一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的IGFC系统的制作方法

一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的igfc系统
技术领域
1.本实用新型属于煤炭发电领域，涉及一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的 igfc系统。


背景技术：

2.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％。
3.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，提供一种利用高温燃料电池阴极尾气制氧的igfc系统，降低了制氧能耗，可提高整个igfc系统的净发电效率。
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；
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
15.本实用新型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。
16.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。
17.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
18.图1为本实用新型的系统结构示意图。
19.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
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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
20.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
21.如图1所示，为本实用新型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。
22.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。
23.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。
24.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18和高温离子输送膜技术制氧单元22入口。阴极回热器17冷侧入口连接有空气压缩机16。
25.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，采用高温燃料电池15的阳极尾气作为输送干煤粉的介质，高温燃料电池15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2的冷煤气效率。
26.余热锅炉20高压蒸汽出口连接有汽轮机21，汽轮机21中压蒸汽出口与气化炉2连接，汽轮机21中压蒸汽出口与第一气气加热器5冷侧出口连接。通过将汽轮机21中部抽取的
中压蒸汽与第一气气加热器5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15的燃料气成分更为合理，提高了igfc系统净发电效率。
27.第一气气加热器5热侧出口连接水洗塔6入口，水洗塔6出口连接第二气气加热器7热侧入口，第二气气加热器7热侧出口连接羰基硫水解反应器8入口，羰基硫水解反应器8出口连接第二气气加热器7冷侧入口，第二气气加热器7冷侧出口连接低温余热回收单元9入口，低温余热回收单元9出口连接煤气冷却器 10入口，煤气冷却器10出口连接脱硫单元11入口，脱硫单元11出口分别连接湿化器12、水处理单元13与硫回收单元14，湿化器12出口连接第一气气加热器5冷侧入口。
28.本实用新型所述的利用高温燃料电池阴极尾气制氧的igfc系统的工作方法为：
29.原煤在备煤单元1中磨煤、干燥后形成干煤粉，由高温燃料电池15阳极产生的高压尾气输送至气化炉2，氧压机23出口的纯氧与少量汽轮机21中部抽取的中压蒸汽同时送入气化炉2反应，气化炉2炉底产生炉渣，顶部产生的高温粗煤气送入废热锅炉3；废热锅炉3产生蒸汽送入余热锅炉20中进一步加热，经过废热锅炉3回收余热后的粗煤气送入除尘单元4，经过降温除尘后的合成气进入第一气气加热器5热侧入口，降温后送入水洗塔6，水洗塔6出口煤气送入第二气气加热器7热侧入口，进一步降温后送入羰基硫水解反应器8，随后进入第二气气加热器7冷侧入口，煤气经过复热后，进入低温余热回收单元9，随后进入煤气冷却器10，将煤气降低至脱硫过程所需的温度后，进入脱硫单元11，脱硫单元11产生的洁净煤气送入湿化器12加湿后进入第一气气加热器5冷侧，脱硫单元11产生的废水与废气分别进入水处理单元13与硫回收单元14，分别形成固态盐与硫磺。
30.第一气气加热器5冷侧出口煤气与汽轮机21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作为燃料气，送入高温燃料电池15阳极，进行反应；高温燃料电池15阳极出口的一部分尾气作为惰性介质将备煤单元1产生的干煤粉输送至气化炉2，另一部分尾气送入催化燃烧器18进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平19做功后，送入余热锅炉20，燃烧尾气经过降温后排入大气。空气压缩机16将环境空气加压后送入阴极回热器17冷侧入口，冷侧出口的高温空气送入高温燃料电池15阴极入口，在高温燃料电池15中进行反应后送入阴极回热器17热侧入口，降温后分为两股，一股送至高温离子输送膜技术制氧单元22分离出高纯度氧气送入氧压机23入口，再送到气化炉2内；另一股送至催化燃烧器18进行燃烧反应，高温离子输送膜技术制氧单元22剩余富氮尾气送入氮压机24入口，升压后送入催化燃烧器18。余热锅炉20产生高温高压蒸汽送入汽轮机21。该系统发出的电能由高温燃料电池15、燃气透平19与汽轮机21产生。
31.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。