固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统的制作方法

本发明涉及能源利用领域，特别是涉及一种固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统。

背景技术：

1、随着社会的发展，对能源的需求不断增加，为了克服能源短缺和环境问题，可再生能源的回收利用越来越受到重视。生物质废弃物是一种高效、清洁、低成本的可再生能源，同时，由于城市化进程的加快，城市污泥在生物质废弃物中所占的比例越来越大，但其处理难度大、污染严重一直是科学研究的重点和难点。

2、垃圾焚烧是垃圾处理的一种主要方式，其焚烧释放的热量可用来发电、供热、供冷等，具有减量化、无害化、资源化等优点。因此，推进垃圾资源化利用，大力发展垃圾焚烧发电是垃圾处理行业今后发展的重点之一。然而，垃圾焚烧发电机组的发电效率仅为18％～25％。现在，人们开始意识到生活垃圾可持续发展的重要性，正在积极寻求城市固体废物可持续管理的方法。

3、因此，亟需一种在满足客户垃圾合理处理以及资源化利用的同时，实现高效的能源转换、环保节能、低碳排放与固废资源的再利用的多联产系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统，可提高发电效率，实现能量的充分利用及多能互补。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统，包括：

4、气化子系统，用于对固体废物或燃料进行气化，生成初步合成气；

5、模块化核反应蒸汽循环子系统，与所述气化子系统连接，用于产生蒸汽，对所述蒸汽及所述初步合成气进行热交换，产生电能，并排出第一合成气；

6、重整子系统，与所述模块化核反应蒸汽循环子系统连接，并通入甲烷，用于对所述第一合成气及所述甲烷进行重整，产生富氢气；

7、燃料电池子系统，阳极与所述重整子系统连接，阴极通入空气，用于使所述富氢气与空气发生电化学反应，产生电能，并排出第二合成气；

8、后燃室，与所述燃料电池子系统连接，用于对所述第二合成气进行燃烧，并排出第三合成气；

9、超临界二氧化碳循环子系统，与所述后燃室连接，用于对所述第三合成气进行换热处理，产生电能及热能；

10、有机朗肯循环子系统，分别与所述超临界二氧化碳循环子系统及所述燃料电池子系统连接，用于利用所述超临界二氧化碳循环子系统产生的热能对通入所述燃料电池子系统的阴极的空气进行加热，并产生电能。

11、可选地，所述气化子系统为等离子气化炉。

12、可选地，所述模块化核反应蒸汽循环子系统包括：模块化核反应堆的反应容器、蒸汽发生器、第一热交换器、第二热交换器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、第一冷凝器、低压加热器、高压加热器、第一给水泵、第二给水泵及除氧器；

13、所述模块化核反应堆的反应容器与所述蒸汽发生器连接；所述模块化核反应堆的反应容器用于通过氦气为所述蒸汽发生器提供热量，以产生蒸汽；

14、所述第一热交换器分别与所述气化子系统、所述蒸汽发生器、所述汽轮机高压缸及所述第二热交换器连接；所述第一热交换器用于对所述蒸汽发生器产生的蒸汽及所述初步合成气进行热交换，以提升蒸汽的温度，降低初步合成气的温度，将提升温度后的蒸汽送入所述汽轮机高压缸，将降低温度后的初步合成气送入所述第二热交换器；

15、所述汽轮机高压缸还与所述蒸汽发生器连接，以将提升温度后的蒸汽送入所述蒸汽发生器进行再热；

16、所述蒸汽发生器还与所述汽轮机中压缸连接，以将蒸汽送入所述汽轮机中压缸；

17、所述第二热交换器还分别与所述汽轮机中压缸、所述汽轮机低压缸及所述重整子系统连接；所述第二热交换器用于对所述汽轮机中压缸的蒸汽及降低温度后的初步合成气进行热交换，以提升蒸汽的温度，进一步降低初步合成气的温度，将提升温度后的蒸汽送入汽轮机低压缸，将降低温度后的初步合成气作为第一合成气送入所述重整子系统；

18、所述汽轮机低压缸还与所述发电机连接，以产生电能；

19、所述汽轮机低压缸、所述第一冷凝器、所述第一给水泵、所述低压加热器、所述除氧器、所述第二给水泵、所述高压加热器、所述蒸汽发生器依次连接，所述低压加热器还分别与所述第一冷凝器及所述汽轮机低压缸连接，所述除氧器还分别与所述汽轮机中压缸及所述高压加热器连接，所述高压加热器还与所述汽轮机高压缸连接，以进行汽水循环。

20、可选地，所述重整子系统为重整反应器。

21、可选地，所述固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统还包括：

22、第一压气机，与所述重整子系统连接，用于对甲烷进行加压后送入所述重整子系统。

23、可选地，所述燃料电池子系统为固体氧化物燃料电池。

24、可选地，所述超临界二氧化碳循环子系统包括：第一换热器、第二换热器、第一透平机及第三给水泵；

25、所述第一换热器的高温入口与所述后燃室连接；

26、所述第一换热器的低温入口与所述第二换热器的低温出口连接；

27、所述第一换热器的低温出口与所述第一透平机的入口连接，所述第一透平机利用膨胀做工产生电能；

28、所述第一换热器的高温出口与所述有机朗肯循环子系统连接；

29、所述第二换热器的高温入口与所述第一透平机的出口连接；

30、所述第二换热器的低温入口与所述第三给水泵的出口连接；

31、所述第二换热器的高温出口与所述有机朗肯循环子系统连接；

32、所述第三给水泵的入口与所述有机朗肯循环子系统连接。

33、可选地，所述有机朗肯循环子系统包括：第三换热器、第四换热器、第二透平机、第二冷凝器及水泵；

34、所述第三换热器的低温入口与所述水泵的出口连接；

35、所述第三换热器的高温入口与所述第二换热器的高温出口连接；

36、所述第三换热器的低温出口与所述第二透平机的入口连接；

37、所述第三换热器的高温出口与所述第三给水泵的入口连接；

38、所述第二透平机的出口与所述第二冷凝器的入口连接，所述第二冷凝器的出口与所述水泵的入口连接；

39、所述第四换热器的低温入口通入空气；

40、所述第四换热器的高温入口与所述第一换热器的高温出口连接；

41、所述第四换热器的低温出口与所述燃料电池子系统的阴极连接；

42、所述第四换热器的高温出口处排出乏气。

43、可选地，所述固废处理与燃料电池及余热利用的清洁煤电多联产系统还包括：

44、第二压气机，与所述第四换热器的低温入口连接，用于对空气加压后送入所述第四换热器。

45、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明将气化子系统、模块化核反应蒸汽循环、重整、燃料电池、后燃室、超临界二氧化碳循环及有机朗肯循环相结合，气化子系统与甲烷共同为燃料电池提供能量，实现了能量的充分利用及多能互补，并且通过燃料电池提高了发电效率，后燃室可以充分燃烧排气中的化学能，进一步提高排烟的温度，实现了燃料电池排烟中化学能的充分利用，超临界二氧化碳循环可利用的热源温度范围广、效率高，提高了能量的利用率，实现了能量的充分利用及多能互补。