一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及联系发电装置技术领域，具体涉及一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统及工作方法，间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统包括：低压压气机的进气口与外界空气连通；间冷器，热端与低压压气机的出气口连通，间冷器的冷端与液氨连通，低压压气机的热量将液氨加热分解制成富氢气体，间冷器的富氢气体出口与燃料电池的阳极入口连通，间冷器的冷却气体出口与高压压气机的冷却气体进口连通；燃烧室，气体入口与高压压气机的高压气体出口连通，燃烧室的进气口与天然气连通。提高燃气轮机的燃烧效率和发电系统总效率；燃料电池与燃气轮机联合发电，使得间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统的工作效率和输出功率均得到提高。功率均得到提高。功率均得到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及联系发电装置
，具体涉及一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统及工作方法。

技术介绍

[0002]氨是一种清洁的高能量密度氢载体，分解无需引入氧气和水，过程简单，装置结构紧凑，占地面积小、制氢纯度高，易小型化，符合可移动氢源的要求。与其他重整燃料相比，氨具有含氢率高、无污染气体产生、不含碳元素等优点。氨相较于氢气，体积能量密度大，易于液化和储存运输，相对其它常见燃料更安全，经济性更好，环境危害性很小；此外市场上氨供应充足，每年的产量达2亿余吨，是当今世界上用量最大的单一化工产品，在世界范围内拥有广泛的制造和分销基础设施，足以保障燃料的不间断供应，且氨的环境危害性很小。
[0003]发电行业是全球温室气体排放的主要来源，因而被确定为二氧化碳减排的主要目标行业，燃气轮机分布式发电是发电行业的重要组成部分。目前，燃气轮机的研究重点是提高循环热效率和降低碳排放，燃气轮机大多以天然气作为主要燃料，为了降低其二氧化碳排放量，掺入氨/氢等气体是主要的解决措施。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术提供一种降低燃气轮机碳排放的同时，提高系统的整体发电效率的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统及工作方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，包括：低压压气机，所述低压压气机的进气口与外界空气连通；间冷器，热端与所述低压压气机的出气口连通，所述间冷器的冷端与液氨连通，所述低压压气机的热量将所述液氨加热分解制成富氢气体，所述间冷器的富氢气体出口与燃料电池的阳极入口连通，所述间冷器的冷却气体出口与高压压气机的冷却气体进口连通；燃烧室，气体入口与所述高压压气机的高压气体出口连通，所述燃烧室的进气口与天然气连通，所述燃烧室的气体进气口与所述燃料电池的阳极出口连通，所述燃烧室的出气口与高压涡轮的进气口连通，所述高压涡轮的出气口与发电机连接；燃料电池的阴极入口与所述高压涡轮的出气口连通，所述燃料电池的阴极出口与低压涡轮连通，所述低压涡轮与所述发电机连接。
[0006]进一步地，所述富氢气体为氨蒸汽和氮气、以及氢气的混合气体。
[0007]进一步地，所述阳极出口产出的气体为未燃尽的富氢气体。
[0008]进一步地，由所述高压压气机的高压气体出口进入所述燃烧室内的氧气含量大于未燃尽的富氢气体与天然气混合需要的氧气含量。
[0009]进一步地，富氢气体与所述天然气燃烧后，产生的气体为高温高压的富氧气体。
[0010]进一步地，所述富氧气体推动高压涡轮做功发电，所述富氧气体与所述阴极入口连通，将未燃尽的氧气提供至燃料电池发电，所述富氧气体与所述阴极出口连通，并推动所述低压涡轮做功发电。
[0011]进一步地，所述低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、以及发电机为同轴设置。
[0012]进一步地，所述间冷器内设有氨分解重整反应的重整室。
[0013]进一步地，所述燃料电池为固态氧化物燃料电池。
[0014]本专利技术还提供了一种所述的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统的工作方法，包括：来自大气的过量空气经低压压缩机进行初步压缩后通入间冷器的热端，液氨通入间冷器的冷端，经过换热将初步压缩的空气冷却，冷却的空气经过高压压气机进一步压缩，最后通入燃烧室；液氨在间冷器中加热分解成富氢气体，此时，燃烧室内的空气中的氧气含量，要多于富氢气体与天然气混合物所需氧气的量，富氢气体与天然气在过量空气中燃烧后，产生高温高压的富氧气体，富氧气体推动高压涡轮做功发电，做功发电后的富氧气体进入燃料电池的阴极，燃料电池的阴极出口的富氧气体推动低压涡轮做功发电；富氢气体通入燃料电池的阳极，与阴极的富氧气体发生电化学反应并进行发电，燃料电池的阳极出口未燃尽的富氢气体掺入天然气。
