[發(fā)明專利]集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710068764.8
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106703918A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭開云;黃志強
• 申請（專利權(quán)）人: 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01K27/00;H01M8/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,吳小麗

1.一種集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于：包括固體氧化物燃料電池(9)及其電力變換器(8)，空氣預(yù)熱器(1)低溫側(cè)輸出端與固體氧化物燃料電池(9)的陰極相連，燃料與水蒸汽的混合器(7)的輸出端與固體氧化物燃料電池(9)的陽極相連，固體氧化物燃料電池(9)的廢氣排出端連接后燃室(10)；

空氣壓縮機(1)與空氣預(yù)熱器(4)低溫側(cè)輸入端相連，燃料壓縮機(2)與燃料預(yù)熱器(5)低溫側(cè)輸入端相連，給水泵(3)與給水預(yù)熱器(6)低溫側(cè)輸入端相連，燃料預(yù)熱器(5)低溫側(cè)輸出端、給水預(yù)熱器(6)低溫側(cè)輸出端與燃料與水蒸汽的混合器(7)的輸入端相連；

后燃室(10)排出廢氣的部分熱量用于給熱負(fù)荷(12)供熱，部分熱量用于給空氣預(yù)熱器(4)、燃料預(yù)熱器(5)、給水預(yù)熱器(6)供熱，另一部分熱量用于傳給超臨界二氧化碳循環(huán)回路的二氧化碳工質(zhì)，通過超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電。

2.如權(quán)利要求1所述的一種集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于：所述超臨界二氧化碳循環(huán)回路由帶中間冷卻的多級壓縮機(14)、回?zé)崞?15)、膨脹機(16)、發(fā)電機(17)、冷卻器(18)以及高溫?fù)Q熱器(11)、低溫?fù)Q熱器(13)組成；

后燃室(10)排出廢氣的一個支路與高溫?fù)Q熱器(11)高溫側(cè)輸入端相連，高溫?fù)Q熱器(11)高溫側(cè)輸出端依次連接空氣預(yù)熱器(4)高溫側(cè)、燃料預(yù)熱器(5)高溫側(cè)、給水蒸發(fā)器(6)高溫側(cè)，給水蒸發(fā)器(6)高溫側(cè)排出廢氣的一個支路與低溫?fù)Q熱器(13)的高溫側(cè)相連；后燃室(10)排出廢氣的另一個支路及給水蒸發(fā)器(6)高溫側(cè)排出廢氣的另一個支路均與熱負(fù)荷(12)相連；

帶中間冷卻的多級壓縮機(14)出口連接低溫?fù)Q熱器(13)低溫側(cè)輸入端及回?zé)崞?15)低溫側(cè)輸入端，低溫?fù)Q熱器(13)低溫側(cè)輸出端及回?zé)崞?15)低溫側(cè)輸出端均連接高溫?fù)Q熱器(11)低溫側(cè)輸入端，高溫?fù)Q熱器(11)低溫側(cè)輸出端連接膨脹機(16)入口，膨脹機(16)出口連接回?zé)崞?15)高溫側(cè)輸入端，回?zé)崞?15)高溫側(cè)輸出端經(jīng)冷卻器(18)連接帶中間冷卻的多級壓縮機(14)入口，膨脹機(16)連接發(fā)電機(17)。

3.一種集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供方法，采用如權(quán)利要求2所述的集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于：空氣壓縮機(1)將空氣輸入空氣預(yù)熱器(4)加熱后進入固體氧化物燃料電池(9)的陰極，燃料壓縮機(2)將燃料輸入燃料預(yù)熱器(5)加熱后進入混合器(7)，給水泵(3)將水輸入給水蒸發(fā)器(6)，水轉(zhuǎn)變成水蒸汽后進入混合器(7)，由混合器(7)出來的氣體進入固體氧化物燃料電池(9)的陽極，固體氧化物燃料電池(9)工作并通過電力變換器(8)供電；

固體氧化物燃料電池(9)釋放的廢氣通過后燃室(10)將其中的殘余燃料燃燒；當(dāng)余熱用于供熱時，后燃室(10)排出廢氣的一個支路將廢氣通往熱負(fù)荷(12)用于供熱；當(dāng)余熱用于發(fā)電時，后燃室(10)排出廢氣的另一個支路將廢氣通往高溫?fù)Q熱器(11)并將熱量傳給超臨界二氧化碳循環(huán)回路的二氧化碳工質(zhì)，通過超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電；

經(jīng)過高溫?fù)Q熱器(11)后的廢氣依次進入空氣預(yù)熱器(4)、燃料預(yù)熱器(5)、給水蒸發(fā)器(6)進行熱交換；當(dāng)余熱用于供熱時，給水蒸發(fā)器(6)排出廢氣的一個支路將廢氣通往熱負(fù)荷(12)用于供熱；當(dāng)余熱用于發(fā)電時，給水蒸發(fā)器(6)排出廢氣的另一個支路將廢氣通往低溫?fù)Q熱器(13)并將熱量傳給超臨界二氧化碳循環(huán)回路的二氧化碳工質(zhì)，通過超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電。

4.如權(quán)利要求3所述的一種集成燃料電池與二氧化碳循環(huán)的熱電聯(lián)供方法，其特征在于：帶中間冷卻的多級壓縮機(14)出來的二氧化碳工質(zhì)為高壓的超臨界狀態(tài)，并且分為兩個支路，一個支路經(jīng)過低溫?fù)Q熱器(13)吸收一部分余熱，另一個支路經(jīng)過回?zé)崞?15)吸收膨脹機(16)排出的低壓二氧化碳工質(zhì)的熱量，之后合并成一路，經(jīng)過高溫?fù)Q熱器(11)后進一步升溫，再進入膨脹機(16)，高溫高壓的二氧化碳工質(zhì)在膨脹機(16)中膨脹做功并推動發(fā)電機(17)發(fā)電，同時二氧化碳工質(zhì)降溫降壓，排出膨脹機(16)的二氧化碳工質(zhì)為低壓的氣態(tài)，然后經(jīng)過回?zé)崞?15)將熱量傳給高壓側(cè)的二氧化碳工質(zhì)，再經(jīng)冷卻器(18)降溫后，由帶中間冷卻的多級壓縮機(14)先分級增壓至臨界壓力并中間冷卻，再中間冷卻至臨界溫度以下轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，再分級增壓至高壓并中間冷卻，如此完成超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電。