一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，该发电系统包括：物料供应单元，包括煤油供应组件、天然气供应组件、空气供应组件、水蒸气供应组件；燃料重整单元，包括依次连接的油气水混合罐、一段重整器、二段重整器，所述油气水混合罐分别与所述煤油供应组件、所述天然气供应组件、所述水蒸气供应组件连接；热管理单元，包括燃烧器、重整器换热器，所述燃烧器与所述重整器换热器连接，所述重整器换热器与所述二段重整器连接；电堆，所述电堆的进口分别与所述重整器换热器和所述空气供应组件连接，所述电堆的出口与所述燃烧器连接。本发明专利技术中，能够使用天然气和煤油为燃料，根据场景可灵活切换燃料，拓展了燃料电池的应用场景。池的应用场景。池的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池发电
，进一步地涉及一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)运行温度600～800℃，属中高温燃料电池，具有电化学反应速率快、欧姆损失小、效率高的优势。此外，其电极材料耐受一氧化碳的能力强，对燃料的适应性大幅提升，除氢气外，还可广泛使用常规碳氢燃料天然气、沼气、甲醇、柴油及氨气等发电。
[0003]当前，SOFC发电系统的主要燃料为天然气，通过天然气部分预重整后产生的H2、CO、CO2、CH4、H2O等混合物经升温后进电堆发电。电堆结构特别是流道结构是根据电堆入口气体的流量、组分以及本身的发电特性专门设计的，以实现小的电堆温差和低的压损，以减小电堆热应力和气体泄漏量，进而提升电堆的性能和寿命。由于，目前开发的电堆主要是面向天然气的，电堆通常也特定要求使用天然气为燃料，对其它燃料的兼容性相对较差。除电堆结构适应不要其它燃料的流量、组分、热值外，重整器里催化剂的性质也较难满足不同燃料的预重整需求。
[0004]煤油、柴油等具有闪点低、凝点低、热值高、储运用便利等优点，非常适合作为船舶、孤岛等发电系统燃料。虽然SOFC具有良好的燃料适应性，但要实现高效可靠发电，需要定制化重新设计系统甚至是电堆。比如，燃烧器要适应不同工况燃料液气形态变化，换热器要考虑煤油蒸发器和过热器，重整器要重新设计催化剂，甚至电堆要适应性改进流道和进行抗积碳材料设计等。开发煤油SOFC发电系统的代价是非常大的。
[0005]因此，有必要设计一种在常规天然气SOFC发电系统上改进的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，能够使用天然气和煤油为燃料，根据场景可灵活切换燃料，拓展了燃料电池的应用场景。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，包括：
[0008]物料供应单元，所述物料供应单元包括煤油供应组件、天然气供应组件、空气供应组件、水蒸气供应组件；
[0009]燃料重整单元，所述物料重整单元包括依次连接的油气水混合罐、一段重整器、二段重整器，所述油气水混合罐分别与所述煤油供应组件、所述天然气供应组件、所述水蒸气供应组件连接，所述一段重整器用于将煤油转化为富甲烷气，所述二段重整器用于将所述富甲烷气转化为富氢气；
[0010]热管理单元，所述热管理单元包括燃烧器、重整器换热器，所述燃烧器与所述重整器换热器连接，所述重整器换热器与所述二段重整器连接；
[0011]电堆，所述电堆的阳极气入口与所述重整器换热器连接，所述电堆的阴极气入口与所述空气供应组件连接，所述电堆的阳极尾气出口与所述燃烧器的阳极尾气入口连接，所述电堆的阴极尾气出口与所述燃烧器的阴极尾气入口连接。
[0012]在一些实施方式中，所述热管理单元还包括煤油预热器、起动蒸发器、水蒸气过热器、蒸汽冷却器、空气换热器、水蒸发器、余热回收器，所述煤油供应组件通过所述煤油预热器与所述油气水混合罐连接，所述空气供应组件通过所述空气换热器与所述电堆的阴极气入口连接，所述水蒸气供应组件依次通过所述起动蒸发器、所述水蒸发器、所述水蒸气过热器、所述蒸汽冷却器与所述油气水混合罐连接；
[0013]所述燃烧器的烟气出口依次与所述重整器换热器、所述水蒸气过热器、所述空气换热器、所述水蒸发器、所述余热回收器通过管路焊接，使得所述燃烧器排出的烟气经过上述部件的热侧流道后最终通过所述余热回收器的出口排出。
[0014]在一些实施方式中，所述煤油供应组件包括煤油储罐和油泵，所述煤油储罐通过所述油泵与所述煤油预热器连接，所述油泵抽出的煤油经所述煤油预热器制备成煤油蒸气输入至所述油气水混合罐内。
[0015]在一些实施方式中，所述天然气供应组件包括天然气输送装置、除硫装置和流量控制器，所述除硫装置的一端与所述天然气输送装置连接，所述除硫装置的另一端依次与所述流量控制器、所述油气水混合罐通过管路和接头连接，以将天然气输入至所述油气水混合罐内。
[0016]在一些实施方式中，所述空气供应组件包括风机和流量计，所述风机的出口与所述流量计连接，所述流量计与所述空气换热器的入口通过管路和接头连接，以将预设温度的空气输入至所述电堆内。
