一种发电过程中联产蒸汽的方法及系统与流程

本发明涉及能源开发和能源转换，特别涉及一种发电过程中联产 蒸汽的方法及系统。

背景技术：

1、蒸汽作为炼油化工生产装置的重要动力和原料，主要由蒸汽锅炉直接生产， 废热锅炉也是蒸汽的来源之一，蒸汽压力越高品质越高，也更适合作为动力使 用。现有技术，为了降低蒸汽制造成本，蒸汽锅炉大多以煤炭、渣油以及生产 过程中的驰放气、炼厂尾气为原料，利用以上原料的燃烧来生产蒸汽。而生产 过程中的驰放气、炼厂尾气不但能作为生产蒸汽的燃料，且由于驰放气和炼厂 尾气氢气含量高，脱除硫氮杂质后，不需重整也可直接作为燃料进入固体氧化 物燃料电池阳极为发电提供燃料，固体氧化物燃料电池(sofc)作为一种能 将煤炭、石油、天然气等含碳氢燃料高效转化为电能的全固态发电装置，其工作温度介于600-1000℃，且其发电过程不受卡诺循环限制，在发电的同时能产 生大量的高温尾气。

技术实现思路

1、本发明人发现，燃煤锅炉生产蒸汽时，二氧化碳排放强度大，碳排放处理 成本高。而固体燃料电池产生的高温尾气含有大量热能，尾气直接排放造成热 能的大量浪费，如果能用于联产蒸汽，其热电联供效率最高可达90％以上，并 能显著降低蒸汽生产过程中二氧化碳排放。

2、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地 解决上述问题的一种发电过程联产蒸汽的方法及系统。

3、第一方面，本发明实施例提供一种发电过程中联产蒸汽的系统，包括：燃 料电池、供气单元、供氧单元、以及第一蒸汽生成单元和/或第二蒸汽生成单元；

4、所述供气单元，与所述燃料电池的阳极相连，以为所述燃料电池提供燃料 气；

5、所述供氧单元，与所述燃料电池的阴极相连，以为所述燃料电池提供氧气；

6、所述燃料电池，用于使用所述燃料气和所述氧气发电并产生阳极尾气和阴 极尾气；

7、第一蒸汽生成单元，与所述阳极相连，用于利用所述阳极产生的阳极尾气 与水进行换热产出蒸汽；

8、第二蒸汽生成单元，与所述阴极相连，用于利用所述阴极产生的阴极尾气 与水进行换热产出蒸汽。

9、在一些可选的实施例中，所述供气单元包括：净化器和供气预热装置；

10、所述净化器用于对初始燃料气的杂质处理；

11、所述供气预热装置包括第一换热器与第二换热器，所述第一换热器与所述 净化器连接，所述第二换热器与所述燃料电池连接；所述供气预热装置用于对 处理后的燃料气进行预热处理，使所述燃料气达到第一预设温度后提供到燃料 电池的阳极。

12、在一些可选的实施例中，所述供氧单元，包括：阴极尾气储罐、压缩机及 供氧预热装置；

13、所述阴极尾气储罐，与所述第二蒸汽生成单元相连，用于储存阴极尾气和 /或新注入的氧气，并将阴极尾气与新注入的氧气混合得到混合氧气，所述阴极 尾气为未反应的氧气；

14、所述压缩机，与所述阴极尾气储罐相连，用于压缩阴极尾气、新注入的氧 气或混合氧气使其达到预设压力；

15、所述供氧预热装置用于对压缩后的阴极尾气、新注入的氧气或混合氧气进 行预热使其达到第二预设温度。

16、在一些可选的实施例中，所述第一蒸汽生成单元包括第三换热器和第四换 热器，所述第三换热器与所述燃料电池阳极相连以利用阳极尾气与水进行换热 产出第一中压蒸汽，所述第四换热器与所述第三换热器相连以利用阳极尾气与 水进行换热产出第一低压蒸汽；

17、所述第二蒸汽生成单元包括第五换热器与第六换热器，所述第五换热器与 所述燃料电池阴极相连以利用阴极尾气产出第二中压蒸汽，所述第六换热器与 所述第五换热器相连以利用阴极尾气产出第二低压蒸汽。

18、在一些可选的实施例中，所述发电过程中联产蒸汽的系统，还包括第三蒸 汽生成单元，

19、所述第三蒸汽生成单元包括阳气尾气燃烧器、第七换热器、第八换热器及 第九换热器；

20、所述阳气尾气燃烧器与所述第四换热器相连用于燃烧阳极尾气中未反应 的燃料气以产生燃烧产物，且所述阳气尾气燃烧器与供氧预热装置及第二换热 器相连以使所述燃烧产物为所述燃料气及氧气预热；

