一种采用燃料电池调制合成气成分的IGCC系统的制作方法

一种采用燃料电池调制合成气成分的igcc系统
技术领域
1.本实用新型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。


背景技术：

2.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-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。
3.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。


技术实现要素：

4.本实用新型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。
5.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
6.一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；
7.气化炉内注入有水蒸气、煤和纯氧。
8.优选的，脱硫单元和高温燃料电池之间设置有预热器。
9.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。
10.优选的，燃烧室连接有压气机输出端。
11.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。
12.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。
13.优选的，煤气冷却器出气口连接余热锅炉。
14.优选的，纯氧采用深冷空分系统生成。
15.优选的，除尘单元输出端与气化炉连接。
16.优选的，脱硫单元连接有硫回收单元。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.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
23.图1为本实用新型的采用燃料电池调制合成气成分的igcc系统示意图。
24.其中：1-气化炉；2-深冷空分系统；3-煤气冷却器；4-除尘单元；5-低温余热回收单元；6-脱硫单元；7-硫回收单元；8-预热器；9-高温燃料电池；10-换热器；11-燃烧室；12-压气机；13-透平；14-余热锅炉；15-汽轮机。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
26.如图1所示，为本技术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。
27.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。
28.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。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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：
34.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。
35.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收单元7生成硫磺，脱硫单元6产生的洁净合成气在预热器8冷侧中加热后，作为燃料气送入高温燃料电池9发电，高温燃料电池9出口的合成气进入预热器8热侧，再送入燃气轮机的燃烧室11。燃气轮机的压气机12从大气中吸入空气，产生的高压空气一股作为高温燃料电池9阴极所需空气，送入换热器10冷端预热升温后，再送入高温燃料电池9内反应。阴极空气离开高温燃料电池9后送入换热器10热端回收热量，再注入燃气轮机的燃烧室11。燃气轮机的压气机12出口的另一股空气送入燃气轮机的燃烧室11，与合成气燃烧后生成高温烟气送入燃气轮机的透平13发电。
36.燃气轮机的透平13出口较高温度的烟气送入余热锅炉14，余热锅炉14产生的蒸汽送入汽轮机15发电。
37.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。