一种发电方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发电方法及系统，涉及发电技术领域，能够提高发电系统的发电效率。上述发电方法包括固体氧化物燃料电池发电步骤和阿拉姆循环发电步骤，阿拉姆循环步骤利用固体氧化物燃料电池发电步骤产生的工艺气体为原料来进行发电。上述发电系统包括固体氧化物燃料电池、气体压缩装置、燃烧装置、第一膨胀发电装置和分离装置，气体压缩装置、燃烧装置、第一膨胀发电装置和分离装置依次连通，并且气体压缩装置的进气口与氧化物燃料电池的工艺气体出口连通；分离装置的出气口与燃烧装置的进气口连通。气口连通。气口连通。

【技术实现步骤摘要】
一种发电方法及系统


[0001]本专利技术涉及发电
，尤其涉及一种发电方法及系统。

技术介绍

[0002]集成气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell，缩写为IGFC)系统是一种基于固体燃料和固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，缩写为SOFC)的气化发电的系统。常用的IGFC系统进行发电时，将固体燃料气化以产生合成气，并将合成气输送至固体氧化物燃料电池的阳极，并将空气等含氧气体压缩至固体氧化物燃料电池的阴极，使合成气和含氧气体发生电化学反应来进行发电。发电的过程中，SOFC的阳极排出含有碳化合物的废气经过氧化燃烧，将未反应的碳化合物转化为二氧化碳，并将未反应的H2转化为H2O。
[0003]相对于传统的化石燃料发电设备，集成气化燃料电池(IGFC)系统具有更高的电能转化率的同时，污染物的排放也较少，因此，IGFC系统有望在发电领域得到广泛应用。
[0004]但是，由于固体燃料电池的单程燃料转换率较低，导致固体氧化物燃料电池排出的出含碳化合物的废气中未反应的燃料气体占比较大。同时，固体氧化物燃料电池排出的含碳化合物的废气氧化燃烧时产生的热量并未得到充分利用，使得集成气化燃料电池(IGFC)系统的发电效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种发电方法和系统，用于提高发电系统的发电效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种发电方法。该发电方法包括：
[0007]固体氧化物燃料电池发电步骤，所述固体氧化物燃料电池发电步骤包括：
[0008]将燃料气体输送至所述固体氧化物燃料电池的阳极，将含氧气体输送至所述固体氧化物燃料电池的阴极，使所述燃料气体和所述含氧气体发生电化学反应来发电，并排出工艺气体；其中，所述工艺气体包括未反应的燃料气体、未反应的含氧气体和反应后的气体。
[0009]阿拉姆循环发电步骤，所述阿拉姆循环发电步骤包括：
[0010]工艺气体燃烧操作：压缩所述工艺气体，然后在二氧化碳循环流体的存在下使所述工艺气体燃烧，得到含二氧化碳的燃烧气流。
[0011]膨胀发电操作：使所述含有二氧化碳的燃烧气流膨胀发电，得到混合减压气流；
[0012]二氧化碳收集循环操作：从所述混合减压气流中分离出二氧化碳，使所述二氧化碳形成所述二氧化碳循环流体，并将所述二氧化碳循环流体输送至所述工艺气体燃烧操作。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供的发电方法中，在固体氧化物燃料电池发电步骤中，能够利用燃料气体作为固体氧化物燃料电池的阳极进行发电，并产生工艺气体，其中工艺气体包括未反应的燃料气体。在阿拉姆循环发电步骤中，能够利用二氧化碳循环流体来输
送工艺气体，使得工艺气体能够高效燃烧产生含有二氧化碳的燃烧气体。含有二氧化碳的燃烧气体能够膨胀发电，产生额外的电能，从而能够提高燃料的发电效率。
[0014]由此可知，本专利技术提供的发电方法，能够将固体氧化物燃料电池和阿拉姆循环相结合，阿拉姆循环能够充分利用工艺气体中未反应燃料气体和工艺气体的温度来进行发电，从而可以提高燃料的发电效率。
[0015]本专利技术还提供了一种发电系统。该发电系统包括：固体氧化物燃料电池、气体压缩装置、燃烧装置、第一膨胀发电装置和分离装置，气体压缩装置、燃烧装置、第一膨胀发电装置和分离装置依次连通：
[0016]固体氧化物燃料电池具有：燃料气体形成的阳极、含氧气体形成的阴极、阳极和阴极发生电化学反应后的工艺气体、与阳极连接的阳极进料口、与阴极连接的阴极进料口、用于排出工艺气体的工艺气体出口；
[0017]气体压缩装置的进气口与工艺气体出口连通；分离装置的出气口与燃烧装置的进气口连通。
[0018]与现有技术相比，本专利技术提供的发电系统的有益效果与上述发电方法的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1为本申请提供的发电方法的流程图之一；
[0021]图2为本申请提供的发电方法的流程图之二；
[0022]图3为本申请提供的发电方法的流程图之三；