21、所述第七换热器与所述第二换热器及供氧预热装置相连以利用用于预热 后的所述燃烧产物与水换热生产第三中压蒸汽；

22、所述第八换热器与所述第七换热器相连以利用燃烧产物与水进行换热生 产第三低压蒸汽；

23、所述第九换热器与所述第八换热器相连以生产热水并放空燃烧产物。

24、在一些可选的实施例中，所述第八换热器与所述第一换热器相连，以利用 第三低压蒸汽对所述燃料气进行预热。

25、基于同一种发明构思，本发明实施例还提供一种利用上述系统进行发电过 程中联产蒸汽的方法，其步骤如下：

26、供气单元为燃料电池的阳极提供燃料气，供氧单元为燃料电池的阴极提供 氧气；

27、利用所述燃料气与氧气在燃料电池中进行发电反应并产生阳极尾气和阴 极尾气；

28、第一蒸汽生成单元利用所述阳极尾气与水进行换热产出蒸汽，和/或第二蒸 汽生成单元利用所述阴极尾气与水进行换热产出蒸汽。

29、在一些可选的实施例中，所述供气单元为所述燃料电池的阳极提供燃料气， 包括:

30、所述供气单元对初始燃料气进行净化处理并预热，使所述燃料气达到第一 预设温度后提供给燃料电池的阳极进行反应。

31、在一些可选的实施例中，所述供氧单元为所述燃料电池的阴极提供氧气， 包括：

32、所述供氧单元将新注入的氧气、阴极尾气、或新注入的氧气和阴极尾气的 混合氧气进行压缩和预热，使其达到预设压力和第二预设温度后，提供给所述 燃料电池的阴极进行反应。

33、在一些可选的实施例中，所述第一蒸汽生成单元利用所述阳极尾气与水进 行换热产出蒸汽，和/或第二蒸汽生成单元利用所述阴极尾气与水进行换热产出 蒸汽，包括：

34、所述第一蒸汽生成单元利用所述阳极尾气在第三换热器及第四换热器内 进行换热产出第一中压蒸汽和第一低压蒸汽；

35、所述第二蒸汽生成单元利用所述阴极尾气在第五换热器及第六换热器内 进行换热产出第二中压蒸汽和第二低压蒸汽。

36、在一些可选的实施例中，上述方法还包括：

37、所述第三蒸汽生成单元利用未反应的燃料气燃烧后的燃烧产物在第七换 热器、第八换热器及第九换热器内进行换热产出第三中压蒸汽、第三低压蒸汽 和热水。

38、在一些可选的实施例中，所述第三低压蒸汽为所述燃料气进行预热；

39、所述未反应的燃料气燃烧后的产物为所述燃料气及所述氧气进行预热。

40、在一些可选的实施例中，所述初始燃料气氢气含量不低于30％；

41、所述阴极尾气储罐中新注入的氧气的压力不高于4mpa；

42、所述阴极尾气经压缩机增压后，压力不高于2mpa。

43、在一些可选的实施例中，所述燃料气经过预热进入所述燃料电池阳极的第 一预设温度不低于700℃；所述阳极尾气生产第一中压蒸汽后，其温度不低于 400℃，生产第一低压蒸汽后，其温度不低于200℃。

44、在一些可选的实施例中，所述氧气经过预热进入所述燃料电池阴极的第二 预设温度不低于700℃；阴极尾气生产第二中压蒸汽后，温度不低于400℃， 生产第二低压蒸汽后，温度不低于150℃。

45、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

46、本发明实施例提供的发电过程联产蒸汽的方法及系统，在燃料电池内利用 供气单元为其阳极提供的燃料气与供氧单元为其阴极提供氧气进行发电反应， 并产生阳极尾气和阴极尾气，阳极尾气在第一蒸汽生成单元与水进行换热产出 蒸汽，阴极尾气在第二蒸汽生成单元与水进行换热产出蒸汽，进而实现热电联 供。该联产蒸汽的方法，将燃料电池的发电与蒸汽生产的过程相结合，利用工 业弛放气、炼厂尾气等廉价资源作为燃料电池的燃料气发电后再利用发电尾气 的热量产出蒸汽；该燃料气用于燃料电池的发电时不需重整反应器，有利于简 化反应系统、节省天燃气资源，降低了投资成本；利用工业弛放气、炼厂尾气 等廉价资源作为燃料发电后，再利用燃料电池产生的热量产出蒸汽，相比于直 接使用工业弛放气、炼厂尾气等廉价资源产出蒸汽而言，减少了原料燃烧产生 蒸汽过程中二氧化碳的排放量，降低了碳排放成本，同时可以避免发电余热的 大量浪费，充分利用发电尾气的热量，提高了燃料电池的余热品质，节约资源 并降低成本。

47、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可 通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获 得。

48、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。