《CO近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)集成示范研究進展課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《CO近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)集成示范研究進展課件（28頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2020/11/30,#,CO,2,近零排放的煤氣,化燃料電池發(fā)電（,IGFC,）,系,統(tǒng)集成示,范研究進展,國家重點研發(fā)計劃項目,(2017YFB0601900),CO2近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電（IGFC）國家重點研發(fā)計,一,、背景及意義,二,、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),三、試驗基地建設(shè),四、,主要挑戰(zhàn)與計劃,匯報內(nèi)容,一、背景及意義匯報內(nèi)容,億噸油當量,煤炭,石油,天然氣,核電,水電,其他可再生能源,我國,CO,2,年排放量已居世界第一，簽署,巴黎協(xié)定,，承諾碳排放在,2030,年左右達到峰值,“,十三五”控制溫室

2、氣體排放工作方案,提出大型發(fā)電集團單位供電,CO,2,排放控制在,550g/kWh,；美國將煤電,CO,2,排放控制在,636g/kWh,，,目前我國煤電,CO,2,排放為,890g/kWh,，燃煤發(fā)電技術(shù)將會遇到前所未有的困境,煤電在我國能源結(jié)構(gòu)中,的基礎(chǔ),地位,在相當長時期內(nèi)不會改變，,現(xiàn)有煤電技術(shù)面臨著,提高效率難、近零排放難,、,減排,CO,2,難的瓶頸，,煤氣化發(fā)電技術(shù),能夠,突破這三大瓶頸,【,資料來源：,2050,年世界與中國能源展望,，中石油經(jīng)濟技術(shù)研究院，,2016,年,7,月,】,煤氣化發(fā)電技術(shù),一、背景及意義,億噸油當量煤炭石油天然氣核電水電其他可再生能源我國CO2年排,

3、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（,IGCC,）,是目前已被驗證的能夠大型化的煤氣化發(fā)電技術(shù)，可以實現(xiàn)污染物的近零排放,IGFC,是將,IGCC,與,高溫燃料電池,相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng),，,可大幅,提高煤氣化發(fā)電效率,，,降低,CO,2,捕集成本,，,實現(xiàn),CO,2,及污染物近零排放,，,是煤炭發(fā)電的根本性變革技術(shù),整體煤氣化燃料電池發(fā)電,IGFC,I,ntegrated,G,asification,F,uel,C,ell,一、背景及意義,整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）是目前已被驗證的能夠大型化的煤,工作溫度,:,600-800,工作壓力,:,常壓或中壓,理,論電效率,：,83%,空氣,合成氣,發(fā)電同時實現(xiàn),C

4、O2,富集,高溫燃料電池發(fā)電原理：,一、背景及意義,工作溫度:600-800空氣合成氣發(fā)電同時實現(xiàn)CO2富集,IGFC,IGFC,實現(xiàn)了煤基發(fā)電由物理發(fā)電向化學(xué)發(fā)電的技術(shù)跨越，突破卡諾循環(huán)效率限制，發(fā)電效率從目前的,4045%,提高到,5075%,化學(xué)能,熱能,機械能,電能,燃料電池發(fā)電：,化學(xué)能,電能,傳統(tǒng)熱機發(fā)電,：,一、背景及意義,IGFCIGFC實現(xiàn)了煤基發(fā)電由物理發(fā)電向化學(xué)發(fā)電的技術(shù)跨越,一、背景及意義,根據(jù)美國能源部評估，,IGFC,技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用后，可以大幅提高煤電效率，降低,CO2,和污染物排放，大幅降低水耗,一、背景及意義根據(jù)美國能源部評估，IGFC技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用后，,燃煤發(fā)

5、電,IGFC,1999,年，美國能源部成立固態(tài)能源轉(zhuǎn)化聯(lián)盟（,SECA,），開發(fā)百兆瓦級,IGFC,2003,年，美國在,Wabash river IGCC,電站示范了兆瓦級,IGFC,發(fā)電系統(tǒng),2015,年日本制定了,IGFC,發(fā)展規(guī)劃，目標是到,2025,年發(fā)電效率達到,55%,日本,2030,年火力發(fā)電規(guī)劃（日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省，,2015,）,美、日、歐均長期持續(xù)投入巨資進行,IGFC,技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范,美國,SECA,計劃（,NETL,）,250-500MW IGFC,一、背景及意義,燃煤發(fā)電IGFC1999年，美國能源部成立固態(tài)能源轉(zhuǎn)化聯(lián)盟（,一、背景及意義,目前，國外,IGFC,的關(guān)

