[發明專利]燃氣輪機排煙余熱的回收利用裝置

無效

• 申請號: 201110257560.1
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102966388A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 陳新明
• 申請（專利權）人: 陳新明
• 主分類號: F01K27/02
• 分類號: F01K27/02;H01M8/06
• 代理公司: 杭州新源專利事務所(普通合伙) 33234
• 代理人: 李大剛

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機排煙余熱的回收利用裝置，屬于節能技術領域。

背景技術

目前對于燃氣輪機的尾部余熱的利用，常常是接余熱鍋爐，產生一定品位的蒸汽，用于燃氣蒸汽聯合循環，從而在一定程度上提高了系統的發電效率。然而，由于燃氣輪機尾部煙氣溫度的限制，余熱鍋爐產生的蒸汽大多處于中壓或次高壓的狀況，從而造成蒸汽側循環的熱轉功效率不高。目前，燃氣蒸汽聯合循環的系統熱轉功效率通常在55％～60％之間。另外，燃氣輪機的尾部煙氣還常常用于溴化鋰吸收式制冷，取得一部分冷量。上述這些燃氣輪機尾部煙氣余熱的利用方法，只是涉及到熱能之間的轉換，沒有提高燃氣輪機尾部煙氣余熱的品位，從而不能夠大幅度提高尾部余熱下游的循環效率。

燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效地轉化為電能的發電裝置，根據使用電解質種類的不同，燃料電池可以分為：堿性燃料電池(AFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸鹽酸性燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)。MCFC和SOFC為高溫燃料電池，在這兩種燃料電池中，一般采用天然氣內部重整制得氫氣，與空氣中的氧氣發生電化學反應輸出電能。天然氣的重整過程一般在800℃左右的反應溫度，其能量提升的品位有限，能量利用過程有待進一步優化。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種燃氣輪機排煙余熱的回收利用裝置。利用本發明裝置可對燃氣輪機的排煙余熱進行甲醇重整制取氫氣，并將所得氫氣用于燃料電池發電系統，有效降低了甲醇制氫的能量消耗，實現了節能的目的。

本發明的技術方案：一種燃氣輪機排煙余熱的回收利用裝置，包括重整反應器和純化設備，重整反應器與燃氣輪機中燃氣透平的排煙管道相連，純化設備與重整反應器之間經管道相連。

前述裝置還包括升壓機構和燃料電池，純化設備、升壓機構和燃料電池之間經管道依次相連，且燃氣輪機中的空氣壓氣機與燃料電池經管道相連。

前述裝置中，燃料電池與燃氣輪機中的燃燒室經管道相連。

應用本發明裝置對燃氣輪機排煙余熱進行回收利用的方法為：從燃氣輪機的燃氣透平出來的排煙進入重整反應器，向重整反應器中加入摩爾比為1～2∶1的水和甲醇，在催化劑的作用下水與甲醇吸收燃氣輪機的排煙余熱進行化學反應[CH₃OH(g)+H₂O(g)→3H₂+CO₂??ΔH＝50.7kJ/mol]，反應后的合成氣(主要含有H₂與CO₂)通過純化設備分離后即得純度為85％～95％的氫氣。所得氫氣可經過升壓機構升壓后進入燃料電池，另從燃氣輪機的空氣壓氣機出口分離出適量的空氣進入燃料電池，空氣中的氧氣與純度較高的氫氣在燃料電池中進行反應，輸出電能。燃料電池中的未反應氣和燃料電池產生的部分水蒸汽共同進入燃氣輪機的燃燒室中。

與現有技術相比，利用本發明裝置可對燃氣輪機的排煙余熱進行甲醇重整制取氫氣，并將所得氫氣用于燃料電池發電系統，利用熱化學反應將燃氣輪機的排煙余熱進行品位提升并轉化到反應合成氣中，為甲醇制氫提供了新的思路，有效降低了甲醇制氫的能量消耗。同時本發明高效利用了燃料電池系統中的未反應氣，降低了燃氣輪機氮氧化物的排放及燃料消耗，提高了系統的燃料利用率和發電效率，達到了明顯的節能目的。

附圖說明

圖1是本發明裝置一種實施方式的結構示意圖。

圖中的標號為：1-空氣壓氣機，2-燃燒室，3-燃氣透平，4-重整反應器，5-純化設備，6-升壓機構，7-燃料電池。

具體實施方式

本發明的實施例1：燃氣輪機排煙余熱的回收利用裝置(見圖1)，包括重整反應器4、純化設備5、升壓機構6和固體氧化物燃料電池7，重整反應器4與燃氣輪機中燃氣透平3的排煙管道相連，重整反應器4、純化設備5、升壓機構6和固體氧化物燃料電池7之間經管道依次相連，且燃氣輪機中的空氣壓氣機1與固體氧化物燃料電池7經管道相連，固體氧化物燃料電池7與燃氣輪機中的燃燒室2經管道相連。

應用該裝置系統，燃氣輪機中發電機的發電效率為35％左右，燃料電池7的發電效率為60％-67％，總發電效率為63％-70％，比常規的燃氣輪機與燃料電池集成系統發電效率提高了8％-15％。