基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统技术方案

本实用新型专利技术涉及基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统，属于能源利用技术领域。解决能量利用率低的问题。包括预热器、燃烧器、重整器、蒸汽发生器、水汽变换反应器、换热除水装置、提纯单元、储水罐、分离装置、燃料电池和换热器，预热器、燃烧器、蒸汽发生器、预热器连接，预热器连接四级换热器和分离装置；预热器、重整器、一级换热器、二级换热器、水汽变换反应器、三级换热器、换热除水装置、提纯单元和燃料电池连接，燃料电池和提纯单元连接二级换热器和燃烧器；四级换热器、提纯单元和换热除水装置连接；分离装置、储水罐、三级换热器、蒸汽发生器、一级换热器和重整器连接，换热除水装置与储水罐连接。提高能源利用率。提高能源利用率。提高能源利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统


[0001]本技术涉及基于甲烷重整制氢和燃料电池的热电联产系统，属于能源利用


技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，产物只有水，具有清洁、绿色、效率高等优点，是未来的主要能源装置之一。燃料电池技术近几年发展迅速，逐步开发出更高功率等级、更高性能、更长寿命、更低运行温度的燃料电池组件。然而我国氢气加气站尚在布局中，大部分地区没有氢气源，这限制着燃料电池技术的推广。如何在没有氢气的地区发展燃料电池技术是需要迫切解决的问题。
[0003]甲烷水蒸气重整制氢是目前工业上最成熟的制氢技术，该工艺只需要甲烷和水为原料，原料易得，因而可用此工艺为燃料电池提供氢气。值得注意的是，甲烷水蒸气重整过程需要大量的能量和水，是一个高能耗的过程。在获取氢气的同时，如何充分利用这些能量和循环利用物料，提高系统能量利用效率是要解决的主要问题。
[0004]因此，亟需提出基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本技术研发解决的是如何充分利用能量和循环利用物料，提高系统能量利用效率的问题。在下文中给出了关于本技术的简要概述，以便提供关于本技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本技术的穷举性概述。它并不是意图确定本技术的关键或重要部分，也不是意图限定本技术的范围。
[0006]本技术的技术方案：
[0007]基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统，包括预热器、燃烧器、重整器、蒸汽发生器、水汽变换反应器、换热除水装置、提纯单元、储水罐、分离装置、燃料电池、一级换热器、二级换热器、三级换热器和四级换热器，预热器包括第一预热器管路和第二预热器管路，蒸汽发生器包括蒸汽发生器气路和蒸汽发生器水汽路，换热除水装置包括换热除水装置水汽路、换热除水装置水路和换热除水装置管路，提纯单元包括第一提纯单元管路和第二提纯单元管路，分离装置包括分离装置凝结水出路，燃料电池包括燃料电池出气路，一级换热器、二级换热器、三级换热器和四级换热器均包括管程和壳程；
[0008]第一预热器管路、重整器、一级换热器管程、二级换热器管程、水汽变换反应器、三级换热器管程、换热除水装置管路、第二提纯单元管路和燃料电池顺次连接形成氢气进入燃料电池阳极的第一气路；
[0009]燃料电池出气路、二级换热器壳程和燃烧器顺次连接形成重整热源的第二气路；
[0010]第一提纯单元管路、二级换热器壳程、燃烧器顺次连接形成重整热源的第三气路；
[0011]第一预热器管路、燃烧器、蒸汽发生器气路、第二预热器管路、四级换热器管程和
分离装置顺次连接形成重整热源的第四气路；
[0012]四级换热器壳程、第一提纯单元管路和换热除水装置水路顺次循环连接形成冷却的第五水路，换热除水装置水汽路与储水罐连接形成冷凝水回收的辅助水汽路；
[0013]分离装置凝结水出路、储水罐、三级换热器壳程、蒸汽发生器水汽路、一级换热器壳程和重整器顺次连接形成水给的第六水汽路。
[0014]优选的：所述四级换热器壳程和第一提纯单元管路的连接管路上顺次连接热用户和循环水补水装置。
[0015]优选的：所述储水罐连接补充水装置。
