[發(fā)明專利]集成太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110081975.1
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112901287A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李超;畢天驕
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K11/02;F03G6/06;H01M8/14;F23J15/06
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

本發(fā)明屬于復(fù)合能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。針對目前熔融碳酸鹽燃料電池、太陽集熱場與傳統(tǒng)的火電系統(tǒng)集成時存在的效率、安全問題，本發(fā)明提供一種集成太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃煤發(fā)電系統(tǒng)、塔式太陽能集熱系統(tǒng)和MCFC捕集二氧化碳系統(tǒng)，三個系統(tǒng)相互耦合連接。本發(fā)明的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)能夠顯著提高系統(tǒng)循環(huán)效率，降低系統(tǒng)煤耗量，且能保證鍋爐的運行安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

火力發(fā)電一般是指利用可燃物燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的方式。目前火電系統(tǒng)的效率及煤耗率已達到非常高的水平，由于材料等技術(shù)因素的限制，很難進一步提高系統(tǒng)的參數(shù)和增大系統(tǒng)容量，節(jié)能效果有限。對于風(fēng)能，太陽能等可再生能源，由于其本身的間歇性需要配備大規(guī)模的儲能系統(tǒng)才能實現(xiàn)電能的穩(wěn)定輸出。若將不穩(wěn)定的可再生能源發(fā)電與穩(wěn)定的燃煤發(fā)電系統(tǒng)進行集成，則可以同時滿足進一步降低火電系統(tǒng)煤耗率和擴大可再生能源發(fā)電份額的要求。

在熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)中，陰極上二氧化碳和氧氣與從外電路輸送過來的電子結(jié)合，生成碳酸根離子；陽極上的燃料則與從電解質(zhì)隔膜遷移過來的碳酸根離子發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水。因此，MCFC的陰極通過一系列化學(xué)反應(yīng)將燃煤電廠鍋爐排煙中的二氧化碳富集到陽極，使二氧化碳濃度提高，降低捕集能耗。其次，MCFC工作溫度較高，其排氣溫度高達650℃，可采用與燃煤機組回熱部分進行耦合或增加余熱鍋爐等方式利用排氣余熱，使系統(tǒng)效率進一步提高。因此，利用MCFC捕集燃煤電廠鍋爐排煙中的二氧化碳，不僅可以減少二氧化碳排放，同時還可以避免傳統(tǒng)二氧化碳捕集技術(shù)附加能耗較大的問題。

將太陽集熱場與燃煤發(fā)電系統(tǒng)進行集成，利用太陽能替代燃煤發(fā)電系統(tǒng)中鍋爐部分受熱面或回熱子系統(tǒng)抽汽的熱量，可以使燃煤發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電煤耗率降低，實現(xiàn)燃煤發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能減排。此外，由于燃煤發(fā)電系統(tǒng)的熱慣性較大，可以利用這一特性解決太陽能資源接入電網(wǎng)時，其間歇性和波動性產(chǎn)生的不利影響。相比傳統(tǒng)的二氧化碳捕集方式，利用MCFC捕集燃煤發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳，不僅可以使捕集二氧化碳的能耗降低，而且可以通過利用燃料電池排氣的余熱方式，獲得額外的發(fā)電量，從而使整體系統(tǒng)效率升高。

如何將熔融碳酸鹽燃料電池、太陽集熱場集成到傳統(tǒng)的火電系統(tǒng)，很多科研工作者進行了大量研究。在專利申請?zhí)枮镃N201510224048.5名為“用熔融碳酸鹽燃料電池捕獲燃煤電廠CO₂的系統(tǒng)及方法”的發(fā)明專利中，熔融碳酸鹽燃料電池的陰極排氣在預(yù)熱完鍋爐排煙后，直接排入外界環(huán)境，造成了陰極排氣的余熱浪費；其次熔融碳酸鹽燃料電池的陽極排氣的余熱需要外接余熱鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等設(shè)備進行利用，系統(tǒng)投資較大，且余熱利用的效率較低。在專利申請?zhí)枮镃N201810231411.X名為“一種帶蓄能的塔式太陽能光熱耦合燃煤發(fā)電系統(tǒng)”的專利中，利用太陽能替代燃煤鍋爐的部分熱負荷，這種集成方式會改變鍋爐內(nèi)部各受熱面熱負荷，易導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部受熱面超溫等現(xiàn)象，不利于鍋爐的安全運行。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前熔融碳酸鹽燃料電池、太陽集熱場與傳統(tǒng)的火電系統(tǒng)集成時存在的效率、安全問題，本發(fā)明提供一種集成太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池，能夠顯著提高系統(tǒng)循環(huán)效率，降低系統(tǒng)煤耗量，且能保證鍋爐的運行安全。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種集成太陽能和熔融碳酸鹽燃料電池的燃煤復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

燃煤發(fā)電系統(tǒng)，其包括鍋爐、汽輪機高壓缸、汽輪機中壓缸、第一換熱器、汽輪機低壓缸、發(fā)電機、凝汽器、凝結(jié)水泵、8#加熱器、7#加熱器、6#加熱器、5#加熱器、第二換熱器、除氧器、給水泵、3#加熱器、2#加熱器及1#加熱器；

塔式太陽能集熱系統(tǒng)，其包括定日鏡場、太陽塔、吸熱器、蓄熱熱罐、蓄熱冷罐、第一換熱器及第三換熱器；