本實用新型屬于發電技術領域，尤其涉及一種可實現燃燒前CO2捕集的整體煤氣化燃料電池發電裝置。
背景技術：
以氣候變化為核心的全球環境問題日益嚴重，已經成為威脅人類可持續發展的主要因素之一，削減溫室氣體排放以減緩氣候變化成為當今國際社會關注的熱點。隨著全球對溫室氣體排放越來越關注，《京都議定書》、《巴厘島路線圖》的召開，進一步明確了全球CO2減排目標和時間表，推動了全球低碳經濟的發展。
整體煤氣化燃料電池(Integrated Gasification Fuel Cell,IGFC)發電系統是燃料電池發電技術與煤氣化技術相結合的是新一代先進的燃煤發電技術，發電系統由三大分系統構成，即煤氣化系統、煤氣潔凈系統以及燃料電池發電系統。從大型化和商業化的發展方向來看，IGFC把高效、清潔、廢物利用、多聯產和節水等特點有機地結合起來，被認為是21世紀最有發展前途的潔凈煤發電技術，它既提高了發電效率，又提出了解決環境問題的途徑。
燃料電池發電技術是一種直接將燃料的化學能轉化為電能的發電裝置，與傳統燃煤發電技術不同，燃料電池是采用電化學催化，將燃料中的化學能直接轉化為電能，因無熱力學循環從而超越了熱機的卡諾循環效率限制，目前燃料電池總效率在45～60％之間，如充分利用各種生成熱，其綜合發電效率可接近60％，遠遠超過常規燃煤電站(35％左右)以及先進的燃氣－蒸汽聯合循環(45％左右)的發電效率，目前燃料電池技術在潔凈煤領域的應用已得到了工業發達國家的高度重視。
燃料電池中的一種高溫電池－熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)，由于需要CO2和空氣中的氧氣作為氧化劑，CO2和氧氣在MCFC陰極催化轉化為CO32－，CO32－通過電解質層到達陽極與有機物重整轉化的H2反應生成CO2和水，這一過程能夠利用燃煤電廠煙氣中的CO2，將CO2濃縮達到CO2富集而捕獲的目的。因此，在IGFC系統的基礎上進一步實現CO2捕集，有利于推動低碳經濟的發展。
技術實現要素：
本實用新型的目的在于提供一種可實現燃燒前CO2捕集的整體煤氣化燃料電池發電裝置，本實用新型在基于熔融碳酸鹽燃料電池的IGFC中實現了燃燒前CO2捕集，能夠使得系統的CO2的排放量降低75％以上，大大提高了IGFC系統的環保特性，從而能夠實現煤炭資源的清潔高效利用。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：：
一種可實現燃燒前CO2捕集的整體煤氣化燃料電池發電裝置，包括空分裝置1，空分裝置入口通入空氣，空分裝置1的氧氣出口接氣化爐2的氧氣入口，空分裝置1的氮氣出口接氮氣儲存裝置，氣化爐2的煤入口加入煤，氣化爐2的蒸汽入口加入蒸汽，氣化爐的高溫氣體出口連接余熱回收裝置3，余熱回收裝置3的氣體出口連接除塵裝置4的入口，除塵裝置4的出口連接水汽變換裝置5的入口，水汽變換裝置5的出口連接脫硫裝置6的入口，脫硫裝置6的出口連接CO2提純裝置7的入口，CO2提純裝置7的H2出口連接燃料加濕器8的入口，CO2提純裝置7的CO2出口連接分離器9的入口；分離器9的第一出口的CO2氣體通入到壓縮液化裝置10中，壓縮液化裝置10的出口輸出液態CO2；分離器9的第二出口CO2氣體通入到催化燃燒器11中；燃料加濕器8的出口連接第一換熱器12的低溫氣體入口，第一換熱器12的低溫氣體出口連接熔融碳酸鹽燃料電池13的陽極入口，熔融碳酸鹽燃料電池13的陽極出口連接催化燃燒器11的第二入口；壓縮機14的入口通入空氣，壓縮機14的出口連接第二換熱器15的低溫氣體入口，第二換熱器15的低溫氣體出口連接第三換熱器16的低溫氣體入口，第三換熱器16的低溫氣體出口連接透平17的氣體入口，透平17的氣體出口連接催化燃燒器11的第三入口，與此同時，透平17對外輸出軸功，輸出的軸功帶動壓縮機14轉動，同時帶動發電機18轉動并輸出電能；催化燃燒器11的氣體出口連接第三換熱器16的高溫氣體入口，第三換熱器16的高溫氣體出口連接熔融碳酸鹽燃料電池13的陰極入口，熔融碳酸鹽燃料電池13的陰極出口連接第一換熱器12的高溫氣體入口，第一換熱器12的高溫氣體出口連接第二換熱器15的高溫氣體入口，第二換熱器15的高溫氣體出口排出廢氣；熔融碳酸鹽燃料電池13內發生電化學反應產生直流電，直流電輸入到DC/AC轉換器19，DC/AC轉換器19對外輸出交流電。