6、鍵技術(shù)高溫燃料電池已進入小規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段，主要用于醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、樓宇等分布式供電，使用天然氣作為原料，凈發(fā)電效率達到,60%,以上，使用壽命達到,4,萬小時,以上，設(shè)備安全可靠，累計裝機規(guī)模達到,100MW,以上；,美國,BE,公司,250kW,天然氣高溫燃料電池,系統(tǒng),韓國,59MW,天然,氣,燃料電池發(fā),電,站,一、背景及意義 目前，國外IGFC的關(guān)鍵技術(shù)高溫燃料電池已進,由于國外公司長期對我國,技術(shù)封鎖,，我國高溫燃料電池技術(shù)遠落后于發(fā)達國家；,目前，我國高度重視,IGFC,技術(shù)發(fā)展，,中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告,和,能源技術(shù)創(chuàng)新,“,十三五”規(guī)劃,均將,IGFC,列為戰(zhàn)略性能源新

7、技術(shù)，目標是,2020,年完成兆瓦級,IGFC,發(fā)電示范項目,CO,2,近零排放的,IGFC,開發(fā)與示范列入國家能源發(fā)展規(guī)劃,2016-2020,年，開展,IGFC-CC,復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)研究,一、背景及意義,由于國外公司長期對我國技術(shù)封鎖，我國高溫燃料電池技術(shù)遠落后,二,、系統(tǒng),技,術(shù)開發(fā),示范系統(tǒng)流程：,示范系統(tǒng)主要包括合成氣精脫硫、高溫燃料電池、尾氣純氧燃燒和熱量回收等單元,二、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)示范系統(tǒng)流程：示范系統(tǒng)主要包括合成氣精脫硫、,500 kW,燃料電池發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計,MW,th,級系統(tǒng)設(shè)計,變壓器,100kW,級發(fā)電單元,交流母線,二,、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),500 kW燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

8、拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計MWth 級系統(tǒng)設(shè)計,參考美國,DOE,報告，利用,Aspen,建立,IGFC,系統(tǒng)模擬模型，主要物料和組分模擬相對誤差小于,2%,建立了,SOFC,和,MCFC,系統(tǒng)模型，可研究分析不同合成氣組分對電堆發(fā)電效率的影響規(guī)律,SOFC,系統(tǒng)模型,MCFC,系統(tǒng)模型,二,、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,工藝系統(tǒng)設(shè)計,參考美國DOE報告，利用Aspen建立IGFC系統(tǒng)模擬模型，,參數(shù),單位,工況,1,工況,2,工況,3,燃料流量,Nm,3,/h,2.3,2.3,2.3,操作溫度,750,750,750,操作壓力,MPa,0.1,0.1,0.1,總?cè)剂侠寐?%,86.1,88.2,91.9,空氣流量

9、,Nm,3,/h,46.6,55.8,64.1,發(fā)電功率,kW,4.07,3.95,3.96,發(fā)電效率,%,55.9,54.3,54.1,不同工況下,5kW,級合成氣,SOFC,發(fā)電系統(tǒng)性能分析,二,、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,工藝系統(tǒng)設(shè)計,參數(shù)單位工況1工況2工況 3燃料流量Nm3/h2.32.32,對,國內(nèi)外主要的高溫燃料電池企業(yè)調(diào)研和技術(shù)交流，包括,Bloom Energy,GE,FCE,Atrex Energy,蘇州華清、,寧波索福人、潮州三環(huán)等，完成美國主要高溫燃料電池企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)（,Stanford University,MIT University,University of Sout

10、h Carolina,等）現(xiàn)場考察和交流。,二,、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,關(guān)鍵設(shè)備評測,對國內(nèi)外主要的高溫燃料電池企業(yè)調(diào)研和技術(shù)交流，包括Bloom,SOFC,和,MCFC,電堆,20 kW MCFC,電堆,(,華能,),1kW SOFC,電堆,(,蘇州華清,),1.5kW SOFC,電堆,(,三環(huán),),二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,關(guān)鍵設(shè)備評測,SOFC 和MCFC 電堆20 kW MCFC 電堆(華能,P&ID for 41kW,測試平臺,第,1,批電堆測試系統(tǒng),(2017),其它電堆測試系統(tǒng),電堆測試,(2017),1 kW,級電堆測試平臺建設(shè),二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,關(guān)鍵設(shè)備評測,P&ID f

