CN117553286A - 一种发电过程中联产蒸汽的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电过程中联产蒸汽的方法及系统。本发明包括：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；在该系统内，燃料电池利用供气单元为其阳极提供的燃料气与供养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。本发明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，提高了燃料电池的余热品质，节约了天然气资源。

Description

一种发电过程中联产蒸汽的方法及系统
技术领域
本发明涉及能源开发和能源转换技术领域，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
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。
发明内容
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。
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。
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；
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；
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；
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；
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；
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。
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；
所述净化器用于对初始燃料气的杂质处理；
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。
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；
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；
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；
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。
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；
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。
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，
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；
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；
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；
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；
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。
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。
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：
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；
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；
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。
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:
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。
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：
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。
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：
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；
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。
在一些可选的实施例中，上述方法还包括：
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。
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；
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。
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％；
所述阴极尾气储罐中新注入的氧气的压力不高于4MPa；
所述阴极尾气经压缩机增压后，压力不高于2MPa。
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℃。
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℃。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
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。
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。
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。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发 明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中发电过程联产蒸汽系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中联产蒸汽系统工艺流程图；
图3为本发明实施例中包含第三蒸汽生成单元的工艺流程图；
图4为本发明实施例中发电过程联产蒸汽方法的流程图；
附图标记：
1-净化器，2-第一换热器，3-第二换热器，4-燃料电池，5-第三换热器，6- 第四换热器，7-阳极尾气燃烧器，8-供氧预热装置，9-第五换热器，10-第六换 热器，11-阴极尾气储罐，12-压缩机，13-第七换热器，14-第八换热器，15-第 九换热器
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了 本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被 这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本 公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有蒸汽生产的过程中，二氧化碳排放量大，同时固体氧化物燃 料电池(SOFC)余热品质不高的问题，本发明实施例提供了一种发电过程中 联产蒸汽的系统及方法，以将固体氧化物燃料电池与蒸汽生产相结合，以增加 固体氧化燃料电池的余热品质。
本发明实施例提供的一种发电过程中联产蒸汽的系统，如图1所示，包括： 燃料电池4、供气单元01、供氧单元02、以及第一蒸汽生成单元03和/或第二 蒸汽生成单元05；
其中，供气单元01与燃料电池4的阳极相连，以为燃料电池4提供燃料 气；
供氧单元02与燃料电池4的阴极相连，以为燃料电池4提供氧气；
燃料电池4，用于使用上述燃料气和氧气发电并产生阳极尾气和阴极尾气；
第一蒸汽生成单元03，与燃料电池阳极相连，用于利用阳极产生的阳极尾 气与水进行换热产出蒸汽；
第二蒸汽生成单元05，与燃料电池阴极相连，用于利用阴极产生的阴极尾 气与水进行换热产出蒸汽。
上述系统，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，可以充分利用资源，相对于原料燃烧产生蒸汽过程而言，可以减少二 氧化碳的排放量，降低了碳排放成本，同时充分利用了燃料电池发电尾气的热 量，避免发电余热的大量浪费，提高了燃料电池的余热品质，可以节约资源并 降低成本。
在一些可选的实施例中，上述系统的一种具体结构示例如图2所示。
供气单元包括：净化器1和供气预热装置；净化器1用于对初始燃料气的 杂质处理；工业驰放气、炼厂尾气等初始燃料气氢气含量高，但其内含有硫氮 杂质，经过净化器1脱除硫氮杂质后，无需重整可直接作为燃料气进入燃料电 池内进行发电反应。
可选的，供气预热装置包括至少一个换热器，如图2所示的以两个换热器 为例，供气预热装置包括第一换热器2与第二换热器3，第一换热器2与净化 器1连接，第二换热器3与燃料电池4连接；供气预热装置用于对处理后的燃 料气进行预热处理，经净化器净化后的燃料气依次通入第一换热器2与第二换 热器3中经过与预热物料进行两级换热，使燃料气达到第一预设温度后提供到 燃料电池4阳极，供气预热装置中包括的换热器只需使燃料气进入燃料电池时 能达到第一预设温度即可，对于具体换热器的个数，本发明不作限定。
本发明实施例的供氧单元02为燃料电池的阴极提供氧气，可选的，可以 提供新注入的氧气，也可以将阴极未反应氧气循环提供给阴极或提供新注入的 氧气与阴极未反应氧气的混合氧气给阴极，上述供氧单元02，包括：阴极尾气 储罐11、压缩机12及供氧预热装置8；
阴极尾气储罐11与第二蒸汽生成单元05连接，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，在本发明实施 例中，燃料电池的发电反应在阴极不产生气体，因此阴极尾气为燃料电池4内 未反应的氧气；
压缩机12与阴极尾气储罐11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；供氧预热装置8可包含至少一个换热器，以用于 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，可选的，对于供氧预热装置8包含换热器具体个数，本发明不作限定，只 需使阴极尾气、新注入的氧气或混合氧气进入燃料电池时能达到第二预设温度 即可。
上述系统，可以利用燃料电池阳极和/或阴极的尾气来产生蒸汽，因此，可 以在阳极设置第一蒸汽生成单元03，可以在阴极设置第二蒸汽生成单元04， 也可以两者都设置。
第一蒸汽生成单元03可以包括至少一级换热器，如图2所示，以第一蒸 汽生成单元03包括两级换热器为例，第一蒸汽生成单元03包括第三换热器5 和第四换热器6，第三换热器5与燃料电池4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，第四换热器6与第三换热器5相连以利用阳极尾气 与水进行换热产出第一低压蒸汽，上述阳极尾气包括燃料电池发电反应产生的 水蒸汽、二氧化碳及未反应完的燃料气，利用阳极尾气的余热与水的热交换来 产出蒸汽。
第二蒸汽生成单元05可以包括至少一级换热器，以第二蒸汽生成单元05 包括两级换热器为例，第二蒸汽生成单元05包括第五换热器9与第六换热器10，第五换热器9与燃料电池4阴极相连以利用阴极尾气与通入第五换热器的 水进行换热产出第二中压蒸汽，第六换热器10与第五换热器9相连以利用阴 极尾气与通入第六换热器的水进行换热产出第二低压蒸汽。
在一些可选的实施例中，除了利用阳极尾气、阴极尾气的热量通过换热的 方式产出蒸汽外，还可以进一步利用阳极尾气中未燃烧的燃料气来产出蒸汽， 也可以利用阳极尾气中未燃烧的燃料气燃烧后产生的热量为提供给燃料电池 阳极的燃料气进行预热。可选地，上述系统的另一种具体结构示例如图3所示， 本发明实施例提供的系统还包括第三蒸汽生成单元，第三蒸汽生成单元与第一 蒸汽生成单元03相连，其包括阳气尾气燃烧器7和至少一级换热器，以第三 蒸汽生成单元包括三级换热器为例，第三蒸汽生成单元包括第七换热器13、第 八换热器14及第九换热器15；
