燃料电池燃气轮机热电联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用燃料电池和燃气轮机的组合而形成的热电联产系统，包括送料子系统、预热子系统、燃料电池子系统、重整子系统、燃气轮机发电子系统和余热利用子系统。在燃料电池子系统与燃气轮机发电子系统之间提供混合燃烧子系统，各个子系统相互连接，形成联合循环的热电联产系统。根据本发明专利技术，采用增压型熔融碳酸盐燃料电池与微型燃气轮机有机结合，构成具有质量交换的联合循环系统，功率密度高，并充分有效地进行余热回收利用，使整体能量利用率尽可能地提高。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池燃气轮机热电联产系统
本专利技术涉及热电联产系统，具体涉及基于燃料电池和燃气轮机的联合循环的热电联产系统。
技术介绍
为了提高能源利用效率，目前研发了多种集发电和热能产生于一体的热电联产系统，一种比较前沿的是采用燃料电池技术。该技术是将燃烧的化学能直接转化为电能，其中，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)具有高效、低污染等优点，并且具有高品位的废热，使得其可以与其他动力装置形成联合循环系统，从而大幅度提高系统整体效率。国内外已提出了一些基于燃料电池的发电和/或发热系统，采用天然气、煤气等为燃料，并采用例如蒸汽轮机等动力装置，构成联合发电系统。专利文献CN02111385.8公开了一种熔融碳酸盐燃料电池和蒸汽轮机组成的联合发电系统，其主要利用燃料电池排放的高温废气能量产生蒸汽，用于驱动蒸汽轮机发电，其中，燃料电池工作状态为常压，电池与汽轮机没有质量交换。这种联合发电系统只适用于大功率的燃料电池机组(兆瓦级以上)，而对于千瓦、百千瓦级的机组，无法适用。因此，需要一种具有广泛适用范围并且能够提高系统整体能量利用率的系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种热电联产系统，采用燃料电池和燃气轮机的组合来形成具有质量交换的联合循环，具有广泛适用范围，并且能够提高系统整体能量利用率的系统。根据本专利技术实施例，提出了一种燃料电池燃气轮机热电联产系统，包括送料子系统、预热子系统、燃料电池子系统、重整子系统，燃气轮机发电子系统和余热利用子系统；其中，在燃料电池子系统与燃气轮机发电子系统之间提供混合燃烧子系统；送料子系统的出口端连接至预热子系统的原料进口端，以提供原料；预热子系统的空气出口端连接至燃料电池子系统的阴极进口端，以提供经预热的空气；预热子系统的燃料出口端连接至重整子系统的燃料进口端，以提供经预热的燃料；重整子系统的重整出口端连接至燃料电池子系统的阳极进口端，以提供经重整后的氢燃料；燃料电池子系统的阳极出口端连接至预热子系统的预热进口端，以提供用于预热的热能；燃料电池子系统的阳极出口端经由预热子系统进一步连接至混合燃烧子系统的进口端，燃料电池子系统的阴极出口端也连接至混合燃烧子系统的进口端，以提供阴阳极排气，从而构成燃烧反应混合气；混合燃烧子系统的出口端连接至燃气轮机发电子系统的进口端，以提供高温烟气；燃气轮机发电子系统的动力出口端连接至送料子系统的动力进口端以及所述燃气轮机发电子系统的发动设备的动力进口端；燃气轮机发电子系统的余热出口端连接至重整子系统的余热进口端，以提供余热来产生重整所需的高压蒸汽；重整子系统的余热出口端连接至余热利用子系统的进口端以进行余热回收利用。根据本专利技术实施例，在上述系统中，混合燃烧子系统包括除水器和混合燃烧室；燃料电池子系统的阳极出口端的阳极排气经由预热子系统进入除水器，并经除水器除水后进入混合燃烧室，燃料电池子系统的阴极出口端的阴极排气直接进入混合燃烧室，以进行燃烧，产生高温烟气。根据本专利技术实施例，还提出了一种燃料电池燃气轮机热电联产系统，包括送料子系统、预热子系统、燃料电池子系统、重整子系统、燃气轮机发电子系统以及余热利用子系统；其中，在燃料电池子系统与燃气轮机发电子系统之间提供混合燃烧子系统；送料子系统的出口端连接至预热子系统的原料进口端，以提供原料；预热子系统的空气出口端连接至燃料电池子系统的阴极进口端，以提供经预热的空气；预热子系统的燃料出口端连接至重整子系统的燃料进口端，以提供经预热的燃料；重整子系统的重整出口端连接至燃料电池子系统的阳极进口端，以提供经重整的氢燃料；燃料电池子系统的阳极出口端和阴极出口端分别连接至预热子系统的空气预热进口端和燃料预热进口端，以分别提供用于预热空气和燃料的热能；燃料电池子系统的阳极出口端经由预热子系统进一步连接至混合燃烧子系统的进口端，燃料电池子系统的阴极出口端也经由预热子系统进一步连接至混合燃烧子系统的进口端，以提供阴阳极排气，从而构成燃烧反应混合气；混合燃烧子系统的出口端连接至燃气轮机发电子系统的进口端，以提供高温烟气；燃气轮机发电子系统的动力出口端连接至送料子系统的动力进口端；燃气轮机发电子系统的余热出口端连接至重整子系统的余热进口端，以提供余热来产生重整所需的高压蒸汽；重整子系统的余热出口端连接至余热利用子系统的进口端以进行余热回收利用。