一种燃料电池热电联产的节能回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池热电联产的节能回收系统，包括磷酸电堆(PAFC)热电联产系统、去离子水循环冷却系统、闪蒸系统、离心式高温升压缩机系统；氢气经过PAFC热电联产电堆系统后在150

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池热电联产的节能回收系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池废气回收领域，具体是一种氢燃料电池热电联产的节能回收系统。

技术介绍

[0002]传统的热电联供系统一般是以热力发电厂通过一定的方法，在向用户输出电能的同时，也向用户输出热能。热电联产可以大大提高热电厂的热效率，这是因为一般的凝汽式机组的汽轮机的排汽损失是很大的，而热电联产机组能通过一些方法把一部分或者全部蒸气通过汽轮机做功后，再对热用户输出，使排汽损失减小。热电联产解决了城市集中供热的问题，取代了遍地开花的小锅炉，又从另一个方面提高了社会整体能源利用率。但这种方式主要用于大面积供热、供电，针对磷酸燃料电池的热电联供系统几乎没有。
[0003]随着磷酸燃料电池的功率等级不断提升，电堆尾排废气中携带的剩余能量也越来越可观，将这一部分能量进行回收利用，既能提高燃料电池阴极侧乃至整个系统的能量利用效率。由于磷酸燃料电池的自身操作条件限制，电堆的排气温度一般150
‑
220℃，尾气经过循环冷却水换热之后的热蒸汽一般100
‑
120℃，这种低品位者蒸汽直接利用一般难以全部找到相匹配的低品位热用户，又无法满足高品位热(蒸汽)用户工业生产工况需求。这种低品位热水若直接用电或者其他能源加热，由于利用的是其潜热，不仅投资高、占地大、能耗多，在热力学上不符合能量利用最大化原则。
[0004]为了解决上述问题，本案由此而生。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]本专利技术为克服现有技术的不足，本专利技术将磷酸燃料电池副产的低温热水通过闪蒸后产生一股低品位蒸汽通过离心式压缩机压缩做功转化为高品味蒸汽供工业企业直接使用，减少了低品位热水不能充分梯度使用，造成能源的极大浪费问题，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种燃料电池热电联产的节能回收系统，包括磷酸电堆(PAFC)热电联产系统、去离子水循环冷却系统、闪蒸系统、离心式高温升压缩机系统；氢气经过PAFC热电联产电堆系统后在150
‑
220℃工作环境中被氧化成水，同时产生电和热能，热能通过去离子循环水换热约100
‑
120℃热水再使用3
‑
4级高温升离心式压缩机直接绝热压缩到160
‑
180℃直供蒸汽管网。
[0009]基于氢燃料电池热电联产的节能回收系统，该系统包括磷酸燃料电池堆、电池堆循环冷却系统、闪蒸系统、离心式高温升压缩机系统；氢气经过燃料电池堆产生一股氧化后的高温尾气经过循环冷却系统换热后尾气直接排放，并产生一股0.2
‑
0.5mpa热水(100
‑
120℃)，经过负压闪蒸后75
‑
100℃温度饱和蒸汽，最后连接离心式高温升压缩机进行绝热压
缩，生成160
‑
180℃饱和蒸汽。
[0010]具体的，燃料电池热电联产的节能回收系统包括热水进料泵、闪蒸罐、闪蒸循环泵、气液分离器、1
‑
2级高温升压缩机、蒸汽增压罐A、3
‑
4级高温升压缩机、蒸汽增压罐B、160
‑
180℃蒸汽出口及其连接管路。所述热水100
‑
120℃经过进料泵达到闪蒸罐，通过减压闪蒸后经过气液分离器下端80
‑
90℃产生热水，上端饱和蒸汽达到80
‑
90℃，通过1
‑
2级高温升压缩机压缩，1
‑
2压缩机之间进出口串联(压缩机包含一级叶轮、一级涡壳、二级叶轮、二级涡壳，1
‑
2级叶轮采用同轴电机驱动，蒸汽经过一级叶轮高速旋转增压后到达二级叶轮高速旋转增压)二级压缩机叶轮出口过饱和蒸汽120
‑
150℃，经过蒸汽出口去离子水喷淋和蒸汽增压罐A真空循环得到饱和蒸汽120
‑
150℃，再经过3
‑
4级高温升压缩机压缩，3
‑
4级压缩机之间同样进出口串联(压缩机内部构造同上)4级压缩机叶轮出口过饱和蒸汽160
‑
180℃，经过蒸汽出口去离子水喷淋得到饱和蒸汽160
‑
180℃外供使用。一般蒸汽产量为30
‑
50T/h以上时，采用上述压缩机串联方式。
[0011]优选的，1
‑
