一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统，包括依次连接的气化炉、煤气冷却器、除尘单元、脱硫单元、高温燃料电池、燃烧室、透平、余热锅炉和汽轮机；气化炉内注入有水蒸气、煤和纯氧。通过高温燃料电池降低进入IGCC的合成气热值，避免向合成气中注入蒸汽或N2、CO2等惰性气体以稀释燃料气热值，提高了系统净发电效率，降低了水、N2、CO2等消耗。还减少了进入IGCC的合成气的H2含量，降低了燃气轮机燃烧室喷嘴回火等风险。同时，由于高温燃料电池有较高的发电效率，可进一步提高IGCC系统的整体净发电效率；高温燃料电池的发电容量相比于燃气轮机发电容量较小，能消耗合成气较小部分的化学能。成气较小部分的化学能。成气较小部分的化学能。

【技术实现步骤摘要】
一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统


[0001]本技术属于煤气化联合循环系统领域，涉及一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统。

技术介绍

[0002]煤炭是我国重要的基础能源，也是我国CO2排放的主要来源。整体煤气化联合循环系统（IGCC）是将清洁的煤气化技术与高效的燃气
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蒸汽联合循环发电技术有机集成的高效发电技术。我国于2012年建成投产了首套25万千瓦规模的IGCC示范电站，其设计净效率为41%，电站实际运行的环保性能可达甚至优于天然气联合循环电站，在IGCC的基础上实施燃烧前CO2捕集，可实现低成本捕集CO2。
[0003]现有IGCC电站煤气化产生的合成气热值较高，为降低NOx排放，需稀释进入燃气轮机的合成气，一般采用水蒸气、N2或者CO2等惰性气体稀释，这样将降低IGCC系统发电效率，增加系统的物质消耗。IGCC由于合成气中H2含量较高，必须采用扩散燃烧的方式，以避免燃气轮机燃烧室喷嘴回火等风险。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统，避免向合成气中注入蒸汽或N2、CO2等惰性气体以稀释燃料气热值，提高了系统净发电效率，降低了水、N2、CO2等消耗。减少了进入IGCC燃气轮机的合成气的H2含量，降低了燃气轮机燃烧室喷嘴回火等风险。
[0005]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统，包括依次连接的气化炉、煤气冷却器、除尘单元、脱硫单元、高温燃料电池、燃烧室、透平、余热锅炉和汽轮机；
[0007]气化炉内注入有水蒸气、煤和纯氧。
[0008]优选的，脱硫单元和高温燃料电池之间设置有预热器。
[0009]进一步，预热器冷侧进口连接脱硫单元，冷侧出口连接高温燃料电池输入端；预热器热侧进口连接高温燃料电池输出端，热侧出口连接燃烧室。
[0010]优选的，燃烧室连接有压气机输出端。
[0011]进一步，高温燃料电池连接有换热器，换热器冷端进口连接压气机输出端，冷端出口连接高温燃料电池输入端；换热器热端进口连接高温燃料电池输出端，热端出口连接燃烧室。
[0012]优选的，除尘单元和脱硫单元之间设置有低温余热回收单元。
[0013]优选的，煤气冷却器出气口连接余热锅炉。
[0014]优选的，纯氧采用深冷空分系统生成。
[0015]优选的，除尘单元输出端与气化炉连接。
[0016]优选的，脱硫单元连接有硫回收单元。
[0017]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0018]本技术通过高温燃料电池降低进入IGCC燃气轮机的合成气热值，避免向合成气中注入蒸汽或N2、CO2等惰性气体以稀释燃料气热值，提高了系统净发电效率，降低了水、N2、CO2等消耗。还减少了进入IGCC燃气轮机的合成气的H2含量，降低了燃气轮机燃烧室喷嘴回火等风险。同时，由于高温燃料电池有较高的发电效率，可进一步提高IGCC系统的整体净发电效率；高温燃料电池的发电容量相比于燃气轮机发电容量较小，能消耗合成气较小部分的化学能。
[0019]进一步，高温燃料电池阴极所需空气从燃气轮机压气机出口抽取，空气从阴极排出后回注燃气轮机燃烧室，可以进一步降低燃气轮机燃烧室NOx排放量。
[0020]进一步，煤气冷却器产生的蒸汽被送到余热锅炉继续过热后送入汽轮机发电，提高了系统的发电效率。
[0021]进一步，除尘单元输出端与气化炉连接，能够将除尘单元产生的飞灰再循环至气化炉中，避免排入大气中污染环境。
[0022]进一步，硫回收单元能够将脱硫单元产生的酸性气体生成硫磺，避免排入大气中污染环境。
附图说明
[0023]图1为本技术的采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统示意图。
[0024]其中：1
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气化炉；2
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深冷空分系统；3
