一种集成太阳能和MCFC的燃气-蒸汽联合循环复合发电系统

一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统
技术领域
1.本发明涉及新能源开发与利用技术领域，具体涉及一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统。


背景技术：

2.目前，火力发电是我国主要的发电方式。火力发电的能量来源主要依靠化石能源，化石能源的过度使用已经带来了诸多现实问题，如：能源紧缺、温室效应以及环境恶化等。因此，清洁能源发电方式已成为社会各界讨论和研究的热点话题。
3.燃气
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蒸汽联合循环具有建设周期短、运行可靠性高和能源转换效率高等优点，已经成为电力行业发展的主要趋势之一。但是，燃气
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蒸汽联合循环发电的主要能量来源还是依靠化石能源，化石能源燃烧释放的二氧化碳依然会带来环境问题。因此，如何进一步降低化石能源的使用，减少二氧化碳污染物的排放，是目前新能源开发与利用技术领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.本发明提供了以下技术方案：一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，包括：燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统；所述燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统通过共用换热设备相互耦合连接。
6.优选的，所述燃气
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蒸汽联合循环发电系统包括：压气机、空气预热器、燃烧室、燃气轮机、第一发电机、烟气处理器、吸热器、余热锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、第二发电机、凝汽器、低压给水泵、给水预热器和换热器；所述压气机、燃气轮机和第一发电机同轴连接；所述汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸和第二发电机同轴连接；
7.所述余热锅炉包括高压过热器、再热器、高压蒸发器、高压汽包、高压省煤器、高压给水泵、低压过热器、低压蒸发器、低压汽包和低压省煤器；
8.所述压气机、空气预热器、燃烧室和燃气轮机通过管道依次连接；
9.所述燃气轮机、烟气处理器、吸热器和余热锅炉的烟气进口通过管道依次连接；
10.所述汽轮机低压缸出口通过管道依次与凝汽器、低压给水泵、给水预热器、低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器与汽轮机低压缸入口连接；
11.所述低压省煤器、高压给水泵、高压省煤器和高压汽包通过管道依次连接；
12.所述高压汽包通过管道经高压蒸发器与高压过热器连接，所述高压汽包通过管道经换热器与高压过热器连接；
13.所述高压过热器、汽轮机高压缸、再热器、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸通过管道
依次连接；
14.所述塔式太阳能集热系统包括：定日镜场、太阳塔和吸热器；
15.所述mcfc捕集二氧化碳系统包括：第一混合器、烟气预热器、mcfc、直流/交流转换器、第二混合器、预重整器、后燃室、空气预热器、换热器、冷凝器、二氧化碳回收单元和给水预热器；
16.所述余热锅炉的烟气出口通过管道经第一混合器、烟气预热器与mcfc阴极入口相连；
17.所述mcfc阴极出口、烟气预热器和给水预热器通过管道依次相连。
18.所述第二混合器、预重整器和mcfc阳极进口通过管道依次相连；
19.所述mcfc阳极出口与第二混合器通过管道相连；
20.所述mcfc阳极出口经后燃室、空气预热器、换热器、冷凝器和二氧化碳回收单元通过管道依次相连。
21.所述mcfc输出端与直流/交流转换器相连。