[0016]优选的：所述预热器的入口连接增压泵。
[0017]本技术具有以下有益效果：
[0018]1.本技术将甲烷重整制氢与质子交换膜燃料电池组合，形成一套热电联产系统，有效解决了无氢场景下的质子交换膜燃料电池应用问题，同时能够梯级回收甲烷重整过程的热量，并且能够实现一定的水和燃料自补充，节约资源，提高系统效率。
[0019]2.本技术通过分级布置换热器，既能维持设备的正常工作温度，梯级对原料气进行预热，提高反应效率，节约能源；同时也回收了系统中的余热，这部分余热可以作为生活热水、供暖热源供给热用户，提高系统热电联产效率。
[0020]3.本技术充分利用原料，实现部分的燃料和水自给，燃料电池阳极尾气、提纯分离出的可燃气体全部送入燃烧器燃烧，节约燃料；燃烧器尾气中的水蒸气、合成气中分离出的水蒸气全部回收。
[0021]4.本技术系统无危废尾气和废水的排放，环境友好。
附图说明
[0022]图1是基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统的结构示意图。
[0023]图中1
‑
预热器，2
‑
燃烧器，3
‑
重整器，4
‑
蒸汽发生器，5
‑
水汽变换反应器，6
‑
换热除水装置，7
‑
提纯单元、8
‑
储水罐，9
‑
分离装置，10
‑
燃料电池，11
‑
一级换热器，12
‑
二级换热器，13
‑
三级换热器，14
‑
四级换热器，41
‑
蒸汽发生器气路，42
‑
蒸汽发生器水汽路，61
‑
换热除水装置水汽路，62
‑
换热除水装置水路，63
‑
换热除水装置管路，71
‑
第一提纯单元管路，72
‑
第二提纯单元管路，91
‑
分离装置凝结水出路，100
‑
燃料电池出气路。
具体实施方式
[0024]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本技术的概念。
[0025]本技术所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选
择铰链连接。
[0026]具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统，包括预热器1、燃烧器2、重整器3、蒸汽发生器4、水汽变换反应器5、换热除水装置6、提纯单元7、储水罐8、分离装置9、燃料电池10、一级换热器11、二级换热器12、三级换热器13和四级换热器14，预热器1包括第一预热器管路101和第二预热器管路102，蒸汽发生器4包括蒸汽发生器气路41和蒸汽发生器水汽路42，换热除水装置6包括换热除水装置水汽路61、换热除水装置水路6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于甲烷重整制氢和质子交换膜燃料电池的热电联产系统，其特征在于：包括预热器(1)、燃烧器(2)、重整器(3)、蒸汽发生器(4)、水汽变换反应器(5)、换热除水装置(6)、提纯单元(7)、储水罐(8)、分离装置(9)、燃料电池(10)、一级换热器(11)、二级换热器(12)、三级换热器(13)和四级换热器(14)，预热器(1)包括第一预热器管路(101)和第二预热器管路(102)，蒸汽发生器(4)包括蒸汽发生器气路(41)和蒸汽发生器水汽路(42)，换热除水装置(6)包括换热除水装置水汽路(61)、换热除水装置水路(62)和换热除水装置管路(63)，提纯单元(7)包括第一提纯单元管路(71)和第二提纯单元管路(72)，分离装置(9)包括分离装置凝结水出路(91)，燃料电池(10)包括燃料电池出气路(100)，一级换热器(11)、二级换热器(12)、三级换热器(13)和四级换热器(14)均包括管程和壳程；第一预热器管路(101)、重整器(3)、一级换热器(11)管程、二级换热器(12)管程、水汽变换反应器(5)、三级换热器(13)管程、换热除水装置管路(63)、第二提纯单元管路(72)和燃料电池(10)顺次连接形成氢气进入燃料电池阳极的第一气路；燃料电池出气路(100)、二级换热器(12)壳程...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，张春伟，高维广，于彬，张绍睿，康达，马闯，陈松，
申请(专利权)人：哈电发电设备国家工程研究中心有限公司，
类型：新型
国别省市：