一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统技术方案

本实用新型专利技术属于生物质能源利用技术领域，具体涉及一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统。所述发电系统包括原料供应系统，生物质气化系统，燃气发生系统和SOFC系统，本实用新型专利技术实现了生物质气化系统与SOFC发电系统的深度耦合，尤其是SOFC系统特定连接关系的设置，可根据系统的不同运行阶段调整物料的走向，从而实现生物质能高效发电，系统发电效率60％

【技术实现步骤摘要】
一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统


[0001]本技术属于生物质能源利用
，具体涉及一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统。

技术介绍

[0002]生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中以生物质为载体的能量，成为继煤、石油和天然气之后的“第四大能源”。同时，由于生物质能具有碳中和的特性，转化利用的过程中可以实现二氧化碳近零排放，因此，利用生物质能发电具有广阔的前景。然而，由于生物质能较化石能源而言能量密度较低，导致发电效率较低。目前，对于生物质能发电的产业链还不够完善，发电利用方式尚未明确。
[0003]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种可直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的能量转化装置。因其整个发电过程为电化学反应，无需经过燃料燃烧，与其他燃料电池相比，SOFC具有功率密度高、燃料适应性强、全固态结构、设备简单等优点，可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题。
[0004]现有技术中已经有将生物气化与固体氧化物燃料电池耦合的发电系统，但是，其并未考虑固体氧化物燃料电池自身材料及运行特点，只考虑系统运行时的系统配置，其会存在固体氧化物燃料电池启动时间长，系统的发电效率有待进一步提高等问题。