4级压缩机也可全部同轴串联一起，1级压缩机出口和2级压缩机进口相连，2级压缩机出口和3级压缩机进口相连，3级压缩机出口和4级压缩机进口相连，每级压缩机进出口温度控制20℃以内，四级压缩机所有叶轮连接在一个轴承上，通过统一轴承电机带动达到完全同频目的。一般蒸汽产量为20T/h以下时，采用上述1
‑
4级压缩机同轴串联应用。
[0012]同轴串联离心式高温升压缩机的转速控制在20000
‑
30000转/分钟，叶轮材质选用TC4或TC6。各级压缩机中出口叶轮直径大约为：第一级910
‑
930mm，第二级640
‑
660mm，第三级465
‑
480mm，第四级345
‑
360mm。
[0013]作为优选方案，进一步地，去离子循环水冷却系统和离心式高温升压缩机系统均配设有备用补去离子水管路。
[0014]作为优选方案，进一步地，离心式高温升压缩机系统还包括润滑油冷却器，润滑油冷却器与离子水循环冷却系统的管网连通。
[0015]有机溶剂储氢系统采用有机溶剂储氢，包括内置有甲苯或二苄基甲苯的储存罐，其连接有循环泵，电加导热油工作以升温，通过饱和蒸汽预加热后升温至200
‑
300℃催化脱氢，其中选用含铂、钯、钌中任意一种作为催化剂。
[0016]进一步地，储氢系统采用压力0.1
‑
5mpa，温度90
‑
160℃实现加氢；压力0.1
‑
5mpa，温度200
‑
300℃实现脱氢。
[0017](三)有益效果
[0018]采用上述技术方案后，本专利技术提供的一种燃料电池热电联产的节能回收系统，与现有技术相比具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术将磷酸燃料电池副产的低温热水通过闪蒸后产生一股低品位蒸汽通过离心式压缩机压缩做功转化为高品味蒸汽供工业企业直接使用，充分利用其低品位热中的潜热，其闪蒸后的低品位热水量大大减少，满足人员的日常洗澡、地暖等使用，大大减少了低品位热水不能充分使用问题，造成能源的极大浪费。经测算本技术专利技术能源利用率达95％以上。
[0020]2、本专利技术采用同轴串联离心式高温升压缩机，保证各级压缩机之间高速旋转的过程中做到完全同频同步，且采用的串联离心式高温升压缩机可为2
‑
4级压缩机(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池热电联产的节能回收系统，其特征在于，包括磷酸电堆(PAFC)热电联产系统、去离子循环水冷却系统、闪蒸系统、离心式高温升压缩机系统；外部供入的氢气经过PAFC热电联产电堆系统后在高温工作环境中被氧化成水，同时产生电和热能，其中热能通过去离子循环水换热成热水，热水经闪蒸系统减压形成蒸汽，再使用离心式高温升压缩机系统绝热压缩形成饱和蒸汽直供蒸汽管网。2.根据权利要求1所述一种燃料电池热电联产的节能回收系统，其特征在于：PAFC热电联产电堆系统的高温工作环境温度为150
‑
220℃。3.根据权利要求1所述一种燃料电池热电联产的节能回收系统，其特征在于：去离子循环水冷却系统和离心式高温升压缩机系统均配设有备用补去离子水管路。4.根据权利要求1所述一种燃料电池热电联产的节能回收系统，其特征在于：所述去离子循环水冷却系统包括反渗透等双膜法去离子装置、去离子水循环泵、冷却器，闪蒸系统包括闪蒸罐、闪蒸循环泵、气液分离器，离心式高温升压缩机系统包括1
‑
2级高温升压缩机和3
‑
4级高温升压缩机，1
‑
2级高温升压缩机和3
‑
4级高温升压缩机之间衔接有蒸汽稳压罐A，3
‑
4级高温升压缩机出口处衔接有蒸汽增压罐B。5.根据权利要求4所述一种燃料电池热电联产的节能回收系统，其特征在于：饱和蒸汽形成包括如下过程：S1、热水100
‑
120℃经过进料泵达到闪蒸罐，通过减压闪蒸后经过气液分离器下端80
‑
90℃产生热水，上端饱和蒸汽达到80
‑
90℃；S2、上端饱和蒸汽通过1
‑
2级高温升压缩机压缩，二级压缩机叶轮出口过饱和蒸汽120
‑
150℃，并经过蒸汽出口去离子水喷淋和蒸汽增压罐A真空循环得到饱和蒸汽120
‑
150℃；S3、步骤S2中饱和蒸汽再经过3
‑
4级高温升压缩机压缩，4级压缩机叶轮出口过饱和蒸汽160
‑
180℃，经过蒸汽出口去离子水喷淋得到饱和蒸汽160
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，张云保，管宇，肖洪飞，张绍平，孙琪，
申请(专利权)人：浙江皓日氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：