本实用新型专利技术涉及一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，该系统主要包括五个部分，燃煤发电系统，生物质气化系统，高温燃料电池系统，燃气轮机系统及超临界二氧化碳循环系统。其中，生物质在生物质气化炉中热解气化，所得合成气经净化后作为高温燃料电池的燃料。高温燃料电池中的电化学反应结束后，阳极出口未完全燃尽的烟气与阴极出口气体混合后进入燃烧室燃烧。燃烧室出口的高温烟气首先推动燃气轮机做功，而后作为超临界二氧化碳循环系统的高温热源，再之后用于加热燃煤发电系统的给水，最后与经过处理得燃煤锅炉出口烟气混合后进经烟囱排出。其中，燃煤发电系统的凝结水作为超临界二氧化碳循环系统的冷源，通过本实用新型专利技术，可实现固废物与燃煤的高效资源化利用。可实现固废物与燃煤的高效资源化利用。可实现固废物与燃煤的高效资源化利用。
【技术实现步骤摘要】
一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统
[0001]本技术属于可再生能源、热解气化和二氧化碳循环领域，特别涉及一种生物质气化发电系统，具体涉及一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统。
技术介绍
[0002]生物质热转化技术与其他技术相比，具有功耗少、转化率高、转化强度大、工业化较易等优点，已成为世界各国开发利用生物质能的重点研究方向，其中气化和液化技术是生物质热利用的主要形式。生物质气化反应温度低，可避免燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团聚等运行难题。因此，气化技术非常适用于生物质能源的转化与利用。生物质气化生成的高品位燃料气既可供生产、生活直接燃用，也可用于合成天然气等，但生物质气化后的合成气利用效率仍有提升潜力。
[0003]现有技术方案指出，生物质气化产生的合成气可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，或将气化后产生的合成气直接通入燃煤锅炉进行燃烧，但以上方案对生物质合成气的利用效率有限，生物质合成气的利用效率具有一定的提升空间。
[0004]本专利技术针对如何更高效利用生物质气化合成气的问题，提出了一种与燃煤电站耦合的生物质气化系统。具体地，生物质气化后产生的合成气经净化后进入高温燃料电池作为燃料，高温燃料电池通过电化学反应进行发电，其能量转换效率不受“卡诺循环”限制，理论上可以高达60％～80％。高温燃料电池系统出口具有高品位余热的烟气依次通过燃气轮机系统，超临界二氧化碳循环系统及燃煤发电系统进行热回收，这种耦合方式根据高温烟气的能量品位对其进行分配利用，实现了能量的梯级利用，很大程度上提高了能量的利用效率。同时，燃煤发电系统的凝结水可作为超临界二氧化碳循环系统的冷源，实现了系统的多种能量集成。不仅如此，高温燃料电池系统出口烟气利用燃煤发电系统的烟囱排放至大气，减少了设备投资与占地面积。
技术实现思路
[0005]本技术专利技术提出了一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，该系统主要包括五个部分，燃煤发电系统，生物质气化系统，高温燃料电池系统，燃气轮机系统及超临界二氧化碳循环系统。其中，生物质进入生物质气化系统处理，产出的合成气经过净化作为高温燃料电池的阳极反应气，燃气轮机系统压气机出口空气作为高温燃料电池的阴极反应气。高温燃料电池中的电化学反应结束后，阳极出口未完全燃尽的反应气与阴极出口气体混合后进入燃烧室燃烧。燃烧室出口的高温烟气首先进入燃气轮机推动其做功，而后作为超临界二氧化碳循环系统的高温热源，再之后用于加热燃煤发电系统的给水，最后与经过处理得燃煤锅炉出口烟气混合后进经烟囱排出。其中，燃煤发电系统的凝结水作为超临界二氧化碳循环系统的冷源，用以维持超临界二氧化碳循环系统的正常运行。同时，回到燃煤发电系统的凝结水温度也得到了提升，减少了用于加热凝结水的汽轮机抽汽量，增加了燃煤发电系统发电量。
[0006]本技术为实现其技术目的所采取的技术方案为：
[0007]一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，其特征在于，该系统主要包括五个部分，燃煤发电系统，生物质气化系统，高温燃料电池系统，燃气轮机系统及超临界二氧化碳循环系统；
[0008]所述的燃煤发电系统包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、燃煤发电系统发电机、凝汽器、凝结水泵、8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器、给水泵、3#高压加热器、2#高压加热器、1#高压加热器、静电除尘器、脱硫塔、烟囱；
[0009]所述生物质气化系统包括生物质气化炉、净化系统；
[0010]所述高温燃料电池系统包括高温燃料电池、燃烧室；
[0011]所述燃气轮机系统包括燃气轮机系统压气机、燃气轮机系统透平、燃气轮机系统发电机；
[0012]所述超临界二氧化碳循环系统包括二氧化碳
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水换热器、超临界二氧化碳循环系统压缩机、回热器、烟气
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二氧化碳换热器、超临界二氧化碳循环系统透平、超临界二氧化碳循环系统发电机、高温烟气
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水换热器、低温烟气
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水换热器。
[0013]进一步的，汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸同轴连接，拖动燃煤发电系统发电机发电，锅炉的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸入口相连，汽轮机高压缸出口连通至锅炉的再热器，锅炉再热器出口连接至汽轮机中压缸，汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器顺次相连；凝汽器水箱出口管道通过凝结水泵依次连通8#低压加热器、 7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器、给水泵、3# 高压加热器、2#高压加热器、1#高压加热器；8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器以汽轮机低压缸抽汽作为热源，除氧器和3#高压加热器以汽轮机中压缸抽汽作为热源，2#高压加热器、1#高压加热器以汽轮机低压缸抽汽作为热源，各级加热器输水逐级自流，分别汇集至除氧器、凝汽器水箱。
