[发明专利]用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO2的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于燃煤电厂CO₂捕集及利用技术领域，特别涉及一种用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂的系统及方法。

背景技术

CO₂是导致温室效应的主要气体，而火力发电是排放CO₂的最大行业，燃煤电厂是CO₂的一个集中排放源，针对燃煤电厂的CO₂减排对减缓温室效应具有十分重要的意义。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的基本原理是阴极的CO₂和O₂与阳极的燃料通过电解质发生电化学反应，阴极消耗CO₂而阳极生成CO₂。利用MCFC连接燃煤电厂锅炉烟气出口端，使烟气中低浓度的CO₂作为反应物进入MCFC阴极，并在MCFC阳极生成高浓度的CO₂，再对阳极高温排气进行余热利用和CO₂捕集，可有效实现燃煤电厂CO₂减排和低能耗的CO₂回收。MCFC利用电化学过程发电，不受卡诺循环的限制，具有较高的能量转化效率，排气温度较高，可利用余热锅炉及汽轮机系统进行余热利用来发电，实现能量的梯级利用。

本发明在实现燃煤电厂低CO₂排放和CO₂捕捉回收方面具有独特优势：一方面MCFC阴极电化学反应可消耗燃煤电厂烟气中的CO₂和O₂，大幅度减少烟气排入大气中CO₂的量；另一方面MCFC阳极排气中含有高浓度的CO₂，并与纯氧在后燃室中充分燃烧，产物中没有N₂只有CO₂和H₂O，可大大减少回收CO₂的能耗。综合以上两个有利条件，本发明提出了用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂的系统及方法，可大幅度降低CO₂排放和低能耗回收CO₂，并且MCFC具有较高的效率，可使复合系统的效率高于原燃煤电厂系统。

回收燃煤电厂烟气CO₂的常规方法是尾部化学吸收吸附，但这种方法存在能量消耗大，效率低下等问题。本发明提出用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂，不但可以增加系统的总输出功率，还增加了系统总效率。专利CN201310116341.0和专利CN201310367604.5也是利用MCFC对CO₂进行回收，但由于CO₂来源于燃气轮机排气中，其浓度仅为4％左右，而本发明则是采用MCFC方法回收较高浓度的燃煤电站排气，CO₂浓度为12％左右。此外，作用对象的不同也使得本系统与之前专利存在较大的差异。

发明内容

本发明以不回收CO₂的常规燃煤电厂为基准系统，提出以下方案：由常规燃煤电厂、熔融碳酸盐燃料电池、独立空分单元、余热锅炉及汽轮机单元、CO₂回收单元组成的用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂的系统及方法，解决燃煤电厂大量CO₂排放和捕获CO₂后效率较低的问题，实现燃煤电厂CO₂减排和低能耗回收CO₂，并提高系统的发电效率。

本发明采用的技术方案为：

一种用熔融碳酸盐燃料电池捕获燃煤电厂CO₂的系统。

该系统中，燃煤电厂锅炉1、第一混合器2、热交换器3、MCFC电池堆4阴极入口依次连接；

MCFC电池堆4阴极出口与热交换器3连接；

第二混合器5、预重整器6、MCFC电池堆4的阳极、第一分离器7依次连接；

第一分离器7出口分为两路，一路与第二混合器5入口端连接，另一路为第一分离器7出口、后燃室8、余热锅炉及汽轮机单元9、第二分离器10、冷凝器11、二氧化碳回收单元12依次连接；

独立空分单元13的入口与后燃室8连接；

第二分离器10出口分为两路，一路与后燃室8连接，另一路为第二分离器10出口、冷凝器11和二氧化碳回收单元12依次连接。

燃煤电厂汽轮机组15与第一发电机16相连，并驱动其汽轮机组15发电。