本实用新型属于发电技术领域，尤其涉及一种可实现燃烧前CO2捕集的整体煤气化燃料电池发电装置。
背景技术：
以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。随着全球对温室气体排放越来越关注，《京都议定书》、《巴厘岛路线图》的召开，进一步明确了全球CO2减排目标和时间表，推动了全球低碳经济的发展。
整体煤气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell,IGFC)发电系统是燃料电池发电技术与煤气化技术相结合的是新一代先进的燃煤发电技术，发电系统由三大分系统构成，即煤气化系统、煤气洁净系统以及燃料电池发电系统。从大型化和商业化的发展方向来看，IGFC把高效、清洁、废物利用、多联产和节水等特点有机地结合起来，被认为是21世纪最有发展前途的洁净煤发电技术，它既提高了发电效率，又提出了解决环境问题的途径。
燃料电池发电技术是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置，与传统燃煤发电技术不同，燃料电池是采用电化学催化，将燃料中的化学能直接转化为电能，因无热力学循环从而超越了热机的卡诺循环效率限制，目前燃料电池总效率在45～60％之间，如充分利用各种生成热，其综合发电效率可接近60％，远远超过常规燃煤电站(35％左右)以及先进的燃气－蒸汽联合循环(45％左右)的发电效率，目前燃料电池技术在洁净煤领域的应用已得到了工业发达国家的高度重视。
燃料电池中的一种高温电池－熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)，由于需要CO2和空气中的氧气作为氧化剂，CO2和氧气在MCFC阴极催化转化为CO32－，CO32－通过电解质层到达阳极与有机物重整转化的H2反应生成CO2和水，这一过程能够利用燃煤电厂烟气中的CO2，将CO2浓缩达到CO2富集而捕获的目的。因此，在IGFC系统的基础上进一步实现CO2捕集，有利于推动低碳经济的发展。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种可实现燃烧前CO2捕集的整体煤气化燃料电池发电装置，本实用新型在基于熔融碳酸盐燃料电池的IGFC中实现了燃烧前CO2捕集，能够使得系统的CO2的排放量降低75％以上，大大提高了IGFC系统的环保特性，从而能够实现煤炭资源的清洁高效利用。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：：
一种可实现燃烧前CO2捕集的整体煤气化燃料电池发电装置，包括空分装置1，空分装置入口通入空气，空分装置1的氧气出口接气化炉2的氧气入口，空分装置1的氮气出口接氮气储存装置，气化炉2的煤入口加入煤，气化炉2的蒸汽入口加入蒸汽，气化炉的高温气体出口连接余热回收装置3，余热回收装置3的气体出口连接除尘装置4的入口，除尘装置4的出口连接水汽变换装置5的入口，水汽变换装置5的出口连接脱硫装置6的入口，脱硫装置6的出口连接CO2提纯装置7的入口，CO2提纯装置7的H2出口连接燃料加湿器8的入口，CO2提纯装置7的CO2出口连接分离器9的入口；分离器9的第一出口的CO2气体通入到压缩液化装置10中，压缩液化装置10的出口输出液态CO2；分离器9的第二出口CO2气体通入到催化燃烧器11中；燃料加湿器8的出口连接第一换热器12的低温气体入口，第一换热器12的低温气体出口连接熔融碳酸盐燃料电池13的阳极入口，熔融碳酸盐燃料电池13的阳极出口连接催化燃烧器11的第二入口；压缩机14的入口通入空气，压缩机14的出口连接第二换热器15的低温气体入口，第二换热器15的低温气体出口连接第三换热器16的低温气体入口，第三换热器16的低温气体出口连接透平17的气体入口，透平17的气体出口连接催化燃烧器11的第三入口，与此同时，透平17对外输出轴功，输出的轴功带动压缩机14转动，同时带动发电机18转动并输出电能；催化燃烧器11的气体出口连接第三换热器16的高温气体入口，第三换热器16的高温气体出口连接熔融碳酸盐燃料电池13的阴极入口，熔融碳酸盐燃料电池13的阴极出口连接第一换热器12的高温气体入口，第一换热器12的高温气体出口连接第二换热器15的高温气体入口，第二换热器15的高温气体出口排出废气；熔融碳酸盐燃料电池13内发生电化学反应产生直流电，直流电输入到DC/AC转换器19，DC/AC转换器19对外输出交流电。