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煤气冷却器；4
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除尘单元；5
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低温余热回收单元；6
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脱硫单元；7
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硫回收单元；8
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预热器；9
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高温燃料电池；10
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换热器；11
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燃烧室；12
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压气机；13
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透平；14
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余热锅炉；15
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汽轮机。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本技术做进一步详细描述：
[0026]如图1所示，为本申请所述的采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统，包括依次连接的气化炉1、煤气冷却器3、除尘单元4、低温余热回收单元5、脱硫单元6、预热器8、高温燃料电池9、换热器10、燃烧室11、透平13、余热锅炉14和汽轮机15。
[0027]气化炉1连通有水蒸汽和煤，气化炉1连接有深冷空分系统2，深冷空分系统2用于向气化炉1输入纯氧。
[0028]煤气冷却器3出气口连接余热锅炉，煤气冷却器3产生的蒸汽被送到余热锅炉14继续过热后送入汽轮机15发电，提高了系统的发电效率。
[0029]除尘单元4输出端与气化炉1连接，能够将除尘单元4产生的飞灰再循环至气化炉1中，避免排入大气中污染环境。
[0030]脱硫单元6连接有硫回收单元7，硫回收单元7能够将脱硫单元6产生的酸性气体生成硫磺，避免排入大气中污染环境。
[0031]预热器8冷侧进口连接脱硫单元6，冷侧出口连接高温燃料电池9输入端；预热器8热侧进口连接高温燃料电池9输出端，热侧出口连接燃烧室11。
[0032]燃烧室11连接有压气机12输出端，压气机12输入端连接大气，高温燃料电池9连接有换热器10，换热器10冷端进口连接压气机12输出端，冷端出口连接高温燃料电池9输入
端；换热器10热端进口连接高温燃料电池9输出端，热端出口连接燃烧室11。高温燃料电池9阴极所需空气从燃气轮机的压气机12出口抽取，空气从阴极排出后回注燃烧室11，降低燃烧过程的氧浓度，可以进一步降低燃气轮机的燃烧室11的NOx排放量。
[0033]本实施例所述的采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统的工作过程为：
[0034]煤经过预处理后成为送入气化炉1，一股水蒸汽作为气化反应的原料同时送入气化炉1，煤在气化炉1中与水蒸汽、以及深冷空分系统2产生的工业纯氧发生气化反应，生成粗合成气，气化过程产生的灰渣从气化炉1排出。粗合成气在煤气冷却器3中被冷却，同时产生蒸汽，该蒸汽被送到余热锅炉14继续过热后送入汽轮机15发电。
[0035]冷却后的粗合成气经过除尘单元4后，送入低温余热回收单元5，除尘单元4产生的飞灰再循环至气化炉1中。冷却的合成气再送入脱硫单元6，脱硫单元6产生的酸性气体送入硫回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统，其特征在于，包括依次连接的气化炉（1）、煤气冷却器（3）、除尘单元（4）、脱硫单元（6）、高温燃料电池（9）、燃烧室（11）、透平（13）、余热锅炉（14）和汽轮机（15）；除尘单元（4）和脱硫单元（6）之间设置有低温余热回收单元（5）；脱硫单元（6）和高温燃料电池（9）之间设置有预热器（8）；预热器（8）冷侧进口连接脱硫单元（6），冷侧出口连接高温燃料电池（9）输入端；预热器（8）热侧进口连接高温燃料电池（9）输出端，热侧出口连接燃烧室（11）；燃烧室（11）连接有压气机（12）输出端；高温燃料电池（9）连接有换热器（10），换热器（10）冷端进口连接压气机（12）输出端，冷...

【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：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：