[0015]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0016]1.本专利技术提供的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，包括：低压压气机，所述低压压气机的进气口与外界空气连通；间冷器，热端与所述低压压气机的出气口连通，所述间冷器的冷端与液氨连通，所述低压压气机的热量将所述液氨加热分解制成富氢气体，所述间冷器的富氢气体出口与燃料电池的阳极入口连通，所述间冷器的冷却气体出口与高压压气机的冷却气体进口连通；燃烧室，气体入口与所述高压压气机的高压气体出口连通，所述燃烧室的进气口与天然气连通，所述燃烧室的气体进气口与所述燃料电池的阳极出口连通，所述燃烧室的出气口与高压涡轮的进气口连通，所述高压涡轮的出气口与发电机连接；燃料电池的阴极入口与所述高压涡轮的出气口连通，所述燃料电池的阴极出口与低压涡轮连通，所述低压涡轮与所述发电机连接。
[0017]该间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，利用间冷器的热量加热分解液氨，从而制成富氢气体，省去液氨蒸发和分解所需的额外热量，产生的富氢气体可同时用作燃料电池与燃气轮机的燃料，即间冷器与燃料电池的阳极入口连通；同时，富氢气体也进入燃烧室内，与燃烧室内的天然气混合后进行燃烧，从而降低燃气轮机CO2的排放；其中，液氨在间冷器中加热分解成富氢气体时，燃烧室内的空气中的氧气含量，要多于富氢气体与天然气混合物所需氧气的量，富氢气体与天然气在过量空气中燃烧后，产生高温高压的富氧气体，富氧气体推动高压涡轮做功发电，做功发电后的富氧气体进入燃料电池的阴极，燃料电池的阴极出口的富氧气体推动低压涡轮做功发电，提高燃气轮机的燃烧效率和发电系统总效率；燃料电池与燃气轮机联合发电，使得间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统的工作效率和输出功率均得到提高。
[0018]2.本专利技术提供的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，所述阳极出口产出的气体为未燃尽的富氢气体。从间冷器的富氢气体出口出来的富氢气体进入燃料电池的阳极，富氢气体与富氧气体进行反应燃烧，使得燃料电池进行发电。其中，未燃尽的富氢气体通过阳极出口进入燃烧室内，进行进一步的反应燃烧，该设置避免了未燃尽的富氢气体的浪费。
[0019]3.本专利技术提供的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，所述低压压气机、
高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、以及发电机为同轴设置。通过同轴设置的所述低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、以及发电机，保证了所述低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、以及发电机的工作性能，并达到最佳的工作效率。
[0020]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利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专利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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，包括：低压压气机(1)，低压压气机(1)的进气口与外界空气连通；间冷器(2)，热端与低压压气机(1)的出气口连通，间冷器(2)的冷端与液氨连通，低压压气机(1)的热量将液氨加热分解制成富氢气体，间冷器(2)的富氢气体出口与燃料电池(6)的阳极入口连通，间冷器(2)的冷却气体出口与高压压气机(3)的冷却气体进口连通；燃烧室(4)，气体入口与高压压气机(3)的高压气体出口连通，燃烧室(4)的进气口与天然气连通，燃烧室(4)的气体进气口与燃料电池(6)的阳极出口连通，燃烧室(4)的出气口与高压涡轮(5)的进气口连通，高压涡轮(5)的出气口与发电机(8)连接；燃料电池(6)的阴极入口与高压涡轮(5)的出气口连通，燃料电池(6)的阴极出口与低压涡轮(7)连通，低压涡轮(7)与发电机(8)连接。2.根据权利要求1的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，富氢气体为氨蒸汽和氮气、以及氢气的混合气体。3.根据权利要求1或2的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，阳极出口产出的气体为未燃尽的富氢气体。4.根据权利要求3的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，由高压压气机(3)的高压气体出口进入燃烧室(4)内的氧气含量大于未燃尽的富氢气体与天然气混合需要的氧气含量。5.根据权利要求4的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，富氢气体与天然气燃烧后，产生的气体为高温高压的富氧气体。6.根据权利要求5的间冷器与燃料电池燃气轮机的联合发电系统，其特征在于，富氧气体推动高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦江，于彬，王紫璇，王聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：