其中阳气尾气燃烧器7与第一蒸汽生成单元03中第四换热器6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，阳气尾气燃烧器7与供氧预 热装置8及第二换热器3相连以使未反应的燃料气的燃烧产物为进入燃料电池 阳极的燃料气及进入燃料电池阴极的氧气进行预热；
如图3所示，第七换热器13与第二换热器3及供氧预热装置8相连以利 用用于给上述氧气及燃料气预热后的燃烧产物与通入第七换热器13的水进行 换热产第三中压蒸汽；第八换热器14与第七换热器13相连以利用燃烧产物与 水进行换热生产第三低压蒸汽；
第九换热器15与第八换热器14相连以使与第七换热器13及第八换热器 14换热后的燃烧产物通入第九换热器15中与水进行换热生产热水并放空燃烧 产物。
在第三蒸汽生成单元中，第八换热器14与第一换热器2相连，以利用在 第八换热器14中产出的第三低压蒸汽对净化后的燃料气进行预热。
上述系统，充分利用燃料电池发电后的阳极尾气、阴极尾气产生蒸汽的同 时，进一步利用阳极尾气中未燃烧的燃料气产生蒸汽，以及与供气预热装置建 立循环，为提供给阳极的燃料气进行预热等等，通过多重循环和利用，使燃料 气的利用率进一步提高，充分利用各个环节产生的热量和尾气，最大程度的避 免资源浪费。
基于同一种发明构思，本发明实施例还提供一种利用上述发电过程中联产 蒸汽的系统进行联产蒸汽的方法，如图4所示，其步骤如下：
步骤S101：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；
步骤S102：利用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；
步骤S103：第一蒸汽生成单元利用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阴极尾气与水进行换热产出蒸汽。
在步骤S101中，供气单元为燃料电池的阳极提供燃料气，包括：供气单 元对初始燃料气进行净化处理并预热，使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；
供氧单元为燃料电池的阴极提供氧气，包括：
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，提供给燃料电池 的阴极进行反应。随着可再生能源装机容量的增大，电解水装置逐渐增加会带 来更多的副产氧气，阴极尾气储罐内新注入的氧气可利用可再生能源电解水时 副产的氧气进行反应，从而有利于降低能量的损耗，节约能源成本。
在步骤S103中，第一蒸汽生成单元利用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阴极尾气与水进行换热产出蒸汽，包括：
第一蒸汽生成单元利用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；第二蒸汽生成单元利用阴极尾气在第五换 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；可选的，在 步骤103中，可只在第一蒸汽生成单元中生产第一中压蒸汽和/或第一低压蒸汽， 也可只在第二蒸汽生成单元中生产第二中压蒸汽和/或第二低压蒸汽，也可同时 在第一蒸汽生成单元和第二蒸汽生成单元中进行蒸汽的生产。
可选的，本发明实施例中利用如图3所示的结构示例进行联产蒸汽时还包 括：
与第一蒸汽生成单元相连的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。
其中第三低压蒸汽用于与第一换热器2相连，以使净化后的燃料气与第三 低压蒸汽进行换热，以对净化后的燃料气进行预热；未反应的燃料气燃烧后的 燃烧产物为进入燃料电池阳极的燃料气及进入燃料电池阴极的氧气进行预热。
对于发电过程中联产蒸汽方法的具体执行过程，已在相关的联产蒸汽系统 的实施例中进行详细描述，此处将不做详细阐述说明。
在进行固体氧化物燃料电池发电并联产蒸汽的过程中，对燃料气及氧气的 相关参数设置有以下要求：初始燃料气氢气含量不低于30％；阴极尾气储罐中 新注入的氧气的压力不高于4MPa；阴极尾气经压缩机增压后，压力不高于 2MPa；燃料气经过预热进入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℃。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℃。
针对不同的燃料气及氧气的参数，如图3所示，对上述发电过程联产蒸 汽的工艺流程进行举例说明如下：
示例1：当工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气氢气含量为30％，燃 料气经净化处理和预热后进入固体氧化物燃料电池SOFC阳极的温度为 700℃，反应后的阳极尾气温度为800℃。新注入的新鲜氧气压力为4MPa， 进入阴极尾气储罐的阴极尾气经增压机增压，压力为1.5MPa。进入固体燃料 电池的阴极反应物温度为720℃，反应后的阴极尾气温度为820℃。阳极尾气 离开生产中压蒸汽换热器温度为500℃，离开生产低压蒸汽换热器温度为200℃，阴极尾气离开生产中压蒸汽换热器温度为500℃，离开生产低压蒸汽 换热器温度为200℃；未反应的燃料气经阳极尾气燃烧器燃烧后生成燃烧产 物，其燃烧产物离开生产热水换热器的温度为100℃。生产指标见表1。按照 8760小时/年核算，兆瓦级固体氧化物燃料电池累计发电855万度，按0.5元 /度计算，收入427.5万元，联产中压蒸汽4300吨、低压蒸汽4180吨，分别 按照200元/吨、150元/吨计算，收入为86万元、62.7万元，总收入576.2 万元，蒸汽收入占比25.8％。
表1工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气进气量2MW(低热值)生产指标值
示例2：当工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气氢气含量为60％，燃料 气经净化处理和预热后进入固体氧化物燃料电池SOFC阳极的温度为720℃， 反应后的阳极尾气温度为810℃。新注入的新鲜氧气压力为3.5MPa，进入阴极 尾气储罐的阴极尾气经增压机增压，压力为2MPa。进入固体氧化物燃料电池 的阴极反应物温度为700℃，反应后的阴极尾气温度为800℃。阳极尾气离开 生产中压蒸汽换热器温度为480℃，离开生产低压蒸汽换热器温度为250℃， 阴极尾气离开生产中压蒸汽换热器温度为450℃，未反应的燃料气经阳极尾气燃烧器燃烧后生成燃烧产物，其燃烧产物离开生产低压蒸汽换热器温度为 180℃；离开生产热水换热器的温度为80℃。生产指标见表2。按照8760小时 /年核算，兆瓦级固体氧化物燃料电池累计发电911万度，按0.5元/度计算，收 入455.5万元，联产中压蒸汽4030吨、低压蒸汽3920吨，分别按照200元/ 吨、150元/吨计算，收入为80.6万元、58.8万元，总收入594.9万元，蒸汽收 入占比23.4％。