11、or 41kW 測試平臺第1批電堆測試系統(tǒng)(2,平板式氣體直燃燒嘴,尾氣燃燒器調(diào)研與評測,：燃料電池發(fā)電尾氣熱值低，僅有,1.2-1.7 MJ/Nm,3,，,穩(wěn)定燃燒困難。與中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、浙江大學(xué)、中科院廣州能源所、山東理工等進行技術(shù)交流，并開展一些驗證試驗,多孔介質(zhì)燃燒,燃燒方式,過氧量,是否預(yù)熱,燃燒溫度,對水要求,富氧燃燒,中,是,高,中,多孔介,質(zhì),燃燒,低,否,中,低,蓄熱燃燒,中,否,中,低,催化燃燒,低,是,低,高,二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,關(guān)鍵設(shè)備評測,平板式氣體直燃燒嘴尾氣燃燒器調(diào)研與評測：燃料電池發(fā)電尾氣熱值,高溫換熱器調(diào)研與設(shè)計,：燃料電池陰極和陽極尾氣溫度約,8

12、00,，需要與進料換熱回收熱量。通過與國內(nèi)外主要的換熱器廠商考察和交流，最后篩選,了一些在,高溫換熱器領(lǐng)域有一定經(jīng)驗的廠商準備進行合,作。,板式換熱器,熱側(cè)溫度分布,冷側(cè)溫度分布,二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,關(guān)鍵設(shè)備評測,高溫換熱器調(diào)研與設(shè)計：燃料電池陰極和陽極尾氣溫度約800，,多堆熱箱設(shè)計,氣體管道高溫絕緣,(700800,以上,),高溫接頭,氣體均勻分布,合成氣燃料電池發(fā)電過程放熱量比天然氣大,1,倍，熱管理難度大,二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,系統(tǒng)集成設(shè)計,多堆熱箱設(shè)計合成氣燃料電池發(fā)電過程放熱量比天然氣大1倍，熱管,5kW,模塊示意圖,二,、,系統(tǒng)技術(shù)開發(fā),-,系統(tǒng)集成設(shè)計,20kW,模塊

13、示意圖,5kW模塊示意圖二、系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)-系統(tǒng)集成設(shè)計20kW模塊示,MW,th,IGFC,系統(tǒng)示范,:,位于神華寧煤,400,萬噸煤制油廠區(qū)內(nèi)，用地面積約,5000 m2,現(xiàn)場配套條件,：,合成氣：,H,2,61%,，,CO 38%,氫氣,:H,2,99.5%,沼氣,:CH,4,75%,，,CO,2,24%,公,用工程,:,氧氣，氮氣，水電汽等,三、試驗基地建設(shè),MWth IGFC 系統(tǒng)示范:位于神華寧煤400萬噸煤制,三、試驗基地建設(shè),國家能源集團,IGFC,試驗基地效果圖,三、試驗基地建設(shè)國家能源集團IGFC試驗基地效果圖,試驗基地建設(shè)已在寧東管委會備案，,2018,年,8,月份開始施工

14、建設(shè)，目前混凝土廠房已經(jīng)封頂，年底前完成主要建設(shè)工作，明年初具備使用條件,三、試驗基地建設(shè),試驗基地建設(shè)已在寧東管委會備案，2018年8月份開始施工建設(shè),主要挑戰(zhàn),電堆來源,穩(wěn)定性，一致性，單堆功率，產(chǎn)能等,系統(tǒng)集成,多堆熱箱,:,氣體均勻分布,高溫絕緣，等,熱量回收,:,耐高溫,(700-800,以上,),，合成氣發(fā)電放熱量大,CO,2,捕集,:,低熱值氣體純氧燃燒,(1.2-1.7 MJ/Nm,3,),系統(tǒng)控制,:,工藝控制和電力控制協(xié)調(diào),系統(tǒng)適應(yīng)性,：適應(yīng)不同來源、不同種類電堆（,SOFC,和,MCFC,）,四,、,主要挑戰(zhàn)與計劃,主要挑戰(zhàn)四、主要挑戰(zhàn)與計劃,下一步計劃,2018-201

15、9,510 kW(4,個電堆,),級合成氣,SOFC,發(fā)電系統(tǒng)及,CO,2,捕集驗證,2019-2020,20100,kW(4,個或更多電堆）級,IGFC,發(fā)電系統(tǒng)及,CO,2,捕集驗證,2020-2021,500 kW(5*100 kW),級,IGFC,發(fā)電系統(tǒng)及,CO,2,捕集驗證,四、,主要挑戰(zhàn)與計劃,下一步計劃四、主要挑戰(zhàn)與計劃,致 謝,感謝科技部高技術(shù)中心、項目牽頭單位國家能源集團和項目負責(zé)人彭院士對,本工,作的指導(dǎo)和支持！,感謝項目參與單位,神神,華寧煤集,團,、,華,新能源公,司的,大力支持,！,致 謝感謝科技部高技術(shù)中心、項目牽頭單位國家能源集團和項,四、問題討論,Thanks for your time,！,四、問題討論Thanks for your time！,