一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统及方法，原煤在备煤单元中经过处理后送至气化炉，气化炉炉底产生炉渣，顶部产生的高温粗煤气送入废热锅炉，经过废热锅炉回收余热后的粗煤气进入第一气气加热器热侧入口，第一气气加热器冷侧出口煤气作为燃料气进入高温燃料电池阳极，进行反应；高温燃料电池阳极出口的尾气送入催化燃烧器进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平做功后，送入余热锅炉，燃烧尾气经过降温后排入大气；高温燃料电池阴极出口的尾气分为两股，一股送至高温离子输送膜技术制氧单元分离出氧气送入气化炉中，另一股送至催化燃烧器进行燃烧反应。降低了制氧能耗，可提高整个IGFC系统的净发电效率。统的净发电效率。统的净发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统及方法


[0001]本专利技术属于煤炭发电领域，涉及一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统及方法。

技术介绍

[0002]深冷空分系统是IGFC发电系统中的主要能耗单元，深冷空分系统能耗进一步降低空间有限。因此，探索一种新型空分技术对降低IGFC发电系统厂用电及发电成本具有格外重要的意义。高温离子输送膜技术是近20年来发展起来的新型空分技术，因投资少，能耗低，制氧纯度高(近100％)等优势得到快速发展。高温离子输送膜技术的核心是一层可操作在较高温度、较高压力下无孔的、混合传导的透氧膜，当膜的两侧存在氧气分压差时，氧气以氧离子的形式从高氧分压侧向低氧分压侧渗透，实现空气中氧气与氮气的分离。根据美国Air Products公司的报道，当高温离子输送膜技术技术参数匹配IGCC应用时，制氧成本较深冷空分节省约35％，能耗节省约37％。
[0003]但高温离子输送膜技术需在高温高压下运行，才具有良好的空气分离效率。常规的高温离子输送膜技术流程中需要配置空气压缩与空气加热环节，系统较为复杂，且能耗较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统及方法，降低了制氧能耗，可提高整个IGFC系统的净发电效率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，包括依次连接的备煤单元、气化炉、废热锅炉、第一气气加热器、高温燃料电池、催化燃烧器、燃气透平和余热锅炉；
[0007]气化炉入口连接有高温离子输送膜技术制氧单元出口，高温燃料电池阴极出口与高温离子输送膜技术制氧单元入口连接。
[0008]优选的，高温燃料电池连接有阴极回热器，阴极回热器冷侧入口连接空气，冷侧出口连接高温燃料电池阴极入口；阴极回热器热侧入口连接高温燃料电池阴极出口，热侧出口连接催化燃烧器和高温离子输送膜技术制氧单元入口。
[0009]优选的，气化炉和高温离子输送膜技术制氧单元之间设置有氧压机。
[0010]优选的，高温离子输送膜技术制氧单元出口与催化燃烧器入口连接。
[0011]进一步，高温离子输送膜技术制氧单元与催化燃烧器之间设置有氮压机。
[0012]优选的，备煤单元出口产出的原料为干煤粉，高温燃料电池的阳极出口连接备煤单元出口。
[0013]优选的，余热锅炉高压蒸汽出口连接有汽轮机，汽轮机中压蒸汽出口与气化炉连接，汽轮机中压蒸汽出口与第一气气加热器冷侧出口连接。
[0014]一种基于上述任意一项利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统的工作方法，
包括以下过程：
[0015]原煤在备煤单元中经过处理后送至气化炉，气化炉炉底产生炉渣，顶部产生的高温粗煤气送入废热锅炉，经过废热锅炉回收余热后的粗煤气进入第一气气加热器热侧入口，第一气气加热器冷侧出口煤气作为燃料气进入高温燃料电池阳极，进行反应；高温燃料电池阳极出口的尾气送入催化燃烧器进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平做功后，送入余热锅炉，燃烧尾气经过降温后排入大气；高温燃料电池阴极出口的尾气分为两股，一股送至高温离子输送膜技术制氧单元分离出氧气送入气化炉中，另一股送至催化燃烧器进行燃烧反应。
[0016]优选的，原煤在备煤单元中磨煤、干燥后形成干煤粉，由高温燃料电池阳极产生的高压尾气输送至气化炉。
[0017]优选的，汽轮机中部抽取中压蒸汽送入气化炉反应；汽轮机中部抽取的中压蒸汽送入气化炉反应；第一气气加热器冷侧出口煤气与汽轮机中部抽取的中压蒸汽混合后，对煤气中一氧化碳成分形成稀释后，送入高温燃料电池阳极。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术集成了高温离子输送膜技术，将高温燃料电池阴极尾气作为高温离子输送膜制氧单元的原料气，具有较低的制氧能耗的特点，高温离子输送膜技术本身具有较低的制氧能耗的特点，且利用温度压力较高的高温燃料电池阴极尾气，可提高IGFC系统净发电效率，省去了空气压缩机与空气加热器设备，系统流程简化，设备投资降低。