所述空分裝置1通過深冷法將空氣中的氧氣和氮氣進行分離，氧氣被輸送至氣化爐2中。
所述氣化爐2內反應生成合成氣，合成氣主要成為是H2、H2O、CO、CO2、CH4、H2S和COS。
所述余熱回收裝置3通過余熱鍋爐回收合成氣中的熱量，并制取蒸汽。
所述除塵裝置4采用袋式除塵器或電除塵器或陶瓷過濾器，脫除合成氣中的顆粒物，使得礦塵含量小于100mg/Nm3。
所述水汽變換裝置5，采用耐硫水汽變換工藝，通過水汽變換反應CO+H2O＝H2+CO2將合成氣中的CO變換為H2，使得出口氣體中CO比例低于0.5％。
所述脫硫裝置6采用低溫甲醇洗法或NHD法，使得出口處H2S和COS含量小于1ppm。
所述CO2提純裝置7，采用變壓吸附法，分離合成氣中的CO2，CO2的濃度高于99％，剩余氣體作為H2燃料氣。
所述燃料加濕器8，采用蒸汽混合法，提高H2燃料其中H2O的含量，使得H2O的摩爾含量>5％。
所述催化燃燒器11通過催化劑使得氣體中的H2、CO和CH4與O2發生化學反應生成H2O并釋放熱量。
所述熔融碳酸鹽燃料電池13由陽極、陰極、電解質隔膜組成，陰極和陽極分別在電解質隔膜兩側，燃料和氧化劑分別通入到陽極和陰極腔室中，并發生電化學反應，產生電能和熱量，電池工作溫度在650℃，電池的規模通過多個電池堆串并聯放大。
所述壓縮機14、透平17和發電機18安裝到同一根軸上，透平17在高壓高溫氣體的沖擊下轉動帶動壓縮機14和發電機18轉動，壓縮機14使得空氣的壓力由常壓增大至4Mpa以上，發電機18則產生交流電能。
本實用新型在基于熔融碳酸鹽燃料電池的IGFC中實現了燃燒前CO2捕集，能夠使得系統的CO2的排放量降低75％以上，大大提高了IGFC系統的環保特性，從而能夠實現煤炭資源的清潔高效利用。
附圖說明
圖1是本實用新型一種可實現燃燒前CO2捕集的整體煤氣化燃料電池發電裝置的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
實施案例
煤、蒸汽和氧氣通入氣化爐2產生合成氣，合成氣的溫度為900℃，組分為CO≈67％，H2≈25％，CO2≈7％，其余組分為N2、H2S、COS、CH4等雜質氣。合成氣首先經過余熱回收裝置3換熱，溫度降低至150℃以下，然后通入除塵裝置4，使得顆粒物成分低于100mg/Nm3；再通入到水汽變換裝置5中，使得合成氣中CO<0.5％，H2>60％；接著通入到脫硫裝置6，使得H2S和COS濃度低于1ppm；再通入CO2提純裝置7，通過變壓吸附將CO2的濃度提高到99％以上，其余的氣體作為H2燃料氣。高濃度CO2氣體經過分離器9分成兩股氣體，75％的CO2氣體通入到壓縮液化裝置10成為液態CO2，另外25％的CO2通入到催化燃燒器11中。H2燃料氣經過燃料加濕器8，使得氣體中H2O摩爾含量>5％，然后經過第一換熱器12使得H2燃料氣溫度升至500℃然后通入到熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)13的陽極，發生電化學反應H2+CO32-＝H2O+CO2+e2-，陽極出口的氣體通入到催化燃燒器11中。與此同時，空氣通過壓縮機14加壓至6Mpa，接著經過第二換熱器15和第三換熱器16提高空氣的溫度至800℃以上，然后空氣通過透平17做功并帶動壓縮機14轉動和發電機18發電，空氣經過透平17后降溫降壓，并進一步通入到催化燃燒器11中。在催化燃燒器11中，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)13陽極出口氣體中未反應的H2發生化學反應放出熱量，提高氣體溫度至900℃以上，然后通過第三換熱器16降溫后通入熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)13陰極腔室，在陰極處發生電化學反應O2+2CO2+4e-＝CO32-，燃料和氧化劑在熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)13內發生電化學反應并產生直流電，經過DC/AC轉化器19轉化為交流電。