带有再循环空气和燃料流的集成燃料电池混合发电厂制造技术

一种混合发电厂（１０），包括：　　　　至少一个燃料电池（７２），该燃料电池包括一个阴极入口（５６）和一个阴极出口（１０６），所述阴极出口沿一再循环流道（１２２）与所述阴极入口成流体连通。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术总的涉及发电厂，更具体地涉及包括集成燃料电池的混合发电厂。在某些混合发电系统中，燃料电池与常规的燃气轮机联用以提高发电厂的发电量。已知的燃料电池如固体氧化物燃料电池包括多个固体燃料电池，后者使一种气体燃料如转化的天然气与空气反应而产生电力和热气体。燃气轮机压缩机将空气供给在高压下操作的燃料电池，而燃料电池产生在涡轮机中膨胀的热气体。燃料电池叠层的排出空气与燃料电池叠层的排出燃料化合而生成的释放热转化为发电厂的涡轮机部分中的功。这样，固体氧化物燃料电池发电机和涡轮机两者产生电力。参见(例如)美国专利No.5,413,879。但是，已知这些系统在若干方面有缺点。例如，燃料电池叠层被要求在狭窄的温度限度内操作，这种限度是由为了产生电力而在其中产生的物理和热动力学过程强加的。通常使用一个再生的热交换器来将燃料电池的入口空气流升高到可以接受的温度。该再生的热交换器使发电厂增加可观的费用和复杂性，这在某些用途中是不允许的。此外，一旦燃料电池达到可以接受的入口温度，保持均匀的燃料电池叠层温度和出口温度也常常需要供给大大超过燃料电池中化学发电所需的空气。供给该过量空气来保持燃料电池中的均匀温度往往造成大的压缩损失。提供过量空气往往降低发电厂涡轮机部分的入口温度和损失系统的总的热动力效率。还有，固体氧化物燃料电池通常并不转化所有输入燃料电池入口的燃料。从燃料电池来的出口流的成分主要包括CO、CO2、H2和与平衡物种一起H2O。在缺少燃烧部分废燃料的手段时，这些成分的热量浪费了，由此降低了发电厂的热动力效率。此外，当燃料电池的燃料没有完全转化时，没有燃烧的碳氢化合物也可能不希望有地排放到大气中去。人们希望能提供一种热动力效率提高而废气排放减小的费用较低的发电厂。专利技术简述按照本专利技术的一个方面，提供一种混合发电厂。该发电厂包括至少一个燃料电池，后者包括一阴极入口和一阴极出口，所述阴极出口沿一再循环流道与所述阴极入口存在流体连通。按照本专利技术的另一方面，提供一种混合发电厂。该发电厂包括一个转化燃料的转化器，而至少一个燃料电池包括一个与所述转化器存在流体连通的阳极入口，所述阳极出口沿一再循环流道与所述转化器存在流体连通。按照本专利技术的又一方面，提供一种发电厂。该发电厂包括一个压缩机、一个与所述压缩机存在液体流通的同流换热器，和至少一个与所述同流换热器存在流体连通而为所述燃料电池提供空气的燃料电池。该燃料电池包括一个阴极入口和一个阴极出口，而该阴极入口与所述同流换热器存在流体连通以便接受压缩空气。按照本专利技术的另一方面，提供一种混合发电厂。该发电厂包括一个压缩机、一个与所述压缩机存在流体连通的同流换热器，和一个与所述同流换流器存在流体连通而为所述燃料电池叠层提供空气的燃料电池叠层。该燃料电池包括一个阴极入口和一个阴极出口，而该阴极入口与所述阴极出口存在流体连通以接受压缩空气。一个同流换热器做成从所述涡轮机的排气在压缩空气进入所述阴极入口之前传送热量给压缩空气。按照本专利技术的另一方面，提供一种混合发电厂。该发电厂包括一个转化器和一个燃料电池，该燃料电池包括一个与所述转化器存在流体连通的阳极入口。该阳极出口沿一再循环路径与所述转化器存在流体连通，而一个尾气燃烧器与所述阳极出口存在流体连通。该尾气燃烧器燃烧空气和阳极排气流的混合物。按照本专利技术的另一方面，提供一种混合发电厂。该发电厂包括一个燃气轮机部分和一个燃料电池部分。该燃气轮机部分包括一个涡轮机、一个由所述涡轮机驱动的压缩机和一个接受从所述压缩机来的被从涡轮机来的排气加热的空气的同流换热器。