[实用新型]一种采用超临界CO2底循环的整体煤气化燃料电池发电系统

说明书

本实用新型提供的一种采用超临界CO₂底循环的整体煤气化燃料电池发电系统，包括备煤单元、气化炉、煤气冷却器、循环气压缩机、引射器、燃料电池、阴极空气压缩机、阴极回热器、压缩机、纯氧燃烧器、CO₂燃气透平、回热器、余热锅炉和汽轮机；在整体煤气化燃料电池发电系统的基础上增加CO₂的捕集，并利用CO₂冷却加压装置将二氧化碳气体转化为超临界态CO₂，并该超临界态CO₂作为底循环，与纯氧、燃料电池阳极出口的尾气一起在纯氧燃烧器内进行反应，产生的高温高压气体在二氧化碳燃气透平中做功发电；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，本系统同时兼顾了CO₂捕集功能，可高效、低成本地实现煤电发电的CO₂减排。

技术领域

本实用新型属于洁净煤发电技术领域，具体涉及一种采用超临界CO₂底循环的整体煤气化燃料电池发电系统。

背景技术

整体煤气化燃料电池发电系统IGFC是将煤气化发电技术与高温燃料电池结合的发电系统，其能源转化效率不受卡诺循环效率的限制，能大幅提高煤电效率，易于实现污染物及二氧化碳近零排放，是洁净煤发电技术的一个重要发展方向。

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。

IGFC系统中燃料电池尾气的主要成分为CO与H₂，具有较高的热值，通常采用纯氧燃烧的方式，再使用燃气透平梯级利用尾气热量；这种传统利用方式的底循环效率较低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种采用超临界CO2底循环的整体煤气化燃料电池发电系统及方法，解决了现有的在IGFC系统中，存在底循环效率较低的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种采用超临界CO₂底循环的整体煤气化燃料电池发电系统，包括备煤单元、气化炉、煤气冷却器、循环气压缩机、引射器、燃料电池、阴极空气压缩机、阴极回热器、压缩机、纯氧燃烧器、CO₂燃气透平、回热器、余热锅炉、CO₂冷却加压装置和汽轮机，其中，备煤单元的干煤粉出口、高压氮气管道的出口、纯氧管道出口均连接至气化炉的入口，气化炉的顶部高温粗煤气出口连接煤气冷却器的入口，煤气冷却器的粗煤气出口分为两路，一路连接循环气压缩机的入口，另一路连接引射器的入口，引射燃料电池阳极出口的部分尾气，引射器的煤气出口连接燃料电池的阳极入口，燃料电池的阳极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，余热锅炉的燃烧尾气出口连接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；

阴极空气压缩机的出口连接阴极回热器的冷侧入口，阴极回热器的高温空气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余热锅炉的入口，余热锅炉上设置有空气排出口。