The invention provides a natural gas fuel cell power generation system and method using supercritical CO2 bottom cycle, including fuel reformer, fuel cell, cathode air compressor, anode regenerator, feed cathode regenerator, air turbine, compressor, waste heat boiler, pure oxygen burner, regenerator, CO2 cooling pressurization device and steam turbine. On the basis of high-efficiency power generation, power generation efficiency is further improved; at the same time, supercritical carbon dioxide cycle power generation system is adopted in the bottom cycle, which makes the system simple and greatly reduces the volume of equipment; this system also takes into account the CO2 capture function, so that the CO2 emission reduction of coal-fired power generation can be realized efficiently and cheaply.
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于天然气发电
,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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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,本专利技术采用的技术方案是:本专利技术提供的一种采用超临界C ...
【技术保护点】
1.一种采用超临界CO2底循环的天然气燃料电池发电系统,其特征在于,包括燃料重整器(1)、燃料电池(2)、阴极空气压缩机(3)、阳极回热器(4)、送入阴极回热器(5)、空气透平(6)、压缩机(7)、余热锅炉(8)、纯氧燃烧器(9)、CO2燃气透平(12)、回热器(13)和CO2冷却加压装置,其中,燃料重整器(1)上设置有天然气和蒸汽的入口,燃料重整器(1)的出口连接燃料电池(2)的阳极入口,燃料电池(2)的阳极出口连接阳极回热器(4)的热侧入口,阳极回热器(4)的热侧出口经过压缩机(7)连接纯氧燃烧器(9)的入口;纯氧燃烧器(9)的高温高压气体出口连接CO2燃气透平(12)的入口,CO2燃气透平(12)的燃烧尾气出口连接回热器(13)的热侧入口,回热器(13)的热侧出口连接余热锅炉(8)的入口;同时,纯氧燃烧器(9)的纯氧入口连接纯氧管道;阴极空气压缩机(3)的出口连接阳极回热器(4)的冷侧入口,阳极回热器(4)的冷侧出口连接阴极回热器(5)的冷侧入口,阴极回热器(5)的冷侧出口连接燃料电池(2)的阴极入口,燃料电池(2)的阴极出口连接阴极回热器(5)的热侧入口,阴极回热器(5)的热侧 ...
【技术特征摘要】
1.一种采用超临界CO2底循环的天然气燃料电池发电系统,其特征在于,包括燃料重整器(1)、燃料电池(2)、阴极空气压缩机(3)、阳极回热器(4)、送入阴极回热器(5)、空气透平(6)、压缩机(7)、余热锅炉(8)、纯氧燃烧器(9)、CO2燃气透平(12)、回热器(13)和CO2冷却加压装置,其中,燃料重整器(1)上设置有天然气和蒸汽的入口,燃料重整器(1)的出口连接燃料电池(2)的阳极入口,燃料电池(2)的阳极出口连接阳极回热器(4)的热侧入口,阳极回热器(4)的热侧出口经过压缩机(7)连接纯氧燃烧器(9)的入口;纯氧燃烧器(9)的高温高压气体出口连接CO2燃气透平(12)的入口,CO2燃气透平(12)的燃烧尾气出口连接回热器(13)的热侧入口,回热器(13)的热侧出口连接余热锅炉(8)的入口;同时,纯氧燃烧器(9)的纯氧入口连接纯氧管道;阴极空气压缩机(3)的出口连接阳极回热器(4)的冷侧入口,阳极回热器(4)的冷侧出口连接阴极回热器(5)的冷侧入口,阴极回热器(5)的冷侧出口连接燃料电池(2)的阴极入口,燃料电池(2)的阴极出口连接阴极回热器(5)的热侧入口,阴极回热器(5)的热侧出口连接空气透平(6)的入口,空气透平(6)的出口连接余热锅炉(8)的入口,余热锅炉(8)上设置有空气排出口;余热锅炉(8)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(23)的冷侧入口,回热器(23)的冷侧出口连接纯氧燃烧器(9)的入口。2.根据权利要求1所述的一种采用超临界CO2底循环的天然气燃料电池发电系统,其特征在于,阴极空气压缩机(3)的出口还连接有深冷空分单元(10)的入口,深冷空分单元(10)的出口经过氧压机(11)与纯氧管道连接。3.根据权利要求1所述的一种采用超临界CO2底循环的天然气燃料电池发电系统,其特征在于,余热锅炉(8)的过热蒸汽出口连接汽轮机(19)的入口,汽轮机(19)的部分蒸汽出口连接燃料重整器(1)的入口。4.根据权利要求1所述的一种采用超临界CO2底循环的天然气燃料电池发电系统,其特征在于,CO2冷却加压装置包括尾气冷凝器(14)、气水分离器(15)、CO2压缩机(16)、CO2冷凝器(17)和CO2加压泵(18),其中,余热锅炉(8)的燃烧尾气出口连接尾气冷凝器(14)的入口,尾气冷凝...
【专利技术属性】
技术研发人员:周贤,彭烁,许世森,钟迪,李启明,王保民,
申请(专利权)人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:北京,11
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