22.优选的，所述空气预热器2利用流经其中的阳极排气，将其热量传递给压气机中被压缩后的空气，用于预热压缩后的空气。
23.优选的，所述换热器，利用流经其中的mcfc阳极排气，将其热量传递给工质水使其蒸发，使其在汽轮机高压缸中膨胀做功。
24.优选的，所述给水预热器，利用流经其中的mcfc阴极排气，将其热量传递给工质水，用于预热工质水。
25.优选的，所述烟气预热器利用流经其中的mcfc阴极排气，将其热量传递给余热锅炉排烟，用于预热余热锅炉排烟。
26.优选的，所述吸热器为空气式吸热器。
27.本发明实施例提供的一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，具有以下有益效果：
28.1、本发明利用塔式太阳能集热技术进一步加热燃气轮机排烟，可提高太阳能利用效率和减少化石能源消耗，以及提升余热锅炉进口烟气温度，提高蒸汽循环的发电功率；
29.2、本发明利用mcfc捕集二氧化碳，减少了发电系统二氧化碳排放量，同时，mcfc在捕集二氧化碳过程中，释放电能，增加了系统发电量；
30.3、本发明利用空气式吸热器能够将燃气轮机排烟加热到更高的温度；
31.4、本发明利用燃料电池阴极排气预热凝结水，提高余热锅炉进口给水温度，能够减少低压省煤器的热负荷，减少系统的燃料消耗量，提高循环效率；
32.5、本发明设置空气预热器，利用燃料电池阳极排气加热空气，提高了燃烧室进口空气温度，提高燃烧的平均温度，降低了燃烧室燃料消耗量，提高燃气轮机发电系统的发电量；
33.6、本发明设置换热器，利用燃料电池阳极排气加热高压给水，能够减少余热锅炉的热负荷，从而减少系统燃料消耗量。
附图说明
34.图1为本发明集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统结构示意图；
35.图中：1.压气机，2.空气预热器，3.燃烧室，4.燃气轮机，5.第一发电机，6.烟气处理器，7.太阳塔，8.吸热器，9.定日镜场，10.高压过热器，11.再热器，12.高压蒸发器，13.高压汽包，14.高压省煤器，15.高压给水泵，16.低压过热器，17.低压蒸发器，18.低压汽包，19.低压省煤器，20.第一混合器，21.烟气预热器，22.mcfc(熔融碳酸盐燃料电池)，23.直流/交流转换器，24.第二混合器，25.预重整器，26.后燃室，27.换热器，28.冷凝器，29.二氧化碳回收单元，30.汽轮机高压缸，31.汽轮机中压缸，32.汽轮机低压缸，33.第二发电机，34.凝汽器，35.低压给水泵，36.给水预热器。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
37.参阅图1，图1为本发明集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统结构示意图。
38.为了进一步降低化石能源的使用，减少二氧化碳污染物的排放，通过研究，将燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统进行集成，用于解决上述背景技术提到的技术问题，本发明构思原理如下：
39.1、通过将太阳能与燃气
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蒸汽联合循环进行集成，集成之后的系统不再是单纯利用化石能源发电也不再是单纯利用太阳热能进行发电，而是两种能源的互补利用，能够同时提高太阳能利用效率和减少化石能源消耗及污染物排放；
40.2、同时，在mcfc(熔融碳酸盐燃料电池)中，阴极上二氧化碳和氧气与从外电路输送过来的电子结合，生成碳酸根离子，阳极上的燃料则与从电解质隔膜迁移过来的碳酸根离子发生反应，生成二氧化碳和水；因此，mcfc的阴极是通过一系列化学反应将燃气
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蒸汽联合循环排烟中的二氧化碳富集到阳极，使二氧化碳浓度提高，降低捕集能耗；其次，mcfc工作温度较高，其排气温度高达650℃，可通过利用排气余热，使系统效率进一步提高；
41.因此，利用mcfc捕集燃气
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蒸汽联合循环排烟中的二氧化碳，不仅可以减少二氧化碳排放，同时还可以避免传统二氧化碳捕集技术附加能耗较大的问题。
