[发明专利]一种采用超临界CO2

说明书

本发明提供的一种采用超临界COsubgt;2/subgt;底循环的天然气燃料电池发电系统及方法，包括燃料重整器、燃料电池、阴极空气压缩机、阳极回热器、送入阴极回热器、空气透平、压缩机、余热锅炉、纯氧燃烧器、回热器、COsubgt;2/subgt;冷却加压装置和汽轮机；该结构使得在燃料电池发电高效发电的基础上，进一步提高发电效率；同时，底循环采用超临界二氧化碳循环发电系统，使得系统简单、设备体积大幅减小；本系统同时兼顾了COsubgt;2/subgt;捕集功能，可高效、低成本地实现煤电发电的COsubgt;2/subgt;减排。

技术领域

本发明属于天然气发电技术领域，具体涉及一种天然气燃料电池发电与超临界CO₂循环发电系统及方法。

背景技术

燃料电池发电系统可以通过电化学反应连续地将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，其能源转化效率不受卡诺循环效率的限制，能大幅提高发电效率，易于实现污染物及二氧化碳近零排放；燃料电池内没有旋转运动部件，机械损失小，噪音低，且对负载变动的响应速度快，变负荷过程中发电效率波动不大，供电稳定性好。此外，燃料电池还具有体积小，结构简单，维护便利的特点。

超临界二氧化碳循环发电系统是一种新型发电技术，是以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，其循环过程是：首先，超临界二氧化碳经过压缩机升压；然后，利用换热器将工质等压加热；其次，工质进入热力透平，推动透平做功，透平带动电机发电；最后，工质进入冷却器，恢复到初始状态，再进入压气机形成闭式循环。超临界二氧化碳发电系统具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性和应用前景。

天然气燃料电池发电系统中的尾气的主要成分为CO与H₂，以及未转化的CH₄，具有较高的热值，通常采用纯氧燃烧的方式，再使用燃气透平、余热锅炉等设备梯级利用尾气热量。这种传统利用方式存在底循环效率较低的问题。

发明内容

本发明提供的一种采用超临界CO₂底循环的天然气燃料电池发电系统及方法，解决了在现有的天然气燃料电池发电系统中存在底循环效率较低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种采用超临界CO₂底循环的天然气燃料电池发电系统，包括燃料重整器、燃料电池、阴极空气压缩机、阳极回热器、送入阴极回热器、空气透平、压缩机、余热锅炉、纯氧燃烧器、CO₂燃气透平、回热器和CO₂冷却加压装置，其中，

燃料重整器的出口连接燃料电池的阳极入口，燃料电池的阳极出口连接阳极回热器的热侧入口，阳极回热器的热侧出口经过压缩机连接纯氧燃烧器的入口；

纯氧燃烧器的高温高压气体出口连接CO₂燃气透平的入口，CO₂燃气透平的燃烧尾气出口连接回热器的热侧入口，回热器的热侧出口连接余热锅炉的入口，同时，纯氧燃烧器的纯氧入口连接纯氧管道；

阴极空气压缩机的出口连接阳极回热器的冷侧入口，阳极回热器的冷侧出口连接阴极回热器的冷侧入口，阴极回热器的冷侧出口连接燃料电池的阴极入口，燃料电池的阴极出口连接阴极回热器的热侧入口，阴极回热器的热侧出口连接空气透平的入口，空气透平的出口连接余热锅炉的入口，余热锅炉上设置有空气排出口；

余热锅炉的高温燃烧尾气出口连接CO₂冷却加压装置的入口，CO₂冷却加压装置的超临界 CO₂出口连接回热器的冷侧入口，回热器的冷侧出口连接纯氧燃烧器的入口。

优选地，阴极空气压缩机的出口还连接有深冷空分单元的入口，深冷空分单元的出口经过氧压机与纯氧管道连接。