[发明专利]燃气轮机排烟余热的回收利用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机排烟余热的回收利用装置，属于节能技术领域。

背景技术

目前对于燃气轮机的尾部余热的利用，常常是接余热锅炉，产生一定品位的蒸汽，用于燃气蒸汽联合循环，从而在一定程度上提高了系统的发电效率。然而，由于燃气轮机尾部烟气温度的限制，余热锅炉产生的蒸汽大多处于中压或次高压的状况，从而造成蒸汽侧循环的热转功效率不高。目前，燃气蒸汽联合循环的系统热转功效率通常在55％～60％之间。另外，燃气轮机的尾部烟气还常常用于溴化锂吸收式制冷，取得一部分冷量。上述这些燃气轮机尾部烟气余热的利用方法，只是涉及到热能之间的转换，没有提高燃气轮机尾部烟气余热的品位，从而不能够大幅度提高尾部余热下游的循环效率。

燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置，根据使用电解质种类的不同，燃料电池可以分为：碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸盐酸性燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。MCFC和SOFC为高温燃料电池，在这两种燃料电池中，一般采用天然气内部重整制得氢气，与空气中的氧气发生电化学反应输出电能。天然气的重整过程一般在800℃左右的反应温度，其能量提升的品位有限，能量利用过程有待进一步优化。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种燃气轮机排烟余热的回收利用装置。利用本发明装置可对燃气轮机的排烟余热进行甲醇重整制取氢气，并将所得氢气用于燃料电池发电系统，有效降低了甲醇制氢的能量消耗，实现了节能的目的。

本发明的技术方案：一种燃气轮机排烟余热的回收利用装置，包括重整反应器和纯化设备，重整反应器与燃气轮机中燃气透平的排烟管道相连，纯化设备与重整反应器之间经管道相连。

前述装置还包括升压机构和燃料电池，纯化设备、升压机构和燃料电池之间经管道依次相连，且燃气轮机中的空气压气机与燃料电池经管道相连。

前述装置中，燃料电池与燃气轮机中的燃烧室经管道相连。

应用本发明装置对燃气轮机排烟余热进行回收利用的方法为：从燃气轮机的燃气透平出来的排烟进入重整反应器，向重整反应器中加入摩尔比为1～2∶1的水和甲醇，在催化剂的作用下水与甲醇吸收燃气轮机的排烟余热进行化学反应[CH₃OH(g)+H₂O(g)→3H₂+CO₂  ΔH＝50.7kJ/mol]，反应后的合成气(主要含有H₂与CO₂)通过纯化设备分离后即得纯度为85％～95％的氢气。所得氢气可经过升压机构升压后进入燃料电池，另从燃气轮机的空气压气机出口分离出适量的空气进入燃料电池，空气中的氧气与纯度较高的氢气在燃料电池中进行反应，输出电能。燃料电池中的未反应气和燃料电池产生的部分水蒸汽共同进入燃气轮机的燃烧室中。

与现有技术相比，利用本发明装置可对燃气轮机的排烟余热进行甲醇重整制取氢气，并将所得氢气用于燃料电池发电系统，利用热化学反应将燃气轮机的排烟余热进行品位提升并转化到反应合成气中，为甲醇制氢提供了新的思路，有效降低了甲醇制氢的能量消耗。同时本发明高效利用了燃料电池系统中的未反应气，降低了燃气轮机氮氧化物的排放及燃料消耗，提高了系统的燃料利用率和发电效率，达到了明显的节能目的。

附图说明

图1是本发明装置一种实施方式的结构示意图。

图中的标号为：1-空气压气机，2-燃烧室，3-燃气透平，4-重整反应器，5-纯化设备，6-升压机构，7-燃料电池。

具体实施方式

本发明的实施例1：燃气轮机排烟余热的回收利用装置(见图1)，包括重整反应器4、纯化设备5、升压机构6和固体氧化物燃料电池7，重整反应器4与燃气轮机中燃气透平3的排烟管道相连，重整反应器4、纯化设备5、升压机构6和固体氧化物燃料电池7之间经管道依次相连，且燃气轮机中的空气压气机1与固体氧化物燃料电池7经管道相连，固体氧化物燃料电池7与燃气轮机中的燃烧室2经管道相连。

应用该装置系统，燃气轮机中发电机的发电效率为35％左右，燃料电池7的发电效率为60％-67％，总发电效率为63％-70％，比常规的燃气轮机与燃料电池集成系统发电效率提高了8％-15％。