42.针对上述背景技术提到的技术问题，结合本发明构思原理，本发明实施例提供了一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，其具体技术方案如下：
43.一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，包括：燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统；所述燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统通过共用换热设备相互耦合连接。
44.优选的，所述燃气
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蒸汽联合循环发电系统包括：压气机1、空气预热器2、燃烧室3、燃气轮机4、第一发电机5、烟气处理器6、吸热器8、余热锅炉、汽轮机高压缸30、汽轮机中压缸31、汽轮机低压缸32、第二发电机33、凝汽器34、低压给水泵35、给水预热器36和换热器27；所述压气机1、燃气轮机4和第一发电机5同轴连接；所述汽轮机高压缸30、汽轮机中压缸31、汽轮机低压缸32和第二发电机33同轴连接；
45.所述余热锅炉包括高压过热器10、再热器11、高压蒸发器12、高压汽包13、高压省煤器14、高压给水泵15、低压过热器16、低压蒸发器17、低压汽包18和低压省煤器19；
46.所述压气机1、空气预热器2、燃烧室3、燃气轮机4通过管道依次连接；
47.所述燃气轮机4、烟气处理器6、吸热器8和余热锅炉的烟气进口通过管道依次连接；
48.所述汽轮机低压缸32出口通过管道依次与凝汽器34、低压给水泵35、给水预热器36、低压省煤器19、低压汽包18、低压蒸发器17、低压过热器16与汽轮机低压缸32入口连接；
49.所述低压省煤器19、高压给水泵15、高压省煤器14和高压汽包13通过管道依次连接；
50.所述高压汽包13通过管道经高压蒸发器12与高压过热器10连接，所述高压汽包13通过管道经换热器27与高压过热器10连接；
51.所述高压过热器10、汽轮机高压缸30、再热器11、汽轮机中压缸31和汽轮机低压缸32通过管道依次连接。
52.其中：烟气处理器6，用于除去燃气轮机4排烟中二氧化硫等杂质。
53.所述塔式太阳能集热系统包括：定日镜场9、太阳塔7和吸热器8；
54.其中，吸热器8为空气式吸热器；定日镜场9将太阳能发射到位于太阳塔7顶部的吸热器8表面，燃气轮机4排出的烟气经过吸热器8吸收太阳能，温度升高。
55.所述mcfc捕集二氧化碳系统包括：第一混合器20、烟气预热器21、mcfc22、直流/交流转换器23、第二混合器24、预重整器25、后燃室26、空气预热器2、换热器27、冷凝器28、二氧化碳回收单元29和给水预热器36；
56.所述余热锅炉的烟气出口通过管道经第一混合器20、烟气预热器21与mcfc 22阴极入口相连；
57.所述mcfc 22阴极出口、烟气预热器21和给水预热器36通过管道依次相连。
58.所述第二混合器24、预重整器25和mcfc 22阳极进口通过管道依次相连；
59.所述mcfc 22阳极出口与第二混合器24通过管道相连；
60.所述mcfc 22阳极出口经后燃室26、空气预热器2、换热器27、冷凝器28和二氧化碳回收单元29通过管道依次相连。
61.所述mcfc 22输出端与直流/交流转换器23相连。
62.其中：第一混合器20，用于将空气与余热锅炉排烟混合；第二混合器24，用于将燃料与mcfc 22阳极排气混合。
63.需要说明的是，所述燃气
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蒸汽联合循环发电系统、塔式太阳能集热系统和mcfc捕集二氧化碳系统通过共用换热设备相互耦合连接；本实施例中，所述换热设备包括：空气预热器2、换热器27、给水预热器36和烟气预热器21。
64.使用过程中，空气预热器2，一侧工质为压缩后的空气，一侧工质为mcfc 22阳极排气，利用mcfc 22阳极排气预热压缩后空气；换热器27，一侧工质为水/蒸汽，一侧工质为mcfc 22阳极排气，利用mcfc 22阳极排气加热水，使其蒸发；给水预热器36，一侧工质为给水，一侧工质为mcfc 22阴极排气，利用mcfc 22阴极排气预热给水；烟气预热器21，一侧工质为燃气轮机排烟，一侧工质为mcfc 22阴极排气，利用mcfc 22阴极排气预热燃气轮机排烟。
