一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统，属于固体氧化物燃料电池、分布式能源的技术领域，该供能系统中空气预热器和燃气预热器分别连接于燃料电池发电子系统，且燃料电池发电子系统中未反应完全的阴阳极气体排放至燃烧器；通过空气供应子系统供应压缩空气至空气预热器和燃烧器，通过天然气供应单元供应天然气至合成气生成单元和燃烧器，由合成气生成单元产生合成气并供应至燃气预热器；其中，所述燃烧器燃烧产生的高温烟气分别进入至空气预热器和燃气预热器，由空气预热器和燃气预热器排放至合成气生成单元并辅助合成气生成单元生成合成气，以达到广泛应用于中小型热电联供的固定电站及数据中心、医院、机场等分布式能源的目的。分布式能源的目的。分布式能源的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统


[0001]本专利技术属于固体氧化物燃料电池、分布式能源的
，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着经济的快速发展，我国已经成为一个能源生产和消费大国，随之引起的资源消耗和环境问题日益凸显，寻求和发展高效、清洁的新能源技术是解决上述问题的关键。燃料电池是一种通过电极反应直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置，燃料电池技术是继水力、火力和核能之后的新一代发电技术。根据电解质的不同，燃料电池可分为多种类型，其中，固体氧化物燃料电池因具有能量转化效率高(热电联供的转化效率可达80％以上)、对环境友好、良好的安全性与适应性等优点而备受关注。
[0003]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。除了燃料电池的一般优点外，SOFC还具有以下特点：对燃料的适应性强，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行；不需要使用贵金属催化剂；使用全固态组件，不存在对漏液、腐蚀的管理问题；积木性强，规模和安装地点灵活等。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
[0004]近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。因此，固体氧化物燃料电池在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统以达到广泛应用于中小型热电联供的固定电站及数据中心、医院、机场等分布式能源的目的。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统，该供能系统至少包括：
[0007]燃料电池发电子系统；
[0008]能量回收子系统，所述能量回收子系统至少包括空气预热器、燃气预热器和燃烧器，所述空气预热器和燃气预热器分别连接于燃料电池发电子系统，且燃料电池发电子系统中未反应完全的阴阳极气体排放至燃烧器，采用燃烧器对固体氧化物燃料电池的未反应尾气进行燃尽利用；
[0009]空气供应子系统，通过空气供应子系统供应压缩空气至空气预热器和燃烧器；
[0010]燃料供应子系统，所述燃料供应子系统包括天然气供应单元和合成气生成单元，通过天然气供应单元供应天然气至合成气生成单元和燃烧器，由合成气生成单元产生合成气并供应至燃气预热器；
[0011]其中，所述燃烧器燃烧产生的高温烟气分别进入至空气预热器和燃气预热器，由空气预热器和燃气预热器排放至合成气生成单元并辅助合成气生成单元生成合成气。
[0012]进一步地，该供能系统还包括：氮气供应子系统，所述氮气供应子系统分别与空气供应子系统和燃料供应子系统相连接，为系统启停阶段提供管道及设备吹扫的作用。
[0013]进一步地，所述氮气供应子系统包括氮气储罐，所述氮气储罐连接有氮气母管，氮气母管上设有快关阀且氮气母管分别连接至空气供应子系统和燃料供应子系统。
[0014]进一步地，所述空气供应子系统与燃烧器之间的支路、空气供应子系统与空气预热器之间的支路、天然气供应单元与合成气生成单元之间的支路、天然气供应单元与燃烧器之间的支路、氮气供应子系统与空气供应子系统之间的支路以及氮气供应子系统与燃料供应子系统之间的支路上均设有调节阀和流量计。
[0015]进一步地，所述燃料电池发电子系统包括固体氧化物燃料电池，采用固体氧化物燃料电池作为能量转化单元，所述固体氧化物燃料电池的阴极和阳极分别与空气预热器和燃气预热器相连接，并通过固体氧化物燃料电池对外输出电能，以利用燃烧器的尾气余热对进入SOFC电池组的空气及合成气进行预热。
[0016]进一步地，所述合成气生成单元包括：重整反应器和蒸汽发生器，所述重整反应器的天然气进口与天然气供应单元连接，重整反应器的蒸汽进口与蒸汽发生器的蒸汽出口连接，且蒸汽发生器的进水口连接有给水泵，给水泵连接有水箱；采用天然气重整为固体氧化物燃料电池提供合成气；