所述空分装置1通过深冷法将空气中的氧气和氮气进行分离，氧气被输送至气化炉2中。
所述气化炉2内反应生成合成气，合成气主要成为是H2、H2O、CO、CO2、CH4、H2S和COS。
所述余热回收装置3通过余热锅炉回收合成气中的热量，并制取蒸汽。
所述除尘装置4采用袋式除尘器或电除尘器或陶瓷过滤器，脱除合成气中的颗粒物，使得矿尘含量小于100mg/Nm3。
所述水汽变换装置5，采用耐硫水汽变换工艺，通过水汽变换反应CO+H2O＝H2+CO2将合成气中的CO变换为H2，使得出口气体中CO比例低于0.5％。
所述脱硫装置6采用低温甲醇洗法或NHD法，使得出口处H2S和COS含量小于1ppm。
所述CO2提纯装置7，采用变压吸附法，分离合成气中的CO2，CO2的浓度高于99％，剩余气体作为H2燃料气。
所述燃料加湿器8，采用蒸汽混合法，提高H2燃料其中H2O的含量，使得H2O的摩尔含量>5％。
所述催化燃烧器11通过催化剂使得气体中的H2、CO和CH4与O2发生化学反应生成H2O并释放热量。
所述熔融碳酸盐燃料电池13由阳极、阴极、电解质隔膜组成，阴极和阳极分别在电解质隔膜两侧，燃料和氧化剂分别通入到阳极和阴极腔室中，并发生电化学反应，产生电能和热量，电池工作温度在650℃，电池的规模通过多个电池堆串并联放大。
所述压缩机14、透平17和发电机18安装到同一根轴上，透平17在高压高温气体的冲击下转动带动压缩机14和发电机18转动，压缩机14使得空气的压力由常压增大至4Mpa以上，发电机18则产生交流电能。
本实用新型在基于熔融碳酸盐燃料电池的IGFC中实现了燃烧前CO2捕集，能够使得系统的CO2的排放量降低75％以上，大大提高了IGFC系统的环保特性，从而能够实现煤炭资源的清洁高效利用。
附图说明
图1是本实用新型一种可实现燃烧前CO2捕集的整体煤气化燃料电池发电装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
实施案例
煤、蒸汽和氧气通入气化炉2产生合成气，合成气的温度为900℃，组分为CO≈67％，H2≈25％，CO2≈7％，其余组分为N2、H2S、COS、CH4等杂质气。合成气首先经过余热回收装置3换热，温度降低至150℃以下，然后通入除尘装置4，使得颗粒物成分低于100mg/Nm3；再通入到水汽变换装置5中，使得合成气中CO<0.5％，H2>60％；接着通入到脱硫装置6，使得H2S和COS浓度低于1ppm；再通入CO2提纯装置7，通过变压吸附将CO2的浓度提高到99％以上，其余的气体作为H2燃料气。高浓度CO2气体经过分离器9分成两股气体，75％的CO2气体通入到压缩液化装置10成为液态CO2，另外25％的CO2通入到催化燃烧器11中。H2燃料气经过燃料加湿器8，使得气体中H2O摩尔含量>5％，然后经过第一换热器12使得H2燃料气温度升至500℃然后通入到熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)13的阳极，发生电化学反应H2+CO32-＝H2O+CO2+e2-，阳极出口的气体通入到催化燃烧器11中。与此同时，空气通过压缩机14加压至6Mpa，接着经过第二换热器15和第三换热器16提高空气的温度至800℃以上，然后空气通过透平17做功并带动压缩机14转动和发电机18发电，空气经过透平17后降温降压，并进一步通入到催化燃烧器11中。在催化燃烧器11中，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)13阳极出口气体中未反应的H2发生化学反应放出热量，提高气体温度至900℃以上，然后通过第三换热器16降温后通入熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)13阴极腔室，在阴极处发生电化学反应O2+2CO2+4e-＝CO32-，燃料和氧化剂在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)13内发生电化学反应并产生直流电，经过DC/AC转化器19转化为交流电。