丙烷脱氢燃气轮机与燃料电池联合发电的装置系统及方法
本发明提供一种丙烷脱氢燃气轮机与燃料电池联合发电的装置系统及方法，所述装置系统包括丙烷脱氢制丙烯单元、燃气轮机发电单元和燃料电池发电单元；所述丙烷脱氢制丙烯单元包括依次连接的丙烷预热装置、丙烷脱氢装置和氢气压缩装置；所述燃气轮机发电单元包括依次连接的空气压缩装置、燃烧室、燃气透平和第一发电机；所述燃料电池发电单元包括依次连接的电池燃料预热装置、固体氧化物燃料电池、蒸汽轮机和第二发电机。本发明中的氢气来源于丙烷脱氢制丙烯的副产物，成本较低、技术成熟；而且将燃气轮机发电单元和燃料电池发电单元联合使用，提高了整个装置系统的联合发电效率，减少了二氧化碳的排放，应用前景广阔。
发明专利
CN202311347898.5
2023-10-18
CN117432524A
2024-01-23
F02C6/00(2006.01)
上海发电设备成套设计研究院有限责任公司%国家电投集团北京重燃能源科技发展有限公司%国家电投集团湖北电力有限公司
刘思;张洪涛;陶晔;静大亮;曾过房;彭晓中
200240 上海市闵行区剑川路1115号;;
北京品源专利代理有限公司
刘锴
上海;31
1.一种丙烷脱氢燃气轮机与燃料电池联合发电的装置系统，其特征在于，所述装置系统包括丙烷脱氢制丙烯单元、燃气轮机发电单元和燃料电池发电单元； 所述丙烷脱氢制丙烯单元包括依次连接的丙烷预热装置、丙烷脱氢装置和氢气压缩装置； 所述燃气轮机发电单元包括依次连接的空气压缩装置、燃烧室、燃气透平和第一发电机； 所述燃料电池发电单元包括依次连接的电池燃料预热装置、固体氧化物燃料电池、蒸汽轮机和第二发电机； 所述丙烷脱氢制丙烯单元经氢气压缩装置分别与燃气轮机发电单元的燃烧室和燃料电池发电单元的电池燃料预热装置相连； 所述燃气轮机发电单元经燃气透平与丙烷脱氢制丙烯单元的丙烷预热装置相连； 所述燃料电池发电单元经固体氧化物燃料电池与燃气轮机发电单元的燃烧室相连。 2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述丙烷预热装置上设置有丙烷输送管道和排气管道； 优选地，所述丙烷脱氢装置上设置有丙烯输送管道。 3.根据权利要求1或2所述的装置系统，其特征在于，所述空气压缩装置、燃气透平和第一发电机同轴连接； 优选地，所述空气压缩装置上设置有空气输送管道。 4.根据权利要求1～3任一项所述的装置系统，其特征在于，所述燃气轮机发电单元还包括依次连接的燃气轮机燃料供给装置和燃气轮机燃料混合装置； 优选地，所述燃气轮机燃料混合装置与燃烧室连接； 优选地，所述燃气轮机燃料混合装置与氢气压缩装置相连； 优选地，所述空气压缩装置与电池燃料预热装置相连。 5.根据权利要求1～4任一项所述的装置系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池包括阳极和阴极； 优选地，所述电池燃料预热装置经氢气输送管道与阳极连接； 优选地，所述电池燃料预热装置经空气输送管道与阴极连接。 6.根据权利要求1～5任一项所述的装置系统，其特征在于，所述蒸汽轮机经第一排汽管道与电池燃料预热装置相连。 7.根据权利要求1～6任一项所述的装置系统，其特征在于，所述电池燃料预热装置上设置有第二排汽管道。 8.根据权利要求1～7任一项所述的装置系统，其特征在于，所述第二发电机与蒸汽轮机同轴连接。 9.一种丙烷脱氢燃气轮机与燃料电池联合发电的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～8任一项所述的一种丙烷脱氢燃气轮机与燃料电池联合发电的装置系统进行；所述方法包括如下步骤： 丙烷经丙烷预热装置加热后进入丙烷脱氢装置，产生丙烯和氢气；其中，氢气经氢气压缩装置压缩后，一部分进入电池燃料预热装置，变为预热后氢气；另一部分进入燃烧室燃烧； 空气经空气压缩装置压缩后，一部分进入燃烧室燃烧，推动燃气透平旋转，燃气透平的排气进入丙烷预热装置中，对丙烷进行加热；另一部分进入电池燃料预热装置，变为预热后空气； 所述预热后氢气和预热后空气分别进入固体氧化物燃料电池的阳极和阴极发生电化学反应，产生电能；阳极未反应完全的预热后氢气进入燃烧室继续燃烧，固体氧化物燃料电池阴极产生的排汽进入蒸汽轮机做功。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤： 丙烷经丙烷预热装置加热后进入丙烷脱氢装置，产生丙烯和氢气；丙烯加工为工业产品，氢气经氢气压缩装置压缩后，一部分氢气进入电池燃料预热装置，变为预热后氢气；另一部分氢气与来自燃气轮机燃料供给装置的燃气在燃气轮机燃料混合装置中混合后，进入燃烧室燃烧，推动燃气透平旋转，带动同轴布置的第一发电机旋转发电； 空气经空气压缩装置压缩后，一部分空气进入燃烧室燃烧，推动燃气透平旋转，燃气透平的排气进入丙烷预热装置中，对丙烷进行加热；另一部分空气进入电池燃料预热装置，变为预热后空气； 所述预热后氢气进入固体氧化物燃料电池的阳极，所述预热后空气进入固体氧化物燃料电池的阴极发生电化学反应，产生电能；阳极未反应完全的预热后氢气进入燃烧室继续燃烧，固体氧化物燃料电池阴极产生的排汽进入蒸汽轮机做功，推动同轴布置的第二发电机旋转发电； 所述蒸汽轮机的排汽经第一排汽管道进入电池燃料预热装置中进行余热利用，产生的废汽经第二排汽管道排出。