阅读说明：本技术 一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的igfc系统及方法 (IGFC system and method for conveying pulverized coal by adopting high-temperature fuel cell anode tail gas ) 是由 周贤 彭烁 钟迪 安航 白烨 黄永琪 姚国鹏 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统及方法,原煤在备煤单元中磨煤、干燥后形成干煤粉,由高温燃料电池阳极产生的高压尾气输送至气化炉,深冷空分单元产生的氧气送入气化炉反应,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。有利于提高气化炉的冷煤气效率,省去了制备高纯度氮气的需求,空分能耗降低。(The invention discloses an IGFC system and a method for conveying pulverized coal by adopting anode tail gas of a high-temperature fuel cell, wherein raw coal is ground and dried in a coal preparation unit to form dry pulverized coal, high-pressure tail gas generated by the anode of the high-temperature fuel cell is conveyed to a gasification furnace, oxygen generated by a cryogenic air separation unit is conveyed to the gasification furnace for reaction, slag is generated at the bottom of the gasification furnace, high-temperature raw coal gas generated at the top is conveyed to a waste heat boiler, the raw coal gas after waste heat recovery by the waste heat boiler enters an inlet at the hot side of a first gas heater, and coal gas at an outlet at the cold side of the first gas heater is used as fuel gas and enters the anode of the high-temperature fuel cell for reaction; and tail gas at the outlet of the anode of the high-temperature fuel cell is sent into a catalytic combustor to carry out combustion reaction, high-temperature and high-pressure gas is generated, then the high-temperature and high-pressure gas is sent into a waste heat boiler after being acted by a gas turbine, and the combustion tail gas is discharged into the atmosphere after being cooled. The method is favorable for improving the cold gas efficiency of the gasification furnace, saves the requirement of preparing high-purity nitrogen, and reduces the air separation energy consumption.)

一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统及方法

技术领域

本发明属于煤炭发电领域，涉及一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统及方法。

背景技术

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。煤炭进入气化装置的给料方式通常分为两种，第一种是采用气力输送的方式将干态的煤粉送入气化装置，另一种则是采用煤浆泵的方式将湿态的水煤浆送入气化装置。采用干法进料气化方式配置的IGFC系统具有更高的净发电效率，但需要采用惰性气体作为气力输送的介质。目前绝大多数气化装置采用深冷空分系统制出的高纯度氮气将干煤粉输送进入气化装置。但深冷空分系统制取高纯度氮气需要消耗更多的能量，且该高纯度氮气温度较低，并需在气化装置中同步升温，消耗燃料化学能，不利于提高气化炉的冷煤气效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统及方法，有利于提高气化炉的冷煤气效率，省去了制备高纯度氮气的需求，空分能耗降低。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的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；

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，气化炉入口连接有深冷空分单元出口。

优选的，高温燃料电池的阳极出口与气化炉入口之间设置有流量阀。

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。

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。

优选的，气化炉和深冷空分单元之间设置有氧压机。

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入口。

进一步，阴极回热器冷侧入口连接有空气压缩机。

一种基于上述任意一项采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统的工作方法，包括以下过程：

原煤在备煤单元中磨煤、干燥后形成干煤粉，由高温燃料电池阳极产生的高压尾气输送至气化炉，深冷空分单元产生的氧气送入气化炉反应，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。

优选的，汽轮机中部抽取中压蒸汽送入气化炉反应；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，送入高温燃料电池阳极。

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，阴极回热器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，降温后送至催化燃烧器进行燃烧反应。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明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；同时，省去了深冷空分装置制备高纯度氮气的需求，降低了空分能耗，省去了氮气压缩机等设备，简化了工艺流程，降低了设备投资。如此，本发明可以提高整个IGFC系统的净发电效率。

进一步，流量阀能够控制高温燃料电池的阳极尾气输送干煤粉过程中的流量。

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

图1为本发明的系统结构示意图。

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-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-深冷空分单元；23-氧压机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的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。

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，气化炉2入口连接有深冷空分单元22出口。

高温燃料电池15的阳极出口与气化炉2入口之间设置有流量阀，能够控制高温燃料电池15的阳极尾气输送干煤粉过程中的流量。

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中压蒸汽出口与与第一气气加热器5冷侧出口连接。能够将汽轮机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。

气化炉2和深冷空分单元22之间设置有氧压机23。

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17入口。阴极回热器17冷侧入口连接有空气压缩机16。

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。

本发明所述的采用高温燃料电池阳极尾气输送煤粉的IGFC系统的工作方法为：

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。

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，降温后送至催化燃烧器18进行燃烧反应。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。深冷空分单元22产生高纯度氧气送入氧压机23入口。

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。