一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统技术方案

本实用新型专利技术提供的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，包括备煤单元、气化炉、合成气冷却器、第一循环气压缩机、第一气气加热器、脱硫处理单元、甲醇合成单元、分离器、引射器、燃料电池、阴极空气压缩机、阴极回热器、余热锅炉、汽轮机和纯氧燃烧器；该系统的燃料电池利用化工合成过程的富H2驰放气为燃料，用以提高全系统的能量利用效率，并可保证设备可靠性，同时，满足煤基发电系统电力深度调峰的需求捕集了部分CO2，可大幅降低煤基发电过程的CO2排放强度。

A Coal-based Polygeneration System for Integrated Fuel Cell Power Generation

【技术实现步骤摘要】
一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统
本技术属于洁净煤发电
，具体涉及一种燃料电池发电与煤基多联产系统。
技术介绍
煤基多联产系统是指利用从单一的煤气化设备中产生的合成气主要成分为CO+H2，来进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料甲醇、F－T合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气，以及用于工艺过程的热和进行发电等。但在利用合成气生产化工产品、液体燃料的合成过程，会产生大量的驰放气。驰放气是化工生产中，不参与反应的气体或因品位过低不能利用，在化工设备或管道中积聚而产生的气体。由于驰放气影响设备的传热效果、影响反应速度和进度、降低生产效率等，驰放气必须定期排放。驰放气并不一定是完全没用的，为降低生产成本，应尽量使各种能量和物料完全利用。一种利用途径是经压缩加压或升温后可以继续循环利用，另一种是直接在另外的工序中利用其可利用的成分，如燃烧。对于甲醇合成过程，驰放气中含有纯度较高的H2气体，这部分驰放气经过压缩加压后循环利用，会大幅增加压缩电耗，降低合成单元的合成效率。这部分驰放气通常用在锅炉中燃烧或在富氢燃气轮机中燃烧。但也存在两方面问题，一方面由于驰放气较高的H2含量，对于锅炉、燃气轮机设备要求高；另一方面驰放气直接燃烧后能量利用效率较低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统及方法,解决了现有的驰放气利用效率较低的问题。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是：本技术提供的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，包括备煤单元、气化炉、合成气冷却器、第一循环气压缩机、第一气气加热器、脱硫处理单元、甲醇合成单元、分离器、引射器、燃料电池、阴极空气压缩机、阴极回热器、余热锅炉、汽轮机和纯氧燃烧器，其中，备煤单元的干煤粉出口连接气化炉的入口，气化炉顶部的高温粗合成气出口和第一循环压缩机的出口均连接合成气冷却器的入口，合成气冷却器的合成气出口分为两路，一路连接第一循环压缩机的入口；另一路连接第一气气加热器的热侧入口，第一气气加热器的热侧出口经过脱硫处理单元连接甲醇合成单元的入口，甲醇合成单元的出口连接分离器的入口，分离器顶部的驰放气出口连接第一气气加热器的冷侧入口，第一气气加热器的冷侧出口连接引射器的入口，引射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纯氧燃烧器的入口，纯氧燃烧器的尾气出口连接余热锅炉的入口，余热锅炉上设置有排气口；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余热锅炉的入口；合成气冷却器的饱和蒸汽出口连接余热锅炉的入口，余热锅炉的过热蒸汽出口连接汽轮机的入口，汽轮机的中压蒸汽出口连接气化炉的入口。优选地，合成气冷却器的粗合成气出口连接有除尘单元，除尘单元的出口分为两路，一路连接第一循环气压缩机的入口，另一路连接第一气气加热器的入口。优选地，脱硫处理单元包括水洗塔、第二气气加热器、耐硫水汽变换反应器、低温余热回收单元、第二合成气冷却器和硫碳共脱单元，其中，第一气气加热器的热侧出口连接水洗塔的入口，水洗塔的出口连接第二气气加热器的冷侧入口，第二气气加热器的冷侧出口连接耐硫水汽变换反应器的入口，耐硫水汽变换反应器的出口连接第二气气加热器的热侧入口，第二气气加热器的热侧出口连接低温余热回收单元的入口，低温余热回收单元的出口连接第二合成气冷却器的入口，第二合成气冷却器的出口连接硫碳共脱单元的入口，硫碳共脱单元的洁净合成气出口连接甲醇合成单元的入口。优选地，硫碳共脱单元上设置有废气出口，所述废气出口连接有CO2压缩与液化单元与硫回收单元。优选地，脱硫处理单元的出口和甲醇合成单元的入口之间设置有第二循环气压缩机和第三气气加热器，其中，脱硫处理单元的出口连接第二循环气压缩机的入口，第二循环气压缩机的出口经过第三气气加热器的冷端连接甲醇合成单元的入口。