[0023]图4为本申请提供的发电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]集成气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell，缩写为IGFC)系统是一种基于固体燃料和固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，缩写为SOFC)的气化发电系统。
[0026]常用的IGFC系统一般包括气化炉和固体氧化物燃料电池。利用IGFC系统进行发电时，主要包括以下步骤：
[0027]将含碳燃料(如：煤)通入至气化炉中发生气化反应，生成合成气，其中合成气包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和水(H2O)。然后将合成气通入至固体氧化物燃料电池的阳极，并向固体氧化物燃料电池的阴极通入含氧气体，使得合成气与含氧气体发生电化学反应来进行发电。相对于传统的化石燃料发电设备，IGFC系统中SOFC的工作温度较高，因此，SOFC中电化学反应的速度较快，电池的输出功率密度大，使得IGFC系统具有较高
的电能转换率。同时，IGFC系统发电的过程中不涉及燃烧，因此，排放物主要为二氧化碳和水，不会产生固体颗粒物或其他酸性气体，因此，IGFC系统的排放物中污染物的含量较低。并且，IGFC系统在发电的过程中的水主要用于与固体燃料发生气化反应，因此，IGFC系统的耗水量也较低。由上可知，IGFC系统有望在发电领域得到广泛的应用。
[0028]然而，IGFC系统的固体氧化物燃料电池存在单程燃料转化率较低的问题，同时，固体氧化物燃料电池的出口处的热量并未充分利用，固体氧化物燃料电池排出的含碳化合物的废气氧化燃烧产生的热量也未充分利用，使得IGFC系统中燃料的发电效率较低。
[0029]为了提高IGFC系统中燃料的发电效率，相关技术1中，可以将IGFC系统和燃气轮机联合循环(Gas Turbine Combined
‑
cycle，缩写为GTCC)相结合组成发电系统来进行发电，能够将发电系统的发电效率提高至53％。但是，由于GTCC的成本较高，导致将IGFC系统和GTCC相结合组成的发电系统的发电成本较高。
[0030]相关技术2中，还通过调整含碳燃料在气化炉中进行气化反应时的气化工艺，使合成气中的甲烷的含量提高，来提高IGFC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电方法，其特征在于，包括：固体氧化物燃料电池发电步骤，所述固体氧化物燃料电池发电步骤包括：将燃料气体输送至所述固体氧化物燃料电池的阳极，将含氧气体输送至所述固体氧化物燃料电池的阴极，使所述燃料气体和所述含氧气体发生电化学反应来发电，同时排出工艺气体；其中，所述工艺气体包括未反应的燃料气体、未反应的含氧气体和反应后的气体；阿拉姆循环发电步骤，所述阿拉姆循环发电步骤包括：工艺气体燃烧操作：压缩所述工艺气体，然后在二氧化碳循环流体的存在下使所述工艺气体燃烧，得到含二氧化碳的燃烧气流；膨胀发电操作：使所述含有二氧化碳的燃烧气流膨胀发电，得到混合减压气流；二氧化碳收集循环操作：从所述混合减压气流中分离出二氧化碳，使所述二氧化碳形成所述二氧化碳循环流体，并将所述二氧化碳循环流体输送至所述工艺气体燃烧操作。2.根据权利要求1所述的发电方法，其特征在于，在所述从所述混合减压气流中分离出二氧化碳之后，所述二氧化碳收集循环操作还包括：将分离得到的所述二氧化碳分为第一路二氧化碳、第二路二氧化碳和第三路二氧化碳，使所述第一路二氧化碳形成所述二氧化碳循环流体，使所述第二路二氧化碳与所述含有二氧化碳的燃烧气流混合后，进行膨胀发电，将所述第三路二氧化碳存储；优选的，所述工艺气体中二氧化碳的体积和所述工艺气体燃烧产生的二氧化碳的体积之和与所述第三路二氧化碳的体积相等；优选的，所述使所述第一路二氧化碳形成所述二氧化碳循环流体包括：将所述第一路二氧化碳加压至而二氧化碳的临界压力，形成所述二氧化碳循环流体；进一步优选的，在将所述第一路二氧二氧化碳加压至二氧化碳的临界压力之后，所述使所述第一路二氧化碳形成所述二氧化碳循环流体还包括：将所述第一路二氧化碳与所述含二氧化碳的燃烧流进行换热，使所述第二路二氧化碳的温度升高形成所述二氧化碳循环流体，并使所述含二氧化碳的燃烧流的温度降低至水蒸气的露点温度。3.根据权利要求2所述的发电方法，其特征在于，在所述固体氧化物燃料电池发电步骤之前，所述发电方法还包括：气化步骤：将所述含碳燃料进行气化反应，得到所述燃料气体；优选的，在所述固体氧化物燃料电池发电步骤之前，所述气化步骤之后，所述发电方法还包括：燃料气体发电步骤：使所述燃料气体膨胀发电；进一步优选的，在所述气化步骤之后，在所述燃料气体发电步骤之前，所述发电方法还包括：净化步骤：将所述燃料气体进行净化，以去除所述燃料气体中的颗粒物质、含硫化合物和重金属。4.根据权利要求3所述的发电方法，其特征在于，在所述气化步骤之前，所述发电方法还包括：氧气提纯步骤：从空气中分离出氧气，并将所述氧气分为第一路氧气、第二路氧气和第三路氧气，将所述第一路氧气作为含氧气体输送至所述固体氧化物燃料电池的阴极，将第

【专利技术属性】
技术研发人员：苏林德，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：