[發明專利]利用LNG冷能的回流式燃料電池發電系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201910252006.0
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109958534A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 于澤庭;郭英倫;蘇瑞智;李國祥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C6/18;H01M8/04014;H01M8/04007;F25B27/02;F22B1/18;F23J15/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊曉冰

本公開提供了一種利用LNG冷能的回流式燃料電池發電系統及其工作方法，提高了燃料電池工作效率，提高了系統的適用性。該系統包括燃料電池與燃氣輪機混合發電系統、余熱回收系統以及LNG冷能利用系統，空氣經過空氣壓縮系統加壓預熱后進入燃料電池的陰極側，燃料經過燃料壓縮系統加壓預熱、水蒸氣經過水蒸氣壓縮系統加壓預熱后分別進入混合器混合，混合后的燃氣進入燃料電池的陽極側；空氣和燃料在燃料電池內發生電化學反應，燃料電池的陰極側和陽極側剩余未反應氣體分別進入后燃燒室燃燒，后燃燒室產生的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機透平做功；燃氣輪機透平輸出的煙氣依次進入第一空氣預熱器、燃料預熱器、水蒸氣加熱器和余熱鍋爐。

技術領域

本公開涉及燃料電池發電領域，具體涉及一種利用LNG冷能的回流式燃料電池發電系統及其工作方法。

背景技術

當前能源環境形勢十分嚴峻，隨著人口的增長，電能需求也急劇增加。傳統的發電方式受困于卡諾循環熱效率之下，且排放的尾氣對環境存在很大的傷害。燃料電池技術與傳統發電裝置相比更加清潔高效，是一種新型的發電途徑。這其中，固體氧化物燃料電池(SOFC)相比于其他種類的燃料電池，具有轉換效率高以及燃料匹配性更廣的特點。SOFC的工作溫度在400-1000℃之間，發電的同時會釋放出大量的高品位廢熱，因此在SOFC系統之后匹配適宜的底循環也是主要的研究方向。

發明人在研發過程中發現，現有的燃料電池發電系統，設定參數較少，限制工作約束區間，降低了系統的適用性；傳統系統的底循環多采用ORC(有機朗肯循環)，對循環工質的選擇需要根據燃料電池參數改變，不具有一般性和推廣性；除此之外，燃料電池的發電效率還有很大的提升空間。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種利用LNG冷能的回流式燃料電池發電系統及其工作方法，提高了燃料電池發電效率，提高了系統的適用性。

本公開所采用的技術方案是：

一種回流式燃料電池發電系統，該系統包括燃料電池與燃氣輪機混合發電系統，所述燃料電池與燃氣輪機混合發電系統包括空氣壓縮系統、燃料壓縮系統、水蒸氣壓縮系統、混合器、燃料電池、后燃燒室和燃氣輪機；

空氣經過空氣壓縮系統加壓預熱后進入燃料電池的陰極側，燃料經過燃料壓縮系統加壓預熱、水蒸氣經過水蒸氣壓縮系統加壓預熱后分別進入混合器混合，混合后的燃氣進入燃料電池的陽極側；

空氣和燃料在燃料電池內發生電化學反應，燃料電池的陰極側和陽極側剩余未反應氣體分別進入后燃燒室燃燒，后燃燒室產生的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機透平做功。

作為本公開的進一步技術方案，所述空氣壓縮系統包括依次連接的第一空氣壓縮機、第一換熱器、第二換熱器、第二空氣壓縮機和第一空氣預熱器和第二空氣預熱器；

空氣依次經過第一空氣壓縮機、第一換熱器、第二換熱器、第二空氣壓縮機、第一空氣預熱器和第二空氣預熱器加壓預熱后進入燃料電池的陰極側。

作為本公開的進一步技術方案，所述燃料壓縮系統包括燃料壓縮機和燃料預熱器，燃料經過燃料壓縮機加壓、燃料預熱器預熱后，進入混合器混合。

作為本公開的進一步技術方案，所述水蒸氣壓縮系統包括第一工質泵和水蒸氣加熱器，水蒸氣經過第一工質泵和水蒸氣加熱器加熱并預熱至給定參數后，進入混合器混合。

作為本公開的進一步技術方案，所述后燃燒室的輸出端還與第二空氣預熱器連接，后燃燒室產生的高溫高壓煙氣還送入第二空氣預熱器加熱空氣；

所述燃氣輪機的煙氣輸出端依次連接第一空氣預熱器、燃料預熱器和水蒸氣加熱器，燃氣輪機輸出煙氣至依次進入第一空氣預熱器、燃料預熱器和水蒸氣加熱器，加熱空氣、燃料和水蒸氣達到燃料電池內部反應溫度。