[其他]綜合化發(fā)電設(shè)備及操作該設(shè)備的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87103747
• 申請(qǐng)日: 1987-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87103747A
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 野口芳樹(shù);長(zhǎng)崎伸男;服部洋市;橫須賀建志;杉田成久
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所;日立工程株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04;H01M8/06
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利代理部
• 代理人: 李強(qiáng)

本發(fā)明涉及一種綜合發(fā)電設(shè)備，這種設(shè)備包括一個(gè)用熔融狀態(tài)的碳酸鹽，如碳酸鈉和碳酸鉀等作電解質(zhì)的熔融碳酸鹽型燃料室，一個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)和一個(gè)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)，另外還涉及這種設(shè)備及操作方法。

用熔融狀態(tài)，溫度為600°～700℃的碳酸鹽如碳酸鈉和碳酸鉀等的燃料室被稱(chēng)作熔融碳酸鹽型燃料室。熔融碳酸鹽燃料室工作溫度很高，因而反應(yīng)能活潑地進(jìn)行而不需要昂貴的催化劑如鉑等。在熔融碳酸鹽型燃料室中，氫氣或含氫氣體被當(dāng)作氣體燃料通到陽(yáng)極上，空氣與二氧化碳的混合氣體被通到陰極。空氣與二氧化碳的混合氣體在陰極接受電子，以碳酸鹽離子的形式進(jìn)入電解質(zhì)。另一方面，氫氣在陽(yáng)極與電解質(zhì)中的碳酸鹽離子反應(yīng)，形成二氧化碳?xì)怏w和水并放出電子。結(jié)果，熔融碳酸鹽型燃料室在陰極消耗二氧化碳，在陽(yáng)極生成二氧化碳和水。所以，在熔融碳酸鹽型燃料室中，當(dāng)氣體燃料的利用率（陽(yáng)極處實(shí)際消耗的氣體燃料量/（通到陽(yáng)極的氣體燃料量）增加時(shí)，氣體燃料被在陽(yáng)極處形成的二氧化碳和水稀釋?zhuān)瑫r(shí)，隨著燃料室中反應(yīng)的進(jìn)行，氣體燃料被進(jìn)一步消耗，所以，氣體燃料中參加反應(yīng)的氣體成分的濃度明顯下降，因而在給定電流密度情況下降低燃料室的輸出電壓從而降低熱效率。換句話(huà)說(shuō)，隨著氣體燃料利用率的增加，燃料室凈效率下降。燃料室凈效率定義為：〔燃料室輸出（KW）×860〕/（陽(yáng)極處實(shí)際消耗氣體燃料的反應(yīng)熱），所以，隨著氣體燃料利用率的增加，燃料室的氣體燃料效率下降。

燃料室標(biāo)稱(chēng)效率定義為〔燃料室輸出（KW）×860〕/（通到陽(yáng)極的氣體燃料的反應(yīng)熱），它可由下式得到：（燃料室凈效率）×（氣體燃料的利用率），它可由下式得到：（燃料室凈效率）×（氣體燃料的利用率）。所以，要增加燃料室發(fā)電設(shè)備的熱效率，必須發(fā)展燃料室凈效率隨氣體燃料利用率增加降低較小的燃料室，并發(fā)展具有以燃料室中的相對(duì)于低氣體燃料利用率的較高的綜合熱回收為基礎(chǔ)的較高熱效率的綜合發(fā)電設(shè)備。

已知燃料室的熱效率隨氣體燃料壓力的增加而增加。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的，通往陽(yáng)極的氣體燃料是一種主要由氫和一氧化碳組成的重整氣體，它是通過(guò)在重整爐內(nèi)，6到10公斤/平方厘米的壓力下重整天然氣而得到的，隨后又經(jīng)一熱交換器加熱到約600℃。

圖1給出一種現(xiàn)在實(shí)際中應(yīng)用的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合設(shè)備（燃?xì)廨啓C(jī)+蒸汽輪機(jī)）的構(gòu)造。

燃?xì)廨啓C(jī)29由壓縮機(jī)30，燃燒器32和渦輪機(jī)31組成，在其中空氣流23被壓縮機(jī)30壓縮，氣體燃料1和壓縮空氣一起在燃燒器32中燃燒。已燃?xì)怏w被通到渦輪機(jī)31，把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，去驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)33發(fā)出電力。在現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用的渦輪機(jī)31的入口處，已燃?xì)怏w的溫度高達(dá)1，000°～1，100℃，隨后從渦輪機(jī)31排出的廢氣的溫度高達(dá)500°～550℃，所以，廢氣可被用來(lái)在余熱回收鍋爐36中產(chǎn)生蒸汽26，然后成為溫度非常低的排出氣被排到大氣中。蒸汽26的氣壓可供選擇以確定最佳蒸汽循環(huán)，通常在40～70公斤/平方厘米范圍內(nèi)。蒸汽26被通到一個(gè)蒸汽輪機(jī)，與燃?xì)廨啓C(jī)29一起共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)33發(fā)出電力。

蒸汽輪機(jī)34排出的蒸汽在冷凝器35中用冷卻水36，如海水等冷卻，然后作為鍋爐給水27注入余熱回收鍋爐36以形成一循環(huán)系統(tǒng)。

圖1給出的例子中，蒸汽輪機(jī)34和燃?xì)廨啓C(jī)29驅(qū)動(dòng)它們共同的發(fā)電機(jī)發(fā)電，但是蒸汽輪機(jī)34和燃?xì)廨啓C(jī)29也可驅(qū)動(dòng)各自的發(fā)電機(jī)。以蒸汽輪機(jī)34放出的蒸汽38被注入燃燒器32，以減少NO_X的含量，一般可以氣體燃料4流速的兩倍的速度注入。普通溫度F的氣體燃料4被通到燃燒器32中，在1000℃～1100℃溫度F燃燒。在有對(duì)NO_X的嚴(yán)格的環(huán)境控制的國(guó)家，可在余熱回收鍋爐36中加一除NO_X裝置。

在常規(guī)的采用燃料室的綜合發(fā)電設(shè)備中，陰極廢氣被用作渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)氣體，但是陰極廢氣溫度為700°到750℃，低于通到現(xiàn)在使用的渦輪機(jī)的氣體的溫度并降低了渦輪機(jī)的熱效率。另外，渦輪機(jī)廢氣的溫度低到300°～400℃，余熱回收鍋爐中用這種渦輪機(jī)廢氣產(chǎn)生的蒸汽也不足以驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第61-39459號(hào)提出，在管道中裝有燃燒器，該管道用來(lái)把陰極廢氣通到壓縮并傳輸空氣到燃料室陰極的渦輪增壓器中的膨脹渦輪機(jī)中，部分陽(yáng)極廢氣被通到燃料器并與作為已燃空氣的陰極廢氣一起燃燒。從燃燒器出來(lái)的高溫已燃?xì)怏w被通到膨脹渦輪機(jī)，從而增加整個(gè)設(shè)備的熱效率。在這種熔融碳酸鹽型燃料室中，有必要回收CO₂到陰極，所述已燃?xì)怏w的一部分被分離出來(lái)，壓縮并加到通向陰極的空氣中。