的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于燃煤電廠CO2捕集及利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用熔融碳酸鹽燃料 電池捕獲燃煤電廠〇) 2的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CO2是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要氣體，而火力發(fā)電是排放CO2的最大行業(yè)，燃煤電廠是 CO2的一個集中排放源，針對燃煤電廠的CO2減排對減緩溫室效應(yīng)具有十分重要的意義。熔 融碳酸鹽燃料電池（MCFC)的基本原理是陰極的0) 2和O2與陽極的燃料通過電解質(zhì)發(fā)生電 化學(xué)反應(yīng)，陰極消耗CO2而陽極生成CO 2。利用MCFC連接燃煤電廠鍋爐煙氣出口端，使煙氣 中低濃度的〇)2作為反應(yīng)物進(jìn)入MCFC陰極，并在MCFC陽極生成高濃度的CO 2，再對陽極高 溫排氣進(jìn)行余熱利用和CO2捕集，可有效實現(xiàn)燃煤電廠CO 2減排和低能耗的CO2回收。MCFC 利用電化學(xué)過程發(fā)電，不受卡諾循環(huán)的限制，具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率，排氣溫度較高，可 利用余熱鍋爐及汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用來發(fā)電，實現(xiàn)能量的梯級利用。
[0003] 本發(fā)明在實現(xiàn)燃煤電廠低CO2排放和CO2捕捉回收方面具有獨特優(yōu)勢：一方面 MCFC陰極電化學(xué)反應(yīng)可消耗燃煤電廠煙氣中的0)2和O2，大幅度減少煙氣排入大氣中0) 2的 量；另一方面MCFC陽極排氣中含有高濃度的CO2，并與純氧在后燃室中充分燃燒，產(chǎn)物中沒 有N 2只有CO 2和H 20,可大大減少回收CO2的能耗。綜合以上兩個有利條件，本發(fā)明提出了 用熔融碳酸鹽燃料電池捕獲燃煤電廠CO 2的系統(tǒng)及方法，可大幅度降低0)2排放和低能耗回 收CO2，并且MCFC具有較高的效率，可使復(fù)合系統(tǒng)的效率高于原燃煤電廠系統(tǒng)。
[0004] 回收燃煤電廠煙氣CO2的常規(guī)方法是尾部化學(xué)吸收吸附，但這種方法存在能 量消耗大，效率低下等問題。本發(fā)明提出用熔融碳酸鹽燃料電池捕獲燃煤電廠〇) 2，不 但可以增加系統(tǒng)的總輸出功率，還增加了系統(tǒng)總效率。專利CN201310116341.0和專利 CN201310367604. 5也是利用MCFC對0)2進(jìn)行回收，但由于0)2來源于燃?xì)廨啓C(jī)排氣中，其 濃度僅為4%左右，而本發(fā)明則是采用MCFC方法回收較高濃度的燃煤電站排氣，CO 2濃度為 12%左右。此外，作用對象的不同也使得本系統(tǒng)與之前專利存在較大的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明以不回收CO2的常規(guī)燃煤電廠為基準(zhǔn)系統(tǒng)，提出以下方案：由常規(guī)燃煤電 廠、熔融碳酸鹽燃料電池、獨立空分單元、余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元、CO 2回收單元組成的用熔 融碳酸鹽燃料電池捕獲燃煤電廠CO2的系統(tǒng)及方法，解決燃煤電廠大量CO 2排放和捕獲CO 2 后效率較低的問題，實現(xiàn)燃煤電廠ccy咸排和低能耗回收CO2，并提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種用熔融碳酸鹽燃料電池捕獲燃煤電廠0)2的系統(tǒng)。
[0008] 該系統(tǒng)中，燃煤電廠鍋爐1、第一混合器2、熱交換器3、MCFC電池堆4陰極入口依 次連接；
[0009] MCFC電池堆4陰極出口與熱交換器3連接；
[0010] 第二混合器5、預(yù)重整器6、MCFC電池堆4的陽極、第一分離器7依次連接；
[0011] 第一分離器7出口分為兩路，一路與第二混合器5入口端連接，另一路為第一分離 器7出口、后燃室8、余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元9、第二分離器10、冷凝器11、二氧化碳回收單 元12依次連接；
[0012] 獨立空分單元13的入口與后燃室8連接；
[0013] 第二分離器10出口分為兩路，一路與后燃室8連接，另一路為第二分離器10出 口、冷凝器11和二氧化碳回收單元12依次連接。
