[發(fā)明專利]結合吹掃氣集成OTM的加壓CO2零排放SOFC/GT/AT/ST復合動力系統

有效

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• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102760900A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 段立強;黃科薪;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;F01D15/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發(fā)明屬于加壓CO₂零排放固體氧化物燃料電池復合動力發(fā)電技術領域，特別涉及一種結合吹掃氣集成OTM的加壓CO₂零排放SOFC/GT/AT/ST復合動力系統。

背景技術

加壓的固體氧化物燃料電池利用電化學過程產電，具有較高的能量轉換效率，并且其排氣具有較高的溫度和壓力，可通過燃氣透平、余熱鍋爐和蒸汽輪機進行余熱余功利用，從而組成一個能量充分梯級利用的高效發(fā)電系統。并且固體氧化物燃料電池在回收CO₂時具有獨特的結構優(yōu)勢：燃料和空氣進行電化學反應時在各自的通道流動并不直接混合，避免了空氣中大量的N₂對CO₂的摻混，這為低能耗高效率回收CO₂提供了有利條件。OTM的工作溫度通常為700°C?-1000°C，電池堆陰極排氣能直接滿足其工作條件，為低成本低能耗生產純氧提供了有效可行的方案，可滿足后燃室純氧燃燒需求。綜合利用以上兩項有利條件，并考慮吹掃氣強化產氧的效果，本發(fā)明提出結合吹掃氣集成OTM的加壓CO₂零排放SOFC/GT/AT/ST復合動力系統方案。?

發(fā)明內容

本發(fā)明以不回收CO₂的SOFC/GT/ST復合動力系統為基礎，提出集成方案：集成氧離子傳輸膜（OTM）、高溫空氣透平（AT）及CO₂回收單元組成CO₂零排放系統，為解決傳統發(fā)電系統的低效率和大量污染氣排放的問題，實現低能耗回收CO₂，并保持系統的高效性。

本發(fā)明采用的技術方案為：

空氣壓縮機依次與第一換熱器、第二換熱器串聯后接入SOFC電池堆的陰極；燃料壓縮機依次與第三換熱器、預重整器串聯后接入SOFC電池堆的陽極；SOFC電池堆的陽極排氣分為兩路：一路接入預重整器進行循環(huán)，另一路接入后燃室燃燒；SOFC電池堆的輸出端與直流/交流轉換器連接；

SOFC電池堆的陰極排氣接入OTM模塊的原料側入口，OTM模塊的原料側出口與空氣透平串聯后接入余熱鍋爐及汽輪機系統；OTM模塊的滲透側出口與第四換熱器串聯后接入后燃室；后燃室的出口依次與燃氣透平、第五換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一換熱器串聯后接入余熱鍋爐及汽輪機系統，進行余熱回收；

余熱鍋爐及汽輪機系統經過余熱回收后的貧氧空氣直接排入大氣，余熱鍋爐及汽輪機系統的燃燒排氣接入冷凝器，析出水后分為兩路，一路依次流經二氧化碳壓縮機、第四換熱器、第五換熱器后接入OTM模塊的滲透側入口，另一路接入帶中間冷卻器的二氧化碳壓縮機，制備液態(tài)CO₂；

SOFC電池堆的陰極排氣達到OTM模塊的工作條件后，直接送入OTM模塊；CO₂氣體作為吹掃氣，經二氧化碳壓縮機壓縮及兩級換熱器加熱達到OTM模塊的工作壓力和溫度后，送入OTM模塊的滲透側入口對氧氣進行吹掃。

所述OTM模塊的結構分為原料側和滲透側兩部分，采用氧離子傳輸膜作為分隔原料側和滲透側的滲透層，氧離子傳輸膜為只滲透氧氣的致密、選擇性滲透膜，以達到分離提取純氧的效果；OTM模塊的工作溫度為700°C?-1000°C。

所述氧離子傳輸膜的兩側氧氣壓力差是OTM模塊分離氧氣的驅動力，進料側的氧氣分壓力要高于滲透側的氧氣分壓力。

所述的帶中間冷卻器的二氧化碳壓縮機由冷凝器、四級壓縮機、冷卻器串聯組成，低溫燃燒尾氣通過冷凝器析出水，得到干燥高純度的CO₂氣體，再通過四級間冷壓縮機壓縮液化。

其特征在于：

所述余熱鍋爐及汽輪機系統與第一發(fā)電機連接，并驅動其發(fā)電。

所述燃氣透平與第二發(fā)電機連接，并驅動其發(fā)電。

所述空氣透平與第三發(fā)電機連接，并驅動其發(fā)電。

本發(fā)明的有益效果為：