该燃料电池部分包括一个燃料电池叠层，后者包括一阴极入口和一阴极出口。该同流换热器向所述阴极入口供给空气，而该阴极出口沿一阴极再循环流道与所述阴极入口存在流体连通。一台鼓风机做成从所述阴极出口将空气再循环到所述阴极入口。该燃料电池部分还包括一个与所述转化器存在流体连通的阳极入口，而所述阳极出口沿一再循环路径与所述转化器存在流体连通。一个转化器沿一阳极再循环路径与所述阳极出口存在流体连通，而一尾气燃烧器与所述阳极出口和所述转化器存在流体连通。该尾气燃烧器接受从所述阳极出口来的燃料排气和从所述转化器来的一部分空气的混合物，而且该尾气燃烧器向所述涡轮机排放燃气。按照本专利技术的另一方面，提供一种包括一燃料电池的发电厂，该燃料电池包括一个阳极、一个阴极和一种安置在两极之间的电解质。该阴极有一阴极入口和一阴极出口以及一条空气再循环流道，该流道将所述阴极出口连接在所述阴极入口上，以便再循环一部分阴极出口流体以加流阴极入口流体。按照本专利技术的另一方面，提供一种尾气燃烧器系统。该系统包括至少一个燃料电池，该燃料电池包括一个阳极、一个阴极和一种安置在两极之间的电解质，所述阳极包括一个阳极入口和一个阳极出口而所述阴极包括一个阴极入口和一个阴极出口。一个尾气燃烧器包括联接在所述阳极出口和所述阴极出口上的尾气入口和尾气出口，以便用至少一部分阴极出口流来氧化一部分阳极出口流而产生尾气燃烧器出口流，而一个尾气旁路流连接在所述阴极出口和所述尾气燃烧器出口上，以便围绕所述尾气燃烧器而使一部分所述阴极出口流旁路。按照本专利技术的又一方面，提供了一种综合燃气轮机和燃料电池的方法。该燃料电池包括一个阴极入口和一个阴极出口与一个阳极入口和一个阳极出口，而该方法包括将压缩空气流引入阴极入口，将压缩燃料流引入阳极入口，并在该燃料电池内使所述空气流与所述燃料流产生电化学反应，从而产生阳极出口流和阴极出口流并发电。该阳极出口流和阴极出口流的温度分别高于阳极入口流和阴极入口流的温度，而该方法还包括将一部分阴极出口流再循环到阴极入口流中，以加热引入阴极入口的压缩空气流。附图简述附图说明图1是一个示例性的集成燃料电池混合发电厂的示意图。图2是图1中所示的发电厂所用的一个示范的燃料电池叠层的示意图。图3是图1中所示的发电厂所用的一个示范的燃料电池组件的透视图。图4是一个集成燃料电池混合发电厂的第二实施例的示意图。专利技术详述图1示意例示一种示例性的联合燃气轮机和燃料电池混合发电厂10，包括一个燃料电池部分和一个涡轮机部分，用于彼此串联地发电。涡轮机部分包括一台压缩机12、一台涡轮机14、一个通过它能让涡轮机14驱动压缩机12的转子16、一台发电机18和一台同流换热器20。燃料电池部分包括一台燃料泵20、一个脱硫器32、一个燃料电池叠层34、一个燃料电池叠层34用的燃料预成形器36、一个尾气燃烧器38、一个催化室40和一个排风机42。如下面稍详细地说明的，虽然发电厂10的基本组成部分是众所周知的，但通过发电厂组成部分与再循环流道的关键性连接提高了系统的性能和效率而获得了已知发电厂的效率提高。如下面将见到的，提高发电厂效率的办法是再循环从燃料电池部分排出的空气和燃料流而从系统的燃料电池和涡轮机部分中的空气和燃料流中提取尽可能多的功，而且为了燃料电池部分的利益而利用涡轮机部分中产生的热量。在操作中，压缩机12是一台包括几排静叶片和转动叶片的多级压缩机，压缩机12吸入周围空气而在其出口处产生压缩空气流50。压缩空气流50沿一流道被引向同流换热器20，后者是一种包括隔离的流道的已知类型的换热器。压缩空气流在一条同流换热器流道中进入同流换热器20，而涡轮机排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：C·巴兰，D·德安格利斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：