使用固废合成气的燃料电池发电系统及发电方法技术方案

本发明专利技术涉及一种使用固废合成气的燃料电池发电系统及发电方法，该燃料电池发电系统包括：燃烧器、蒸汽发生器、混合器、重整器及固体氧化物燃料电池。该使用固废合成气的燃料电池发电系统通过利用燃烧器燃烧固废合成气启动燃料电池发电系统，能够充分利用固废合成气的能量，避免了使用高热值燃气作为燃料燃烧或者电力启动燃料电池发电系统；固废合成气还可作为燃料电池的燃料，能够一定程度地利用固废合成气作为燃料电池发电原料，上述使用固废合成气的燃料电池发电系统的能量利用率高，降低系统运行成本。统运行成本。统运行成本。

【技术实现步骤摘要】
使用固废合成气的燃料电池发电系统及发电方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，具体涉及一种使用固废合成气的燃料电池发电系统及发电方法。

技术介绍

[0002]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，是一种实现燃料化学能和电能两种能量载体间高效转换的技术。SOFC的燃料适应性广，能够适用于甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、人工煤气、沼气、乙醇等常规燃气。固体氧化物燃料电池单体主要由电解质、阳极、阴极和连接体组成。与其他燃料电池相同，固体氧化物燃料电池的工作原理相当于水水解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2‑
，在化学势的作用下，O2‑
进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。常规的发电技术因受卡诺循环限制，发电效率一般在30％～40％之间，而SOFC的发电效率能达到60％，可以显著地提高能源的利用率。同时，SOFC又是一种清洁、低碳的发电技术，氮氧化物和烟尘排放接近于零。
[0003]固体废弃物，是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物，通俗地说，就是“垃圾”。固体废弃物主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。随着科技的进步以及环保意识的增强，人们逐渐意识到“垃圾是放错地方的资源”。一些技术通过将固体废弃物制备为固废合成气，使固体废弃物的能源转化利用，实现“变废为宝”。然而，固废合成气通常具有低热值的特性，单位质量(或体积)的固废合成气完全燃烧时所放出的热量较少；因而难以利用固废合成气进行高效发电，采用传统的燃气锅炉或燃气轮机发电效率不足35％。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种优化资源利用的固废合成气的燃料电池发电系统及发电方法。
[0005]本专利技术的一个方面，提供了一种使用固废合成气的燃料电池发电系统，包括：
[0006]燃烧器，所述燃烧器的第一进气口用于连接固废合成气源，以利用固废合成气燃烧产热；
[0007]蒸汽发生器，所述蒸汽发生器用于提供水蒸气；
[0008]混合器，所述混合器的原料气进气口用于连接燃气源及所述蒸汽发生器，以使燃
气与所述水蒸气混合，得到混合气；
[0009]重整器，所述重整器的混合气进气口与所述混合器的混合气出气口连接，以使所述混合气重整反应，得到重整气，所述重整器的尾气进气口与所述燃烧器的尾气出气口连接以利用固废合成气燃烧产热启动所述重整反应；以及
[0010]固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池的阳极与所述重整器的重整气出气口连接，以在阳极利用所述重整气作为燃料与空气阴极反应发电。
[0011]在其中一些实施例中，所述重整器的尾气出气口与所述蒸汽发生器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热给所述蒸汽发生器提供热源。
[0012]在其中一些实施例中，所述重整器的尾气出气口与所述蒸汽发生器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热给所述蒸汽发生器提供热源；
[0013]所述蒸汽发生器的尾气出气口与所述混合器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热预热所述混合气。
[0014]在其中一些实施例中，所述使用固废合成气的燃料电池发电系统还包括：
[0015]第一尾气换热器，所述第一尾气换热器的进水口用于与冷却水连接，所述第一尾气换热器的尾气进气口与所述混合器的尾气出气口连接，以利用所述冷却水吸收所述燃烧器燃烧的余热。
[0016]在其中一些实施例中，所述使用固废合成气的燃料电池发电系统还包括：
[0017]储水箱，所述储水箱的进水口与所述第一尾气换热器的出水口连接，以用于贮存经所述第一尾气换热器换热的所述冷却水；所述储水箱的出水口用于连接热水用户。
[0018]在其中一些实施例中，所述储水箱的出水口与所述第一尾气换热器的进水口连接，以用于进一步加热所述储水箱中的所述冷却水。
