一种利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统及工作方法
技术领域
1.本发明属于煤炭发电领域，涉及一种利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统及工作方法。
背景技术：
2.igfc系统中煤炭气化装置将固态的煤炭转化为清洁的气态煤气，为高温燃料电池间接使用煤炭提供条件。煤炭转化为煤气的冷煤气效率对整个系统的净发电效率尤为重要。通常煤气化过程采用工业纯氧作为气化剂，煤炭和水、工业纯氧在气化装置内发生热解、燃烧、气化等反应过程，产生煤气。但由于制取工业纯氧的深冷空分装置能耗大，使得整个系统的净发电效率较低。
技术实现要素：
3.本发明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气化的igfc系统及工作方法，取消了能耗较高的深冷空分装置，提高了气化炉的冷煤气效率，克服了高温燃料电池阴极尾气余热难以直接回收利用的缺点。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种利用高温燃料电池阴极尾气气化的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；
6.高温燃料电池的阴极出口分别连接气化炉和催化燃烧器的入口。
7.优选的，第一气气加热器和高温燃料电池之间设置有引射器。
8.进一步，引射器入口分别连接第一气气加热器的冷侧出口和高温燃料电池的阳极出口，引射器出口连接高温燃料电池的阳极入口。
9.进一步，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。
10.再进一步，汽轮机中压蒸汽出口与第一气气加热器冷侧出口连接。
11.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，热侧出口连接气化炉入口。
12.进一步，阴极回热器冷侧入口连接有空气压缩机。
13.一种基于上述任意一项利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统的工作方法，包括以下过程：
14.原煤在备煤单元中经过磨煤等工艺处理后送至气化炉，高温燃料电池的阴极出口的部分阴极尾气送入气化炉反应，气化炉炉底产生炉渣，顶部产生的高温粗煤气送入废热锅炉，经过废热锅炉回收余热后的粗煤气进入第一气气加热器热侧入口，第一气气加热器冷侧出口煤气作为燃料气进入高温燃料电池阳极，进行反应；高温燃料电池阳极出口的尾气送入催化燃烧器进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平做功后，送入余热锅
炉，燃烧尾气经过降温后排入大气。
15.优选的，汽轮机中部抽取的中压蒸汽送入气化炉反应；第一气气加热器冷侧出口煤气与汽轮机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，送入引射器，引射高温燃料电池阳极出口的部分尾气，引射器出口的煤气作为燃料气进入高温燃料电池阳极，进行反应。
16.优选的，空气压缩机将环境空气加压后送入阴极回热器冷侧入口，冷侧出口的高温空气送入高温燃料电池阴极入口，在高温燃料电池中进行反应后送入阴极回热器热侧入口，降温后分为两路，一路送至催化燃烧器进行燃烧反应；另一路送至气化炉。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.本发明通过将高温燃料电池的阴极出口分别连接气化炉和催化燃烧器的输入端，利用高温燃料电池阴极尾气含氧量较高、温度较高的特性，将阴极尾气代替空气作为气化炉的气化剂，提高了气化炉的冷煤气效率，克服了高温燃料电池阴极尾气余热难以直接回收利用的缺点。并且省略了能耗较高的深冷空分装置，简化了igfc系统流程，缩短了工艺链，降低了igfc系统设备投资，改善了igfc系统发电经济性。
19.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，无需消耗更多的蒸汽用于燃料气成分调制，提高了igfc系统净发电效率。
20.进一步，阴极尾气通过阴极回热器通入气化炉，阴极回热器连接有空气压缩机，从而使气化炉所需的空气压缩机与高温燃料电池所需的空气压缩机集成为一体，有利于发挥大容量装置高效率的优势。
附图说明
21.图1为本发明的系统结构示意图。
22.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
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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
?
煤气冷却器；11
?
脱硫单元；12
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湿化器；13
?
水处理单元；14
?
硫回收单元；15
?
引射器；16
?
高温燃料电池；17
?
空气压缩机；18
?
阴极回热器；19
?
催化燃烧器；20
?
燃气透平；21
?
余热锅炉；22
?
