[發(fā)明專利]一種高溫燃料電池耦合發(fā)電系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810494413.8
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108417876A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 王洪建;許世森;程健;張瑞云;任永強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/2495
• 分類號: H01M8/2495;H01M8/04089;H01M8/04007
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種高溫燃料電池耦合發(fā)電系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括燃料凈化器、氣體混合器、換熱器、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、風機、催化燃燒器和DC/AC轉(zhuǎn)換器；本發(fā)明還公開了該系統(tǒng)的耦合發(fā)電方法；本發(fā)明通過固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池進行耦合，可提高燃料電池中的燃料利用率，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率；通過對系統(tǒng)中換熱器的布置，實現(xiàn)對熱能的充分利用，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率和綜合能量利用效率；系統(tǒng)采用二次燃料和二次空氣作為補充，可以提高系統(tǒng)的燃料適應特性，不僅可以利用天然氣、煤制氣等燃料，還可以采用低熱值的煤層氣、生物質(zhì)氣等燃料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫燃料電池耦合發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

清潔高效、綠色低碳是化石能源未來發(fā)展的主題。燃料電池發(fā)電技術(shù)能夠?qū)⒒剂系幕瘜W能通過電化學反應轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)化石能源的清潔高效、綠色低碳發(fā)展需求。特別是工作溫度超過500℃的高溫燃料電池，發(fā)電效率可以超過50％，可實現(xiàn)污染物和CO₂近零排放。高溫燃料電池因無熱力學循環(huán)從而超越了熱機的卡諾循環(huán)效率限制，發(fā)電效率可以達到50％～60％，熱電轉(zhuǎn)化效率可達85％～90％，而且高溫燃料電池的發(fā)電效率與系統(tǒng)容量不直接相關(guān)，具有小型高效的突出優(yōu)點。在環(huán)保方面，與內(nèi)燃機和燃氣輪機相比，高溫燃料電池工作溫度低(1000℃以下)，在反應過程中燃料與空氣分別在兩個腔室中進行反應，反應產(chǎn)生的NOx大大降低，僅為同等容量內(nèi)燃機的1/100；對燃料進行前處理，去除燃料中的硫份，大大降低了SOx的排放濃度。高溫燃料電池可應用于分布式發(fā)電、固定式發(fā)電等領(lǐng)域，是未來火力發(fā)電的重要發(fā)展方向。

高溫燃料電池根據(jù)電解質(zhì)的不同可以分為兩類：(1)熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonate Fuel Cell，MCFC)和(2)固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)。SOFC一般工作在700℃～800℃，工作效率高，但是系統(tǒng)容量放大較為困難，而熔融碳酸鹽燃料電池一般工作在600℃～700℃，系統(tǒng)容量易于放大，但是工作效率較SOFC偏低。為了能夠發(fā)揮MCFC和SOFC的各自優(yōu)勢，本發(fā)明提供了一種高溫燃料電池耦合發(fā)電系統(tǒng)，以提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率和系統(tǒng)容量。

發(fā)明內(nèi)容

為了進一步提高高溫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和系統(tǒng)容量，本發(fā)明提供了一種高溫燃料電池耦合發(fā)電系統(tǒng)及方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：