[發(fā)明專利]利用LNG冷能的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及其工作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910252006.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN109958534A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于澤庭;郭英倫;蘇瑞智;李國祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C6/00
• 分類號(hào): F02C6/00;F02C6/18;H01M8/04014;H01M8/04007;F25B27/02;F22B1/18;F23J15/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊曉冰

1.一種回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，包括燃料電池與燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)，所述燃料電池與燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)包括空氣壓縮系統(tǒng)、燃料壓縮系統(tǒng)、水蒸氣壓縮系統(tǒng)、混合器、燃料電池、后燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)；

空氣經(jīng)過空氣壓縮系統(tǒng)加壓預(yù)熱后進(jìn)入燃料電池的陰極側(cè)，燃料經(jīng)過燃料壓縮系統(tǒng)加壓預(yù)熱、水蒸氣經(jīng)過水蒸氣壓縮系統(tǒng)加壓預(yù)熱后分別進(jìn)入混合器混合，混合后的燃?xì)膺M(jìn)入燃料電池的陽極側(cè)；

空氣和燃料在燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，燃料電池的陰極側(cè)和陽極側(cè)剩余未反應(yīng)氣體分別進(jìn)入后燃燒室燃燒，后燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)透平做功。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述空氣壓縮系統(tǒng)包括依次連接的第一空氣壓縮機(jī)、第一換熱器、第二換熱器、第二空氣壓縮機(jī)和第一空氣預(yù)熱器和第二空氣預(yù)熱器；

空氣依次經(jīng)過第一空氣壓縮機(jī)、第一換熱器、第二換熱器、第二空氣壓縮機(jī)、第一空氣預(yù)熱器和第二空氣預(yù)熱器加壓預(yù)熱后進(jìn)入燃料電池的陰極側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述燃料壓縮系統(tǒng)包括燃料壓縮機(jī)和燃料預(yù)熱器，燃料經(jīng)過燃料壓縮機(jī)加壓、燃料預(yù)熱器預(yù)熱后，進(jìn)入混合器混合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述水蒸氣壓縮系統(tǒng)包括第一工質(zhì)泵和水蒸氣加熱器，水蒸氣經(jīng)過第一工質(zhì)泵和水蒸氣加熱器加熱并預(yù)熱至給定參數(shù)后，進(jìn)入混合器混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述后燃燒室的輸出端還與第二空氣預(yù)熱器連接，后燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓煙氣還送入第二空氣預(yù)熱器加熱空氣；

所述燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣輸出端依次連接第一空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器和水蒸氣加熱器，燃?xì)廨啓C(jī)輸出煙氣至依次進(jìn)入第一空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器和水蒸氣加熱器，加熱空氣、燃料和水蒸氣達(dá)到燃料電池內(nèi)部反應(yīng)溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還包括余熱回收系統(tǒng)，所述余熱回收系統(tǒng)包括余熱鍋爐、第二透平機(jī)和回?zé)崞鳎鲇酂徨仩t與水蒸氣加熱器連接，經(jīng)過水蒸氣加熱器的高溫高壓煙氣進(jìn)入余熱鍋爐；余熱鍋爐輸出煙氣進(jìn)入第二透平機(jī)，第二透平機(jī)透平出來的煙氣經(jīng)過回?zé)崞髟俅芜M(jìn)入余熱鍋爐。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還包括LNG冷能利用系統(tǒng)，所述LNG冷能利用系統(tǒng)包括LNG罐、冷凝器和第三換熱器，所述LNG罐輸出冷能經(jīng)過第三工質(zhì)泵進(jìn)入冷凝器，所述冷凝器輸出的冷能經(jīng)過第二工質(zhì)泵進(jìn)入回?zé)崞鳎責(zé)崞鬟€輸出煙氣至冷凝器；所述冷凝器輸出的冷能還進(jìn)入第三換熱器進(jìn)行熱量交換，所述第三換熱器輸出冷能進(jìn)入第二換熱器冷卻空氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述第二空氣預(yù)熱器還連接有第三透平機(jī)，所述第二空氣換熱器預(yù)熱后的空氣進(jìn)入第三透平機(jī)透平做功。

9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的工作方法，其特征是，該方法包括以下步驟：

空氣依次經(jīng)過第一空氣壓縮機(jī)、第一換熱器、第二換熱器第二空氣壓縮機(jī)、第一空氣預(yù)熱器和第二空氣預(yù)熱器加壓預(yù)熱后進(jìn)入燃料電池的陰極側(cè)；燃料經(jīng)過燃料壓縮機(jī)加壓、燃料預(yù)熱器預(yù)熱至給定參數(shù)后，進(jìn)入混合器；水蒸氣經(jīng)過第一工質(zhì)泵和水蒸氣加熱器加壓預(yù)熱至至給定參數(shù)后，進(jìn)入混合器；經(jīng)過混合器混合后進(jìn)入燃料電池的陽極側(cè)；

空氣和燃料在燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，燃料電池的陰極側(cè)和陽極側(cè)剩余的未反應(yīng)氣體分別進(jìn)入后燃燒室燃燒，后燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓煙氣分為兩部分，其中一部分高溫高壓煙氣送入第二空氣換熱器加熱空氣；另一部分高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)透平輸出的煙氣依次進(jìn)入第一空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器、水蒸氣加熱器，加熱空氣、燃料和水蒸氣達(dá)到燃料電池內(nèi)部反應(yīng)溫度，最后進(jìn)入余熱鍋爐回收余熱。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的回流式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的工作方法，其特征是，還包括：

余熱鍋爐輸出煙氣進(jìn)入第二透平機(jī)，第二透平機(jī)透平出來的煙氣經(jīng)過回?zé)崞髟俅嗡腿胗酂徨仩t，依次循環(huán)；

LNG罐輸出冷能進(jìn)入冷凝器，冷凝器輸出冷能進(jìn)入回?zé)崞鳎責(zé)崞鬏敵鰺煔獾嚼淠鳎来窝h(huán)；冷凝器輸出冷能還進(jìn)入第三換熱器進(jìn)行熱量交換，第三換熱器輸出冷能進(jìn)入第二換熱器冷卻空氣。