[0014]进一步的，燃煤发电系统凝结水泵出口分成两路，一路连接8#低压加热器入口，一路经二氧化碳
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水换热器冷端连接8#低压加热器出口；8#低压加热器出口分成两路，一路连接7#低压加热器入口，一路经低温烟气
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水换热器冷端连接5#低压加热器出口；给水泵出口分成两路，一路连接3#高压加热器入口，一路经高温烟气
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水换热器冷端连接1#高压加热器出口。
[0015]进一步的，生物质进料管道与生物质气化炉连接，生物质热解气化后形成的粗合成气进入净化系统处理，净化系统出口与高温燃料电池阳极入口连接。
[0016]进一步的，燃料电池阳极入口连接净化系统出口，阴极入口与燃气轮机系统压气机出口连接，阳极和阴极的出口气体进入燃烧室中进行燃烧，燃烧室出口与燃气轮机系统透平连接。
[0017]进一步的，燃气轮机系统压气机和燃气轮机系统透平同轴连接，拖动燃气轮机发电机发电，燃气轮机系统压气机入口与大气环境相连，出口与燃料电池阴极连接，燃料电池系统燃烧室出口与燃气轮机系统透平入口连接，燃气轮机系统透平出口乏气进入烟气
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二氧化碳换热器热端入口。
[0018]进一步的，燃气轮机系统透平出口连接烟气
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二氧化碳换热器热端入口连接，烟
气
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二氧化碳换热器热端与高温烟气
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水换热器、低温烟气
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水换热器串联，低温烟气
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水换热器热端出口与燃煤发电系统脱硫塔出口连接，与燃煤发电机组共用烟囱排放至大气环境；烟气
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二氧化碳换热器冷端出口与超临界二氧化碳循环系统透平连接，超临界二氧化碳循环系统透平带动超临界二氧化碳循环系统发电机发电，超临界二氧化碳循环系统透平出口与回热器和二氧化碳
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水换热器热端依次连接，分别加热二氧化碳与燃煤发电系统的给水。二氧化碳
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水换热器出口经超临界二氧化碳循环系统压缩机与回热器与烟气
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二氧化碳换热器冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，其特征在于，该系统主要包括五个部分，燃煤发电系统，生物质气化系统，高温燃料电池系统，燃气轮机系统及超临界二氧化碳循环系统；所述的燃煤发电系统包括锅炉(1)、汽轮机高压缸(2)、汽轮机中压缸(3)、汽轮机低压缸(4)、燃煤发电系统发电机(5)、凝汽器(6)、凝结水泵(7)、8#低压加热器(8)、7#低压加热器(9)、6#低压加热器(10)、5#低压加热器(11)、除氧器(12)、给水泵(13)、3#高压加热器(14)、2#高压加热器(15)、1#高压加热器(16)、静电除尘器(17)、脱硫塔(18)、烟囱(19)；所述生物质气化系统包括生物质气化炉(20)、净化系统(21)；所述高温燃料电池系统包括高温燃料电池(22)、燃烧室(23)；所述燃气轮机系统包括燃气轮机系统压气机(24)、燃气轮机系统透平(25)、燃气轮机系统发电机(26)；所述超临界二氧化碳循环系统包括二氧化碳
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水换热器(27)、超临界二氧化碳循环系统压缩机(28)、回热器(29)、烟气
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二氧化碳换热器(30)、超临界二氧化碳循环系统透平(31)、超临界二氧化碳循环系统发电机(32)、高温烟气
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水换热器(33)、低温烟气
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水换热器(34)。2.根据权利要求1所述的一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，其特征在于：汽轮机高压缸(2)、汽轮机中压缸(3)、汽轮机低压缸(4)同轴连接，拖动燃煤发电系统发电机(5)发电，锅炉(1)的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸(2)入口相连，汽轮机高压缸(2)出口连通至锅炉(1)的再热器，锅炉(1)再热器出口连接至汽轮机中压缸(3)，汽轮机中压缸(3)、汽轮机低压缸(4)、凝汽器(6)顺次相连；凝汽器(6)水箱出口管道通过凝结水泵(7)依次连通8#低压加热器(8)、7#低压加热器(9)、6#低压加热器(10)、5#低压加热器(11)、除氧器(12)、给水泵(13)、3#高压加热器(14)、2#高压加热器(15)、1#高压加热器(16)；8#低压加热器(8)、7#低压加热器(9)、6#低压加热器(10)、5#低压加热器(11)以汽轮机低压缸(4)抽汽作为热源，除氧器(12)和3#高压加热器(14)以汽轮机中压缸(3)抽汽作为热源，2#高压加热器(15)、1#高压加热器(16)以汽轮机低压缸(4)抽汽作为热源，各级加热器输水逐级自流，分别汇集至除氧器(12)、凝汽器(6)水箱。3.根据权利要求1所述的一种与燃煤电站耦合的生物质气化发电系统，其特征在于：燃煤发电系统凝结水泵(7)出口分成两路，一路连接8#低压加热器(8)入口，一路经二氧化碳
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈衡，彭维珂，张美妍，徐钢，刘彤，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：
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