[實用新型]天然氣自熱重整質(zhì)子交換膜燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920889276.8
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN210516883U
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 周崇波;陳艷超;馬汝坡;秦鵬;張廣水
• 申請（專利權(quán)）人: 華電電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/04007;H01M8/04029
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 張狄峰

本實用新型涉及一種天然氣自熱重整質(zhì)子交換膜燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括天然氣自熱重整模塊，質(zhì)子交換膜燃料電池模塊，自熱重整尾氣熱利用模塊，燃料電池余熱利用模塊，連接管路；系統(tǒng)輸入天然氣、空氣及工質(zhì)水，輸出電力與多級熱力，實現(xiàn)高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)。天然氣直接來源于現(xiàn)有城市管網(wǎng)，通過自熱蒸汽重整，耦合吸熱的蒸汽重整反應和放熱的部分氧化反應，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部自供熱，采用高、低溫蒸汽變換和優(yōu)先氧化技術生產(chǎn)燃料電池用富氫氣體，并與加壓自增濕后的空氣進入燃料電池堆系統(tǒng)發(fā)生電化學反應，輸出電力；同時，對系統(tǒng)的余熱進行多級利用，形成清潔、高效的天然氣自熱重整質(zhì)子交換膜燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

技術領域

本實用新型涉及一種天然氣自熱重整質(zhì)子交換膜燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，天然氣直接來源于現(xiàn)有城市管網(wǎng)，通過自熱蒸汽重整，耦合強吸熱的蒸汽重整反應和放熱的部分氧化反應，實現(xiàn)體系自供熱，采用高低溫蒸汽變換和優(yōu)先氧化技術生產(chǎn)燃料電池用富氫氣體，并與加壓加濕后的空氣進入燃料電池堆系統(tǒng)發(fā)生電化學反應，輸出電力，并利用燃料電池余熱驅(qū)動熱泵輸出高品質(zhì)熱力，同時利用天然氣煙氣余熱生產(chǎn)熱水，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，屬于分布式能源領域。

背景技術

目前質(zhì)子交換膜燃料電池作為新一代能源系統(tǒng)，具有節(jié)能、環(huán)保、占地面積小、熱電比與熱電需求結(jié)構(gòu)相近、啟動快、發(fā)電效率高，并對天然氣及電力起到削峰填谷的作用，被譽為是繼火力、水力和核能之后的第四代發(fā)電，尤其在分布式發(fā)電、家庭熱電聯(lián)產(chǎn)、移動電源、交通等領域，已經(jīng)受到國內(nèi)外眾多學者的關注，在當前最具有使用和商業(yè)價值，如申請?zhí)枮?00910039095.7的中國專利。然而，純氫由于價格、安全性、存儲、輸運等多方面局限條件，一定程度上限制了燃料電池規(guī)模化應用；另一方面，天然氣重整制氫，直接利用城鎮(zhèn)現(xiàn)有管網(wǎng)，開辟了現(xiàn)階段燃料電池應用推廣的新方式。天然氣重整制氫技術路線多，包括水蒸氣重整、自熱氧化重整、部分氧化以及天然氣直接裂解等多種方式，自熱重整將蒸汽重整吸熱反應和部分氧化放熱反應結(jié)合起來，可以最大限度降低燃料消耗，并具有良好的動態(tài)特性；此外，在實際應用中，PEMFC發(fā)電系統(tǒng)的燃料綜合利用率并不高，主要是由于質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)電效率受到各種操作參數(shù)的影響，同時在發(fā)電過程中產(chǎn)生大量的熱，這部分余熱品位低，利用難，但能量大，約占總能量40%~60%。國內(nèi)外科技工作者針對燃料電池熱管理及余熱利用進行了多方面研究，主要的技術路線包括余熱供暖、系統(tǒng)預熱、余熱制冷。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于根據(jù)“溫度對口，梯級利用”原則，利用質(zhì)子交換膜燃料電池余熱、變換反應與CO優(yōu)先氧化反應過程放熱的能量逐級加熱工質(zhì)水，提出一種新型的基于天然氣自熱重整技術質(zhì)子交換膜燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，充分、高效、科學地挖掘利用天然氣自熱重整反應熱、質(zhì)子交換膜燃料電池余熱、燃燒尾氣廢熱等各環(huán)節(jié)熱量，進一步提升能源綜合利用效率，增加經(jīng)濟收益，減少廢熱污染。

本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是：一種天然氣自熱重整質(zhì)子交換膜燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：包括天然氣自熱重整模塊，質(zhì)子交換膜燃料電池模塊，自熱重整尾氣熱利用模塊，燃料電池余熱利用模塊，連接管路；系統(tǒng)輸入天然氣、空氣及工質(zhì)水，輸出電力與多級熱力，實現(xiàn)高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)。