[发明专利]回收CO2的煤气化加压熔融碳酸盐燃料电池复合动力系统

说明书

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池(Molten carbonate fuel cell,简称MCFC)复合动力发电技术领域，特别涉及一种回收CO₂的煤气化加压熔融碳酸盐燃料电池复合动力系统。

背景技术

目前，由于动力系统CO₂排放导致的温室效应越来越严重，因而，CO₂的捕获、封存以及利用成为目前国内外研究的热点。IGCC电站被誉为世界上最洁净的燃煤电站，当前研究的针对IGCC电站的CO₂捕获技术主要有燃烧前捕获、富氧燃烧及燃烧后捕获，但每一种技术都会对系统效率有一定程度的惩罚。熔融碳酸盐燃料电池利用电化学过程产电，不受卡诺循环的限制，因此具有很高的能量转换效率。且MCFC的高温排气温度适合透平、余热锅炉及汽轮机系统进行余热及功回收，因此可以组成回收CO₂的高效能量系统。本发明提出回收CO₂的煤气化加压熔融碳酸盐燃料电池复合动力系统方案，在实现CO₂回收的同时仍具有较高的发电效率。

发明内容

本发明提出了一种回收CO₂的煤气化加压熔融碳酸盐燃料电池复合动力系统，该系统集成熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、煤气化单元、净化单元、余热锅炉及汽轮机单元以及CO₂回收单元，以实现低能耗回收CO₂，并保持系统的高效性。

本发明采用的技术方案为：

深冷空分单元的氮气出口与氮气膨胀机连接，氧气出口与第三分离器连接；第三分离器的出口端分为两路，一路依次与第一氧压机、气化炉、煤气冷却器、除尘单元、酸气脱除单元以及煤气膨胀机串联，然后接入第一混合器的一个入口，另一路与第二氧压机串联后接入后燃室；

混合器的出口连接到MCFC电池堆的阳极入口；MCFC电池堆的阳极出口连接到第一分离器的入口，第一分离器的出口分为两路，一路接回第一混合器的入口，另一路进至后燃室的入口；

空气压缩机的出口连接到第二混合器的入口，第二混合器的出口连接到MCFC电池堆的阴极入口，MCFC电池堆的阴极出口与排气透平串联后连接到余热锅炉及汽轮机单元，排气透平的出口排气进入余热锅炉及汽轮机单元进行余热回收；

后燃室的出口连接到第二分离器的入口，第二分离器的出口端分为两路，一路进入第二混合器，另一路与燃气透平串联后连接到余热锅炉及汽轮机单元的入口端；余热锅炉及汽轮机单元的出口依次与冷凝器、二氧化碳压缩液化单元串联；

余热锅炉及汽轮机单元的水出口接入煤气冷却器，换热后成为高压蒸汽通过蒸汽管道接回余热锅炉及汽轮机单元。

所述的MCFC电池堆的输出端与直流/交流转换器相连，输出电能。

所述燃气透平与第一发电机连接，并驱动其发电。

所述余热锅炉及汽轮机系统与第二发电机连接，并驱动其发电。

所述排气透平与第三发电机连接，并驱动其发电。

所述煤气膨胀机与第四发电机连接，并驱动其发电。

所述氮气膨胀机与第五发电机连接，并驱动其发电。

本发明的有益效果为：

本发明系统将煤气化后的净煤气作为燃料通入熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的阳极，阳极出口的未完全反应的燃料气一部分再回注到阳极入口，一部分进入后燃室与空分单元分离出的纯氧进行燃烧，得到的燃烧产物主要成分是CO₂和H₂O，避免了空气中大量的N₂对CO₂的掺混，便于分离，使捕集CO₂的总能耗降低。一方面，熔融碳酸盐燃料电池利用电化学过程产电，不受卡诺循环的限制，因此具有很高的能量转换效率。另一方面，MCFC的高温排气温度适合透平、余热锅炉及汽轮机系统进行余热回收，因此可以组成回收CO₂的高效能量系统通过能量的梯级利用提高整个系统的效率。

附图说明

图1为本发明所述回收CO₂的煤气化加压熔融碳酸盐燃料电池复合动力系统示意图。

图中标号：