[0017]在一些实施方式中，所述空气换热器设置有并联连接的空气旁通阀，所述空气旁通阀的进口端与所述空气换热器的进口端连接，所述空气旁通阀的出口端与所述空气换热器的出口端连接，调节所述空气旁通阀的开度可调节部分冷空气直接在所述空气换热器的出口掺混经所述空气换热器升温后的高温空气，起到温度调节作用。
[0018]在一些实施方式中，所述水蒸气供应组件包括去离子水箱和计量水泵，所述计量水泵的一端与所述去离子水箱连接，所述计量水泵的另一端与所述起动蒸发器连接，所述起动蒸发器、所述水蒸发器、所述水蒸气过热器、所述蒸汽冷却器、所述油气水混合罐依次通过管路和接头连接，以将预设温度的水蒸气输入至所述油气水混合罐内。
[0019]在一些实施方式中，所述蒸汽冷却器为气气换热器，其中热侧为水蒸气，冷测为室温空气，通过调节鼓入室温空气量实现水蒸气温度的调节。
[0020]在一些实施方式中，所述余热回收器连接有水泵，所述水泵将室温水与所述余热回收器通过管路和接头连接，以将所述室温水生成热水。
[0021]在一些实施方式中，所述一段重整器自带电加热组件，能够实现煤油预转化功能，以将煤油转化为C1组分，转化率达到99.98％以上，反应温度为450～500℃，出口产物为富甲烷气；
[0022]所述二段重整器自带电加热组件，能够实现部分甲烷重整制氢功能，反应温度500
～700℃，出口产物为富氢气，所述二段重整器出口的组分中的C2及以上成分低于电堆忍受值。
[0023]与现有技术相比，本专利技术所提供的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统至少具有以下之一的有益效果：
[0024]1、本专利技术所提供的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，能够实现天然气和柴油双燃料运行，采用二段式重整反应，一段重整器对煤油实现煤油预转化功能，将煤油C2及以上成分消除，对天然气则影响较小；二段重整器实现部分甲烷重整制氢功能，对煤油预转化产物和天然气均有效，并产生适应电堆工作的阳极气体；
[0025]2、本专利技术所提供的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，该系统能够在原天然气SOFC系统的基础上进行简单改进，无需重新设计电堆甚至系统框架，仅增加煤油储罐、油泵、煤油预热器、油气水混合罐以及对重整器进行改进，增加煤油预转化功能段，即可实现双燃料发电功能，其改动成本低廉；
[0026]3、本专利技术所提供的天然气煤油双燃料固体氧化物燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括：物料供应单元，所述物料供应单元包括煤油供应组件、天然气供应组件、空气供应组件、水蒸气供应组件；燃料重整单元，所述物料重整单元包括依次连接的油气水混合罐、一段重整器、二段重整器，所述油气水混合罐分别与所述煤油供应组件、所述天然气供应组件、所述水蒸气供应组件连接，所述一段重整器用于将煤油转化为富甲烷气，所述二段重整器用于将所述富甲烷气转化为富氢气；热管理单元，所述热管理单元包括燃烧器、重整器换热器，所述燃烧器与所述重整器换热器连接，所述重整器换热器与所述二段重整器连接；电堆，所述电堆的阳极气入口与所述重整器换热器连接，所述电堆的阴极气入口与所述空气供应组件连接，所述电堆的阳极尾气出口与所述燃烧器的阳极尾气入口连接，所述电堆的阴极尾气出口与所述燃烧器的阴极尾气入口连接。2.根据权利要求1所述的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述热管理单元还包括煤油预热器、起动蒸发器、水蒸气过热器、蒸汽冷却器、空气换热器、水蒸发器、余热回收器，所述煤油供应组件通过所述煤油预热器与所述油气水混合罐连接，所述空气供应组件通过所述空气换热器与所述电堆的阴极气入口连接，所述水蒸气供应组件依次通过所述起动蒸发器、所述水蒸发器、所述水蒸气过热器、所述蒸汽冷却器与所述油气水混合罐连接；所述燃烧器的烟气出口依次与所述重整器换热器、所述水蒸气过热器、所述空气换热器、所述水蒸发器、所述余热回收器通过管路焊接，使得所述燃烧器排出的烟气经过上述部件的热侧流道后最终通过所述余热回收器的出口排出。3.根据权利要求2所述的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述煤油供应组件包括煤油储罐和油泵，所述煤油储罐通过所述油泵与所述煤油预热器连接，所述油泵抽出的煤油经所述煤油预热器制备成煤油蒸气输入至所述油气水混合罐内。4.根据权利要求2所述的天然气煤油双燃料固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述天然气供应组件包括天然气输送装置、除硫装置和流量控制器，所述除硫装置的一端与所述天然气输送装置连接，所述除硫装置的另一端依次与所述流量控制器、所述油气水混...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙春华，王林涛，李海亮，杜忠选，周耀东，王书恒，邓笔财，杨振威，石汪权，刘俊毅，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：