表2工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气进气量2MW(低热值)生产指标值
示例3：当工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气氢气含量为100％，燃 料气经净化处理和预热后进入固体氧化物燃料电池SOFC阳极的温度为710℃， 反应后的阳极尾气温度为820℃。新注入的新鲜氧气压力为3MPa，进入阴极 尾气储罐的阴极尾气经经增压机增压，压力为1.8MPa。进入固体氧化物燃料 电池的阴极反应物温度为710℃，反应后的阴极尾气温度为810℃。阳极尾气 离开生产中压蒸汽换热器温度为400℃，离开生产低压蒸汽换热器温度为200℃， 阴极尾气离开生产中压蒸汽换热器温度为400℃，离开生产低压蒸汽换热器温 度为150℃；未反应的燃料气经阳极尾气燃烧器燃烧后生成燃烧产物，其燃烧 产物离开生产热水换热器的温度为90℃。生产指标见表3。按照8760小时/年 核算，兆瓦级固体氧化物燃料电池累计发电1025万度，按0.5元/度计算，收 入512.5万元，联产中压蒸汽3670吨、低压蒸汽3530吨，分别按照200元/ 吨、150元/吨计算，收入为73.4万元、53.0万元，总收入638.9万元，蒸汽收 入占比19.8％。
表3工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气进气量2MW(低热值)生产指标值
示例4：当工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气氢气含量为20％，燃料 气经净化处理和预热后进入固体氧化物燃料电池SOFC阳极的温度为680℃， 反应后的阳极尾气温度为780℃。新注入的新鲜氧气压力为4MPa，进入阴极 尾气储罐的阴极尾气经经增压机增压，压力为1.8MPa。进入固体氧化物燃料 电池的阴极反应物温度为700℃，反应后的阴极尾气温度为770℃。阳极尾气 离开生产中压蒸汽换热器温度为380℃，离开生产低压蒸汽换热器温度为200℃， 阴极尾气离开生产中压蒸汽换热器温度为400℃，离开生产低压蒸汽换热器温 度为150℃；未反应的燃料气经阳极尾气燃烧器燃烧后生成燃烧产物，其燃烧 产物离开生产热水换热器温度为90℃。生产指标见表4。按照8760小时/年核 算，兆瓦级固体氧化物燃料电池累计发电806万度，按0.5元/度计算，收入403 万元，联产中压蒸汽4420吨、低压蒸汽4350吨，分别按照200元/吨、150元 /吨计算，收入为88.4万元、65.3万元，总收入556.7万元，蒸汽收入占比27.6％。
表4工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气进气量2MW(低热值)生产指标值
示例5：当工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气氢气含量10％，燃料 气经净化处理和预热后进入固体氧化物燃料电池SOFC阳极的温度为600℃， 反应后的阳极尾气温度为680℃。新注入的新鲜氧气压力为3MPa，进入阴极 尾气储罐的阴极尾气经增压机增压，压力为1.5MPa。进入固体氧化物燃料电 池的阴极反应物温度为600℃，反应后的阴极尾气温度为700℃。阳极尾气离 开生产中压蒸汽换热器温度为350℃，离开生产低压蒸汽换热器温度为160℃， 阴极尾气离开生产中压蒸汽换热器温度为380℃，离开生产低压蒸汽换热器 温度为180℃；未反应的燃料气经阳极尾气燃烧器燃烧后生成燃烧产物，其 燃烧产物离开生产热水换热器的温度为95℃。生产指标见表5。按照8760小 时/年核算，兆瓦级固体氧化物燃料电池累计发电613万度，按0.5元/度计算， 收入306.5万元，联产中压蒸汽4815吨、低压蒸汽4750吨，分别按照200 元/吨、150元/吨计算，收入为96.3万元、71.3万元，总收入474.1万元，蒸 汽收入占比35.4％。
表5工业驰放气、炼厂尾气等含氢气燃料气进气量2MW(低热值)生产指标值
综合示例1至示例5所示可以看出：联产蒸汽的整个过程中，当初始燃料 气氢气含量不低于30％；阴极尾气储罐中新注入的氧气的压力不高于4MPa； 阴极尾气经压缩机增压后，压力不高于2MPa；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℃。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℃ 时。整个发电过程中联产蒸汽系统发电度数及生产中压蒸汽和低压蒸汽总吨数 带来的总收入要高于燃料气、氧气等相关参数不在预设范围内时的总收入。因 此根据燃料气及氧气相关参数设置要求的范围进行该工艺流程相关参数的设 置，能更好的提高热电联产的效率，获得更好的收益效果。
本发明实施例的发电过程中联产蒸汽的系统，将燃料电池燃烧发电与蒸汽 生产相结合，相比较于传统通过燃烧方式进行蒸汽生产的方式，减少了蒸汽生 产过程中二氧化碳的排放，同时利用燃料电池的阳极尾气与阴极尾气进行蒸汽 的产出，提高了阳极尾气与阴极尾气的余热品质，带来更好的经济效益。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。 基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公 开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给 出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本 公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主 题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反， 如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全 部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其 中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而 描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该 认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例 旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。 此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术 语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使 用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (15)

1.一种发电过程中联产蒸汽的系统，其特征在于，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；
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；
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；
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；
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；
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。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供气单元包括：净化器和供气预热装置；
所述净化器用于对初始燃料气的杂质处理；
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。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供氧单元，包括：阴极尾气储罐、压缩机及供氧预热装置；
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；
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；
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。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
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；
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。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括第三蒸汽生成单元，
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；
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；
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；
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；
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。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，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。
7.一种发电过程中联产蒸汽的方法，其特征在于，包括：利用如权利要求1-6任一所述的发电过程中联产蒸汽的系统进行蒸汽的生产，其步骤如下：
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；
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；
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。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述供气单元为所述燃料电池的阳极提供燃料气，包括:
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。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述供氧单元为所述燃料电池的阴极提供氧气，包括：
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。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，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：
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；
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。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
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。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述第三低压蒸汽为所述燃料气进行预热；
所述未反应的燃料气燃烧后的燃烧产物为所述燃料气及所述氧气进行预热。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述初始燃料气氢气含量不低于30％；
所述阴极尾气储罐中新注入的氧气的压力不高于4MPa；
所述阴极尾气经压缩机增压后，压力不高于2MPa。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，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℃。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
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℃。
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