[0014] 燃煤電廠汽輪機(jī)組15與第一發(fā)電機(jī)16相連，并驅(qū)動其汽輪機(jī)組15發(fā)電。
[0015] MCFC電池堆4的輸出端與直流/交流轉(zhuǎn)換器14連接，輸出電能。
[0016] 余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元9與第二發(fā)電機(jī)17相連，并驅(qū)動余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元9 發(fā)電。
[0017] -種上述的系統(tǒng)的捕獲燃煤電廠CO2的方法：
[0018] 燃煤電廠鍋爐1出口的煙氣與空氣在第一混合器2中混合后進(jìn)入熱交換器3,在熱 交換器3中被高溫排氣加熱后進(jìn)入MCFC電池堆4陰極；煙氣中的0) 2與O 2在MCFC電池堆 4陰極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成碳酸根離子，碳酸根離子進(jìn)入MCFC電池堆4陽極；沒有反 應(yīng)的〇) 2與O 2隨MCFC電池堆4陰極出口的高溫排氣進(jìn)入熱交換器3 ;
[0019] MCFC電池堆4陽極排氣進(jìn)入第一分離器7,第一分離器7出口分為兩路，一路通過 第二混合器5入口端與燃料混合后進(jìn)入預(yù)重整器6,再次進(jìn)入MCFC電池堆4陽極，在陽極與 碳酸根離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成〇) 2和H 20,另一路進(jìn)入后燃室8進(jìn)行純氧燃燒；
[0020] 獨立空分單元13分離出的氧氣進(jìn)入后燃室8參與純氧燃燒，燃燒產(chǎn)物只有(：02和 H2O ;后燃室8出口的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元9回收余熱并做功后進(jìn)入第二分離器 10,第二分離器10出口分為兩路，一路進(jìn)入后燃室8用于控制其反應(yīng)溫度，另一路依次進(jìn)入 冷凝器11和二氧化碳回收單元12。
[0021] 特別地，燃煤電廠鍋爐1煙氣進(jìn)入MCFC電池堆4陰極，煙氣中低濃度的0)2與O 2 和燃料在MCFC電池堆4內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成0)2和H 20 ;高濃度的CO2集中在MCFC電 池堆4陽極排氣。
[0022] 其中，余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元9出口進(jìn)入冷凝器11的低溫排氣冷凝后分離出水， 得到的高純度干燥的CO 2氣體通過二氧化碳回收單元12壓縮液化，進(jìn)行捕集回收。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：
[0024] 本發(fā)明將燃煤電廠排氣與空氣混合通入MCFC電池堆陰極，利用MCFC電池堆陰極 的電化學(xué)反應(yīng)消耗燃煤電廠排氣中的CO 2，大幅度減少燃煤電廠的0)2排放量;MCFC電池堆 陽極排氣含有高濃度的CO2，排氣中未反應(yīng)的燃料與獨立空分單元分離出的氧氣在后燃室 進(jìn)行純氧燃燒，其燃燒產(chǎn)物最終只有〇) 2和H 20,避免了大量隊對CO 2的摻混稀釋，大大降低 了 CO2的回收能耗；后燃室出口的高溫排氣進(jìn)入余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元進(jìn)行余熱回收利用。
[0025] 綜上所述，本發(fā)明不僅實現(xiàn)了燃煤電廠的低CO2排放，還大大降低了回收CO 2的能 耗，同時整個系統(tǒng)產(chǎn)生了額外功，提高了系統(tǒng)的效率。
【附圖說明】
[0026] 圖1為不回收CO2的常規(guī)燃煤電廠系統(tǒng)流程示意圖，為基準(zhǔn)系統(tǒng)。
[0027] 圖2為本發(fā)明所述的基于MCFC電化學(xué)法捕獲燃煤電廠排氣中CO2的復(fù)合動力系 統(tǒng)流程不意圖。
[0028] 圖中標(biāo)號：1_燃煤電廠鍋爐；2-第一混合器；3-熱交換器；4-MCFC電池堆；5-第 二混合器；6-預(yù)重整器；7-第一分離器；8-后燃室；9-余熱鍋爐及汽輪機(jī)單元；10-第二 分離器；11-冷凝器；12-二氧化碳回收單元；13-獨立空分單元；14-直流/交流轉(zhuǎn)換器； 15-燃煤電廠汽輪機(jī)組；16-第一發(fā)電機(jī)；17-第二發(fā)電機(jī)；18-凝汽器；19-除氧器；20-高 壓加熱器；21-低壓加熱器。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明提供了一種用熔融碳