[0020]进一步，采用高温燃料电池阳极尾气作为输送干煤粉的介质，高温燃料电池阳极尾气相对于干煤粉为惰性气体，且这股尾气具有较高的温度，在气化装置内升温幅度小，消耗的燃料化学能少，有利于提高气化炉的冷煤气效率。
[0021]进一步，通过将汽轮机中部抽取的中压蒸汽与第一气气加热器冷侧出口煤气混合，对煤气中一氧化碳成分形成稀释，使得进入高温燃料电池的燃料气成分更为合理，提高了IGFC系统净发电效率。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的系统结构示意图。
[0023]其中：1
‑
备煤单元；2
‑
气化炉；3
‑
废热锅炉；4
‑
除尘单元；5
‑
第一气气加热器；6
‑
水洗塔；7
‑
第二气气加热器；8
‑
羰基硫水解反应器；9
‑
低温余热回收单元；10
‑
煤气冷却器；11
‑
脱硫单元；12
‑
湿化器；13
‑
水处理单元；14
‑
硫回收单元；15
‑
高温燃料电池；16
‑
空气压缩机；17
‑
阴极回热器；18
‑
催化燃烧器；19
‑
燃气透平；20
‑
余热锅炉；21
‑
汽轮机；22
‑
高温离子输送膜技术制氧单元；23
‑
氧压机；24
‑
氮压机。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0025]如图1所示，为本专利技术所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，包括依次连接的备煤单元1、气化炉2、废热锅炉3、除尘单元4、第一气气加热器5、高温燃料电池15、催化燃烧器18、燃气透平19和余热锅炉20。
[0026]气化炉2入口连接有高温离子输送膜技术制氧单元22出口，气化炉2和高温离子输
送膜技术制氧单元22之间设置有氧压机23。
[0027]高温离子输送膜技术制氧单元22出口与催化燃烧器18入口连接，高温离子输送膜技术制氧单元22与催化燃烧器18之间设置有氮压机24。
[0028]高温燃料电池15阴极出口与高温离子输送膜技术制氧单元22入口通过阴极回热器17连接。高温燃料电池15连接有阴极回热器17，阴极回热器17冷侧入口连接空气，冷侧出口连接高温燃料电池15阴极入口；阴极回热器17热侧入口连接高温燃料电池15阴极出口，热侧出口连接催化燃烧器17和高温离子输送膜技术制氧单元22入口。阴极回热器17冷侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，包括依次连接的备煤单元(1)、气化炉(2)、废热锅炉(3)、第一气气加热器(5)、高温燃料电池(15)、催化燃烧器(18)、燃气透平(19)和余热锅炉(20)；气化炉(2)入口连接有高温离子输送膜技术制氧单元(22)出口，高温燃料电池(15)阴极出口与高温离子输送膜技术制氧单元(22)入口连接。2.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，高温燃料电池(15)连接有阴极回热器(17)，阴极回热器(17)冷侧入口连接空气，冷侧出口连接高温燃料电池(15)阴极入口；阴极回热器(17)热侧入口连接高温燃料电池(15)阴极出口，热侧出口连接催化燃烧器(17)和高温离子输送膜技术制氧单元(22)入口。3.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，气化炉(2)和高温离子输送膜技术制氧单元(22)之间设置有氧压机(23)。4.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，高温离子输送膜技术制氧单元(22)出口与催化燃烧器(18)入口连接。5.根据权利要求4所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，高温离子输送膜技术制氧单元(22)与催化燃烧器(18)之间设置有氮压机(24)。6.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，备煤单元(1)出口产出的原料为干煤粉，高温燃料电池(15)的阳极出口连接备煤单元(1)出口。7.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统，其特征在于，余热锅炉(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贤，彭烁，钟迪，安航，白烨，黄永琪，姚国鹏，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：