汽轮机。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
24.如图1所示，为本发明所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的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16、催化燃烧器19、燃气透平20和余热锅炉21。
25.高温燃料电池16连接有阴极回热器18，阴极回热器18冷侧入口连接空气，冷侧出口连接高温燃料电池16阴极入口；阴极回热器18热侧入口连接高温燃料电池16阴极出口，热侧出口分别连接气化炉2和催化燃烧器19的入口。
26.阴极回热器18冷侧入口连接有空气压缩机17，使气化炉2所需的空气压缩机与高温燃料电池16所需的空气压缩机集成为一体，有利于发挥大容量装置高效率的优势。
27.第一气气加热器5和高温燃料电池16之间设置有引射器15，引射器15入口分别连
接第一气气加热器5的冷侧出口和高温燃料电池16的阳极出口，引射器15出口连接高温燃料电池16的阳极入口。
28.余热锅炉21高压蒸汽出口连接有汽轮机22，汽轮机22中压蒸汽出口与气化炉2连接，汽轮机22中压蒸汽出口与第一气气加热器(5)冷侧出口连接。能够将汽轮机22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16的燃料气成分更为合理，提高了igfc系统净发电效率。
29.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。
30.本发明所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统的工作过程为：
31.原煤在备煤单元1中经过磨煤等工艺处理后送至气化炉2，高温燃料电池16的阴极回热器18出口的部分阴极尾气与少量汽轮机22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21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。
32.第一气气加热器5冷侧出口煤气与汽轮机22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，送入引射器15，引射高温燃料电池16阳极出口的部分尾气，引射器15出口的煤气作为燃料气进入高温燃料电池16阳极，进行反应；高温燃料电池16阳极出口的其余尾气送入催化燃烧器19进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平20做功后，送入余热锅炉21，燃烧尾气经过降温后排入大气。空气压缩机17将环境空气加压后送入阴极回热器18冷侧入口，冷侧出口的高温空气送入高温燃料电池16阴极入口，在高温燃料电池16中进行反应后送入阴极回热器18热侧入口，降温后分为两路，一路送至催化燃烧器19进行燃烧反应；另一路送至气化炉2。余热锅炉21产生高温高压蒸汽送入汽轮机22。该系统发出的电能由高温燃料电池16、燃气透平20与汽轮机22产生。
33.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。技术特征：
1.一种利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，包括依次连接的备煤单元(1)、气化炉(2)、废热锅炉(3)、第一气气加热器(5)、高温燃料电池(16)、催化燃烧器(19)、燃气透平(20)和余热锅炉(21)；高温燃料电池(16)的阴极出口分别连接气化炉(2)和催化燃烧器(19)的入口。2.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，第一气气加热器(5)和高温燃料电池(16)之间设置有引射器(15)。3.根据权利要求2所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，引射器(15)入口分别连接第一气气加热器(5)的冷侧出口和高温燃料电池(16)的阳极出口，引射器(15)出口连接高温燃料电池(16)的阳极入口。4.根据权利要求2所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，余热锅炉(21)高压蒸汽出口连接有汽轮机(22)，汽轮机(22)中压蒸汽出口与气化炉(2)连接。5.根据权利要求4所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，汽轮机(22)中压蒸汽出口与第一气气加热器(5)冷侧出口连接。6.根据权利要求1所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，高温燃料电池(16)连接有阴极回热器(18)，阴极回热器(18)冷侧入口连接空气，冷侧出口连接高温燃料电池(16)阴极入口；阴极回热器(18)热侧入口连接高温燃料电池(16)阴极出口，热侧出口连接气化炉(2)和催化燃烧器(19)入口。7.根据权利要求6所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统，其特征在于，阴极回热器(18)冷侧入口连接有空气压缩机(17)。8.一种基于权利要求1
?
7任意一项利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：原煤在备煤单元(1)中经过处理后送至气化炉(2)，高温燃料电池(16)的阴极出口的部分阴极尾气送入气化炉(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)，经过废热锅炉(3)回收余热后的粗煤气进入第一气气加热器(5)热侧入口，第一气气加热器(5)冷侧出口煤气作为燃料气进入高温燃料电池(16)阳极，进行反应；高温燃料电池(16)阳极出口的尾气送入催化燃烧器(19)进行燃烧反应，产生高温高压气体后，经过燃气透平(20)做功后，送入余热锅炉(21)，燃烧尾气经过降温后排入大气。9.根据权利要求8所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统的工作方法，其特征在于，汽轮机(22)中部抽取中压蒸汽送入气化炉(2)反应；第一气气加热器(5)冷侧出口煤气与汽轮机(22)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，送入引射器(15)，引射高温燃料电池(16)阳极出口的部分尾气，引射器(15)出口的煤气作为燃料气进入高温燃料电池(16)阳极，进行反应。10.根据权利要求8所述的利用高温燃料电池阴极尾气气化的igfc系统的工作方法，其特征在于，空气压缩机(17)将环境空气加压后送入阴极回热器(18)冷侧入口，冷侧出口的高温空气送入高温燃料电池(16)阴极入口，在高温燃料电池(16)中进行反应后送入阴极回热器(18)热侧入口，降温后分为两路，一路送至催化燃烧器(19)进行燃烧反应；另一路送至气化炉(2)。
技术总结
本发明公开了一种利用高温燃料电池阴极尾气气化的IGFC系统及工作方法，高温燃料电池的阴极出口的部分阴极尾气作为氧化剂送入气化炉反应，气化炉顶部产生的高温粗煤气送入废热锅炉，经过废热锅炉回收余热后的粗煤气经过除尘、降温、脱硫、复热等过程后，进入高温燃料电池阳极，进行反应；高温燃料电池阳极出口的尾气送入催化燃烧器与高温燃料电池阴极的其余尾气进行燃烧反应；催化燃烧器产生高温高压气体后，经过燃气透平做功后，送入余热锅炉，燃烧尾气经过降温后排入大气。取消了能耗较高的深冷空分装置，提高了气化炉的冷煤气效率，克服了高温燃料电池阴极尾气余热难以直接回收利用的缺点。利用的缺点。利用的缺点。
技术研发人员：周贤 彭烁 钟迪 安航 白烨 黄永琪 姚国鹏
受保护的技术使用者：华能集团技术创新中心有限公司
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2021/11/21
声明：
“利用高温燃料电池阴极尾气气化的IGFC系统及工作方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：华能集团技术创新中心有限公司
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