，从而组成一个能量充分梯级利用的高效发电系统。并且固体氧化物燃料电池在回收CO₂时具有独特的结构优势：燃料和空气进行电化学反应时在各自的通道流动并不直接混合，避免了空气中大量的N₂对CO₂的掺混稀释，这为低能耗高效率回收CO₂提供了有利条件。OTM的工作温度通常为700°C -1000°C，其可低成本低能耗生产纯氧，满足后燃室纯氧燃烧需求。综合利用以上两项有利条件，并考虑吹扫气强化产氧的效果，本发明提出集成带吹扫气OTM供氧的常压CO₂零排放SOFC/AT/ST复合动力系统方案。

发明内容

本发明以不回收CO₂的SOFC/ST复合动力系统为基础，提出集成方案：集成氧离子传输膜（OTM）、高温空气透平（AT）及CO₂回收单元组成CO₂零排放系统，采用系统的方法解决传统发电系统的低效率和大量污染气排放的问题，实现低能耗回收CO₂，并保持系统的高效性。

本发明采用的技术方案为：

第一空气压缩机依次与第一换热器、第二换热器串联后接入SOFC电池堆的阴极；燃料压缩机依次与第三换热器、预重整器串联后接入SOFC电池堆的阳极；SOFC电池堆的阳极排气分为两路：一路接入预重整器进行循环，另一路接入后燃室燃烧；SOFC电池堆的输出端与直流/交流转换器连接；

SOFC电池堆的阴极排气与第一换热器串联后接入余热锅炉及汽轮机系统；

第二空气压缩机依次与第四换热器、第五换热器、第六换热器串联后接入OTM模块的原料侧入口，OTM模块的原料侧出口与空气透平串联后接入余热锅炉及汽轮机系统；OTM模块的渗透侧出口与第四换热器串联后接入后燃室；后燃室的出口依次与第六换热器、第五换热器、第二换热器串联后分为两路：一路接入OTM模块的渗透侧入口进行循环，另一路依次与第三换热器、余热锅炉及汽轮机系统连接，进行余热回收后接入冷凝器，析出水后进入带中间冷却器的二氧化碳压缩机和冷却器，制备液态CO₂；

后燃室的燃烧排气CO₂、H₂O气体作为吹扫气，经第六换热器、第五换热器、第二换热器换热达到OTM模块的工作温度后送入OTM模块渗透侧入口对氧气进行吹扫。

所述OTM模块的原料侧和渗透侧之间采用氧离子传输膜，OTM模块的原料侧进气为经加压和加热的空气，出口为贫氧空气；从原料侧渗透到渗透侧的氧气由CO₂、H₂O气体吹扫；氧离子传输膜为只渗透氧气的致密、选择性渗透膜，可达到分离提取纯氧的效果；OTM模块的工作温度为700°C -1000°C。

所述氧离子传输膜的膜两侧氧气压力差是OTM模块分离氧气的驱动力，原料侧的氧气分压力高于渗透侧的氧气分压力。

所述带中间冷却器的二氧化碳压缩机由冷凝器、四级压缩机、冷却器串联组成。

所述SOFC电池堆系统输出端与直流/交流转换器相连，输出电能。

所述余热锅炉及汽轮机系统与第一发电机连接，并驱动其发电。

所述空气透平与第二发电机连接，并驱动其发电。

本发明的有益效果为：