技术实现思路

[0005]因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统存在的启动时间长、系统的发电效率有待进一步提高等缺陷，从而提供一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，该发电系统充分考虑了固体氧化物燃料电池的自身特性，实现了生物质气化与固体氧化物燃料电池的深度耦合，提高了发电效率。
[0006]为此，本技术提供如下技术方案：
[0007]本技术提供一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，包括：
[0008]原料供应系统，用以实现生物质的粉碎和干燥；
[0009]生物质气化系统，用以实现生物质的气化反应，利用生物质残渣的热量预热空气，回收生物质气的热量和生物质气的净化；
[0010]蒸汽发生系统，与生物质气化系统连通，为生物质气化系统提供蒸汽；
[0011]SOFC系统，包括SOFC电池，混合重整器，尾部燃烧室，空气预热器，来自生物质气化系统的生物质气通过分气阀与混合重整器和尾部燃烧室的进气口连通，尾部燃烧室的气体出口与混合重整器的进气口连通，混合重整器的气体出口分别与空气预热器的烟气进口和SOFC电池的阳极连通，SOFC电池的阳极气体出口通过分离器与混合重整器的进气口和尾部
燃烧室的进气口连通，空气预热器的烟气出口与蒸汽发生系统连通，蒸汽发生系统的烟气出口与原料供应系统连通，空气预热器的空气出口通过空气分流器II与原料供应系统和空气分流器III连通，空气分流器III的气体出口分别与SOFC电池的阴极进气口和尾部燃烧室的进气口连通，SOFC电池的阴极气体出口与尾部燃烧室的进气口连通。
[0012]可选的，所述原料供应系统包括连通设置的碎料机，干燥台，贮料仓，给料机，所述干燥台的进气口通过烟气空气混合器与蒸汽发生器的烟气出口和空气分流器II连通，烟气空气混合器的气体出口与干燥台的气体进口连通。
[0013]可选的，所述生物质气化系统包括生物质气化炉，与给料机连通；生物质气化炉的固体出口与热渣换热器连通，空气风机与热渣换热器的气体进口连通，热渣换热器的气体出口通过空气分流器I分别与生物质气化炉和空气预热器连通，生物质气化炉的气体出口依次与热量回收单元和净化单元连通。
[0014]可选的，所述热量回收单元包括依次连通设置的余热回收装置，集气管初步冷却装置和深度冷却装置。
[0015]可选的，本技术对预热回收装置和深度冷却装置没有特别限制，例如，所述余热回收装置可以为余热锅炉、换热器、吸收式制冷装置等；所述深度冷却装置可以为两段横管冷却器、立管式冷却器或几种冷却器组合。
[0016]可选的，所述净化单元包括依次连通设置的深度除尘装置，煤气最终净化装置。
[0017]可选的，本技术对深度除尘装置和煤气最终净化装置没有特别限定，只要能够实现除尘和煤气净化即可，例如，所述深度除尘装置为电除尘、二级除尘装置、三级除尘装置等；所述煤气最终净化装置为硫、萘、水分深度脱除装置，或几种装置的叠加。
[0018]可选的，所述煤气最终净化装置通过生物质气压缩机，生物质气缓冲罐与分气阀连通。
[0019]可选的，所述蒸汽发生系统包括连通设置的除氧器，给水泵，蒸汽发生器，蒸汽缓冲罐，蒸汽透平，冷凝器，所述冷凝器与除氧器连通，蒸汽发生器的进气口与空气预热器的烟气出口连通，蒸汽发生器的烟气出口与烟气空气混合器连通，所述蒸汽缓冲罐与生物质气化炉连通。
[0020]可选的，所述尾部燃烧室与混合重整器之间还设置有燃气透平。
[0021]可选的，所述SOFC系统还包括直流交流转换器，与所述SOFC电池相连。
[0022]本技术技术方案，具有如下优点：
[0023]本技术提供的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，将生物质气化系统与SOFC发电系统相耦合，尤其是SOFC系统特定连接关系的设置，可根据系统的不同运行阶段调整物料的走向，从而实现生物质能高效发电，系统发电效率60％
‑
70％。
[0024]本技术提供的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，通过尾部燃烧室、混合重整器以及SOFC电池之间的特定连接关系设置，能够在短暂停机阶段使得SOFC电池处于预热阶段，从而缩短电池再启动时间70％
‑
80％。
[0025]本技术提供的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，实现排烟尾气温度梯级利用，利用蒸汽发生器排烟尾气进行生物质干燥，排烟温度可低至60℃以下，充分利用气化潜热，系统热效率提升7％
‑
9％。
[0026]本技术提供的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，利用尾气余
热产生的蒸汽，一方面作为生物质气化的气化剂，另一部分发电做功，提升系统电效率5％
‑
10％。
[0027]本技术提供的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，充分利用了生物质气化炉出口生物质气热量与热渣热量，系统热效率提高5％
‑
10％。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本技术的实施例中提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，其特征在于，包括：原料供应系统，用以实现生物质的粉碎和干燥；生物质气化系统，用以实现生物质的气化反应，利用生物质残渣的热量预热空气，回收生物质气的热量和生物质气的净化；蒸汽发生系统，与生物质气化系统连通，为生物质气化系统提供蒸汽；SOFC系统，包括SOFC电池，混合重整器，尾部燃烧室，空气预热器，来自生物质气化系统的生物质气通过分气阀与混合重整器和尾部燃烧室的进气口连通，尾部燃烧室的气体出口与混合重整器的进气口连通，混合重整器的气体出口分别与空气预热器的烟气进口和SOFC电池的阳极连通，SOFC电池的阳极气体出口通过分离器与混合重整器的进气口和尾部燃烧室的进气口连通，空气预热器的烟气出口与蒸汽发生系统连通，蒸汽发生系统的烟气出口与原料供应系统连通，空气预热器的空气出口通过空气分流器II与原料供应系统和空气分流器III连通，空气分流器III的气体出口分别与SOFC电池的阴极进气口和尾部燃烧室的进气口连通，SOFC电池的阴极气体出口与尾部燃烧室的进气口连通。2.根据权利要求1所述的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，其特征在于，所述原料供应系统包括连通设置的碎料机，干燥台，贮料仓，给料机，所述干燥台的进气口通过烟气空气混合器与蒸汽发生系统的烟气出口和空气分流器II连通，烟气空气混合器的气体出口与干燥台的气体进口连通。3.根据权利要求1所述的生物质气化耦合固体氧化物燃料电池的发电系统，其特征在于，所述生物质气化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：江婷，胡永锋，徐静静，张瑞寒，沈建永，张南极，王一枫，王晓海，李贞，张爱平，王宇帆，
申请(专利权)人：中国华电科工集团有限公司，
类型：新型
国别省市：