[0017]所述重整反应器的换热进口分别连接至空气预热器和燃气预热器，重整反应器的换热出口与蒸汽发生器的换热进口连接，以利用燃烧器的尾气余热对天然气的重整及蒸汽的发生进行供能。
[0018]进一步地，所述给水泵与蒸汽发生器的进水口之间设有流量计。
[0019]进一步地，所述能量回收子系统还包括：余热回收装置，所述余热回收装置与蒸汽发生器的换热出口连接，并通过余热回收装置供应热水和/或暖气，以采用余热回收装置对尾气余热进行进一步利用并提供热水和/或暖气。
[0020]进一步地，所述天然气供应单元包括：天然气储罐或管道煤气，所述天然气储罐或管道煤气连接有天然气母管，天然气母管上设有快关阀且天然气母管连接有脱硫器，脱硫器的出口分别连接至合成气生产单元和燃烧器。
[0021]进一步地，所述空气供应子系统包括：空压机、缓冲罐和干燥机，所述空压机与缓冲罐连接，缓冲罐与干燥机连接，干燥机的出口连接有压缩空气母管，压缩空气母管分别与燃烧器和空气预热器连接。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1.采用本专利技术所提供的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其可用于中小型热电联供的固定电站及数据中心、医院、机场等分布式能源领域，增加区域供能的可靠性。
[0024]2.采用本专利技术所提供的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其固体氧化物燃料电池中未反应完全的阴阳极气体排放至燃烧器进一步燃烧利用，同时，燃烧产生的高温烟
气经空气预热器和燃气预热器后进入至重整反应器、蒸汽发生器，最后，由余热回收装置回收利用后作为尾气排放，其实现了热电联产，燃料利用率高，且能量利用效率高达80％。
[0025]3.采用本专利技术所提供的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其通过燃料供应子系统供应天然气，并由天然气和蒸汽共同生成合成气，再经过燃气预热器输入至固体氧化物燃料电池作为燃料，该系统直接使用天然气作为燃料，其燃料的适应性强。
[0026]4.采用本专利技术所提供的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其燃料电池发电子系统采用固体氧化物燃料电池，固体氧化物燃料电池工作温度高，能有效提升电极反应活性，不必使用贵金属做催化剂。
[0027]5.采用本专利技术所提供的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其燃料通过电化学反应实现能量转化，几乎没有颗粒物、NOx、SOx的排放，环保优势强。
附图说明
[0028]图1是本专利技术所提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其特征在于，该供能系统至少包括：燃料电池发电子系统；能量回收子系统，所述能量回收子系统至少包括空气预热器、燃气预热器和燃烧器，所述空气预热器和燃气预热器分别连接于燃料电池发电子系统，且燃料电池发电子系统中未反应完全的阴阳极气体排放至燃烧器；空气供应子系统，通过空气供应子系统供应压缩空气至空气预热器和燃烧器；燃料供应子系统，所述燃料供应子系统包括天然气供应单元和合成气生成单元，通过天然气供应单元供应天然气至合成气生成单元和燃烧器，由合成气生成单元产生合成气并供应至燃气预热器；其中，所述燃烧器燃烧产生的高温烟气分别进入至空气预热器和燃气预热器，由空气预热器和燃气预热器排放至合成气生成单元并辅助合成气生成单元生成合成气。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其特征在于，该供能系统还包括：氮气供应子系统，所述氮气供应子系统分别与空气供应子系统和燃料供应子系统相连接。3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其特征在于，所述氮气供应子系统包括氮气储罐，所述氮气储罐连接有氮气母管，氮气母管上设有快关阀且氮气母管分别连接至空气供应子系统和燃料供应子系统。4.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池分布式供能系统，其特征在于，所述空气供应子系统与燃烧器之间的支路、空气供应子系统与空气预热器之间的支路、天然气供应单元与合成气生成单元之间的支路、天然气供应单元与燃烧器之间的支路、氮气供应子系统与空气供应子系统之间的支路以及氮气供应子系统与燃料供应子系统之间的支路上均设有调节阀和流量计。5.根据权利要求1所述的固体氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旭，韦耿，李维成，王绍荣，周娟，张定海，周棋，杨枨钧，张文帅，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：