优选地，甲醇合成单元的出口和分离器之间设置有余热过锅炉和第三合成气冷却器，其中，甲醇合成单元的出口连接第三气气加热器的热侧入口，第三气气加热器的热侧出口连接余热过锅炉的入口，余热过锅炉的出口连接第三合成气冷却器的入口，第三合成气冷却器的出口连接分离器的入口。优选地，分离器的底部出口连接有精馏塔，精馏塔的底部设置有甲醇产品出口，其顶部设置有酸气出口。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提供的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，燃料电池利用化工合成过程的富H2驰放气为燃料，用以提高全系统的能量利用效率，并可保证设备可靠性，提供结合燃料电池发电灵活可调的优势，可适应多联产系统负荷变化所引起的发电负荷深度变化，同时，满足煤基发电系统电力深度调峰的需求捕集了部分CO2，可大幅降低煤基发电过程的CO2排放强度。附图说明图1是本技术涉及的发电系统的结构示意图；其中，1、备煤单元2、气化炉3、第一合成气冷却器4、除尘单元5、第一循环气压缩机6、第一气气加热器7、水洗塔8、第二气气加热器9、耐硫水汽变换反应器10、低温余热回收单元11、第二合成气冷却器12、硫碳共脱单元13、CO2压缩与液化单元14、硫回收单元15、第二循环气压缩机16、第三气气加热器17、甲醇合成单元18、余热过锅炉19、第三合成气冷却器20、分离器21、精馏塔22、引射器23、燃料电池24、纯氧燃烧器25、阴极空气压缩机26、阴极回热器27、余热锅炉28、汽轮机29、深冷空分单元30、氧压机31、氮压机。具体实施方式下面结合附图，对本技术进一步详细说明。如图1所示，本技术提供的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，包括备煤单元1、气化炉2、第一合成气冷却器3、除尘单元4、第一循环气压缩机5、第一气气加热器6、水洗塔7、第二气气加热器8、耐硫水汽变换反应器9、低温余热回收单元10、第二合成气冷却器11、硫碳共脱单元12、CO2压缩与液化单元13、硫回收单元14、第一循环气压缩机15、第三气气加热器16、甲醇合成单元17、余热过锅炉18、第三合成气冷却器19、分离器20、分离器21、引射器22、燃料电池23、纯氧燃烧器24、阴极空气压缩机25、阴极回热器26、余热锅炉27、汽轮机28、深冷空分单元29、氧压机30和氮压机31，其中，备煤单元1的干煤粉出口连接气化炉2的入口，气化炉2的底部设置有炉渣出口，气化炉2顶部的高温粗合成气出口连接第一合成气冷却器3的入口，第一合成气冷却器3的饱和蒸汽出口连接余热锅炉23的入口；第一合成气冷却器3的粗合成气出口连接除尘单元4的入口，除尘单元4的出口分为两路，一路连接第一循环气压缩机5的入口，第一循环气压缩机5的出口连接第一合成气冷却器3的入口；另一路连接第一气气加热器6的热侧入口，第一气气加热器6的热侧出口经过水洗塔7连接第二气气加热器8的冷侧入口，第二气气加热器8的冷侧出口经过耐硫水汽变换反应器9连接第二气气加热器8的热侧入口，第二气气加热器8的热侧出口经过低温余热回收单元10连接第二合成气冷却器11的入口，第二合成气冷却器11的出口连接硫碳共脱单元12的入口，硫碳共脱单元12的洁净合成气出口连接第二循环气压缩机15对的入口，第二循环气压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，其特征在于，包括备煤单元(1)、气化炉(2)、合成气冷却器(3)、第一循环气压缩机(5)、第一气气加热器(6)、脱硫处理单元、甲醇合成单元(17)、降温单元、分离器(20)、引射器(22)、燃料电池(23)、阴极空气压缩机(25)、阴极回热器(26)、余热锅炉(27)、汽轮机(28)和纯氧燃烧器(24)，其中，备煤单元(1)的干煤粉出口连接气化炉(2)的入口，气化炉(2)顶部的高温粗合成气出口和第一循环气压缩机(5)的出口均连接合成气冷却器(3)的入口，合成气冷却器(3)的合成气出口分为两路，一路连接第一循环气压缩机(5)的入口；另一路连接第一气气加热器(6)的热侧入口，第一气气加热器(6)的热侧出口经过脱硫处理单元连接甲醇合成单元(17)的入口，甲醇合成单元(17)的出口经过降温单元连接分离器(20)的入口，分离器(20)顶部的驰放气出口连接第一气气加热器(6)的冷侧入口，第一气气加热器(6)的冷侧出口连接引射器(22)的入口，引射器(22)的出口连接燃料电池(23)的阳极入口，燃料电池(23)的阳极出口连接纯氧燃烧器(24)的入口，纯氧燃烧器(24)的尾气出口连接余热锅炉(27)的入口，余热锅炉(27)上设置有排气口；阴极空气压缩机(25)的出口连接阴极回热器(26)的冷侧入口，阴极回热器(26)的冷侧出口连接燃料电池(23)的阴极入口，燃料电池(23)的阴极出口连接阴极回热器(26)的热侧入口，阴极回热器(26)的热侧出口连接余热锅炉(27)的入口；合成气冷却器(3)的饱和蒸汽出口连接余热锅炉(27)的入口，余热锅炉(27)的过热蒸汽出口连接汽轮机(28)的入口，汽轮机(28)的中压蒸汽出口连接气化炉(2)的入口。...