[0019]在其中一些实施例中，所述阳极与所述燃烧器的第一进气口连接，以向所述燃烧器通入所述阳极反应产生的阳极废气，所述阳极尾气在所述燃烧器中完全燃烧产热。
[0020]在其中一些实施例中，所述使用固废合成气的燃料电池发电系统还包括：
[0021]空气预热组件，所述空气预热组件用于与大气连通，向所述固体氧化物燃料电池的空气阴极及所述燃烧器提供预热空气。
[0022]在其中一些实施例中，所述燃烧器的尾气出气口与所述空气预热组件的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧产热对空气预热。
[0023]在其中一些实施例中，所述使用固废合成气的燃料电池发电系统还包括：
[0024]第二尾气换热器，所述第二尾气换热器的进水口用于与冷却水连接，所述第二尾气换热器的尾气进气口与所述空气预热组件的尾气出气口连接，以利用所述冷却水吸收所述燃烧器燃烧的余热。
[0025]在其中一些实施例中，所述使用固废合成气的燃料电池发电系统还包括：
[0026]储水箱，所述储水箱的进水口与所述第二尾气换热器的出水口连接，以用于贮存经所述第二尾气换热器换热的所述冷却水；所述储水箱的出水口用于连接热水用户。
[0027]在其中一些实施例中，所述储水箱的出水口与所述第二尾气换热器的进水口连接，以用于进一步加热所述储水箱中的所述冷却水。
[0028]在其中一些实施例中，所述混合器的原料气进气口用于连接氮气源，以在停机状态通入氮气保护；
[0029]在其中一些实施例中，所述固体氧化物燃料电池的阳极连接所述氮气源，以在停机状态通入氮气保护。
[0030]本专利技术的另一方面，还提供了利用上述的使用固废合成气的燃料电池发电系统的发电方法，包括以下步骤：
[0031]将固废合成气通入燃烧器燃烧产热；
[0032]使用蒸汽发生器提供水蒸气；
[0033]所述水蒸气和燃气在混合器中混合均匀，得到混合气；
[0034]所述混合气在重整器中发生重整反应，得到重整气，所述重整反应由所述固废合成气燃烧产热启动；
[0035]所述重整气通入固体氧化物燃料电池的阳极作为燃料，与空气阴极反应发电。
[0036]在其中一些实施例中，所述燃气中掺有固废合成气。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，包括：燃烧器，所述燃烧器的第一进气口用于连接固废合成气源，以利用固废合成气燃烧产热；蒸汽发生器，所述蒸汽发生器用于提供水蒸气；混合器，所述混合器的原料气进气口用于连接燃气源及所述蒸汽发生器，以使燃气与所述水蒸气混合，得到混合气；重整器，所述重整器的混合气进气口与所述混合器的混合气出气口连接，以使所述混合气重整反应，得到重整气，所述重整器的尾气进气口与所述燃烧器的尾气出气口连接以利用固废合成气燃烧产热启动所述重整反应；以及固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池的阳极与所述重整器的重整气出气口连接，以在阳极利用所述重整气作为燃料与空气阴极反应发电。2.根据权利要求1所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整器的尾气出气口与所述蒸汽发生器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热给所述蒸汽发生器提供热源。3.根据权利要求1所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整器的尾气出气口与所述蒸汽发生器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热给所述蒸汽发生器提供热源；所述蒸汽发生器的尾气出气口与所述混合器的尾气进气口连接，以利用所述固废合成气燃烧的余热预热所述混合气。4.根据权利要求3所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，还包括：第一尾气换热器，所述第一尾气换热器的进水口用于与冷却水连接，所述第一尾气换热器的尾气进气口与所述混合器的尾气出气口连接，以利用所述冷却水吸收所述燃烧器燃烧的余热。5.根据权利要求4所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，还包括：储水箱，所述储水箱的进水口与所述第一尾气换热器的出水口连接，以用于贮存经所述第一尾气换热器换热的所述冷却水；所述储水箱的出水口用于连接热水用户。6.根据权利要求5所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，所述储水箱的出水口与所述第一尾气换热器的进水口连接，以用于进一步加热所述储水箱中的所述冷却水。7.根据权利要求1所述的使用固废合成气的燃料电池发电系统，其特征在于，所述阳极与所述燃烧器的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宇博，张淑兴，张霖，朱江，廖火生，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：