[發(fā)明專(zhuān)利]一種采用超臨界CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811371920.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109346744B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周賢;彭爍;許世森;鐘迪;李啟明;王保民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04;H01M8/04089;H01M8/0612;F01D15/10;F01K23/10;F02C3/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明提供的一種采用超臨界COsubgt;2/subgt;底循環(huán)的天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及方法，包括燃料重整器、燃料電池、陰極空氣壓縮機(jī)、陽(yáng)極回?zé)崞鳌⑺腿腙帢O回?zé)崞?、空氣透平、壓縮機(jī)、余熱鍋爐、純氧燃燒器、回?zé)崞?、COsubgt;2/subgt;冷卻加壓裝置和汽輪機(jī)；該結(jié)構(gòu)使得在燃料電池發(fā)電高效發(fā)電的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高發(fā)電效率；同時(shí)，底循環(huán)采用超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積大幅減??；本系統(tǒng)同時(shí)兼顧了COsubgt;2/subgt;捕集功能，可高效、低成本地實(shí)現(xiàn)煤電發(fā)電的COsubgt;2/subgt;減排。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然氣發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣燃料電池發(fā)電與超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可以通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)連續(xù)地將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，其能源轉(zhuǎn)化效率不受卡諾循環(huán)效率的限制，能大幅提高發(fā)電效率，易于實(shí)現(xiàn)污染物及二氧化碳近零排放；燃料電池內(nèi)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，機(jī)械損失小，噪音低，且對(duì)負(fù)載變動(dòng)的響應(yīng)速度快，變負(fù)荷過(guò)程中發(fā)電效率波動(dòng)不大，供電穩(wěn)定性好。此外，燃料電池還具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便利的特點(diǎn)。

超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是一種新型發(fā)電技術(shù)，是以超臨界狀態(tài)的二氧化碳為工質(zhì)的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，其循環(huán)過(guò)程是：首先，超臨界二氧化碳經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)升壓；然后，利用換熱器將工質(zhì)等壓加熱；其次，工質(zhì)進(jìn)入熱力透平，推動(dòng)透平做功，透平帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電；最后，工質(zhì)進(jìn)入冷卻器，恢復(fù)到初始狀態(tài)，再進(jìn)入壓氣機(jī)形成閉式循環(huán)。超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單等先天優(yōu)勢(shì)，可以大幅提高熱功轉(zhuǎn)換效率，減小設(shè)備體積，具有很高的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用前景。

天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的尾氣的主要成分為CO與H₂，以及未轉(zhuǎn)化的CH₄，具有較高的熱值，通常采用純氧燃燒的方式，再使用燃?xì)馔钙?、余熱鍋爐等設(shè)備梯級(jí)利用尾氣熱量。這種傳統(tǒng)利用方式存在底循環(huán)效率較低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的一種采用超臨界CO₂底循環(huán)的天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及方法，解決了在現(xiàn)有的天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中存在底循環(huán)效率較低的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種采用超臨界CO₂底循環(huán)的天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料重整器、燃料電池、陰極空氣壓縮機(jī)、陽(yáng)極回?zé)崞鳌⑺腿腙帢O回?zé)崞鳌⒖諝馔钙?、壓縮機(jī)、余熱鍋爐、純氧燃燒器、CO₂燃?xì)馔钙健⒒責(zé)崞骱虲O₂冷卻加壓裝置，其中，

燃料重整器的出口連接燃料電池的陽(yáng)極入口，燃料電池的陽(yáng)極出口連接陽(yáng)極回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口，陽(yáng)極回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)連接純氧燃燒器的入口；

純氧燃燒器的高溫高壓氣體出口連接CO₂燃?xì)馔钙降娜肟?，CO₂燃?xì)馔钙降娜紵矚獬隹谶B接回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口，回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口連接余熱鍋爐的入口，同時(shí)，純氧燃燒器的純氧入口連接純氧管道；

陰極空氣壓縮機(jī)的出口連接陽(yáng)極回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口，陽(yáng)極回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口連接陰極回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口，陰極回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口連接燃料電池的陰極入口，燃料電池的陰極出口連接陰極回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口，陰極回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口連接空氣透平的入口，空氣透平的出口連接余熱鍋爐的入口，余熱鍋爐上設(shè)置有空氣排出口；

余熱鍋爐的高溫燃燒尾氣出口連接CO₂冷卻加壓裝置的入口，CO₂冷卻加壓裝置的超臨界?CO₂出口連接回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口，回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口連接純氧燃燒器的入口。

優(yōu)選地，陰極空氣壓縮機(jī)的出口還連接有深冷空分單元的入口，深冷空分單元的出口經(jīng)過(guò)氧壓機(jī)與純氧管道連接。