65.本发明一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统使用方法如下：
66.1、在燃气
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蒸汽联合循环系统中，空气在压气机1中压缩后进入空气预热器2被mcfc 22阳极排气预热，预热后的空气进入燃烧室3；燃料在燃烧室3燃烧后，进入燃气轮机4膨胀做功，带动第一发电机5进行发电；燃气轮机4排出的烟气经烟气处理器6进入位于太阳塔7顶部的吸热器8，在吸热器8中，烟气吸收太阳能，温度进一步升高；吸热后的烟气进入余热锅炉，其依次穿过高压过热器10、再热器11、高压蒸发器12、高压汽包13、高压省煤器14、低压过热器16、低压蒸发器17、低压汽包18和低压省煤器19加热各受热面内部的水/蒸汽；
67.汽轮机低压缸32出口的乏汽进入凝汽器34冷凝，成为凝结水；凝结水经低压给水泵35和给水预热器36进入低压省煤器19；低压省煤器19出口给水分为两部分，一部分经低压汽包18、低压蒸发器17和低压过热器16进入汽轮机低压缸32膨胀做功；一部分经高压给水泵15进一步加压后，经高压省煤器14进入高压汽包13；高压汽包13出口给水分为两部分，一部分经高压蒸发器12进入高压过热器10，另一部分经换热器27进入高压过热器10；高压过热器10出口的过热蒸汽进入汽轮机高压缸30膨胀做功后进入再热器11再热，再热后的蒸汽依次进入汽轮机中压缸31和汽轮机低压缸32膨胀做功；第二发电机33在汽轮机高压缸30、汽轮机中压缸31和汽轮机低压缸32的带动下进行发电；
68.2、在塔式太阳能集热系统中，定日镜场9将太阳能反射到位于太阳塔7顶部的吸热器8的表面，烟气流经吸热器8吸收太阳能热量，温度升高；
69.3、mcfc捕集二氧化碳系统中，来自余热锅炉的烟气与空气在第一混合器20中混合后，进入烟气预热器21中被mcfc 22阴极排气预热；预热后的烟气进入mcfc 22的阴极，在mcfc 22的阴极中，烟气中的二氧化碳发生电化学反应形成碳酸根离子，产生的碳酸根离子进入mcfc 22的阳极；反应后的烟气，从mcfc 22的阴极出口排出，依次经过烟气预热器21、给水预热器36释放余热；
70.燃料在第二混合器24中与一部分mcfc 22阳极排气混合后，依次进入预重整器25和mcfc 22的阳极，在mcfc 22的阳极，与碳酸根离子发生电化学反应生成二氧化碳和水；mcfc 22的阳极排气分为两部分，一部分进入第二混合器24与燃料混合，另一部分进入后燃室26进行纯氧燃烧，消耗未反应的燃料；后燃室26的排气依次经过空气预热器2、换热器27释放余热；放完热的排气进入冷凝器28冷凝，分离出水，得到高纯度二氧化碳气体，最后进入二氧化碳回收单元29进行回收；直流/交流转换器23与mcfc 22相连，输出电能。
71.本发明实施例提供的一种集成太阳能和mcfc的燃气
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蒸汽联合循环复合发电系统，具有以下有益效果：本发明利用塔式太阳能集热技术进一步加热燃气轮机排烟，可提高太阳能利用效率和减少化石能源消耗，以及提升余热锅炉进口烟气温度，提高蒸汽循环的发电功率；本发明利用mcfc捕集二氧化碳，减少了发电系统二氧化碳排放量，同时，mcfc在捕集二氧化碳过程中，释放电能，增加了系统发电量；本发明利用空气式吸热器能够将燃气轮机排烟加热到更高的温度；本发明利用燃料电池阴极排气预热凝结水，提高余热锅炉进口给水温度，能够减少低压省煤器的热负荷，减少系统的燃料消耗量，提高循环效率；本发明设置空气预热器，利用燃料电池阳极排气加热空气，提高了燃烧室进口空气温度，提高燃烧的平均温度，降低了燃烧室燃料消耗量，提高燃气轮机发电系统的发电量；本发明设置换热器，利用燃料电池阳极排气加热高压给水，能够减少余热锅炉的热负荷，从而减少系统燃
料消耗量。
72.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。