【技术特征摘要】
1.一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，其特征在于，包括备煤单元(1)、气化炉(2)、合成气冷却器(3)、第一循环气压缩机(5)、第一气气加热器(6)、脱硫处理单元、甲醇合成单元(17)、降温单元、分离器(20)、引射器(22)、燃料电池(23)、阴极空气压缩机(25)、阴极回热器(26)、余热锅炉(27)、汽轮机(28)和纯氧燃烧器(24)，其中，备煤单元(1)的干煤粉出口连接气化炉(2)的入口，气化炉(2)顶部的高温粗合成气出口和第一循环气压缩机(5)的出口均连接合成气冷却器(3)的入口，合成气冷却器(3)的合成气出口分为两路，一路连接第一循环气压缩机(5)的入口；另一路连接第一气气加热器(6)的热侧入口，第一气气加热器(6)的热侧出口经过脱硫处理单元连接甲醇合成单元(17)的入口，甲醇合成单元(17)的出口经过降温单元连接分离器(20)的入口，分离器(20)顶部的驰放气出口连接第一气气加热器(6)的冷侧入口，第一气气加热器(6)的冷侧出口连接引射器(22)的入口，引射器(22)的出口连接燃料电池(23)的阳极入口，燃料电池(23)的阳极出口连接纯氧燃烧器(24)的入口，纯氧燃烧器(24)的尾气出口连接余热锅炉(27)的入口，余热锅炉(27)上设置有排气口；阴极空气压缩机(25)的出口连接阴极回热器(26)的冷侧入口，阴极回热器(26)的冷侧出口连接燃料电池(23)的阴极入口，燃料电池(23)的阴极出口连接阴极回热器(26)的热侧入口，阴极回热器(26)的热侧出口连接余热锅炉(27)的入口；合成气冷却器(3)的饱和蒸汽出口连接余热锅炉(27)的入口，余热锅炉(27)的过热蒸汽出口连接汽轮机(28)的入口，汽轮机(28)的中压蒸汽出口连接气化炉(2)的入口。2.根据权利要求1所述的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，其特征在于，合成气冷却器(3)的粗合成气出口连接有除尘单元(4)，除尘单元(4)的出口分为两路，一路连接第一循环气压缩机(5)的入口，另一路连接第一气气加热器(6)的入口。3.根据权利要求1所述的一种集成燃料电池发电的煤基多联产系统，其...

【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：新型
国别省市：北京,11