[发明专利]集成太阳能和熔融碳酸盐燃料电池的燃煤复合发电系统

说明书

本发明属于复合能源发电技术领域。针对目前熔融碳酸盐燃料电池、太阳集热场与传统的火电系统集成时存在的效率、安全问题，本发明提供一种集成太阳能和熔融碳酸盐燃料电池的燃煤复合发电系统，该系统包括燃煤发电系统、塔式太阳能集热系统和MCFC捕集二氧化碳系统，三个系统相互耦合连接。本发明的燃煤复合发电系统能够显著提高系统循环效率，降低系统煤耗量，且能保证锅炉的运行安全。

技术领域

本发明属于复合能源发电技术领域，尤其涉及一种集成太阳能和熔融碳酸盐燃料电池的燃煤复合发电系统。

背景技术

火力发电一般是指利用可燃物燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式。目前火电系统的效率及煤耗率已达到非常高的水平，由于材料等技术因素的限制，很难进一步提高系统的参数和增大系统容量，节能效果有限。对于风能，太阳能等可再生能源，由于其本身的间歇性需要配备大规模的储能系统才能实现电能的稳定输出。若将不稳定的可再生能源发电与稳定的燃煤发电系统进行集成，则可以同时满足进一步降低火电系统煤耗率和扩大可再生能源发电份额的要求。

在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)中，阴极上二氧化碳和氧气与从外电路输送过来的电子结合，生成碳酸根离子；阳极上的燃料则与从电解质隔膜迁移过来的碳酸根离子发生反应，生成二氧化碳和水。因此，MCFC的阴极通过一系列化学反应将燃煤电厂锅炉排烟中的二氧化碳富集到阳极，使二氧化碳浓度提高，降低捕集能耗。其次，MCFC工作温度较高，其排气温度高达650℃，可采用与燃煤机组回热部分进行耦合或增加余热锅炉等方式利用排气余热，使系统效率进一步提高。因此，利用MCFC捕集燃煤电厂锅炉排烟中的二氧化碳，不仅可以减少二氧化碳排放，同时还可以避免传统二氧化碳捕集技术附加能耗较大的问题。

将太阳集热场与燃煤发电系统进行集成，利用太阳能替代燃煤发电系统中锅炉部分受热面或回热子系统抽汽的热量，可以使燃煤发电系统的发电煤耗率降低，实现燃煤发电系统的节能减排。此外，由于燃煤发电系统的热惯性较大，可以利用这一特性解决太阳能资源接入电网时，其间歇性和波动性产生的不利影响。相比传统的二氧化碳捕集方式，利用MCFC捕集燃煤发电系统产生的二氧化碳，不仅可以使捕集二氧化碳的能耗降低，而且可以通过利用燃料电池排气的余热方式，获得额外的发电量，从而使整体系统效率升高。

如何将熔融碳酸盐燃料电池、太阳集热场集成到传统的火电系统，很多科研工作者进行了大量研究。在专利申请号为CN201510224048.5名为“用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂的系统及方法”的发明专利中，熔融碳酸盐燃料电池的阴极排气在预热完锅炉排烟后，直接排入外界环境，造成了阴极排气的余热浪费；其次熔融碳酸盐燃料电池的阳极排气的余热需要外接余热锅炉、汽轮机、发电机等设备进行利用，系统投资较大，且余热利用的效率较低。在专利申请号为CN201810231411.X名为“一种带蓄能的塔式太阳能光热耦合燃煤发电系统”的专利中，利用太阳能替代燃煤锅炉的部分热负荷，这种集成方式会改变锅炉内部各受热面热负荷，易导致锅炉内部受热面超温等现象，不利于锅炉的安全运行。

发明内容

针对目前熔融碳酸盐燃料电池、太阳集热场与传统的火电系统集成时存在的效率、安全问题，本发明提供一种集成太阳能和熔融碳酸盐燃料电池的燃煤复合发电系统，该系统集成了太阳能和熔融碳酸盐燃料电池，能够显著提高系统循环效率，降低系统煤耗量，且能保证锅炉的运行安全。

本发明的技术方案如下：

一种集成太阳能和熔融碳酸盐燃料电池的燃煤复合发电系统，其特征在于，该系统包括：

燃煤发电系统，其包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、第一换热器、汽轮机低压缸、发电机、凝汽器、凝结水泵、8#加热器、7#加热器、6#加热器、5#加热器、第二换热器、除氧器、给水泵、3#加热器、2#加热器及1#加热器；

塔式太阳能集热系统，其包括定日镜场、太阳塔、吸热器、蓄热热罐、蓄热冷罐、第一换热器及第三换热器；