[實用新型]一種整體煤氣化熔融碳酸鹽燃料電池發電結構

有效

• 申請號: 201420650039.3
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN204204965U
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 許世森;王洪建;程健;張瑞云;王鵬杰;任永強
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/06;H01M8/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本實用新型屬于熔融碳酸鹽燃料電池技術領域，尤其涉及一種整體煤氣化熔融碳酸鹽燃料電池發電結構。

背景技術

熔融碳酸鹽燃料電池(Molten?Carbonate?Fuel?Cell,MCFC)具有發電效率高、污染排放低以及燃料適應性廣等多方面優點。在發電站、軍事以及航空航天等領域有著廣闊的應用前景。熔融碳酸鹽燃料電池在650℃的高溫條件下運行，電池堆產生的廢氣可以與小型燃氣輪機組成聯合循環，進一步回收熱量，系統發電效率達到50％以上，遠遠高于火力發電廠。由于具有噪音和污染物的排放量很低的優點，熔融碳酸鹽燃料電池作為分布式電源可安放于辦公大樓、醫院等附近供電。

熔融碳酸鹽燃料電池的燃料比較靈活，可以用合成煤氣、天然氣、富氫氣體、化工廠含碳或氫的馳放氣作為燃料，對煤等化石燃料的依存度不高。熔融碳酸鹽燃料電池與煤氣化技術相結合，構建整體煤氣化燃料電池(Integrated?Gasification?Fuel?Cell,IGFC)發電系統，不僅使燃料電池發電的容量和效率增加，也可以實現煤炭資源的清潔利用，是21世紀潔凈煤發電技術的一個重要方向。

目前針對IGFC系統的研究仍處于發展示范階段。2001年，美國建成凱姆登前置燃料電池的大型煤氣化聯合循環電站項目，該發電系統是一個前置熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)的大型煤氣化聯合循環發電站(IGCC)，但是由于熔融碳酸鹽燃料電池需要工作在高壓之下，使得電池壽命大大降低。為了提高電池的運行特性，2003年美國肯塔基先進能源與Fuel?Cell?Energy公司合作，在Wabash?river?IGCC電站示范IGFC發電系統，MCFC為后置電池系統，功率達到2MW。國內，上海交通大學也提出了熔融碳酸鹽燃料電池燃氣輪機頂層循環和底層循環的發電系統，并進一步提出與制熱和制冷相結合的冷熱電三聯供熔融碳酸鹽燃料電池系統。但是在已有的研究中，碳酸鹽燃料電池系統均作為一個獨立的模塊，未能考慮到整個系統中熱量的有效利用。因此，在保持燃料電池發電效率一定的條件下，進一步提高系統的熱利用效率，將能夠進一步提高系統效率。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種整體煤氣化熔融碳酸鹽燃料電池發電結構，提高系統熱量利用率和系統效率。

為了達到上述目的，本實用新型采用的系統方案為：

一種整體煤氣化熔融碳酸鹽燃料電池發電結構，包括空分裝置1，空分裝置1的入口通入空氣，空分裝置1的氧氣出口接氣化爐2的氧氣入口，空分裝置1的氮氣出口接氮氣儲存裝置，氣化爐2的煤入口加入煤，氣化爐2的高溫氣體出口連接至高溫換熱器3的高溫氣體入口，高溫換熱器3的低溫氣體入口接壓縮機13的出口，壓縮機13的入口通入空氣，高溫換熱器3的高溫氣體出口連接顆粒物脫除裝置4的入口，高溫換熱器3的低溫氣體出口連接低溫換熱器11的低溫氣體入口，顆粒物脫除裝置4的出口連接脫硫裝置5的入口，脫硫裝置5的出口連接汞脫除裝置6的入口，汞脫除裝置6的出口連接水汽變換裝置7的入口，水汽變換裝置7的出口連接余熱回收器10的低溫氣體入口，余熱回收器10的低溫氣體出口連接熔融碳酸鹽燃料電池8陽極入口，余熱回收器10的高溫氣體入口接熔融碳酸鹽燃料電池8陰極出口，余熱回收器10的高溫氣體出口為廢氣，排空，熔融碳酸鹽燃料電池8陽極出口連接催化燃燒器9的第一入口，熔融碳酸鹽燃料電池8陰極入口連接低溫換熱器11高溫氣體出口，熔融碳酸鹽燃料電池8輸出電能連接DC/AC轉換器12的入口，DC/AC轉換器12出口接交流電網或電器，催化燃燒器9出口連接低溫換熱器11高溫氣體入口，低溫換熱器11的低溫氣體出口接透平14的入口，透平14的出口連接催化燃燒器9的第二入口，發電機15與透平14同軸連接產出電能。

所述空分裝置1通過深冷法將空氣中的氧氣和氮氣進行分離，氧氣被輸送至氣化爐2中。

所述氣化爐2內反應生成合成氣，合成氣主要成為是H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄、H₂S、COS等。

所述高溫換熱器3、余熱回收器10和低溫換熱器11包括高溫氣體流道和低溫氣體流道，高溫氣體和低溫氣體被換熱片隔開并通過換熱片交換熱量。

所述顆粒物脫除裝置4采用袋式除塵器或電除塵器，脫除合成氣中的顆粒物，使得礦塵含量小于200mg/Nm³。