[發明專利]一種采用高溫凈化的高效整體煤氣化燃料電池發電系統及方法

在審

• 申請號: 201911258422.8
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110867599A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 周賢;彭爍;許世森;鐘迪;王保民
• 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: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/04298
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明提供的一種采用高溫凈化的高效整體煤氣化燃料電池發電系統及方法，包括備煤單元、氣化爐、廢熱鍋爐、高溫除塵單元、水汽變換塔、精脫硫塔、引射器、燃料電池、純氧燃燒器、燃氣透平、陰極空氣壓縮機、陰極回熱器、空氣透平、余熱鍋爐和汽輪機；本發明避免了合成氣降溫脫硫再升溫反應的過程，合成氣顯熱全部輸入了燃料電池單元；同時，避免了基于合成氣溶液吸收法的脫硫過程，減少了吸收過程中合成氣有效氣的損失，大幅度提高了全系統的發電效率；同時省去了復雜的合成氣冷卻降溫與溶液吸收法脫硫過程，簡化了發電系統流程，提高了全系統運行穩定性與控制靈活性。

技術領域

本發明屬于潔凈煤發電技術領域，具體涉及一種采用高溫凈化的高效整體煤氣化燃料電池發電系統及方法。

背景技術

煤炭是我國能源安全的重要保障。整體煤氣化燃料電池發電系統IGFC是將整體煤氣化聯合循環發電與高溫燃料電池結合的發電系統，IGFC以其突破卡諾循環理論效率限制，具有高發電效率、污染物與CO₂能達到近零排放的特性，將成為未來煤基發電的重要選擇。

然而在IGFC的煤氣化過程中通常會采用常溫或低溫吸收溶劑脫除H₂S，高溫合成氣必須經歷降溫再升溫利用的過程，這樣對全系統冷能與熱能的消耗都非常不利，“冷熱病”問題較為嚴重，系統總體能源利用效率難以提高。

高溫凈化技術包括高溫除塵與干法脫硫技術，高溫除塵技術在煤氣化過程中應用較為普遍，干法脫硫技術一般采用ZnO與H₂S反應，脫除合成氣中的硫份，但ZnO的硫容有限，僅可作為預脫硫后的精脫硫工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用高溫凈化的高效整體煤氣化燃料電池發電系統及方法，解決了現有的IGFC的煤氣化過程中，存在的能源利用效率難以提高的缺陷。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明提供的一種采用高溫凈化的高效整體煤氣化燃料電池發電系統，包括備煤單元、氣化爐、廢熱鍋爐、高溫除塵單元、水汽變換塔、精脫硫塔、引射器、燃料電池、純氧燃燒器、燃氣透平、陰極空氣壓縮機、陰極回熱器、空氣透平、余熱鍋爐和汽輪機，其中，煤單元上設置有原煤入口和脫硫劑入口，所述備煤單元的混合物出口連接氣化爐的入口；所述氣化爐上的高溫粗合成氣出口連接廢熱鍋爐的入口，廢熱鍋爐上設置的飽和蒸汽出口連接余熱鍋爐的入口；廢熱鍋爐上設置的粗合成氣出口連接高溫除塵單元的入口，所述高溫除塵單元上的合成氣出口分為兩路，一路與廢熱鍋爐的合成氣入口連接；另一路與水汽變換塔的入口連接；水汽變換塔的合成氣出口連接精脫硫塔的入口，精脫硫塔上設置的脫硫合成氣出口連接引射器的入口；引射器的合成氣出口連接燃料電池的陽極，燃料電池的陽極出口分為兩路，一路連接引射器，另一路連接純氧燃燒器的入口；純氧燃燒器的尾氣出口連接燃氣透平，燃氣透平的尾氣出口連接余熱鍋爐的入口；

陰極空氣壓縮機上設置有空氣入口，陰極空氣壓縮機的高壓空氣出口與陰極回熱器的冷側入口連接，陰極回熱器的冷側出口與燃料電池的陰極入口連接；燃料電池的陰極出口與陰極回熱器熱側入口連接，陰極回熱器的熱側出口連接空氣透平，空氣透平的尾氣出口連接余熱鍋爐的入口；

余熱鍋爐的高壓過熱蒸汽出口連接汽輪機的入口；汽輪機的中壓蒸汽出口分別與水汽變換塔的蒸汽入口、氣化爐的蒸汽入口連接；

余熱鍋爐的尾氣出口分別與氣化爐、引射器的入口連接；

所述氣化爐和純氧燃燒器上均設置有純氧入口。

優選地，所述氣化爐上設置有爐渣口，所述爐渣口與煅燒爐的入口連接，煅燒爐上設置有排渣口和空氣入口。

優選地，所述高溫除塵單元上的合成氣出口與廢熱鍋爐的合成氣入口之間設置有循環氣壓縮機。