根据本专利技术实施例，在上述系统中，混合燃烧子系统包括除水器和混合燃烧室；燃料电池子系统的阳极出口端的阳极排气经由预热子系统进入除水器，并经除水器除水后进入混合燃烧室，燃料电池子系统的阴极出口端的阴极排气经由预热子系统进入混合燃烧室，以进行燃烧，产生高温烟气。根据本专利技术实施例，在上述各个系统中，各个子系统相互连接，形成了联合循环的热电联产系统。根据本专利技术实施例，在上述各个系统中，燃料电池子系统采用增压型熔融碳酸盐燃料电池。根据本专利技术实施例，在上述各个系统中，燃气轮机发电子系统采用微型燃气轮机。根据本专利技术实施例，在上述各个系统中，重整子系统包括重整器和蒸汽产生装置，重整器包括重整室和燃烧室；蒸汽产生装置通过余热进口端接收来自燃气轮机发电子系统的余热出口端的余热，产生重整所需的高压蒸汽；重整室通过预热子系统的燃料出口端接收经预热的燃料，以与产生的高压蒸汽发生反应生成氢气，提供给燃料电池子系统的阳极进口端；燃烧室利用输入的燃料和空气进行燃烧，以向重整器提供重整所需的能量。根据本专利技术实施例，在上述各个系统中，燃气轮机发电子系统包括涡轮膨胀机和发电机；涡轮膨胀机通过燃气轮机发电子系统的进口端接收来自混合燃烧子系统的出口端的高温烟气，以膨胀做功，驱动发电机进行发电，并通过动力出口端驱动送料子系统的气体压缩机；涡轮膨胀机的涡轮排气通过余热出口端提供给重整子系统的蒸汽产生装置，用于产生重整所需的高压蒸汽。根据本专利技术实施例，余热利用子系统经由其进口端和重整子系统的余热出口端连接至重整子系统的蒸汽产生装置和燃烧通道，重整子系统的蒸汽产生装置包括余热锅炉，所述余热利用子系统接收所述余热锅炉后的烟气和所述燃烧通道的燃烧烟气的余热，产生蒸汽和热水。根据本专利技术实施例，采用增压型熔融碳酸盐燃料电池与微型燃气轮机有机结合，构成具有质量交换的联合循环系统，其功率密度更高，并适用于百千瓦kW级的机组。根据本专利技术实施例，在燃气轮机的涡轮入口前增加混合燃烧室，既能充分有效利用阳极未反应完全的氢燃料和重整未完全转化的甲烷等燃料的热能，提高燃料利用率，又便于控制涡轮工作条件(例如，通过涡轮的流量和涡前温度)，发电效率也进一步提高。此外，根据本专利技术实施例，对仍然具有较高温度的涡轮排气进行充分有效的余热回收利用，使整体能量利用率尽可能地提高。附图说明通过参照附图详细地描述示例实施例，上述和其他特征和优点对于本领域技术人员更加明显。图1示出了根据本专利技术实施例的燃料电池燃气轮机热电联产系统的示意框图；图2示出了根据本专利技术另一实施例的燃料电池燃气轮机热电联产系统的示意框图；图3示出了本专利技术燃料电池燃气轮机热电联产系统实施例的具体示例构成；以及图4示出了本专利技术燃料电池燃气轮机热电联产系统另一实施例的具体示例构成。具体实施方式下面参照附图更加完整地描述本专利技术实施例。然而这些实施例可以以不同形式具体实现，而不应当认为它们仅仅限于本文中记载的实施例。而是，提供这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池燃气轮机热电联产系统，包括送料子系统、预热子系统、燃料电池子系统、重整子系统，燃气轮机发电子系统和余热利用子系统；其中，在燃料电池子系统与燃气轮机发电子系统之间提供混合燃烧子系统；送料子系统的出口端连接至预热子系统的原料进口端，以提供原料；预热子系统的空气出口端连接至燃料电池子系统的阴极进口端，以提供经预热的空气；预热子系统的燃料出口端连接至重整子系统的燃料进口端，以提供经预热的燃料；重整子系统的重整出口端连接至燃料电池子系统的阳极进口端，以提供经重整的氢燃料；燃料电池子系统的阳极出口端连接至预热子系统的预热进口端，其中所述预热子系统包括空气预热器和燃料预热器，燃料电池子系统的阳极出口端连接至所述空气预热器的进口端，所述空气预热器的出口端与所述燃料预热器的进口端相连，以提供用于预热的热能；燃料电池子系统的阳极出口端经由预热子系统进一步连接至混合燃烧子系统的进口端，燃料电池子系统的阴极出口端也连接至混合燃烧子系统的进口端，以提供阴阳极排气，构成燃烧反应混合气；混合燃烧子系统的出口端连接至燃气轮机发电子系统的进口端，以提供高温高压烟气；燃气轮机发电子系统的动力出口端连接至送料子系统的动力进口端以及所述燃气轮机发电子系统的发电设备的动力进口端；燃气轮机发电子系统的余热出口端连接至重整子系统的余热进口端，以提供余热来产生重整所需的高压蒸汽，其中，所述重整子系统包括重整器和蒸汽产生装置，所述蒸汽产生装置通过余热进口端接收来自燃气轮机发电子系统的余热出口端的余热，产生重整所需的高压蒸汽，重整子系统的余热出口端连接至余热利用子系统的进口端...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛涛，丁哲波，吴竺，仵浩，姚钰锋，
申请(专利权)人：上海新奥能源科技有限公司，新奥科技发展有限公司，新奥能源服务有限公司，
类型：发明
国别省市：